Maestría en Ingeniería con Énfasis en Energías Alternativas

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    Determinar la disminución de costos en un proyecto de construcción de tanque esférico mediante el uso de Ultrasonido Phased Array
    Quintero Mantilla, Gilberto; Cifuentes Velasquez, Claudia Marcela; Bolaños Muñoz, Sara Alejandra; Torres Cerón, Wilfred; Pardo González, John Alexander; Bohorquez, Carlos Arturo
    El presente artículo tiene como objetivo evaluar los beneficios y costos económicos, ambientales y operativos del uso de la técnica de ultrasonido Phased Array (PAUT) en la inspección de soldaduras en tanques de almacenamiento de la industria petrolera. Para ello, se realizó una comparación entre el uso de esta técnica y el ultrasonido convencional en términos de tiempo de inspección, probabilidad de detección de discontinuidades, consumo de agua y costos económicos. Los resultados obtenidos en la demostración ante el cliente y en el proyecto completo evidenciaron que el uso de la técnica PAUT es más económico a lo largo del proyecto debido a la reducción de tiempos de inspección. Además, se encontró que la probabilidad de detección de discontinuidades con esta técnica es mucho mayor que con el ultrasonido convencional. En cuanto al consumo de agua, se identificó un ahorro significativo ya que se encontró que se ahorraron más de 24.000 litros de agua durante el proyecto en lugar de ultrasonido convencional. En términos económicos, se determinó que el costo diario de disponibilidad para la técnica PAUT es mayor que el del ultrasonido convencional. Sin embargo, el ahorro en tiempo de inspección y el aumento en la probabilidad de detección de discontinuidades, hacen que el uso de esta técnica sea más rentable a largo plazo. En conclusión, el uso de la técnica en la inspección de soldaduras en tanques de almacenamiento de la industria petrolera ofrece beneficios económicos, ambientales y operativos que superan los costos iniciales de disponibilidad y entrenamiento. Este estudio sugiere la importancia de evaluar la adopción de tecnologías más eficientes en la industria para lograr una mayor sostenibilidad y rentabilidad a largo plazo
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    Evaluación de la producción de hidrógeno en Reactores Bioelectroquímicos de Asistencia Microbial (BEAMR)
    Ortiz Rodríguez, Fabián Ricardo; Suárez, Andrés Felipe
    Dos modelos de reactor bioelectroquímico de asistencia microbial BEAMR1 fueron diseñados y evaluados para encontrar el método más efectivo para producir hidrógeno a partir de aguas residuales. Como insumo se empleó caña de azúcar, junto con levadura en la cámara anódica y una solución amortiguante en la cámara catódica. Los electrodos fueron hechos de aluminio, grafito y plata, encontrando que los mejores resultados aparecieron cuando se utilizó el electrodo de grafito en la cámara anódica y el electrodo de aluminio en la cámara catódica. El primer modelo, fabricado de acrílico, produjo 300 ml de gas aproximadamente en la cámara catódica en 24 horas, pero, rápidamente, mostró problemas relacionados con filtraciones de los líquidos entre las cámaras. El segundo modelo, fabricado en vidrio, resolvió el problema de las filtraciones y mostro un comportamiento estable en la producción de hidrógeno. Con este se hicieron seis series de experimentos, que mostraron que para altas concentraciones de azúcar en el agua residual, se produce más cantidad de hidrógeno. Los datos fueron utilizados para varios modelos cinéticos. La energía producida por los reactores excede hasta ahora la energía requerida para el proceso bioelectroquímico, mostrando que este tipo de reactores podrían ser usados para una producción eficiente de hidrógeno.
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    Evaluación de la incidencia de un algoritmo basado en lógica difusa para control de un prototipo de seguidor solar de dos ejes en la conversión de energía solar fotovoltáica a eléctrica en la Sabana de Bogotá - clima subpáramo
    Velásquez Perilla, Pablo Elías; Mesa Rodríguez, Fredy Giovanni
    Este documento presenta los resultados de investigación de la evaluación de la incidencia de un algoritmo basado en lógica difusa para control de un prototipo de seguidor solar de dos ejes en la conversión de energía solar fotovoltáica a eléctrica en la sabana de Bogotá comparando tres sistemas de captación de energía solar fotovoltaica, uno fijo con inclinación de 10 grados latitud sur, el segundo también fijo ubicado horizontalmente y el tercero, un seguidor de dos ejes, al que se le diseñó un algoritmo basado en lógica difusa. El propósito de la comparación es determinar cuál de los sistemas es el más eficiente en cuanto a conversión de energía fotovoltaica a energía eléctrica en las condiciones de subpáramo de la sabana de Bogotá. Para este fin, se diseñaron tres sistemas con paneles solares de 5 watt y se transmitió la información recibida de los paneles a un PC usando módulos de adquisición de datos vía RF. Las mediciones tomadas de los paneles se clasificaron por periodos nublados y claros para comparar los tres sistemas. Los resultados encontrados muestran que en periodos claros el seguidor solar tiene una ganancia de conversión de energía en promedio de 4%. En periodos nublados los paneles ubicados en los tres sistemas presentaron similitud en las mediciones de energía captada. Sin embargo, un factor a tener en cuenta para la ubicación de paneles en posición horizontal permanente es la susceptibilidad de acumular agua lluvia y suciedad, lo que eventualmente puede hacer que disminuya su eficiencia de conversión.
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    Análisis técnico económico para el uso de la cascarilla de arroz en la generación de energía eléctrica a partir del proceso de gasificación. Caso de estudio: molino de arroz Pacande de la ciudad de Villavicencio – Meta.
    Osorio Aguirre, Liliana; Quintero Bertel, Quelbis Roman
    El presente trabajo de grado realiza el análisis técnico – económico para la utilización del RAI (Residuo Agrícola Industrial) procedente de la industria arrocera de los Llanos Orientales. El caso de estudio se centra específicamente en la biomasa residual, cascarilla de arroz, generada en el molino de arroz PACANDE de la ciudad de Villavicencio. Este recurso será analizado en el proceso de gasificación, con el fin de generar energía eléctrica. La oportunidad surge dado que en la transformación del arroz el 20% de la cosecha equivale a cascarilla de arroz que debe ser dispuesta de manera adecuada. Con la bibliografía existente se determinaron los datos de análisis elemental, análisis ultimo y poder calorífico requeridos para realizar los cálculos necesarios para el dimensionamiento de la planta de gasificación. Posteriormente se estimó el potencial energético de la industria arrocera de los Llanos Orientales, evidenciándose la gran oportunidad que tiene la industria molinera de la región para generar su energía y ser autosuficientes en términos energéticos. Finalmente, se realizaron los cálculos técnico – económicos que permitieron desarrollar el caso de estudio en el molino de arroz PACANDE de la ciudad de Villavicencio, proponiendo una planta de gasificación acorde a la disponibilidad del combustible a emplear, en este caso, cascarilla de arroz. Con el fin de confirmar la funcionalidad de la tecnología empleando como combustible cascarilla de arroz, se realizaron ensayos en el gasificador existente en el Jardín Botánico de Bogotá. El equipo utilizado fue el Power Pallet – PP20 facilitado por el Jardín Botánico de Bogotá a través de convenio entre la Universidad Libre y el JBB. Con el objetivo de demostrar la viabilidad de la planta de gasificación propuesta se realizaron los análisis financieros mediante el costo – beneficio que ofrece el proyecto y los indicadores empleados para concluir frente a las alternativas financieras planteadas fueron el VPN y la TIR.
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    Potencial de generación de energía eléctrica con la tecnología piezoeléctrica aplicada al tránsito de bicicletas de la ciudad de Bogotá D.C.
    Noguera Vega, Luis Antonio; Bohórquez Ávila, Carlos Arturo
    El presente trabajo de investigación presenta los resultados de un estudio que busca analizar el potencial que puede tener la instalación de dispositivos piezoeléctricos en ciclorrutas y su interacción con el tráfico de bicicletas, como aporte a la búsqueda de alternativas de tecnologías de generación de energía eléctrica que permitan aprovechar el recurso presente en las ciclovías. El proyecto se centró en el análisis del tráfico de las bicicletas y su interacción con la ciclorruta, con lo cual fue posible determinar tendencias de uso y caracterizar su comportamiento diario. Con esta información se investigó que dispositivos piezoeléctricos pueden ser incorporados en estas vías con las características de las mismas, obteniendo curvas de generación de energía en función de la velocidad de desplazamiento. Se pudo concluir que el tráfico de bicicletas tiene un potencial significativo, pero desafortunadamente se ve opacado por los costos de estos dispositivos que en sí hacen que económicamente su implementación no sea nada atractiva, lo que deja a este tipo de tecnologías a la merced de los incentivos tributarios y apoyo en la financiación por parte de entidades o fondos gubernamentales. Asimismo, es evidente la necesidad de desarrollar una celda o baldosa que se adapte a las condiciones del tráfico de las bicicletas y que permita optimizar este recurso, ya que por día se puede tener un tráfico de 1206 bicicletas en promedio por hora y velocidades de circulación que pueden estar entre los 10 km/h y 30 km/h, llegando a generar hasta 9.6 kWh por día.
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    Evaluación del impacto ambiental del aprovechamiento del residuo del corte de césped en la ciudad de Bogotá mediante la elaboración de alcohol carburante utilizando el análisis de ciclo de vida
    Bocanegra Linares, Fabián Leonardo; Quintero Bertel, Quelbis Román
    En los Residuos Sólidos Urbanos -RSU-, se encuentra los residuos producto del corte de céspedes del espacio público de la ciudad. El pasto cortado, trasportado y con disposición final en un relleno sanitario se constituye en uno de los ítems de mayor importancia para el análisis del impacto ambiental que este residuo genera al ambiente de Bogotá, especialmente por ser esta la ciudad más grande del país y la que genera una mayor contaminación al medio ambiente en Colombia. Con la consecuente disminución de la vida útil del RSDJ. Paralelo a esto, la Organización Mundial de la Salud (OMS, 2018) estima que 9 de cada 10 personas en el mundo respira aire contaminado y que al año aproximadamente siete millones de personas mueren por partículas contaminantes que se encuentran en el aire, de las cuales 4,2 millones de muertes en 2016 se le atribuye a contaminación en el aire ambiente y 3,8 millones de muertes por el aire contaminado producto de aire domestico originado por la cocción de alimentos con tecnologías y combustibles contaminantes. Una alternativa para disminuir el volumen de disposición de residuos en RSDJ y mejorar la calidad del aire en la ciudad de Bogotá, es estudiar la viabilidad ambiental del aprovechamiento integral del pasto Pennisetum Clandestinum y com
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    Estudio de la energía nuclear como fuente de energía alternativa en satélites aplicando el efecto SPDC
    Peñuela Caballero, Viviana Andrea; Ramírez Suárez, Oscar Leonardo
    Actualmente la fuente primaria de energía de un satélite es el Sol, la radiación solar es transformada en electricidad por medio de las celdas solares, sin embargo, estas celdas presentan una gran desventaja ya que su factor de eficiencia en la conversión de radiación solar a energía eléctrica es muy bajo. Años atrás era del orden del 8%, ahora se utilizan celdas con una tecnología mejor, que brindan factores de eficiencia del 15 al 41%, por lo tanto, esta eficiencia sigue siendo muy baja. (Castro Avellaneda Javier, 2016) Según su tamaño las misiones espaciales como sondas o satélites pueden ser a pequeña o a gran escala. Por ejemplo, la estación espacial internacional o ISS por sus siglas en inglés, es un satélite a gran escala (con unas dimensiones de 110 m x 100 m x 30 m aproximadamente) como se muestra en la Figura 1. Esta estación tiene como finalidad albergar astronautas que se dedicarán a investigación, y al igual que los satélites o sondas enviados al espacio, usan como fuente de energía el Sol. En este caso para cubrir los requisitos energéticos de esta estación en particular se requieren paneles solares con una superficie de 375 m2, orientados de tal manera que la potencia generada es de 89 kilovatios. (Manuel, 2010)A pesar de los avances en la tecnología satelital las misiones requieren cierta cantidad de potencia para recolectar y enviar la información obtenida y adicionalmente conservarla para seguir funcionando. Esta potencia se obtiene de la radiación solar y aunque las celdas solares han avanzado considerablemente en tecnología, siguen presentando el mismo inconveniente, es decir, cuando no se tiene radiación solar, los paneles no abastecen eléctricamente al satélite y por tanto se debe hacer uso de otro recurso con tal de seguir funcionando. Por otro lado, debido a las recientes investigaciones se han abierto las posibilidades de mejora de los módulos de potencia de los satélites, conocidos como Sistema de Potencia Eléctrica o por sus siglas en inglés EPS (Electric Power System). Este sistema es el encargado de proporcionar la energía eléctrica necesaria para el funcionamiento del CubeSat (satélites pequeños cuyas medidas se encuentran entre los 10 x 10 x 10 cm3 y los 10 x 10 x 30 cm3 Figura 21). (Castro Avellaneda Javier, 2016).Estas mejoras en EPS han cambiado significativamente la carrera espacial, pero aún se tiene un inconveniente en la alimentación energética del satélite, debido a los tiempos de sombra en los que se debe mantener el funcionamiento de la misión, donde el Sol como única fuente de energía no alcanza a irradiar al satélite, razón por la cual en este trabajo se plantea una posibilidad de cambiar o emplear una fuente de energía alternativa a la solar. El cambio propuesto como fuente alternativa es la energía nuclear. En este caso en particular está provendrá de material nuclear radioactivo ya que sin importar el lugar en el que se encuentre el satélite tendrá la energía necesaria para continuar con la misión. Este trabajo se divide en el análisis de cuatro partes, todas ellas con el fin de abordar de manera teórica un cambio de abastecimiento energético: La primera parte, como ya se mencionó, es el cambio de energía solar a nuclear, en la segunda parte se encontrará un cristal de centelleo que permitirá que los fotones altamente energéticos provenientes del material nuclear disminuyan su nivel de energía. La tercera parte es aumentar la posibilidad de abastecimiento energético realizando una división de fotones, provenientes del cristal de centelleo. Este método se conoce como el Efecto SPDC (por sus siglas en inglés spontaneous parametric down conversion). Con estos tres procesos se está permitiendo que el fotón que se emite del material nuclear tenga mayor posibilidad de interactuar con el panel fotovoltaico permitiendo así alimentar el satélite, siendo el panel fotovoltaico la cuarta parte del proceso.
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    Potencial de un sistema de refrigeración solar por absorción en zonas de alta irradiación en Colombia para cargas de refrigeración médicas y conservación de alimentos
    Beltrán Martínez, Juan Carlos; Arias, Camilo
    Colombia es un país que posee un alto índice de zonas no interconectadas, según estudios realizados por el IPSE, 1448 localidades presentan está situación, reportando a treinta y nueve cabeceras municipales y cinco capitales departamentales sin fluido eléctrico. La falta de energía a suscitado en algunas zonas del país el contagio de enfermedades como el cólera, bulimia infantil, entre otros Causando en algunos casos la muerte de niños. Este tipo de infecciones se han presentado por conservación inadecuada de alimentos. La presente investigación estudia el potencial de un sistema de refrigeración solar por absorción de zonas de alta irradiación en Colombia para cargas de refrigeración medicas y conservación de almientos. Este análsis busca mostrar que el uso de energías alternativas, es una solución para la conservar alimentos y medicamentos con el uso de un refrigerador. Caundo se refriere a conservar productos perecederos como alimentos y medicamentos, lo primero que se entra a analizar es en la demanda energética requerida para hacerlo. Regiones como Manaure, Riohacha, Uribía y zonas selváticas del país, que no cuentan con fluido eléctrico se privan del uso de esta tecnología. La refrigeración por absorción es un sistema que funciona con el uso de vapores residuales, resistencias eléctricas y agua caliente, es decir que que todo tipo de energía que permite intercambiar calor es apropiado para el funcionamiento de este tipo de sistemas. El sol es la mayor fuente de energía, 174 cuatrillones de vatios golpean la tierra y la cual puede ser aprovecada para intercambiar calor y generar frio. En el generador que hace la función de un compresor, se ensambla un colector solar termico, el cual permite que las sustancias como el refrigerante y su medio de transporte que es el absorbente puedan evaporarse por el calor generado, logrando un cambio de estado de vapor a vapor sobrecalentado a una alta presión. Está investigación se divide en cuatro capítulos que permiten, el primer capitulo da un detalle del planteamiento del problema la cual va soportada con una justificación, en ella 8 se hará una descripción del porque es importante el estudio y aplicación de un sistema de refrigeración solar por absorción, adicionalmente se verificara proyectos anteriormente aleborados con este tipo de tecnología, para determibar condiciones de diseño y de trabajo del sistema,. El segundo capitulo en cierra toda la teoría que requiere la investigación, se hará una explicación resumida de los tipos de sistemas de absorción existente, para finalmente centrarse en el ciclo de refrigeración Servel . Se caracteriza un refrigerador Domestic RH 131, donde se toman datos reales cuando el equipo esta en funcionamiento, como temperaturas en las entradas y salidas de cada elemento que compone el sistema, se verifica la capacidad de refrigeración. Se determinara las condiciones de trabajo, como el calor que requiere el generador para efectuar la compresión química de la sustancia y con el resultado obtenido se determina el captador solar. Se efectua un montaje del sistema en Trnsys acoplado a colectores térmicos y paneles fotovoltaicos para simularlo en condioones reales de operación . Con los resultados obtenidos se efectuara un análisis del comportamiento del equipo, para determinar la viabilidad del sistema sustentado con energía solar, utilizando como ejemplo un refrigerador por absorción donde se determina que tanta cantidad de energía requiere para generar frio, para que finalmente este sea una aplicación viable a futuro y que puede ser una forma de reducir enfermedades por contagio de alimentos no conservados de una forma apropiada.
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    Aplicación del análisis energético a una instalación de producción de hidrocarburos de Ecopetrol S.A.
    Leal Tovar, Dumar Ferney; Silva Larrotta, Jorge René
    El presente trabajo se realizó con el objetivo de desarrollar un análisis exergético a una instalación de producción de hidrocarburos de Ecopetrol S.A. para encontrar las mayores pérdidas exergéticas y proponer un esquema óptimo operacional que minimice las mismas. Con el fin de obtener los cálculos de las propiedades en los flujos másicos necesarios para este análisis, el proceso fue simulado mediante el software ASPEN HYSYS V8.4. La instalación seleccionada para el análisis maneja una producción promedio de 330 a 570 bbl/día de crudo, de 930 a 2170 bbl/día de agua y desde 2 a 6 MMSCFD de gas en los casos planteados. La principal etapa del proceso es la compresión del gas, fluido que posteriormente ingresa a la planta de tratamiento para su posterior despacho hacia la ciudad de Cúcuta, el cual cumple con las normas de calidad establecidas en la resolución CREG 071 de 1999. El análisis exergético se efectuó con base en el concepto general de exergía, que se define como el máximo trabajo que teóricamente puede ser obtenido de una cantidad de energía en un equipo de operación. Los resultados muestran las eficiencias exergéticas en las etapas de compresión para los diferentes casos planteados, definidas como la relación de exergía útil y la exergía total empleada.
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    Diseño de prácticas, selección de equipo y estudio edilicio para la implementación de un laboratorio de energía solar fotovoltaica para la maestría en ingeniería con énfasis en energías alternativas de la Universidad Libre sede Bogotá
    Rodríguez Montaña, Fery Patricia; Gómez Cardona, Juan Pablo
    Este proyecto se encamina al diseño del laboratorio de energía solar fotovoltaica para la Maestría en Energías Alternativas de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Libre sede Bogotá, Campus Bosque Popular, el cual será usado como complemento en la formación teórico-práctica de profesionales que contribuyan al desarrollo e implementación de sistemas de energía solar fotovoltaica tanto en las zonas no interconectadas del país mediante sistemas autónomos como en zonas interconectadas mediante sistemas conectados a la red. Para la realización del diseño del laboratorio se hace inicialmente un estudio de los principios de funcionamiento de los diferentes elementos incluidos en sistemas fotovoltaicos autónomos y en sistemas conectados a la red. Se proponen cinco prácticas con sus respectivas guías, las cuales refuerzan los conocimientos impartidos en la asignatura “energía solar”, que hace parte del programa de la maestría. La selección de equipos se hace teniendo en cuenta sus características técnicas, disponibilidad en el mercado, así como garantía y respaldo con soporte técnico y capacitaciones a docentes y personal de laboratorio para su adecuado manejo. En cuanto al recurso edilicio se presenta el diseño del área de trabajo, junto con la distribución de equipos y la respectiva instalación eléctrica. Finalmente se presentan cotizaciones de dos de los proveedores de equipos didácticos especializados para laboratorios de energía solar fotovoltaica que tienen asiento en el país.