Energía
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Item Análisis termoeconómico de la unidad de compresión de gas natural (UCGN) de una estación de carga de gas natural comprimido (GNC), mediante el método Exergy, Cost, Energy, Mass (EXCEM) para determinar la relación existente entre la eficiencia exérgetica de la UCGN y el costo de producción de GNC(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-11-20) Maraví Camargo, Jesús Edgar; Jimenez Ugarte, Fernando OctavioEl elevado costo de los combustibles líquidos en la actualidad y la alta contaminación producto de su combustión, hace necesario buscar nuevas alternativas energéticas. En consecuencia, el gas natural se presenta como la mejor alternativa para reducir costos energéticos con bajo impacto ambiental. Estos fundamentos son los que conllevan a la búsqueda de alternativas de solución al suministro energético diferenciado tal como el Gas Natural Comprimido (GNC). En el presente documento se realiza el estudio Másico, Energético, Exergético y de Costos (EXCEM por sus siglas en Ingles) de una Unidad de Compresión de Gas Natural (UCGN), componente principal de una Estación de Carga de GNC) con el Objetivo de determinar los costos de producción del GNC y su variación respecto de variables operativas del equipo. Para esto se eatableció la siguiente hipotesis: “El incremento de la Eficiencia Exergética de la Unidad de Compresión de Gas Natural de una Estación de Carga de GNC reduce del costo de producción de GNC.” Basados en esto se plantea como objetivo principal determinar la relación existente entre la Eficiencia Exergética de la UCGN en una Estación de carga de GNC y el costo de producción de GNC. Para llegar al objetivo principal se plantean como objetivos secundarios identificar los subsistemas energéticos de la UCGN, así como sus Flujos de Energía mediante una metodología de evaluación aplicable a sistemas energéticos (EXCEM) para que a través del establecimiento de las Bases Teóricas que gobiernan el funcionamiento de la UCGN se puedan determinar sus principales parámetros de funcionamiento y cuantificar los procesos de conversión de Energía y como estos influyen en los costos asociados a la producción de GNC. Los resultados de este estudio se basan en tres puntos de operación los cuales permiten determinar un análisis de sensibilidad del Costo Exergético de GNC y la Eficiencia Exergética de la UCGN en donde se demuestra que la hipótesis planteada en esta tesis es correcta. Finalmente, como conclusión principal se establece que la reducción del Costo de producción de GNC para un ciclo de trabajo es proporcional al incremento de la eficiencia exergética del sistema.Item Evaluación experimental y modelado termodinámico del proceso de combustión de un motor diesel de aplicación industrial(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-04-30) Alvarez Marín, Jorge; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarEl presente trabajo analiza el comportamiento de un motor estacionario de cuatro tiempos del ciclo Diesel, para lo cual se consideró tres regímenes de giro del motor (1000, 1500 y 2000 RPM) y para cada régimen de giro se varió tres veces la carga (40, 80 y 120 N-m). En dichas condiciones de funcionamiento se analizaron los parámetros de desempeño del motor, las curvas de presión dentro del cilindro en función de ángulo de giro del cigüeñal, la liberación de calor producida por la quema del combustible y el intercambio de calor a través de las paredes del cilindro. El estudio abarca la parte experimental y la parte del modelado termodinámico cerodimensional. En la parte experimental se realizaron mediciones con el objetivo de recolectar informaciones sobre la presión al interior del cilindro, el flujo de combustible, las temperaturas y presiones de los fluidos del motor y la emisión de gases contaminantes; con excepción de los contaminantes, los datos sirvieron como datos iniciales para la implementación del modelo cero-dimensional y a su vez de referente para poder hacer la validación del modelo. En la parte del modelado, fue necesario el uso de datos correspondientes a la geometría del motor, datos de operación del motor, datos de tiempos de combustión y datos del combustible utilizado. Por ser el modelo de tipo cero-dimensional, no fue posible validar los datos de emisión de contaminantes, pero si los fenómenos físicos como el calor liberado durante la combustión y el intercambio de calor entre los gases y la pared del cilindro. La presión se predice mediante la aplicación de la ley de gas ideal y la primera ley empleada en la liberación de calor, modelada con una función dupla de Wiebe. Los resultados experimentales y del modelado de la presente tesis se presentan de forma gráfica, superponiendo las curvas de liberación de calor y variación de presión al interior del cilindro en las distintas condiciones de operación del motor, comparando así el porcentaje de aproximación entre las curvas teóricas y las experimentales. También se representan, numérica y gráficamente, parámetros de importancia como el retraso al autoencendido, los tiempos de duración de la combustión, la presión sin combustión y la temperatura de los gases en el cilindro.Item Caracterización experimental del factor de fricción y la rugosidad hidráulica en tuberías de acero al carbono con costura y sin costura(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-01-31) López Bonilla, Joel Martín; Chirinos García, Luis RicardoEl presente trabajo pretende caracterizar experimentalmente el fenómeno de la pérdida de presión en dos tipos de tubería: acero al carbono con costura y acero al carbono sin costura, adquiridos en el mercado nacional peruano. Esta caracterización se realiza utilizando aire comprimido, seco y regulado para presiones manométricas entre 1 y 7 bar, bajo condiciones de incompresibilidad en la línea de pruebas y con un rango de número Reynolds entre 9x104 y 8x105. El trabajo comprende la determinación experimental del factor de fricción, mediante un ensayo de pérdida de presión, con la finalidad de comprobar que su comportamiento, para las dos tuberías, obedece al modelo monotónico de Colebrook que se suma a las afirmaciones de Kemler en 1933, Moody en 1944, Schlichting en 1979, Bradshaw en 2000, Perry en 2001 y Langelandsvik en 2008. Esto permite calcular la rugosidad hidráulica para los dos tipos de tubería, resultando que la tubería de acero al carbono con costura tiene una rugosidad hidráulica experimental igual a 0,186 mm, siendo el parámetro de rugosidad Rz y el modelo de Afzal en 2007, las mejores opciones para estimar el valor experimental. Del mismo modo, la tubería de acero al carbono sin costura tiene una rugosidad hidráulica experimental igual a 0,018 mm, siendo el parámetro de rugosidad Rq y los modelos de Langelandsvik en 2008 y Botros en 2016, las mejores opciones para estimar el valor experimental. Así, es posible determinar, con mayor acercamiento, la rugosidad hidráulica (ks) para las tuberías de acero al carbono con y sin costura, conociendo solamente los parámetros de rugosidad superficial (Ra, Rz y Rq). Además, se puede tener la seguridad de utilizar el modelo monotónico de Colebrook para realizar el cálculo del factor de fricción (Λ). Con esto, la estimación de pérdida de presión y el gasto de energía involucrado es mucho más próximo a lo requerido.Item Energy and exergy analysis of an HVAC system(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-11-03) Quintanilla Muñoz, Alberto Martin; Vaudrey, Alexandre; Chirinos, LuisThe efficient use of energy is a major issue nowadays. Environmental and economic purposes push various investigations to focus on the performances of energy systems and equipment. In the context of the coming energy transition, Heat, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) systems will certainly take an increasing and worldwide importance. In this work, energy and exergy analysis are used to assess the performances of each component of an air treatment station. Results of energy and exergy analysis for each process are presented. The most important result is that simple heating and cooling processes with deshumidification have the worst exergy efficiencies; and that both processes represent almost all the exergy losses of the studied HVAC system.Item Efectos de la restricción parcial del aire de admisión e incremento de la temperatura de la mezcla aire-gas natural en un motor diesel funcionando en el modo diesel/gas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-10-14) Chevarría Mar, Alvaro Rodrigo; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarUn motor Diesel funcionando en modo Diesel/gas y a cargas bajas tiende a disminuir su rendimiento y producir más emisiones de hidrocarburos (HC) y monóxido de carbono (CO) en los gases de escape, especialmente cuando se utilizan altas proporciones de sustitución de gas natural. Por tal motivo en esta investigación se utilizan dos técnicas para controlar las emisiones de estos contaminantes y mejorar el rendimiento efectivo del motor, la restricción parcial del aire de admisión, para producir una mezcla de gas natural-aire eficazmente rica y el incremento de la temperatura de la mezcla airegas natural, para promover una mejor combustión. Un motor Diesel adaptado a un banco de pruebas en el Laboratorio de Energía de la PUCP que funciona en modo diesel original y modo Diesel/gas natural se utiliza a través de la experimentación. Se analizan los parámetros del consumo específico de combustibles (diesel y gas), rendimiento efectivo, presión en el interior del cilindro y emisiones de HC, CO y óxidos de nitrógeno (NOx) en los gases de escape. Los ensayos son realizados en una amplia gama de condiciones de funcionamiento (velocidad del motor, carga y relación de sustitución Diesel/gas). La eficiencia efectiva y las emisiones de HC, CO y NOx del modo Diesel/gas se encuentra afectadas cuando se utiliza la restricción parcial de aire y una mayor temperatura de la mezcla aire - gas natural. Los resultados demuestran que es posible mejor las prestaciones del modo Diesel/gas en el uso de ambas técnicas.