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En este libro, podrás encontrar metodologías para el diseño y análisis de sistemas térmicos, especialmente para gasificadores y disipadores de calor. Metodologías que van de la mano de herramientas computacionales y de nuevas estrategias que permiten optimizar estos sistemas. En los primeros dos capítulos se presentan dos métodos para mejorar el desempeño térmico de disipadores de calor; jugando con la modificación del área superficial, en los que, además, se realiza un análisis térmico, mediante software de fuente abierta y comercial con el objetivo de mostrar las bondades de cada uno. En el tercer capítulo se plantea un estudio detallado para el diseño y análisis de gasificadores de cascarilla de arroz de lecho fijo, en el que se definen algunas consideraciones derivadas de la experiencia acumulada por el equipo de investigadores de la Institución Universitaria Pascual Bravo, donde se dan a conocer aquellos parámetros característicos del proceso.

La micro-generación eléctrica es una alternativa usada en zonas de difícil acceso y que no están conectadas al sistema eléctrico nacional. Para resolver esta limitación, se utilizan diferentes tecnologías de aprovechamiento de las energías renovables, dentro de las que se destacan las turbinas tipo Pelton, las cuales se distinguen por requerir grandes saltos de agua y pequeños caudales. Para el desarrollo e implementación de esta tecnología de generación eléctrica, existen algunas metodologías de dimensionamiento entre las que se destacan: el uso de curvas paramétricas para el diseño del cangilón, dinámica de fluidos computacional para el diseño general de la turbina y del cangilón, y otras metodologías más tradicionales que utilizan métodos gráficos para el diseño del cangilón; todas éstas con algunas deficiencias que no permiten un desempeño óptimo bajo una condición específica de operación. En este trabajo se comparan tres metodologías tradicionales para el diseño del cangilón de las turbinas tipo Pelton (OLADE, Nechleba y Thake), esto con el fin de seleccionar la más adecuada para una condición especifica. Por lo tanto, se hace un análisis del comportamiento dinámico por medio de un análisis modal, y del comportamiento estático estructural en el software de elementos finitos ANSYS. De los resultados obtenidos, todos los cangilones cumplen con dos de los tres criterios de selección pre-establecidos, se destaca la metodología de Thake al tener los mejores resultados en la relación de resistencia - peso.

Los problemas medioambientales asociados al uso de combustibles fósiles y la eventual escasez de estos han motivado el desarrollo de tecnologías de aprovechamiento de fuentes renovables de energía. Entre estas, sobresale la biomasa, por su disponibilidad, producción con poca dependencia de las condiciones ambientales y facilidad de conversión. Por otro lado, en Colombia se producen cerca de 520.000 toneladas de cascarilla de arroz anualmente, ubicando este residuo como uno de los de mayor potencial energético. Entre los métodos de aprovechamiento, se destaca la gasificación por generar un gas que puede ser empleado en máquinas térmicas convencionales luego de pocas modificaciones. En Colombia existen muy pocas experiencias documentadas en las que se utilice la gasificación como mecanismo de valoración energética de la biomasa y dada la gran aplicabilidad de esta tecnología, en este proyecto se presenta el diseño y los avances en la construcción de un prototipo de gasificación de lecho fijo equicorriente de núcleo abierto para operar con cascarilla de arroz. Se selecciona como potencia de diseño 20 kWth, debido a que, de usar el gas para generación eléctrica, podría ser empleado en grupos electrógenos de baja potencia, inferior a 5kWe, los cuales son de uso común en zonas con bajo nivel de acceso a la electricidad. El diseño del reactor parte de mediciones experimentales exploratorias realizadas en un gasificador equicorriente invertido, en donde se determinó que la tasa específica de gasificación (SGR) varía entre 120 y 200 kg/h/m2 mientras se produce un gas con poder calorífico inferior (PCI) entre 3.5 y 4 MJ/Nm3, valores que dependen del flujo de gasificante empleado y del estado termoquímico del proceso. Haciendo uso de relaciones termodinámicas y de métodos Heurísticos, se determinan las dimensiones principales del reactor, así como sistemas y subsistemas requeridos para su operación en continuo. De los resultados se destaca que, para la potencia de diseño definida, se requiere de un lecho cilíndrico de sección transversal de diámetro 0.35 m y longitud de 1 m. Las temperaturas alcanzadas en las pruebas exploratorias se mantuvieron por debajo de lo que permite emplear acero inoxidable AISI 304 como material de la zona de reacción. Actualmente la construcción del reactor presenta un grado de avance cercano a 90% y se han iniciado pruebas de verificación de flujo de biomasa en frio.

Los motores HCCI han surgido como respuesta a las exigentes normas de regulación de emisiones contaminantes y a la inminente escasez de combustibles fósiles gracias a que combinan una baja emisión de contaminantes y una alta eficiencia térmica. Dado que la combustión HCCI depende en gran medida de la cinética química de la mezcla combustible-aire admitida, la cual a su vez depende de la composición, temperatura, presión y concentración de la mezcla; una buena aproximación del orden de magnitud de estas variables es indispensable para hacer un ajuste preliminar del sistema de control. En este estudio, se analizan los efectos de la variación en la composición del gas de síntesis, el dosado relativo y las condiciones de temperatura y presión en la admisión como parámetros de control de la autoignición en un motor estacionario para microgeneración; a través de un análisis numérico utilizando un modelo cero dimensional de una zona con cinética química detallada, empleando el programa CHEMKIN-PRO®. Los resultados muestran que la variación de la temperatura juega el papel predominante en determinar el inicio de la combustión. Las demás variables también juegan un papel importante pero su efecto es menor.