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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7577| Título : | Desarrollo de un guion experimental para un proceso de intercambio de calor |
| Autor : | HERRERA TOLEDO, RODOLFO ALBERTO VIÑAS REYES,ELISA BLANCA |
| Fecha de publicación : | 2021 |
| 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 intercambio de calor utilizando como fluido de trabajo una mezcla (gases de combustión) proveniente de quemado de diésel. Las aplicaciones del intercambio de calor son bastas incluyen procesos de calefacción, producción de vapor o fluidos térmicos, etc. Las carreras de ingeniería carecen en sus prácticas de un análisis profundo de cada una de estas operaciones unitarias, perdiendo la oportunidad de relacionar la teoría con la práctica haciendo más difícil la asimilación del tema, por lo cual este proyecto propone continuar con la línea del proyecto PE109819 teniendo el prototipo "Túnel de Calor" con la "Construcción de un equipo 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 pueda 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 el diseño termo-hidráulico y mecánico del intercambio de calor. Sin embargo, se esta concibiendo esta idea pensando en un proyecto más ambicioso, donde de ser factible la continuidad culminado este proyecto, para la construcción y adaptación de más equipos de intercambio con diferentes tipos y configuraciones de transferencia de calor y operaciones unitarias no completamente térmicas pero relevantes para la industria química. |
| URI : | https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7577 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | HERRERA TOLEDO, RODOLFO ALBERTO |
| metadata.dcterms.callforproject: | 2021 |
| metadata.dc.coverage.temporal: | 2021-2023 |
| metadata.dcterms.educationLevel: | nivel superior |
| metadata.dcterms.educationLevel.SEP: | Licenciatura |
| metadata.dc.description.objective: | Objetivo general: Desarrollar un guion experimental para analizar el proceso de intercambio de calor en un módulo de los que integran el llamado "Túnel de calor", considerando y controlando la variación de parámetros como temperaturas de gases de combustión, de agua y flujos másicos, utilizando como fuente de calor de la combustión diésel, además de analizar las pérdidas de calor en el equipo por los mecanismos de radiación y convección. Midiendo inicialmente de forma puntual los parámetros del aire para la combustión (humedad relativa y temperatura de entrada) para realizar la práctica experimental determinando los balances de masa y energía de forma modular o global (es decir incluyendo el proceso de combustión o no) para mejorar la capacidad de análisis del alumno, los contenidos disciplinarios, las metodologías e incrementar los recursos didácticos en infraestructura del laboratorio de la carrera de ingeniería química de la FES Zaragoza. Mejorar la calidad educativa en las materia 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 teórico-práctica mediante el desarrollo de nuevas actividades de laboratorio, la elaboración y publicación del manual de operación, impartición de cursos a alumnos. Y sentar las bases para el apoyo a materias como termodinámica, ingeniería de servicios, e ingeniería de procesos. Objetivos específicos: "1. Modelar teóricamente los balances de masa y energía en los módulos de combustión y de transferencia de calor. 2. Diseñar termo-hidráulicamente el intercambiador de calor en función del espacio disponible. y propiedades termodinámicas de los gases de combustión iniciando con una configuración 1-1 como tubos y coraza (la coraza está delimitada por el área transversal del “túnel de calor”), Adicionalmente realizar la configuración 2-1 ( dos pasos por tubos y uno por coraza). 3. Diseñar mecánicamente (estructura, soldadura, resistencia de materiales) y por parte del fabricante 4. Analizar la propuesta de diseño mecánico propuesta y aprobar para realizar los planos del equipo de intercambio de calor por parte del fabricante. 5. Construir el equipo de intercambio de calor, para su posterior análisis de combustión 6. Realizar Pruebas de fugas de fluido interno del intercambiador de calor 7. Diseñar y desarrollar protocolos de actividades prácticas que incluyan la parte de balances de masa y energía. 8. Realizar pruebas de arranque del los equipos para pruebas de fugas. 9. Añadir aislantes térmicos a la ventana del intercambiador de calor. 10. Determinar los parámetros térmicos de presión y temperatura adecuados para retroalimentar el guion experimental y proponer cuales 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 del sistema de forma global o modular 12. Elaborar y editar manuales de procedimientos, de módulos y procesos utilizados en las actividades experimentales propuestas." |
| metadata.dc.description.strategies: | El procedimiento del proyecto para desarrollar de manera adecuada el guion experimental de intercambio de calor se llevará a cabo realizando las siguientes actividades: 1 Planteamiento de los modelos teóricos de balance de materia y energía, recordando que los fluidos de trabajo serán gases de combustión y agua. • Análisis térmico del proceso de combustión en un módulo, con la variación de exceso de aire y determinación de la energía térmica disponible a transferirse • Validación experimental de 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. • Caracterización de temperaturas y presiones y flujos másicos de gases de combustión ( el quemador de diésel funciona en un rango de combustible diésel por lo cual tiene un potencia mínima y máxima). 2 Diseño termo-hidráulico del intercambiador de calor • Verificación física del espacio disponible del para el intercambiador del túnel de calor • Desarrollo de correlaciones de propiedades de mezcla de gases de combustión (conductividad térmica, densidad viscosidad, capacidad calorífica) • Desarrollo de metodología de diseño de intercambiadores de calor tubos y coraza Bell-Delaware iniciando con una configuración 1-1 • Desarrollo de metodología configuración 2-1(dos pasos por tubos y uno por coraza). • Analizar los resultados de las propuestas seleccionadas de diseño, con el fin de con el fin de cumplir con los valores de transferencia de calor propuestos (carga térmica y la caída de presión permitida ( muy importante para el tiro natural para la salida de los gases de combustión. • Impartición de curso para alumnos con el tema de transferencia de calor. 3 Diseñar mecánicamente el intercambiador de calor • Definición de estructura, soldadura, resistencia de materiales • Analizar entre los profesores del grupo de trabajo de ingeniería mecánica la propuesta de diseño mecánico brindado • Aprobar para realizar los planos del equipo de intercambio de calor 4 Construcción del equipo de intercambio de calor. • Aprobación y entrega de planos de construcción • Entrega de equipo en las instalaciones de la planta piloto de campo II • Construcción de guías soporte dentro del túnel de calor para montaje del intercambiador de calor • Realizar pruebas hidrostática (fugas de fluido interno) del intercambiador de calor en frio y caliente 5. Elaborar los manuales y desarrollo de protocolo de actividades prácticas que incluyan la parte de balances de masa y energía, se procederá de la siguiente forma • 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. • Se diseñará y desarrollará la parte experimental en la Planta piloto de Ingeniería química de la FES ZARAGOZA. • Búsqueda bibliográfica en Sciendiect • Documentación teórica de balances de materia y energía para guion experimental. 7. Realizar pruebas de arranque • Diseño y construcción de circuito de agua (bombeo y enfriamiento) • Pruebas de fugas (conjuntamente con la parte de combustión) e instrumentos de medición • Añadir aislante térmicos a la ventana del intercambiador de calor. • Determinar los parámetros térmicos de presión y temperatura adecuados para retroalimentar el guion experimental y proponer cuales serán los rangos de operación manejados en las actividades practicas hechas por el alumno (considerando el factor seguridad) • Determinar las pérdidas de transferencia de calor del sistema de forma global o modular • Pruebas a fuego alto y bajo • Desarrollo de versión preliminar de guion experimental 7. Desarrollo experimental de la transferencia de calor • Validarlo los tiempos de arranque, estabilización del sistema, tiempos de medición, etc. Con la finalidad de determinar de forma real el tiempo en que se lleva a cabo la práctica, (el tiempo máximo disponible en clase en algunos grupos es de 4 horas) • Determinación de la eficiencia térmica y global de el modulo combustión y el módulo intercambio de calor bajo ciertas condiciones • Evaluación de la reproducibilidad de la técnica por parte de los participantes • Evaluación de la reproducibilidad de la técnica con la colaboración de alumnos, inicialmente los que participarán en el proyecto. • Desarrollo de la practica con variación de parámetros principalmente exceso de aire • Impartición de curso para alumnos con el tema de transferencia de calor. 8 Recopilación y análisis de información • Desarrollo de versión final de guion por módulo de intercambio y/o análisis global (módulo de combustión o intercambio de calor ) • Revisión del protocolo por responsable y colaboradores. • Análisis y discusión de los resultados. • Conformación del manual considerando elementos como carátula, índice presentación de prácticas: objetivo, introducción, material, equipo bibliografía. • Difusión de los resultados a profesores |
| metadata.dc.description.goals: | primer año: 1 Planteamiento de los modelos teóricos de balance de materia y energía, recordando que los fluidos de trabajo serán gases de combustión y agua. 2 Diseño termo-hidráulico del intercambiador de calor. 3 Diseñar mecánicamente el intercambiador de calor. 4 Construcción del equipo de intercambio de calor. 5 Impartición de un curso de diseño de intercambiadores de calor. 6 Desarrollo y presentación de articulo multidisciplinario que se pueda exponer en un congreso con la temática de ingenieria química. 7 Inicio de una tesis de licenciatura sobre diseño de intercambiadores de calor. 8 Desarrollo de un alumno por medio del servicio social. Segundo año: "1. Para elaborar los manuales y desarrollo de protocolo de actividades prácticas que incluyan la parte de balances de masa y energía, se procederá de la siguiente forma 2. Realizar pruebas de arranque 3. Desarrollo experimental 4 Recopilación y análisis de información 5 Impartición de un curso de diseño de intercambiadores de calor. 6 Desarrollo y presentación de articulo multidisciplinario que se pueda exponer en un congreso con la temática de ingenieria química. 7 Inicio de una tesis de licenciatura sobre diseño de intercambiadores de calor. 8 Desarrollo de un alumno por medio del servicio social." |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | Se pretende que el túnel de calor y el intercambiador de calor sea la punta de lanza para proponer más prácticas, porque el desarrollo de guiones experimentales es fundamental para nuestra carrera, ayuda realmente a mejorar el aprendizaje del alumno que tiene su primer acercamiento con los intercambiadores de calor hasta el sexto semestre carrera, algunos no saben cómo realizar la medición en campo, esto lo hemos observado con los participantes del proyecto los cuales han mostrado mejora en el aprendizaje al realizar mediciones de forma puntual, con lo que vinculan la teoría con la práctica, motivo por el cual pensamos vamos por el camino adecuado una vez logremos implementar la práctica en un futuro para todos los grupos de sexto semestre y realicemos la parte experimental completa (no solo la parte de agua de enfriamiento). . El blog desarrollado impactará en la enseñanza un aprendizaje activo con el uso de las TIC´s el cual pretende retroalimentarse de los propios estudiantes. A pesar de las ventajas que tiene esta herramienta, tendremos que dar seguimiento al aprendizaje de los estudiantes para la mejora continua de la misma. Por otra parte, la generación de infraestructura no es simple ya que debe checarse el espacio disponible, adecuado y seguro en la planta piloto de la carrera de ingeniería química de la FES Zaragoza, en proyectos de este tipo no teníamos contemplado realizar algunos trámites que se debe realizar para la instalación del equipo ya que en este caso el anclaje y orientación del prototipo principal, así como sus servicios auxiliares (agua, electricidad, extracción de gases) dependen del espacio asignado lo cual fueron tiempos que no se consideraron inicialmente en el proyecto. El proyecto fue bastante ambicioso se presentaron en su desarrollo diversas situaciones como: paros, cierre por explosión, retrasos en el diseño y la entrega del prototipo, cambio del lugar de instalación considerado inicialmente (dentro de la Planta Piloto). Después de presentar nuevas opciones, se le asignó a los equipos un mejor espacio, más amplio e independiente, pero teniendo que acondicionarse ya que se encontraban otros equipo (pesaban toneladas) que fueron retirados posteriormente pero retrasando los tiempos de instalación. Después del incidente en la facultad el tema de la seguridad se volvió preponderante en la instalación, se realizaron adaptaciones al sistema propuesto originalmente como contar con más cantidad de agua almacenada, solicitar extintores para cumplir en el espacio rehabilitado con la cantidad recomendada de acuerdo a la norma aplicable. El proyecto es una realidad y será puesto en operación de forma completa en próximas fechas, pesar de todas las modificaciones y dificultades. Para los miembros del equipo, el proyecto no se ha terminado, es el inicio para caracterizar el primer sistema térmico de los varios prototipos que son posibles desarrollar en futuros proyectos PAPIME. |
| metadata.dc.description.goalsAchieved: | PRIMER AÑO 2021 1. El Planteamiento de los modelos teóricos de balance de materia y energía. Se consideró propiedades de mezcla (combustible, aire húmedo y gases de combustión) Avance de 100%. 2. Diseño termo-hidráulico del intercambiador de calor. Se obtuvo la carga térmica, coeficiente global de transferencia de calor (U), dimensiones, etc. Avance de 100% 3. Diseñar mecánicamente el intercambiador de calor. Se determinaron materiales, espesores, soldadura, soporte etc. Avance de 100% 4. Construcción del equipo de intercambio de calor. Se consideró los diseños termo hidráulico y mecánico. La prueba hidrostática fue realizada por el proveedor garantizando la hermeticidad del equipo. Avance 100% 5. Impartición de curso de "Diseño de Intercambiadores de calor tubos y coraza (Metodología Bell-Dellaware)" Avance de 100% 6. Desarrollo y presentación de artículo multidisciplinario Presentación del trabajo en el 17° congreso de investigación de la FES Zaragoza con título Avance de 100% 7. Tesis de licenciatura completa con fecha de examen el día 9 de marzo 2022 Avance de 100% 8. Desarrollo de un alumno por medio del servicio social. Desarrolló material del Blog en la sección de introducción servicio social concluido. Avance de 100% SEGUNDO AÑO 2022 1. Para elaborar los manuales y desarrollo de protocolo de actividades prácticas, Se desarrolló el guion experimental que incluye la parte de balances de masa y energía Avance de 100% 2. Realizar pruebas de arranque Se ha realizado de forma puntual para la parte de agua de enfriamiento, por seguridad se requiere contar con extintores para pruebas en el quemador para la recopilación del lado del fluido caliente Avance 50% 4. Recopilación y análisis de información Se ha realizado de forma puntual para la parte de agua de enfriamiento, pero se requiere del arranque del quemador para la recopilación del lado del fluido caliente Avance de 50% 5. Impartición de Curso - Taller "Intercambiadores de calor: Conceptos de energía y transferencia de calor" Avance de 100% 6. Desarrollo y presentación de articulo multidisciplinario Presentación del trabajo 18° Congreso de Investigación en la FES Zaragoza Avance de 100% 7. Tesis de licenciatura "Desarrollo y caracterización de un modelo de combustión del túnel de calor de la carrera de IQ" Avance 80% 8. Desarrollo de un alumno por medio del servicio Desarrolló material multimedia Avance de 100% Adicionales 9. Desarrollo de blog de transferencia de calor Avance 100% 10. Impartición Curso - Taller "Análisis termo - hidráulico de intercambiadores de calor, tubos y coraza" Avance de 100% |
| metadata.dcterms.provenance: | Facultad de Estudios Superiores (FES) Zaragoza |
| metadata.dc.subject.DGAPA: | Ingenierías |
| metadata.dc.type: | Proyecto PAPIME |
| metadata.dc.contributor.coresponsible: | VIÑAS REYES,ELISA BLANCA |
| Aparece en las colecciones: | 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías |
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