Archivo para agosto, 2012


Comparto la presentación que hice en el Encuentro Científico Internacional ECI de Invierno, exposición de jueves 02 de Agosto del 2012 http://www.encuentrocientificointernacional.org

También mostré los códigos en Matlab, pero eso sólo es para el auditorio que estuvo presente. Gracias por su lectura.

 

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Una de las tecnologías más desarrolladas para el tratamiento de los residuos sólidos urbanos es la incineración mediante hornos de parrillas rotatorias, la cual es una de las tecnologías más avanzadas, desarrolladas e implementadas a nivel mundial.

En la figura se observa las diferentes etapas a través de la planta, así como la recolección de cenizas y los tratamientos de los gases de escape, en ambos casos, para hacer de toda esta instalación compatible con el medio ambiente, es decir, que se elimine en lo posible todos los elementos nocivos que causarían daño al medio ambiente.

La caldera debido a su alta capacidad de incineración tiene todo lo que es de una caldera compleja como son los recuperadores, etapa de sobrecalentamiento, etc… sin embargo, se dispone de información tanto en papers como en tesis de instalaciones de menor capacidad, en donde, se da a saber la forma de como calcularlo y dimensionarlo, es más, hay empresas que ya lo venden en paquete, es decir, que solo basta decir que tengo tanta de producción de residuos al día y un estudio de cómo están compuestos para que se dé un dimensionamiento de una planta de incineración de éste tipo.

Espero que os sirva y obviamente cada parte de esta instalación se puede simular en Matlab/Simulink asi como casos muy especiales y detallados de procesos de transferencia de calor, sistemas eléctricos, control, etc… best regards.


Los residuos sólidos urbanos es generado en las ciudades y pueblos, en otros países se hacen estudios exhaustivos sobre estos residuos, pero sin embargo, en Perú hay poca información y muy dispersa que es necesario que alguien haga una tesis tratando de recopilarla y compilarla con la finalidad de que aparte de una situación actual proponer noveles soluciones a tales casos. Os muestro acá algunos datos.

En un primera figura se muestra la generación de residuos sólidos urbanos en las distintas regiones del Perú, en donde se observará que Lima es la principal productora y luego muy lejos están las otras regiones:

Pos si Lima es la región con mayor producción de residuos sólidos, entonces, nos referimos a las Ciudad de Lima Metropolitana la cual está constituido por muchos distritos, los distritos que más generan residuos sólidos son:

Pero toda esa cantidad de residuos deben ser procesados, almacenados o colocados en algún lugar previamente tratados o simplemente depositados, siendo una alta producción en Lima y Callao, la siguiente gráfica muestra el estado de la disposición final de tales residuos, donde se colocan y en que porcentaje.

Son grandes rellenos sanitarios en los cuales poco se ha hecho en utilizar los residuos sólidos en otras modalidades como puede ser la combustión, la gasificación u otras formas de aprovechar la energía contenida en esos residuos. Pero, una idea de qué están constituidos los residuos sólidos urbanos generados en Perú lo doy en la siguiente figura:

Vemos que un gran porcentaje es materia orgánica… por lo tanto, las soluciones y alternativas saltan a la vista !


La entropía es una variable termodinámica que refleja el grado de desorden de un proceso, aunque hay diferentes formas de interpretarlo según los diferentes autores que se puedan citar o recordar en sus textos. Debido a que la sustancia parte de un estado inicial y es sometida a un proceso, se tiene que durante ese proceso ésta sufre modificaciones en su constitución y/o propiedades físicas y/o químicas, lo que deviene a una “degeneración” del estado inicial a otro final de la sustancia, este cambio viene a ser representada por la entropía.

En las celdas de combustible se trabaja tanto con oxígeno, hidrógeno y agua. El agua que al inicio sirve para producir el hidrógeno y oxígeno, y luego de que éstos constituyentes atraviesan las celda de combustible o circuito eléctrico, se reunen nuevamente formando agua, por lo tanto, es necesaria la cuantificación de la entropía de tales sustancias, cosa que se muestra en la figura del presente post para diferentes valores de temperatura debido a que las celdas de combustible generan calor producto de sus mismos procesos.


Una de las variables termodinámicas importantes es la entalpía, ella refleja el contenido de energía de una sustancia a partir de un estado de referencia. Existen tablas termodinámicas para las diferentes sustancias y se ponen en mayor uso aquellos que están relacionados con la industria.

Dos sustancias bastante usadas en lo que son los estudios de celdas de combustible son el hidrógeno y el oxígeno. Siendo la forma básica de una celda de combustible el tener que  utilizar agua para luego descomponerla en sus dos constituyentes: hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno que al interior de la celda de combustible se separa en sus constituyentes, iendo el protón desnudo a través de la membrana protónica y el electrón a través del conductor hacia las cargas eléctricas para luego retornar a la celda de combustible y reunirse formando hidrógeno y agua.

La gráfica mostrada en la presente entrada son las entalpías del hidrógeno y oxígeno en función de la temperatura, toda vez que las celdas de combustible trabajan a cierta temperatura y es necesario tener todos los estados posibles computados para que cuando sea necesario, simplemente se utilice el código desarrollado en Matlab según los fines buscados.


El motor Stirling en una forma alternativa de generar trabajo y potencia a partir de una fuente de calor. En la figura de arriba se muestra el mecanismo de un motor Stirling de configuración beta, se puede ver, que hay diferentes elementos y también lo que son las proporciones entre las piezas, recorridos, radios de giro, altura de pistón, etc… todo esto se puede analizar mediante ecuaciones y sirven para describir un proceso de funcionamiento que se muestra a continuación:

El sistema se muestra que trabaja con un recuperador y un émbolo que recorre la cámara alternando los fluidos caliente y frío durante el funcionamiento de la máquina. Esto se requiere quizás de teoría para ir explicando los procesos, pero cosas importantes como son volumen, temperatura, presión, el desplazamiento de los vástagos,  entre otros parámetros son los principales para poder explicar como va funcionando, doy a continuación algunos resultados de simulaciones hechas en Matlab/Simulink

Posición Vertical de Vástagos Pistón y Desplazador

Volumen instantaneo en celdas zona fría y caliente

Derivada de Volúmenes respecto al ángulo de giro


Hello World !! Creo que éste modelo aún no lo he posteado, corregidme si estoy equivocado 😀

Se trata de una turbina eólica Gamesa G52 de 850 kW de capacidad nominal en la generación. Son turbinas grandes y por lo tanto, se trata de reproducir en ecuaciones su comportamiento, esto facilita en gran medida el estudio de su comportamiento en determinadas situaciones sea en condición estable o transitoria. Lo que en la figura de arriba se observa es que se tiene el modelo construido en un entorno de Matlab/Simulink (de MathWorks Inc), considerando todas las condiciones posibles de funcionamiento con su velocidad de arranque, velocidad de corte etc. El resultado de tal simulación se muestra a continuación:

En ambas curvas se observa la potencia que se genera durante los diferentes valores de velocidad de viento y lo mismo de la corriente a un voltaje de generación de 680 Voltios ac nominales. Se puede apreciar la velocidad de arranque, la velocidad de corte, la velocidad a partir de la cual se obtiene la potencia nominal de generación y en general la forma de la curva de potencia para todos los valores. Con esto se puede acoplar este modelo a diferentes situaciones o procesos de estudio.


Una de las formas más efectivas de quemar la biomasa es mediante un proceso de combustión de dos etapas y con dos ingresos de aire: primario y secundario.

La primera etapa sirve para la gasificación y primera combustión de lo desprendido por la biomasa, esto se logra con el ingreso de aire con cierto exceso para hacer una combustión eficiente, consideren que la biomasa ingresa con cierto porcentaje de humedad y que en algunos procesos de combustión toleran hasta 60% en peso de humedad… por lo tanto, la primera combustión sucede y produce calor, cenizas y los gases de combustión.

Sin embargo, debido a la naturaleza heterogeneo de la biomasa y a sus diferentes componentes químicos presentes en la biomasa, por lo general, se forman productos contaminantes en los gases de combustión tales como los oxidos de nitrógeno, etc… para evitar esto, lo que se hace es que los gases ingresen a una segunda combustión con aire secundario que permiten alcanzar temperaturas elevadas de tal manera que los componentes nocivos son rotos y descompuestos a elementos de menor peligrosidad y simplicidad.

La figura muestra el esquema general de los procesos involucrados con sus temperaturas, aire, productos y los flujos del proceso. La mejora constante de estos procesos es labor de las universidades, grupos y centros de investigación, porque no lo sólo es cuestión de reproducir algo que ya se conoce desde hacer tiempo (la humanidad desde la invención del fuego ha utilizado la combustión de la biomasa y aún ahora en el mundo muchos miles de millones de personas la utilizan) sino de optimizarla creando nuevas tecnologías y/o materiales para ello, en ese ánimo se espera que haya progresos en ello, y se invita a compartirlos.


Bueno si imaginamos un trozo de madera que ingresa a un cámara de combustión o en el simple cocina a leña, podemos observar la quema de la madera, más esto que al parecer es sencillo algo que es fácilmente reproducible hasta con un cerillo; más si se desea trabajar de manera más rigurosa, se debe cuantificar todo el proceso de combustión con el fin de optimizar la combustión desde los diferentes frentes tanto el termodinámico, económico, etc…

Por lo tanto, la figura se muestra la pérdida de masa de la madera bajo dos parámetros el tiempo y la temperatura; es decir, como va variando la masa en el tiempo de quema y con la temperatura que se va alcanzando en la combustión. Pueden observar que se ha hecho el estudio de la masa de manera adimensional, esto para poder mostrar de manera más lógica la pérdida de la masa durante todo el proceso que involucran tres etapas.

En los centros de investigación lo que hacen es probar diferentes tamaños y formas de madera para que este proceso sea de la mejor performance, y ahi trabajan, los investigadores en mejorar los procesos, obviamente esto involucrado con un sector industrial que está interesado en esto con la finalidad de presentar mejores productos al mercado.


Hola a todos… acabó un mes más Julio 2012, que puedo decir?

Muchas gracias por sus visitas, a pesar de las dificultades y la responsabilidad de cumplir con las labores diarias, se ha hecho un cantidad buena de post durante Julio del 2012, la cantidad de visitas está muy bien, algo mas de 8000 hits,

Seguiremos durante el mes de agosto 2012 trabajando para compartir conocimiento con toda la comunidad académica, empresarial, profesionales y en general, que estén interesados en estos temas. Durante Agosto 2012, ya más normalizado en el aspecto emocional, prometo colocar muchos post dado que estaremos full trabajando en mejorar las investigaciones realizadas hasta el momento.

Muchas gracias nuevamente por sus visitas, favor difundan el blog, también participen del Grupo de Matlab en Facebook http://www.facebook.com/groups/52442552232/ y cualquier inquietud me escriben al email, saludos para todo el mundo…