DSpace Colección :
http://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/221
2024-03-29T07:38:47ZComparación de tecnologías para edificios de energía neta cero: Sistema reversible de bomba de calor/ciclo Rankine orgánico acoplado a colectores solares y sistema convencional de bomba de calor acoplada a paneles fotovoltaicos.
http://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/11776
Título : Comparación de tecnologías para edificios de energía neta cero: Sistema reversible de bomba de calor/ciclo Rankine orgánico acoplado a colectores solares y sistema convencional de bomba de calor acoplada a paneles fotovoltaicos.
Autor : Pezo Pérez, Matías Francisco
Resumen : Los edificios representan cerca del 30% del consumo de energía final mundial, la cual es utilizada principalmente para calefacción o acondicionamiento de espacios, producción de agua caliente sanitaria, y en electrodomésticos. Las fuentes energéticas más utilizadas para ello son el petróleo, el gas natural y la biomasa, los cuales emiten contaminantes como el CO2 o el material particulado. Para reducir el consecuente impacto ambiental, es necesario implementar nuevas tecnologías que puedan utilizar la energía más eficientemente y reducir la demanda de energía final. Esta tesis estudia los efectos en la demanda energética de un edificio, al implementar mejoras en la envolvente térmica basadas en el estándar Passivhaus, y además propone dos tecnologías para suplir la demanda térmica y aportar producción eléctrica. El primer sistema propuesto es una bomba de calor reversible a ciclo Rankine orgánico acoplada a colectores solares térmicos (HP/ORC-COL), mientras que el segundo esquema contempla la combinación de la bomba de calor con paneles fotovoltaicos (HP-PV). Los sistemas propuestos son evaluados utilizando modelos numéricos a lo largo de un año meteorológico típico utilizando las condiciones climáticas de Santiago, Concepción, y Temuco, obtenidas a partir de la base de datos Meteonorm. Entre los componentes de los sistemas hay intercambiadores de calor, colectores solares térmicos, un compresor scroll reversible, un estanque de almacenamiento de calor, bombas y paneles fotovoltaicos. Cada componente se modela modularmente mediante programas basados en Python, utilizando las bibliotecas CoolProp y SciPy para el cálculo de propiedades termodinámicas y para la resolución de sistemas de ecuaciones respectivamente. Los resultados indican que anualmente el sistema HP-PV es superior al sistema HP/ORC-COL en producción eléctrica y en SPF, llegando a un potencial de edificio de energía neta cero de 76,26% en Santiago, 66,64% en Concepción y 60,42% en Temuco. Además, se determina que los costos de operación emisiones de CO2 de ambos sistemas propuestos, son menores a los de calderas de petróleo, gas natural y pellets de madera.
Descripción : Tesis presentada para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería con Mención en Ingeniería Mecánica.2024-01-01T00:00:00ZFactibilidad de la determinación de características del daño en rodamientos a partir de vibraciones.
http://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/11760
Título : Factibilidad de la determinación de características del daño en rodamientos a partir de vibraciones.
Autor : Muñoz Flores, Manuel Ignacio
Resumen : Los rodamientos son componentes primordiales dentro de las máquinas, ya que soportan y permiten el movimiento de elementos rotatorios u oscilantes. Las fallas en estos son una de las razones principales por las cuales varias máquinas rotativas tienden a deteriorarse, convirtiéndolos en objeto frecuente de mantención. Muchos daños en rodamientos son provocados por desgaste o fatiga superficial, y a su vez cuando estos tipos de daños están presentes, se producen fuerzas del tipo impulsiva. Este tipo de fuerza presenta una corta duración, por lo que se pueden ver afectadas por interferencias provenientes de otras vibraciones, tales como el ruido o las vibraciones originadas por fuentes externas, generalmente de elementos de máquinas cercanos, por lo que es esencial preprocesar las señales correctamente para obtener resultados precisos. En esta investigación se tiene por objetivo seleccionar e implementar técnicas para conocer las características de un daño en un rodamiento, particularmente el tamaño de un daño en la pista interior y exterior de un rodamiento, provocada por fatiga, debido a lo común que son estos daños. La metodología de este proyecto implica una revisión exhaustiva de la literatura para identificar técnicas prometedoras que permita estimar el tamaño de estos daños. A partir de estas técnicas, en esta investigación se propone el nuevo método DEW que combina la transformada de Wavelet con el análisis de la envolvente de las señales (Wavelet Denoising – Envolvente – WPD específicamente), para estimar el tamaño del daño puntual. Para validar las técnicas empleadas, se utilizan señales simuladas, además de dos conjuntos de mediciones obtenidas de la bibliografía. Estos conjuntos de datos contienen señales correspondientes a rodamientos operando a diversas velocidades, cargas, tamaños de daño, entre otros.
Con los resultados obtenidos, fue posible estimar un intervalo de confianza para el tamaño del daño en las distintas condiciones planteadas. A pesar de algunas inconsistencias observadas, el método mostró resultados más precisos con cargas altas, tamaños de fallas mayores o velocidades bajas. En el caso de señales simuladas, se lograron buenos resultados incluso en escenarios con hasta 10 [dB] de relación señal-ruido. Sin embargo, para la evaluación con el conjunto de datos experimentales, esta estimación resultó insuficiente debido a la cantidad de ruido presente, que atenuó los componentes de interés, especialmente el pico de entrada.; Bearings are essential components within machines, due to the crucial role they play in supporting and enabling the motion of rotating or oscillating elements. Currently, despite their importance, there is no reliable strategy for predicting their failures. Damage to bearings is primarily caused by wear or surface fatigue, and when these types of damage are present, impact forces occur. This type of force has a short duration, so it can be affected by interferences from other vibrations, such as noise or vibrations originating from external sources, typically nearby machine components. Therefore, it is essential to preprocess the signals correctly to obtain accurate results. The objective of this research is to select and implement techniques to determine the characteristics of damage in a bearing, particularly the size of damage to the inner and outer raceways of a bearing, caused by fatigue, due to how common these types of damage are. The methodology of this project involves a comprehensive review of the literature to identify promising techniques for measuring the size of this damage. From these techniques, in this research, the new DEW method is proposed that combines the Wavelet transform with signal envelope analysis (specifically Wavelet Denoising – Envelope Analysis– WPD) to estimate the size of the localized damage. To validate the employed techniques, simulated signals are used, in addition to two sets of measurements obtained from the literature. These datasets contain signals corresponding to bearings operating at various speeds, loads, damage sizes, among others. With the results obtained, it was possible to estimate a confidence interval for the size of the damage under different conditions. Despite some observed inconsistencies, the method showed more accurate results with increased load, fault size, or decreased speed. In the case of simulated signals, good results were achieved even in scenarios with up to 10 [dB] of signal-to-noise ratio. However, for the evaluation with the experimental dataset, this estimation proved insufficient due to the amount of noise present, which attenuated the components of interest, especially the input peak.
Descripción : Tesis presentada para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería con Mención en Ingeniería Mecánica.2024-01-01T00:00:00ZDiseño y simulación de un harnero vibratorio para su aplicación en ambiente lunar.
http://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/11715
Título : Diseño y simulación de un harnero vibratorio para su aplicación en ambiente lunar.
Autor : Cáceres Slimming, Pedro Enrique
Resumen : La minería lunar es un proceso necesario para el establecimiento de bases de operaciones y colonias humanas en nuestro satélite natural, ya que los altos costos de transporte desde la Tierra a la Luna obligan a utilizar los recursos encontrados in situ. Estos recursos pueden ser utilizados para la fabricación de estructuras y maquinaria, como fuente de energía y de oxígeno, estando este último elemento asociado a los componentes del regolito lunar. El objetivo de este proyecto es evaluar la aplicación de un harnero vibratorio capaz de trabajar en ambiente lunar y con minerales lunares, validado con simulaciones a través del Método de Elementos Discretos (DEM). Para ello se debe caracterizar la granulometría del regolito lunar, así como describir sus propiedades físicas de interés para la simulación, para luego cuantificar mediante simulaciones el desempeño de harneros vibratorios y posteriormente decidir la configuración y geometría de la malla del harnero. Finalmente, se realizará un estudio de la misión de transporte del harnero desde la Tierra hasta la Luna. Para la caracterización del regolito se recurre a la bibliografía existente, obteniéndose la granulometría de distintas muestras de regolito disponibles gracias a las distintas misiones de exploración lunar realizadas hasta la fecha. Conocidas las propiedades de regolito, se procede a evaluar la eficiencia de un modelo harnero disponible de estudios previos en distintas configuraciones, mediante el estudio de la variación de la eficiencia de harneado a diferentes valores de amplitud vibratoria, frecuencia de excitación e inclinación de malla. Una vez se identifican los efectos de las distintas variables en la eficiencia del proceso de harneado, se estudia una malla de apertura aproximada de 100 micras, con partículas que se ajusten a la granulometría de una muestra de regolito, obteniendo una eficiencia de 0.769. Adicionalmente, se analiza la factibilidad de enviar un harnero con una capacidad de procesar 3 toneladas métricas por hora de regolito, para lo cual se estudia una misión de alunizaje desde una órbita de inyección trans lunar, según las capacidades actuales del Sistema de Lanzamiento Espacial de la National Aeronautics and Space Administration, basados en los estudios de una posible misión tripulada a la Luna. Se concluye que es posible transportar hacia la Luna un harnero con la capacidad mencionada anteriormente, pues su masa máxima no supera el límite estimado de una misión de alunizaje, y que este harnero tendría una eficiencia de al menos un 76.9%. No se logra establecer una relación entre las variables estudiadas y la eficiencia de la malla propuesta, para lo que se requiere un estudio más profundo.; Lunar mining is a necessary process for the establishment of operational bases and human colonies on our natural satellite, as the high costs of transportation from Earth to the Moon necessitate the utilization of in-situ resources. These resources can be used for the manufacturing of structures and machinery, as a source of energy and oxygen, with the latter being associated with lunar regolith components. The objective of this project is to assess the application of a vibrating screen capable of operating in a lunar environment with lunar minerals, validated through simulations using the Discrete Element Method (DEM). To achieve this, it is necessary to characterize the particle size distribution of lunar regolith, as well as describe its physical properties relevant for simulation. Subsequently, the performance of vibrating screens will be quantified through simulations, leading to the determination of the configuration and mesh geometry of the screen. Finally, a study will be conducted on the transport mission of the screen from Earth to the Moon. For the characterization of regolith, existing literature is consulted, from which the particle size distribution of different regolith samples is obtained, thanks to various lunar exploration missions conducted to date, was obtained. With the properties of regolith known, an evaluation of the efficiency of an available screen model from previous studies was carried out in different configurations, through a study on the variation in screening efficiency at different values of vibration amplitude, excitation frequency, and mesh inclination. Once the effects of the different variables on the screening process efficiency were understood, a mesh with an approximate opening of 100 microns is studied, using particles that conform to the particle size distribution of a regolith sample, obtaining an efficiency of 0.769. In addition, the feasibility of sending a screen with a capacity to process 3 metric tons per hour of regolith is analyzed. This involves studying a landing mission from a trans-lunar injection orbit, based on the current capabilities of the National Aeronautics and Space Administration's Space Launch System, as per studies for a possible manned mission to the Moon. It is concluded that it is feasible to send a screen with the aforementioned capacity, as its maximum mass does not exceed the estimated limit of a landing mission, and this screen would have an efficiency of 76.9%. A direct relationship between the studied variables and the efficiency of the proposed mesh could not be established, indicating the need for further in-depth study.
Descripción : Tesis presentada para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería con Mención en Ingeniería Mecánica.2023-01-01T00:00:00ZMejoramiento del desempeño de un recuperador de calor a condensación para combustión de biomasa a escala domiciliaria.
http://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/11615
Título : Mejoramiento del desempeño de un recuperador de calor a condensación para combustión de biomasa a escala domiciliaria.
Autor : Gallardo Quilapán, Sebastián Matías
Resumen : El consumo de los combustibles derivados de la madera tiene un extendido uso como fuente de energía para cocinar y mayormente para calefacción, en casi 2 millones de hogares del país. Si bien la biomasa es una forma aceptada de energía renovable y se considera un medio para ayudar a reducir el calentamiento global, tiene efectos adversos En 2019, la combustión a leña fue responsable del 65,9% de las emisiones de material particulado MP 2,5, la cual afecta la salud de personas y animales, daña la vegetación y el suelo, deteriora materiales, reduce la visibilidad y contribuye significativamente al cambio climático de manera negativa. Se propone una manera eficiente de realizar el proceso de combustión para calefacción domiciliaria mediante la incorporación de un intercambiador de calor a condensación (llamado comúnmente termocañón) en conjunto con un equipo reductor de material particulado al sistema de evacuación de gases de una cocina a leña convencional. Se caracteriza su comportamiento mediante pruebas bajo condiciones de operación controladas en un banco de ensayos, obteniendo así variables de entrada para confeccionar y validar un modelo CFD basado en estos resultados experimentales. En base al análisis del desempeño del intercambiador de calor convencional mediante CFD, se proponen mejoras a su geometría, las cuales consisten en aumentar la cantidad de pasos de los gases de combustión, disminuir el diámetro del cañón y adicionar generadores de turbulencia. Estas mejoras se evalúan en dos prototipos de intercambiadores de calor a condensación, que se diferencian únicamente en que uno de ellos incluye generadores de turbulencia adheridos en la placa separadora con dirección al paso 1. Así, se evalúa el desempeño de los prototipos utilizando las condiciones de borde derivadas del ensayo de caracterización y se compara con el desempeño del caso base. Las modificaciones geométricas produjeron un aumento significativo en variables de interés para el desempeño del equipo al compararse con el caso base. Lo anterior se demuestra en el aumento de 68% en la intensidad turbulenta, 57% en la velocidad, duplicar el tiempo de residencia de los gases de combustión y el aumento de 96% en la tasa de transferencia de calor. El modelo que contiene la adición de generadores de turbulencia presenta el mejor desempeño de los tres equipos, obteniendo la mayor tasa de transferencia de calor igual a 3,5 kW, lo que produce una disminución en la temperatura de los gases de combustión igual a 62% y un aumento en la temperatura de salida del agua igual a un 53% comparado con el caso base. Si bien este modelo obtiene el mejor desempeño, se debe evaluar el costo de fabricación y mantención que conlleva su fabricación, puesto que, entre él y el modelo sin GT, la diferencia de rendimiento puede no justificar la dificultad en la fabricación y posterior mantenimiento del equipo.
Descripción : Tesis presentada para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería con Mención en Ingeniería Mecánica.2023-01-01T00:00:00Z