Universidad Nacional de San Luis
En la segunda semana de noviembre, la Secretaría de Investigación y Posgrado invita a participar de la cuarta jornada del Seminario de Investigación, Actualización y Vinculación en Ciencias de la Ingeniería 2022 (SIAVCI 2022). La misma se llevará a cabo de forma sincrónica (presencial y virtual), el viernes 11 de noviembre a las 11hs en el aula 1.
En primer turno disertará el Ing. Ricardo Gastón Frias sobre el “Cálculo, Diseño e Implementación de un Sistema de Gestión Eficiente del Agua con Energías Renovables”. A continuación, se presentará el Ing. Ángel Federico Miranda, quien tratará sobre la “Oxidación catalítica de COVs con intercambio recuperativo de calor. Estudio dinámico a lazo abierto”
Para mayor información e inscripciones contactarse con los coordinadores del seminario: Ing. Pablo Belzunce (belzuncepablo@gmail.com); Ing. Francisco Esteban (franesteban92@gmail.com).
Resumen
En Chubut y Río Negro, aproximadamente 10.200 familias no tienen acceso a la energía eléctrica de red, de las cuales se estima que 6.200 se abastecen de electricidad a través de grupos electrógenos.
Aproximadamente 4.600 familias de comunidades originarias y criollas, viven en zonas rurales vulnerables de Chubut, que no cuentan con acceso a la red eléctrica para uso doméstico y productivo, condicionando su derecho y el desarrollo local (iluminación, comunicación, producción, alimentación y salud), y también con dificultad al acceso del agua para consumo humano y usos productivos, sumado a un incremento de la desertificación producida por la actividad ganadera ovino y caprina, predominante en la región.
En gran parte de la estepa Patagonia, los pequeños productores rurales que poseen cursos de agua cercanos, no cuentan con la altura adecuada para regar por gravedad, obligándolos a utilizar motobombas para poder regar sus parcelas, de una manera muy ineficiente e intensiva por inundación, ocasionándoles elevados costos por el uso de combustible y mantenimiento de los equipos, muchas horas de trabajo y tiempos muertos, lo cual resulta en un aprovechamiento costoso e ineficiente en el uso del agua.
Como solución al problema, se les brindará a estas comunidades, acceso a la energía eléctrica a través de energías renovables. El sistema de electrificación estará conformado por un aerogenerador Piggott y un sistema de generación solar fotovoltaica, ambos sistemas funcionarán en conjunto, destinados a cargar baterías que posteriormente, alimentarán cargas de tensión alterna de 220 Volt. Dentro de estas cargas, se encontrará una bomba centrífuga la cual será utilizada para impulsar agua a un tanque de reserva ubicado aproximadamente a 10 metros de altura, reemplazando a las motobombas que se venían utilizando, y cambiar el sistema de riego por inundación, a un sistema de riego por goteo, que será destinado a la producción y comercialización de frutillas.
La emisión de compuestos orgánicos volátiles (COVs) es uno de los factores de contaminación más preocupantes debido a sus múltiples efectos negativos para la salud de las personas y el medio ambiente. Por ello existe un valor límite de emisión de carbono (ELV), declarado por los países más industrializados del mundo, para fuentes estacionarias con corrientes de descarga a la atmósfera. Una de las técnicas más usadas para controlar estas emisiones industriales contaminantes es la combustión catalítica recuperativa. Debido a que en estos procesos de final de línea se requiere precalentar la alimentación desde temperaturas cercanas a la ambiente hasta las de ignición (~200°C), resulta de suma utilidad aprovechar el calor de reacción para reducir la demanda energética externa y los costos de combustible asociados. Así, el calor generado en la combustión de COVs puede recuperarse parcialmente mediante un intercambiador de calor alimentación – efluentes (Feed / Effluent – Heat Exchanger, FEHE). El requerimiento de calor se completa en un horno a gas, hasta alcanzar la temperatura requerida en la entrada al reactor.
Los sistemas con recuperación de calor suelen presentar inestabilidad a lazo abierto como resultado de la retroalimentación positiva de calor hacia el reactor. Dicha inestabilidad ha sido vinculada por algunos autores al valor de la temperatura de entrada al reactor. Por lo tanto, se analiza el comportamiento dinámico a lazo abierto del proceso de oxidación catalítica de COVs con intercambio recuperativo de calor y se estudian las variables claves que determinan la estabilidad del sistema. Para simular el funcionamiento en estado no estacionario del sistema, se plantean modelos 1D pseudohomogéneos, de flujo pistón, que describen el reactor monolítico adiabático y el intercambiador de calor (FEHE). El horno es representado mediante un modelo a parámetros concentrados. Los balances de masa y energía en el reactor y FEHE se expresan mediante ecuaciones a derivadas parciales donde la coordenada axial se discretiza mediante diferencias finitas, y se integra en el tiempo con un algoritmo tipo Gear.
Los resultados de las simulaciones demuestran la multiplicidad de estados estacionarios (estables e inestables) presentes en el sistema Reactor/FEHE/Horno, para el rango explorado de temperaturas de entrada al reactor, que son alcanzados a partir del ajuste del caudal de la alimentación que pasa a través del FEHE. Bajo ciertas condiciones operativas, aparecen fuertes oscilaciones que pueden causar el daño físico del catalizador (sinterizado) o situaciones indeseadas de apagado (light off) del reactor. En particular, aparecen oscilaciones sostenidas (ciclos límites) cerca del punto de extinción, zona de interés práctico para reducir la demanda energética del proceso, pues bajo estas condiciones operativas se alcanza conversión casi total de COVs a temperaturas de entrada relativamente bajas. La existencia de este comportamiento hace necesario plantear estrategias de control eficientes, que permitan operar a lazo cerrado de manera estable, evitando el apagado del sistema y cumpliendo con el valor límite de emisión de COVs a la atmósfera.