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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/6124| Título : | Desarrollo de un guion experimental para balances de materia y energía para un proceso de combustión |
| Autor : | HERRERA TOLEDO, RODOLFO ALBERTO |
| Fecha de publicación : | 2019 |
| Resumen : | El análisis y mejora de los sistemas térmicos sigue siendo un problema de actualidad, la energía primaria utilizada depende en gran medida de hidrocarburos (sin polemizar su utilización) el acondicionamiento térmico de las sustancias de trabajo en muchos procesos tiene su origen en un tema que se considera difícil de estudiar: El proceso de reacción química exotérmica automantenida por conducción de calor y difusión de especies conocida como " combustión". Las aplicaciones son bastas he incluyen procesos de calefacción, producción de vapor o electricidad a través de ciclos de potencia, propulsión, etc. Las carreras de ingeniería en su mayoría carecen en sus prácticas el análisis de esta operación unitaria, perdiendo la oportunidad de relacionar la teoría con la práctica haciendo más difícil la asimilación del tema, por lo cual este proyecto propone la "construcción de un equipo modular de proceso de combustión con miras a crear "un módulo adicional de intercambio de calor" esto supone el inicio de una nueva forma de realizar las prácticas de ingeniería química en la FES Zaragoza. La elaboración de un guion experimental que incluya la adquisición de nuevas habilidades e incremento de la capacidad de análisis del alumno orientada al aprendizaje activo, en escenarios que se aproximen lo más posible a una problemática real, con modelos más confiables y que enfrentar con un conocimiento sólido de las leyes de conservación y su aplicación en los balances de materia y energía. La idea de este proyecto es definir un alcance con dos módulos uno del proceso de combustión y otro de intercambio de calor. Sin embargo, se está concibiendo esta idea pensando en un proyecto más ambicioso, donde de ser factible la continuidad del mismo a un segundo año, pueda incrementar la construcción y adaptación de más módulos con diferentes configuraciones de transferencia de calor y/o operaciones unitarias que no necesariamente sean térmicas pero relevantes para la industria química. |
| URI : | http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/6124 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | HERRERA TOLEDO, RODOLFO ALBERTO |
| metadata.dc.coverage.temporal: | 2019-2020 |
| metadata.dcterms.educationLevel.SEP: | Licenciatura |
| metadata.dc.description.objective: | 1. Modelar teóricamente los balances de masa y energía en los módulos de combustión y de transferencia de calor 2. Revisar y elaboración de isovistas e isometricos de los módulos de combustión y de intercambio de calor. 3. Diseñar del módulo de intercambio de calor. 4. Construir y los módulos de combustión e intercambio de calor, para su posterior análisis de combustión, y 5. Realizar la adaptación para los puertos de temperatura y presión. y mirillas 6. Diseñar y desarrollar protocolos de actividades prácticas que incluyan la parte de balances de masa y energía. 7. Acoplar los módulos, y comprobar y verificar el estado de las conexiones, puertos y bridas. 8. Añadir aislantes térmicos a los módulos 9. Realizar pruebas de arranque de los equipos para pruebas de fugas. 10. Determinar los parámetros térmicos de presión y temperatura adecuados y proponer cuáles serán los rangos de operación manejados en las actividades practicas hechas por el alumno (considerando el factor seguridad). 11. Determinar las pérdidas de transferencia de calor de los módulos propuestos. 12. Revisar y retroalimentar los protocolos de practica el guion experimental en función de los resultados obtenidos de las pruebas realizadas 13. Elaborar y editar manuales de procedimientos, de módulos y procesos utilizados en las actividades experimentales propuestas. |
| metadata.dc.description.hypothesis: | La construcción de un prototipo de módulo de combustión contribuirá a la transformación en la enseñanza en esta área considerando que se realizará a través de un aprendizaje activo, también se mejorará el conocimiento adquirido en estos temas ya que se enseñará al alumno los procesos de combustión con aire atmosférico, haciendo énfasis en el tema de combustión y las implicaciones que conlleva realizar este proceso a ciertas condiciones de operación. Adicionalmente se podrá vincular conocimiento de dos áreas afines pero que normalmente se ven como independientes, como lo son la termodinámica con las leyes de conservación de materia y energía, y los mecanismos de transferencia de calor en un mismo equipo, el cual tendrá una mayor repercusión en la parte experimental al contar con un segundo módulo de intercambio de calor. Se considera que la realización del proyecto tendrá un impacto en la estructura de las asignaturas de laboratorio y Taller de Proyectos de los módulos de cuarto (Análisis de procesos) y sexto semestre de la carrera de ingeniería química de la Facultad de Estudios Superiores Zaragoza de manera directa, así como en las nuevas materias propuestas en la modificación del plan de estudios en los futuros campos de profundización de energía y de manera indirecta en el de medio ambiente. |
| metadata.dc.description.strategies: | El desarrollo del guion experimental consistirá en diseñar y desarrollar protocolos iniciando por:
1. Diseño y elaboración de isovistas e isométrico de equipo modular cámara de combustión y modulo de intercambio de calor ( se anexa en los documentos probatorios).
2. Revisión y diagramas complementarios de isovistas e isométrico incluidos los puestos de conexión, y vista interior de módulo de intercambio.
3. Desarrollar las memorias de cálculo de las combustiones teóricas a compasión conocida para los balances de masa y energía en los módulos de combustión y de transferencia de calor
4. Realizar los cálculos para el diseño del módulo de intercambio de calor en función de la energía térmica disponible
5. Mandar a hacer las preparaciones de los puertos de temperatura y presión. y mirillas, y bridas de módulos
6. Construir y los módulos de combustión e intercambio de calor, para su posterior análisis de combustión, con bridas rectangulares y acondicionamiento e instalación de puertos de conexión de termómetros y manómetros.
7. Acoplar los módulos, y comprobar y verificar el estado de las conexiones, puertos y bridas.
8. Aislar los módulos y realizar y puesta en marcha y pruebas de equipo. (Revisión de factores de seguridad como barrido de gases, aislamientos térmicos, temperaturas superficiales, conexiones eléctricas).
9. Determinar los parámetros térmicos de presión y temperatura adecuados y proponer cuáles serán los rangos de operación manejados en las actividades practicas hechas por el alumno (considerando el factor seguridad).
10. Determinar las pérdidas de transferencia de calor de los módulos propuestos.
11. Validar de forma experimental un modelo diésel-aire atmosférico controlando la cantidad de exceso de aire a través de la medición de la composición a través de un medidor Bacharach.
12. Tratar de determinar la eficiencia térmica y global del módulo combustión y el módulo intercambio de calor
Para diseñar, desarrollar y validar los protocolos se seguirán los siguientes pasos:
1. Búsqueda bibliográfica en Sciendiect y análisis del material bibliográfico.
2. Desarrollo experimental de protocolos
3. Evaluación de la reproducibilidad de la técnica. por parte de los participantes y posteriormente con la colaboración de los alumnos que participaran en el proyecto.
4. Desarrollo de cada protocolo por módulo y análisis global (ambos módulos).
5. Revisión del protocolo por responsable y colaboradores.
6 a la par del desarrollo de los modelos teóricos y reales se irán desarrollando los problemario de balance de masa y energía para el blog.
Para elaborar los manuales se procederá de la siguiente forma:
1. Se alineará a los procedimientos y formatos de las prácticas de laboratorio de acuerdo con los sistemas de calidad en la planta piloto de la carrera de ingeniería química.
3. Se diseñará y desarrollará la parte experimental en la Planta piloto de Ingeniería química de la FES ZARAGOZA.
4. Análisis y discusión de los resultados.
5. Conformación del manual considerando elementos como carátula, índice presentación de prácticas: objetivo, introducción, material, equipo bibliografía.
6. Impartición de curso para alumnos validado el modelo de combustión y transferencia de calor.
7. Difusión de los resultados a profesores. Desarrollar un guion experimental para analizar el proceso de combustión a través de la construcción de prototipo de cámara de combustión (llamado módulo de combustión), considerando y controlando la variación de parámetros como exceso de aire, cambios de humedad relativa del aire y cálculo de humedad específica además de analizar las pérdidas de calor en el equipo por los mecanismos de radiación y convección, de forma comparativa que incluya el sistema con y sin aislamientos térmicos. Incluir un segundo módulo de análisis de intercambio de calor para realizar la practica experimental de balances de masa y energía de forma modular o global para mejorar la capacidad de análisis del alumno, los contenidos disciplinarios, las metodologías e incrementar los recursos didácticos en infraestructura del laboratorio de docencia de la carrera de ingeniería química de la FES Zaragoza. Mejorar la calidad educativa en las materias de los módulos de 4to y 6to semestre incluyendo el Laboratorio y Taller de Proyectos de la carrera de Ingeniería Química de la FES Zaragoza, fomentando la vinculación teoría-práctica mediante el desarrollo de nuevas actividades de laboratorio, adicional a la elaboración y publicación de material didáctico a través de un blog y la impartición de un curso a alumnos. |
| metadata.dc.description.goals: | 1. Se realizó los modelos teóricos para la obtención de dimensiones, posteriormente los planos de construcción, e mandó a construir el equipo, módulo de combustión y de intercambio de calor (zona radiante y convectiva) Meta concluida 2. Se modelaron teóricamente los balances de masa y energía en los módulos de combustión y de transferencia de calor. Meta concluida 3. Se diseñó y desarrolló el protocolo de actividades prácticas de balances de masa del proceso de combustión, así como el cálculo de la energía disponible en los gases de combustión como entalpías de mezcla. Meta concluida 4. El equipo no se ha instalado, se presentó el proyecto a la carrera, sin embargo, no se ha tenido la respuesta oficial de donde se colocará el equipo (lo más probable en la planta piloto del campo II de la FES Zaragoza), esto es importante ya que, la construcción de la chimenea del túnel depende de la ubicación final del equipo, no es posible cambiar el equipo de lugar con facilidad ya que se tiene que realizar las adaptaciones eléctricas y de espacio. Una vez que la carrera destine el espacio disponible para la ubicación de este se realizarán las pruebas en la instalación del equipo. Meta en proceso 5. Se determinaron los parámetros de temperatura para el cálculo de los aislamientos térmicos, , así como el cálculo de las velocidades dentro del equipo para el tiro natural de salida de los gases de combustión y contar con una presión positiva que no afecte al desarrollo de la flama en el quemador. La retroalimentación con el guion experimental debe ser parte de la mejora continua, medir la velocidad de aire y proponer cuáles serán los rangos de operación adecuados Meta concluida, con seguimiento de mejora continua 6. Se han determinado las pérdidas de transferencia de calor de los módulos propuestos al garantizar que el espesor es mayor que el requerido para obtener una temperatura de aproximadamente 50 °C en toda la superficie de intercambio de calor, ademas de una segunda capa de aislante para evitar alguna quemadura. Meta concluida 7. Se elaboró el guion experimental en donde ese incluye las instrucciones de arranque y paro de del quemador (barridos, lista de cotejo para encendido, posibles errores que se puedan presentar Meta concluida 8. Se desarrollo y público el artículo en la revista del Coloquio de Investigación Multidisciplinaria 2019 En el Journal CIM Vol 7 Num 1 ISSN 2007-8102 el trabajo que lleva por título: “Desarrollo de software energético de generadores de vapor utilizando combustible diesel” Con agradecimiento al Proyecto PE109819 Meta concluida 9. El Desarrollo de una tesis de licenciatura sobre diseño de intercambiadores de calor inicio mediante el formato de proyecto tesis de la FES Zaragoza a pesar de tener un registro de tesis reciente los alumnos ya tienen un grado de avance de 65 y 70% Meta en proceso 10. Se desarrollo el material para el blog y diseño de intercambiadores de calor por dos alumnos del servicio social Meta concluida |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | El tema de “la combustión” es de actualidad, se requiere de estudiantes de ingeniería química que dominen estos temas, ya que la energía primaria utilizada es básicamente por quema de hidrocarburos. Las carreras de ingeniería química al carecer en sus prácticas del análisis de este proceso en un equipo, pierden la oportunidad de relacionar la teoría con la práctica haciendo más difícil la asimilación del tema, lo cual se constató con la impartición de los cursos a partir del proyecto. El proyecto representó reto enorme, desde la modelación teórica del proceso de combustión (estándar, con exceso de aire, húmeda, etc.), el diseño térmico del mismo, así como los problemas encontrados que implican el diseño mecánico para la construcción de un equipo modular. Las cotizaciones fueron un proceso complicado por los tiempos límite para ejercer las partidas, aunados a los cambios entre estas e incluso la fluctuación del tipo de cambio para la compra de los artículos, por fortuna se encontró un proveedor experto en trabajos de este tipo que apoyo en la parte estructural y armado de los módulos que integran el equipo. Aunado al tema del examen de oposicion por parte del responsable del proyecto. La multidisciplina de la parte térmica y mecánica sin duda nos dan la posibilidad de documentar la construcción del equipo desde la concepción de la idea hasta la operación y posterior simulación de los modelos,creemos que esto es de suma importancia en la parte académica, lo cual no fue contemplado inicialmente en el proyecto. Otro reto en el desarrollo del proyecto es en materia de seguridad al contar con un equipo que maneja un combustible dentro de la planta piloto, tema que preocupa a la jefatura de la carrera, el riesgo siempre existe ya que nunca podrá ser nulo, sin embargo, se han considerado acciones necesarias para minimizarlo (ventilador de barrido para gases evaporados entre otros.). Esto puede contribuir de alguna manera a fomentar la cultura de la seguridad en los estudiantes de ingeniería que estarán en su vida laboral en instalaciones de mayor riesgo. Se pretende que el túnel de calor sea la punta de lanza para proponer nuevas prácticas de ingeniería química en la FES Zaragoza, lo cual impactará en la enseñanza al igual que el blog el cual pretende retroalimentarse de los propios estudiantes marcando un aprendizaje activo con el uso de las TIC´s. A pesar de las ventajas que tiene esta herramienta, tendremos que dar seguimiento al aprendizaje de los estudiantes para la mejora continua de la herramienta. Por otra parte, la generación de infraestructura también representa en la actualidad un problema por la cuestión de espacio disponible en la planta piloto de la carrera de ingeniería química de la FES Zaragoza (existe equipo que funciona pero no se utiliza), en proyectos de este tipo se sugiere considerar desde el formato de pertinencia la solicitud del espacio para agilizar los trámites de la instalación una vez construido y entregado el equipo. |
| metadata.dcterms.provenance: | Facultad de Estudios Superiores (FES) Zaragoza |
| metadata.dc.subject.DGAPA: | Ingenierías Blog Combustibles Experimentación Irreversibilidades Leyes de conservación |
| metadata.dc.type: | Proyecto PAPIME |
| Aparece en las colecciones: | 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías |
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