UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE MECÁNICA

IMPLANTACIÓN DE PROTOTIPO DE PLANTA DESALINIZADORA SOLAR POR

HUMIDIFICACIÓN MULTI-EFECTO

Por:

TSU César Ernesto Cárdenas Rodríguez

PROYECTO DE GRADO Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Mecánico

Sartenejas, Abril de 2012

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE MECÁNICA

IMPLANTACIÓN DE PROTOTIPO DE PLANTA DESALINIZADORA POR

HUMIDIFICACIÓN MULTI-EFECTO

Por:

TSU César Ernesto Cárdenas Rodríguez

Realizado con la asesoría de:

Prof. Pedro Pieretti

Prof. Raúl González Acuña

PROYECTO DE GRADO Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Mecánico

Sartenejas, Abril de 2012

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE MECÁNICA

ACTA DE EVALUACIÓN DEL PROYECTO DE GRADO

Nota: Colocar los sellos de los respectivos Departamentos. Para jurados externos, usar sello de la Coordinación.

iv

IMPLANTACIÓN DE PROTOTIPO DE PLANTA DESALINIZADORA SOLAR POR

HUMIDIFICACIÓN MULTI-EFECTO

Proyecto de Grado presentado por: TSU César Ernesto Cárdenas Rodríguez

Realizado con la asesoría de: Prof. Pedro Pieretti y el Ing. Raúl González Acuña

RESUMEN A la fecha, varios prototipos de unidades desalinizadoras de agua marina que trabajan con energía solar

han sido desarrollados, probados y caracterizados en otras partes del mundo, en la búsqueda por ofrecer

una solución sustentable al problema de la crisis del agua en el planeta. En los prototipos que operan bajo

el principio de humificación-deshumidificación multi-efecto de una etapa, se aprovecha la diferencia de

volatilidad entre el agua y la sal.

Desde el año 2007 el Ing. Raúl González Acuña, con el apoyo del Instituto de Energía de la Universidad

Simón Bolívar (INDENE) y del estudiante Jonathan Abreu, ha venido trabajando en el diseño y

construcción de la unidad desalinizadora y la unidad de colectores solares, del primer prototipo de planta

desalinizadora por humidificación multi-efecto en el país. En esta nueva fase del proyecto iniciado en el

2007, se planteó como problema de investigación el establecimiento del prototipo de planta en los

espacios del Simulador en Frío de la USB. Para alcanzar tal objetivo, se diseñó y construyó un dispositivo

para generar pérdidas controladas en el ducto de aire de la unidad desalinizadora, como parte de una

mejora, y el módulo de banco de prueba del prototipo, como desarrollo de la unidad faltante de la planta.

Además, se realizó en CAD el ensamblaje completo del prototipo de planta, una vez actualizados los

planos constructivos de las partes de los principales dispositivos del prototipo, como base para el diseño y

la planificación de la sistemática ejecución del ensamblaje e instalación de todas las unidades del prototipo

en el espacio destinado para tal fin. Finalmente, se llevó a cabo la puesta a punto parcial del prototipo de

planta siguiendo normas de uso establecidas en base al diseño del banco.

El banco desarrollado, desmontable y transportable, ocupa un área de 18,2 m2 del área destinada para su

instalación y fue proyectado en base a las últimas publicaciones en la materia, por lo que cuenta con

características y condiciones de laboratorio, útiles y adecuadas para futuras pruebas de caracterización. A

partir de éstas sería posible representar cómo responde la productividad de la planta en función a la

temperatura de entrada del agua al evaporador, el instante de tiempo en el día, la potencia consumida en

energía primaria y la radiación. Además, el banco permitiría determinar los indicadores para establecer la

funcionalidad del prototipo, como lo son el “Gain Output Ratio” o GOR y la producción específica Sp.

Palabras Claves: Desalinización, Humidificación, Volatilidad, Prototipo, Puesta a punto

v

INDICE GENERAL

INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 1

CAPITULO 1: Marco Introductorio ............................................................................................ 4

1.1 ANTECEDENTES ............................................................................................................ 4

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................... 5

1.3 JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................. 6

1.4 OBJETIVO GENERAL .................................................................................................... 7

1.5 OBJETIVOS ESPECIFICOS............................................................................................. 7

CAPITULO 2: Marco Teórico .................................................................................................... 8

2.1Desalinización Solar por Humidificación-Deshumidificación Multi-Efecto de una sola etapa

............................................................................................................................................... 8

2.1.1 Proceso de Desalinización Solar por Humidificación-Deshumidificación Multi-Efecto

de una sola etapa ................................................................................................................. 8

2.1.2 Dispositivos principales en un Desalinizador Solar por Humidificación y Multi-Efecto

de una sola etapa ............................................................................................................... 10

2.1.3 Curvas características en un Desalinizador Solar por Humidificación Multi-Efecto de

una sola etapa .................................................................................................................... 14

2.1.4 Variables de interés para la futura caracterización del Desalinizador Solar

desarrollado en el proyecto ................................................................................................ 15

2.1.5 Ganancia de tiro teórica en la Unidad Desalinizadora desarrollada en el proyecto .... 16

2.2Recurso Solar y Sistemas de Energía Solar Térmica de baja temperatura .......................... 17

2.2.1 Recurso solar ............................................................................................................ 17

2.2.2 Sistemas de Energía Solar Térmica de baja temperatura ............................................ 18

2.3 Instalación de termopares y termo resistencias para mediciones por inmersión ................ 20

2.4Cálculo de caudales y presiones en sistema de tuberías ..................................................... 21

2.5 Resolución de sistemas de ecuaciones no lineales ........................................................... 23

vi

2.6Teoría básica de mallas .................................................................................................... 24

2.6.1 Abertura en malla de tejido corriente o tejido cruzado............................................... 24

2.6.2 Coeficiente de pérdida en mallas............................................................................... 25

2.7 Cálculo de espesor de aislante en tubería cubierto con material reflectante ...................... 26

2.7.1 Analogía eléctrica de la transferencia de calor en condiciones estacionarias .............. 26

2.7.2 Relación crítica de aislamiento ................................................................................. 27

2.7.3 Determinación del coeficiente de convección externo e interno................................. 28

2.7.4 Datos técnicos de aislantes ARMAFLEX tipo AP de interés para esta fase del

proyecto ............................................................................................................................ 29

CAPITULO 3: Diseños ............................................................................................................. 30

3.1 Datos útiles para los trabajos de diseño obtenidos del levantamiento de información ....... 31

3.1.1 Información del campo ............................................................................................. 31

3.1.2 Disponibilidad de recursos ........................................................................................ 32

3.2 Diseño de dispositivo generador de caídas de presión controladas la unidad desalinizadora

............................................................................................................................................. 33

3.2.1 Idea conceptual ......................................................................................................... 33

3.2.2 Diseño básico y de detalles del dispositivo ................................................................ 34

3.2.3 Estimación del coeficiente de pérdida del dispositivo diseñado ................................. 39

3.3Diseño de la unidad de banco de prueba del prototipo de planta ........................................ 41

3.3.1 Idea conceptual de la alimentación de la planta ......................................................... 41

3.3.2 Diseño básico y de detalles de la alimentación de la planta ....................................... 42

3.3.3 Idea conceptual del circuito abierto de proceso ......................................................... 46

3.3.4 Diseño básico y de detalles del circuito abierto de proceso........................................ 49

3.4Estudio hidráulico de la alimentación del circuito para pruebas en condiciones estacionarias

y de diseño del prototipo ....................................................................................................... 57

3.5 Estimación del espesor de aislante en el tramado del banco ............................................. 59

vii

3.6Lista de materiales para la construcción del circuito abierto según el diseño establecido ... 60

CAPITULO 4: Trabajos de construcción ................................................................................... 62

4.1 Datos útiles para los trabajos de construcción obtenidos del levantamiento de información

............................................................................................................................................. 63

4.2 Construcción del módulo a incorporar en la unidad desalinizadora del prototipo.............. 64

4.2.1 Construcción de las mallas ........................................................................................ 64

4.2.2 Preparación de las partes del sistema mecánico para el desplazamiento del elemento

móvil ................................................................................................................................. 67

4.2.3 Construcción de los elementos accesorios para la instalación del módulo en el ducto de

aire de la unidad desalinizadora. ........................................................................................ 68

4.3 Construcción de los accesorios para la instalación del circuito abierto de proceso y línea de

alimentación en campo .......................................................................................................... 69

4.3.1 Construcción de los accesorios para la instalación de tuberías ................................... 69

4.3.2 Construcción del accesorio para la instalación del la bomba..................................... 72

4.4 Construcción de tramos de tubería de PVC, CPVC y cobre .............................................. 73

4.4.1 Construcción de los tramos de tubería del circuito abierto de proceso y línea de

alimentación en campo ...................................................................................................... 73

4.4.2 Preparación de los tramos de tubería cobre de 3/8” para arreglos con conexiones de

bronce requeridos .............................................................................................................. 75

CAPITULO 5: Trabajos de Ensamblaje e Instalación ................................................................ 76

5.1 Ensamblaje e instalación de la unidad desalinizadora....................................................... 78

5.1.1 Módulo: instalación de dispositivo en ducto inferior ................................................. 78

5.1.2 Módulo 2: instalación de la base de la unidad desalinizadora .................................... 80

5.1.3 Módulo 3: instalación de ducto inferior en la base y primera fase del ensamblaje e

instalación de los ductos verticales de la unidad desalinizadora ......................................... 82

5.1.4 Módulo 4: segunda fase del ensamblaje e instalación de los ductos verticales de la

unidad desalinizadora ........................................................................................................ 84

viii

5.1.5 Módulo 5: ensamblaje e instalación del encamisado de los ductos verticales ............. 88

5.1.6 Módulo 6: instalación del ducto superior.................................................................. 90

5.2 Ensamblaje e instalación de la unidad de colectores solares ............................................. 94

5.2.1 Módulo1: instalación de las bases de la unidad de colectores .................................... 94

5.2.2 Módulo 2: disposición de carcasa externa y arreglo de aislantes ................................ 94

5.2.3 Modulo 3: Disposición e instalación de absorbedores ............................................... 95

5.3 Ensamblaje e instalación de la unidad de banco de prueba ............................................... 97

5.3.1 Módulo1:presentación de pre ensamblajes ............................................................... 97

5.3.2 Módulo2: instalación de pre ensamblajes ................................................................. 99

CAPITULO 6: Puesta a Punto del Prototipo .............................................................................101

6.1. Procedimientos establecidos para las pruebas de puesta a punto .....................................102

6.1.1 Procedimientos para la puesta a punto de la configuración del circuito abierto con

backup..............................................................................................................................102

6.1.2 Puesta a punto de la configuración del circuito abierto sin backup y utilizando el

colector 1 .........................................................................................................................103

6.2 Resultados parciales de la puesta a punto ........................................................................104

6.2.1 Resultados de la puesta a punto para la configuración del circuito abierto con backup

.........................................................................................................................................104

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................................108

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................113

APENDICES ...........................................................................................................................116

ix

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2.1. Valores del tiro natural para el Humidificador y Deshumidificador. Fuente: González

[6] ............................................................................................................................................. 16

Tabla 2.2. Valores de rugosidad en tuberías. Fuente:

http://www.miliarium.com/Prontuario/MedioAmbiente/.../PerdidaCarga.asp [20] ............. 22

Tabla 2.3. Valores aproximados de Coeficiente de pérdida local de algunos accesorios. Fuente:

http://www.miliarium.com/Prontuario/MedioAmbiente/.../PerdidaCarga.asp [20] ............. 23

Tabla 2.4. Correlaciones útiles en el cálculo del coeficiente de convección interno para flujo en

tubo circular. Fuente: Incropera[7] ............................................................................................ 29

Tabla 2.5. Correlaciones útiles en el cálculo del coeficiente de convección externo para flujo

sobre tubo circular. Fuente: Incropera[7] ................................................................................... 29

Tabla 2.6. Datos de interés del producto. Fuente: http://www.armacell.us [26] .......................... 29

Tabla 3.1. Estimación del rango de coeficiente de pérdida para diferentes aperturas del módulo

diseñado. Fuente: propia ........................................................................................................... 40

Tabla 3.2. Tramos de tubería y accesorios requeridos para la línea de alimentación diseñada.

Fuente: propia ........................................................................................................................... 45

Tabla 3.3. Tramos de tubería del circuito abierto de proceso. Fuente: propia ............................. 55

Tabla 3.4. Tramos de tubería extra del circuito abierto de proceso. Fuente: propia .................... 55

Tabla 3.5. Predicciones numéricas de los caudales del sistema alimentación-circuito. Fuente:

propia ....................................................................................................................................... 58

Tabla 3.6. Lista de los principales materiales para la construcción del circuito. Fuente: propia .. 61

Tabla 4.1. Materiales y herramientas disponibles para esta fase del proyecto según el

levantamiento de campo. Fuente: propia ................................................................................... 63

x

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1. Esquema de funcionamiento del prototipo de planta. Fuente: González [6] ................ 9

Figura 2.2. Arreglo en la carcasa interna de ductos (izquierda) y tornillos de fijación soldados a

los costados del ducto (derecha). Fuente: González [6].............................................................. 10

Figura 2.3. Detalle de ensamblaje (izquierda) e isométrico del equipo (derecha). Fuente:

González [6] ............................................................................................................................. 11

Figura 2.4. Arreglo en la carcasa interna de los empaques (izquierda) e isométrico de la unidad

ensamblada parcialmente (derecha). Fuente: González [6] ........................................................ 12

Figura 2.5. Absorbedor (izquierda) y soportes colocados en carcasa interna (derecha). Fuente:

propia ....................................................................................................................................... 12

Figura 2.6. Isométrico del equipo. Fuente: propia ...................................................................... 13

Figura 2.7. Múltiples de los dispositivos. A la izquierda múltiple inferior del deshumidificador

(igual al superior) y a la derecha distribuidor del humidificador. Fuente: propia ........................ 13

Figura 2.8. Ductos de aire superior e inferior respectivamente. Fuente: propia .......................... 14

Figura 2.9. Producción en función a la temperatura de entrada al evaporador y al tiempo. Fuente:

Garga[11], Nafey[12] ................................................................................................................ 14

Figura 2.10. Producción en función a la potencia consumida y a la radiación. Fuente: Nafey[12],

Naser[13] .................................................................................................................................. 15

Figura 2.11. Potencial del recurso solar. Fuente: Peuser[15] ...................................................... 17

Figura 2.12. Órdenes de magnitud de la irradiancia de acuerdo al tipo de radiación ambiental

predominante. Fuente: Dufo[16] ............................................................................................... 17

Figura 2.13. Cabeceo de la tierra respecto al plano de la eclíptica. En la figura es invierno en el

hemisferio norte y verano en el sur. Fuente: Dufo[16] ............................................................... 18

Figura 2.14. Conexión de colectores en serie (izq.) y en paralelo (der.). Fuente: Bayo [10] ....... 19

Figura 2.15. Esquematización del ángulo acimutal. Fuente:http://www.ocw.unia.es/ciencias-de-

la-ingenieria/...y...de.../angulos-sol-tierra[18] ............................................................................ 19

Figura 2.16. Correcta e incorrecta inmersión de sensores de temperatura. Fuente:

http://www.sciempresa.com[19] ................................................................................................ 20

Figura 2.17. Sistema de alimentación hidráulico con tanque aéreo. Fuente: propia. ................... 21

Figura 2.18. Tejido de Malla. Fuente: http://www.lenntech.es/filtro-de-cable-tejido.htm [22] .... 24

Figura 2.19. Mesh de una Malla. Fuente: http://www.lenntech.es/filtro-de-cable-tejido.htm[22] 25

xi

Figura 2.20. Tamaño de los espacios abiertos en función al diámetro del alambre. Fuente:

http://www.lenntech.es/filtro-de-cable-tejido.htm[22] ............................................................... 25

Figura 2.21. Pared cilíndrica simple bañada por fluidos a diferente temperatura (in, out).

Fuente:http://www.telecable.es/personales/albatros1/calor/transferencia_de_calor_032_coeficient

e_global.htm [25] ...................................................................................................................... 26

Figura 2.22. Analogía eléctrica de la transferencia de calor en condiciones estacionarias.

Fuente:http://www.telecable.es/personales/albatros1/calor/transferencia_de_calor_032_coeficient

e_global.htm [25] ...................................................................................................................... 27

Figura 2.23. Radio crítico de aislamiento.

Fuente:http://www.telecable.es/personales/albatros1/calor/transferencia_de_calor_032_coeficient

e_global.htm [25] ...................................................................................................................... 28

Figura 3.1. Imagen satelital de campo (izq.) y fotografía en sitio del área de instalación (der.).

Fuente: propia ........................................................................................................................... 31

Figura 3.2. Dispositivo tipo válvula mariposa (izq.) y dispositivo malla (der.). Fuente: propia... 33

Figura 3.3. Diseño básico del módulo. La malla fija del dispositivo está pintada de color plateado

y la móvil de color bronce. Se muestran tres condiciones: abierta (izq.), intermedia (central) y

cerrada (der.). Fuente: propia .................................................................................................... 35

Figura 3.4.A. Curva del área de paso máxima en el módulo correspondiente a la configuración

del movimiento horizontal de su elemento móvil. Fuente: propia .............................................. 37

Figura 3.5. La malla fija del dispositivo está pintada de color plateado y la móvil de color

bronce. Se muestran tres condiciones: abierta (superior), intermedia (media) y cerrada (inferior).

Fuente: propia ........................................................................................................................... 39

Figura 3.6. Área de paso máxima en el dispositivo (izq.) y área de paso al 50% en el dispositivo

(der.). Fuente: propia ................................................................................................................. 40

Figura 3.7. Tramos del recorrido planteado para la línea desde lo alto de la torre a área de

instalación de los principales dispositivos del prototipo. Fuente: propia .................................... 43

Figura 3.8. Arreglo establecido a la salida del tanque de alimentación. Fuente: propia .............. 43

Figura 3.9. Esquema de la línea de alimentación diseñada. Fuente: propia ................................. 45

Figura 3.10. Arreglo a la salida del tanque de alimentación. Fuente: propia ............................... 45

Figura 3.11. Cambios de dirección en el recorrido. Fuente: propia............................................. 46

Figura 3.12. Detalles del recorrido. Fuente: propia .................................................................... 46

xii

Figura 3.13. Bosquejo conceptual de la disposición de los dispositivos y del recorrido del circuito

abierto del prototipo en el plano. Fuente: propia ........................................................................ 48

Figura 3.14. Proyección máxima de la sombra de la unidad hacia el sur (izq.) y distancia

propuesta entre colectores (der.). Fuente: propia........................................................................ 50

Figura 3.15. Simetría en el arreglo de colectores. Fuente: propia .............................................. 51

Figura 3.16. Arreglo en la admisión del recorrido. Fuente: propia ............................................. 52

Figura 3.17. Pre-ensamblajes apreciables en el esquema plano del recorrido. Fuente: propia ..... 52

Figura 3.18. Pre-ensamblajes no apreciables en el esquema plano del recorrido. Fuente: propia 53

Figura 3.19. Múltiple de admisión (izq.), tramo entre colectores (central) y múltiple de descarga

(der) del arreglo en la unidad de colectores solares. Fuente: propia............................................ 54

Figura 3.20. Conexión del circuito a la admisión y descarga de los dispositivos. Fuente: propia 56

Figura 3.21.Circuito entre la unidad desalinizadora y la unidad de colectores solares. Fuente:

propia ....................................................................................................................................... 56

Figura 3.22. Arreglo a partir del punto de admisión del circuito abierto. Fuente: propia ............ 56

Figura 3.23. Esquema del sistema de alimentación (izq.) y de la configuración del circuito abierto

con backup (der.). Distancias en metros. Fuente: propia ............................................................ 57

Figura 3.24.A. Potencia disipada. Curva correspondiente al tramo de 1145mm. Fuente: propia . 59

Figura 4.1. Diagrama del proceso constructivo de partes. Fuente: propia ................................... 62

Figura 4.2. Trazado de líneas guía para hacer los cortes (izq.) y operación de corte con cizalla

(der.). Fuente: propia ................................................................................................................. 64

Figura 4.3. Trazado y marcaje de centros para taladrado. Fuente: propia ................................... 65

Figura 4.4.Taladrado de los agujeros. Fuente: propia ................................................................. 65

Figura 4.5. Deformación en el material luego del taladrado (izq.), eliminación de rebabas usando

esmeril de mano (central) y laminación del material (der.). Fuente: propia ................................ 66

Figura 4.6. Pulido de caras deslizantes en el módulo. Fuente: propia ......................................... 66

Figura 4.7. Generación del cuerpo del vínculo. Fuente: propia ................................................. 67

Figura 4.8. Soldadura del vínculo en malla. Fuente: propia....................................................... 68

Figura 4.9. Preparación del elemento mecánico principal (eje). Fuente: propia .......................... 68

Figura 4.10. Generación de los rieles con la dobladora. Fuente: propia ...................................... 69

Figura 4.11. Generación de tramos de perfil (izq.) y laminas base (der.). Fuente: propia ............ 69

Figura 4.12. Doblado de láminas base de aluminio. Fuente: propia ............................................ 70

xiii

Figura 4.13. Preparación de tramos y bases de accesorios. Fuente: propia ................................. 70

Figura 4.14. Soldadura de láminas base de acero en perfiles para conformar los accesorios para la

línea de alimentación. Fuente: propia ........................................................................................ 71

Figura 4.15.Generación de tramos de barra roscada en U. Fuente: propia .................................. 71

Figura 4.16. Procedimiento de doblado del accesorio para la instalación de la bomba. Fuente:

propia ....................................................................................................................................... 72

Figura 4.17. Agujeros en accesorio para la instalación de la bomba. .......................................... 72

Figura 4.18. Generación de tramos de tubería. Fuente: propia ................................................... 73

Figura 4.19. Preparación de tramos. Fuente: propia ................................................................... 74

Figura 4.20. Elaboración de rosca NPT en tramos. Fuente: propia. ............................................ 74

Figura 4.21. Preparación de tramos de tubería de 3/8”. Fuente: propia. ...................................... 75

Figura 5.1. Diagrama de proceso. Fuente: propia ....................................................................... 77

Figura 5.2. Vistas de la instalación de la malla fija. Fuente: propia. ........................................... 78

Figura 5.3. Pista remachada (izq.), amarre de malla móvil (central) y riel remachado (der.).

Fuente: propia ........................................................................................................................... 79

Figura 5.4. Agujero para el ajuste de la goma (izq.), disposición del eje (central) y vinculación el

eje al elemento móvil. Fuente: propia ........................................................................................ 80

Figura 5.5. Marcaje (izq.), suplementos (central) y fijación de la base al suelo (der). Fuente:

propia ....................................................................................................................................... 81

Figura 5.6. Presentación de ducto de aire inferior en la base. Fuente: propia .............................. 82

Figura 5.7. Detalles del ensamblaje e instalación de las primeras paredes del ducto. Fuente:

propia ....................................................................................................................................... 83

Figura 5.8. Fijación del ducto inferior de airee a la base. Fuente: propia .................................... 83

Figura 5.9. Disposición de empaques y ductos de cobre en la unidad desalinizadora. Fuente:

propia ....................................................................................................................................... 85

Figura 5.10. Múltiple inferior del deshumidificador instalado y múltiple del humidificador

preparado. Fuente: propia .......................................................................................................... 85

Figura 5.11. Atornillado de lámina externa (izq.) fijación total de los ductos de cobre (central) y

fijación de la colmena(der.). Fuente: propia............................................................................... 86

Figura 5.12. Mejoras incorporadas. Fuente: propia .................................................................... 87

Figura 5.13. Sujeción de láminas externas al ducto inferior. Fuente: propia ............................... 87

xiv

Figura 5.14. Sellado de las juntas en el ducto ensamblado. Fuente: propia ................................ 87

Figura 5.15 .Disposición de marcos inferiores. Fuente: propia ................................................... 88

Figura 5.16. Colocación de láminas de aislante. Fuente: propia ................................................. 88

Figura 5.17. Disposición del marco superior (izq.) y atornillado del encamisado a sus marcos

estructurales (central y der.). Fuente: propia .............................................................................. 89

Figura 5.18. Vista de la sección rectangular del encamisado. Fuente: propia ............................. 89

Figura 5.19. Gomas preparadas (izq.), disposición de gomas para el sellado (central) y silicón

trasparente aplicado (der.). Fuente: propia ................................................................................. 90

Figura 5.20. Disposición de múltiples superiores. Fuente: propia .............................................. 91

Figura 5.21. Disposición y fijación del ducto superior en la unidad. Fuente: propia ................... 91

Figura 5.22. Ajustes en múltiples superiores. Fuente: propia ..................................................... 92

Figura 5.23. Instalación de la pared desmontable del ducto superior y aplicación del sello. Fuente:

propia ....................................................................................................................................... 92

Figura 5.24. Ajuste y sellado de pasa cables en agujeros de la unidad. Fuente: propia ............... 93

Figura 5.25. Fijación de la base. Fuente: propia ......................................................................... 94

Figura 5.26. Disposición de carcasa externa y arreglo de aislantes. Fuente: propia .................... 95

Figura 5.27. Disposición de absorbedores y detalle en la conexión de los múltiples de los

colectores al circuido abierto. Fuente: propia............................................................................. 96

Figura 5.28. Colocación de las cubiertas transparentes. Fuente: propia ...................................... 96

Figura 5.29. Detalle en la conexión de los colectores al circuito abierto. Fuente: propia ............ 97

Figura 5.30. Disposición de componentes principales del banco. Fuente: propia ........................ 98

Figura 5.31. Preparación de pre-ensamblajes. Fuente: propia..................................................... 98

Figura 5.32. Instalación de soportes del circuito abierto en campo. Fuente: propia .................... 99

Figura 5.33. Conformación de pre-ensamblajes. Fuente: propia ................................................100

Figura 5.34. Instalación de pre-ensamblajes y tareas finales. Fuente: propia .............................100

Figura 6.1. Deformación en ducto 2(izq.) y ducto 5(der.) en prueba de puesta a punto. Fuente

propia ......................................................................................................................................106

xv

LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS

Símbolo Significado

O Abreviatura

Área

Bulbo húmedo

Bulbo seco

Calor específico a presión constante

Ganancia de tiro

Dirección genérica

Radiación difusa por unidad de área emitida en todas las longitudes

Irradiación total

Entalpía , Coeficiente de convección

Coeficiente de convección promedio

Altura de dispositivo

Humedad absoluta

Humedad relativa

Conductividad térmica

Longitud característica

Masa

Flujo másico

Número de Nusselt

Punto de rocío

Presión

Energía por unidad de tiempo

Constante del gas para un compuesto

Temperatura

xvi

Volumen

Griegos

Absortividad hemisférica total

Reflectividad hemisférica total, Densidad

Transmisividad hemisférica total

Emisividad

Humedad absoluta

Humedad relativa

Constante de Stefan Boltzmann

Longitud de onda

Proporcional

Superíndices

Por unidad de área

Subíndices

Aire seco

Absorvida

Alrededores

Cuerpo negro

Frío

ol Colector

ond Condensador

Fluido, Líquido saturado, Factor de fricción

Vapor saturado

Caliente

Intercambio

Mezcla de aire seco y vapor de agua

Máximo

Reflejada

Superficie

xvii

Saturado

Transmitida

Vapor

Agua

s Agua salada

Punto alejado de la superficie

1

INTRODUCCIÓN

La desalinización es un proceso utilizado en muchas comunidades costeras alrededor del

mundo para satisfacer sus demandas de agua potable. En general, esta técnica se aplica cuando

los recursos hídricos no pueden abastecer a poblaciones costeras y los costos asociados a llevar

agua dulce a esas zonas son mayores que los relacionados a la construcción de un sistema

desalinizador (potabilizador).

En los procesos de desalinización a gran escala, los principios más utilizados son: la

evaporación multi-etapa y la ósmosis inversa. En los procesos que utilizan el primer principio,

energía calórica es requerida para vaporizar el agua. Por su parte, los procesos que funcionan bajo

el segundo principio, demandan energía eléctrica para generar alta presión y así forzar el

componente potable del agua salada a pasar por una membrana. Ambos métodos requieren mano

de obra calificada, consumen grandes cantidades de energía y en general son energizados por

costosas fuentes convencionales como el petróleo y la energía hidráulica . Por lo tanto, la

potabilización a gran escala representa altos costos de inversión, resultando inviable

económicamente en naciones donde la energía es costosa (países no productores de petróleo).

Mientras que en los países petroleros, al ser la energía más económica les es rentable la

instalación de estas tecnologías, aun cuando para ellos representa una disminución en los ingresos

por exportación de crudo.

Además, el uso de fuentes convencionales como el petróleo, contribuye al incremento de las

emisiones de gases de efecto invernadero. Las legislaciones internacionales y regionales, con las

que se buscan reducir las emisiones, establecen mayores restricciones a dichas fuentes de

generación. Esto determina un factor adverso al proyectar estas tecnologías potabilizadoras.

Dada la situación de escasez de agua potable en comunidades principalmente costeras alrededor

del mundo, y el efecto contaminante de los procesos de desalinización a gran escala aplicados

para solventar tal problemática, se han desarrollado tecnologías sustentables capaces de

potabilizar el agua de mar. Un ejemplo de ellas es la desalinización solar que aprovecha la

radiación para elevar la temperatura del agua salada, haciéndole desprender vapor libre de sal,

2

por la diferencia de volatilidad que existe entre la sal y el agua, lo que potabiliza el agua de mar.

Entre los procesos de este tipo de desalinización se encuentra la humidificación-

deshumidificación multi-efecto.

En Venezuela, desde el año 2007 el Ing. Raúl González Acuña con el apoyo del INDENE

(Instituto de Energía de la Universidad Simón Bolívar) y del estudiante Jonathan Abreu, ha

venido trabajando en el diseño y construcción de la unidad desalinizadora y la unidad de

colectores solares, del primer prototipo de planta desalinizadora por humidificación multi-efecto

en el país. La idea principal de esta creación es la posibilidad de llevar agua fácilmente a zonas

remotas del país, sin que se tenga que incurrir en costos importantes que menoscaben la

factibilidad económica del proyecto. Desde un principio se trazó como meta la construcción de

un prototipo desalinizador solar que pudiera suplir con 25 litros de agua potable al día, en la peor

condición de radiación, a la estación biológica de los Dos Mosquises, ubicada en el archipiélago

Los Roques. Además, se planteó que el equipo debía ser trasportable, de fácil mantenimiento,

baja inversión y conceptualizado para operar en regiones apartadas que posean recursos

energéticos deficientes o inexistentes. Entre los años 2007 y 2011 el proyecto pasó por las

siguientes fases:

-Diseño conceptual y de detalle del prototipo con el dimensionamiento teórico de sus

dispositivos principales.

-Construcción de las partes de los dispositivos dimensionados.

-Ensamblaje, puesta en marca y caracterización de la unidad de absorción solar del prototipo.

A comienzos de 2011, se planteó como problema de investigación continuar la labor del Ing.

González Acuña con el ensamblaje, instalación y puesta a punto del prototipo de planta

desalinizadora solar. En términos generales retomar el proyecto y conducirlo hasta alcanzar la

puesta a punto de la planta, requería el desarrollo de unidad del banco de prueba del prototipo, la

incorporación de una mejora técnica en la unidad desalinizadora y el ensamblaje e instalación de

todas las unidades de la planta en campo, para finalmente llevar a cabo pruebas de puesta punto

del prototipo de planta. Así, una vez concluida esta fase del proyecto, la instalación quedaría

técnicamente lista para ser puesta en marcha y caracterizada, en una quinta y última fase del

proyecto.

3

El cuerpo del presente trabajo especial de grado se constituye de 6 capítulos. En el capítulo I se

muestran los antecedentes, planteamiento del problema, justificación y objetivos del tabajo. En el

capítulo II se presentan las nociones fundamentales útiles para la ejecución de esta fase del

proyecto y la compresión de grado. El capítulo III detalla las etapas de diseño del dispositivo

generador de caídas de presión y de la unidad de banco de pruebas. Por su parte, en el capítulo IV

se describen los procedimientos aplicados para la construcción de las partes diseñadas.

Posteriormente, en el capítulo V se puntualizan los procedimientos generales aplicados en campo,

claves para el ensamblaje e instalación del prototipo dadas las limitadas disponibilidades del

proyecto. Finalmente, en el capítulo VI se describe la puesta a punto y sus principales resultados.

CAPITULO 1 MARCO INTRODUCTORIO

1.1 ANTECEDENTES

La desalinización solar tiene sus inicios alrededor del año 1551, con la publicación de un

alquimista árabe. El primer destilador fue diseñado y construido por el ingeniero sueco Carlos

Wilson en 1872. Con el pasar de los años y gracias a los avances en los trabajos con plásticos,

fue evolucionando la tecnología de los destiladores solares. Para el año 1964 existían más de

veinte publicaciones de destiladores solares de plástico inflados con aire a cargo de Telkes .

Los destiladores solares operan bajo un principio conocido como humidificación-

deshumidificación. En estos, una superficie negra horizontal sobre la cual se vierte agua salada,

se calienta por efecto de la radiación solar, evaporando parte del agua salada y calentando el aire

circundante (transferencia de calor y masa combinados). El aire caliente y húmedo, menos denso,

asciende hasta entrar en contacto con una superficie inclinada transparente que se encuentra a

temperatura ambiente. Esto hace que condense vapor presente en el aire y se produzca el

destilado.

Los primeros destiladores solares perdían gran parte del calor al ambiente a través de su

cubierta superior de vidrio transparente y dada la disposición horizontal de su superficie negra,

salvo en zonas cercanas al ecuador, no aprovechaban al máximo la radiación recibida. Durante

años los diseñadores se avocaron a resolver estos problemas puntuales. En 1985, resolvieron el

primero de ellos haciendo pasar el agua de suministro por la cubierta trasparente y así aprovechar

parte del calor latente de condensación cedido al ambiente. El destilador solar evolucionó y trece

años más tarde se modificó de tal manera que parecía un sistema multi-efecto con el que se

aprovecha el calor latente de condensación .

5

Hoy, si bien el principio de separación es el mismo, existen diferentes diseños que buscan

maximizar la producción del destilado, como lo son: humidificación multi-efecto, múltiple

evaporación condensación solar, condensación aero-evaporativa, entre otros . Todos estos

métodos son desarrollos sustentables, dado que en general no requieren mano de obra calificada,

son rentables y consumen muy poca energía en comparación con los desalinizadores de gran

escala.

La humidificación multi-efecto es la destilación, bajo condiciones atmosféricas, de aire

saturado en un lazo que puede ser abierto o cerrado. La circulación del aire se debe a convección

forzada (ventilador) o libre (termosifón) . El término multi-efecto se refiere a la contribución

energética, adicional al suministro de calor primario, que ofrecen los componentes a la

producción del destilado.

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El agua es vital para el desarrollo de la vida en el planeta y se estima que el 70% de su

superficie está cubierta de este recurso entre mares, ríos y lagos. El agua del planeta también

puede encontrarse en la atmósfera como vapor y en acuíferos en el suelo (aguas subterráneas).

Ahora, de toda el agua existente en el mundo, sólo el 2,5% es dulce y de esta cantidad el 70% se

encuentra congelada y concentrada en los casquetes polares. Un porcentaje remanente existe

como humedad en el suelo y en sitos inaccesibles, dando lugar a que de toda el agua del planeta

se aprovecha para consumo humano el 0,0025% .

Hasta hace poco tiempo el agua era considerada como un recurso renovable, aún cuando sólo

se aprovecha para consumo humano tan pequeña fracción del total del agua existente. Sin

embargo, debido al crecimiento de la población, la explotación irracional y la contaminación, las

reservas del vital líquido comienzan a escasear. Para los inicios de la década del 90 la

disponibilidad de agua dulce per cápita era de 9000 metros cúbicos por año y según estimaciones,

para el año 2025 la disponibilidad de agua dulce per cápita descenderá a 5100 metros cúbicos por

año

Venezuela es un país de importantes recursos energéticos, tanto fósil como eólico y solar, por

nombrar algunos. Además, se caracteriza por tener una gran diversidad geográfica, climática y

6

ecológica y, por su ubicación en la cuenca amazónica, tiene una gran reserva hidrográfica; sin

embargo, hay una serie de factores que contribuyen al deterioro de estas fuentes, tales como: el

crecimiento poblacional (urbanización), la pérdida de calidad de los cuerpos de agua, la

deficiencia en la gestión y conservación del recurso. Por estas razones, muchas poblaciones no

tienen acceso a agua potable confiable, especialmente aquellas comunidades remotas que se

encuentran cerca de la costa

Esta problemática hace necesario el desarrollo de tecnología propia capaz de abastecer a tales

comunidades y he aquí la importancia de continuar el proyecto de desalinización solar del

INDENE (Instituto de Energía de la Universidad Simón Bolívar), a través del cual se busca poner

al servicio del país tan importante desarrollo.

1.3 JUSTIFICACIÓN

Alrededor del mundo, es común encontrar que las zonas con menor disponibilidad de agua

dulce sean las costeras, especialmente en países tropicales, como Venezuela, que poseen recursos

limitados de agua potable. Al mismo tiempo, gozan de microclimas con alta radiación solar, lo

que hace atractivo la utilización de la energía solar como fuente energética primaria para

potabilizar el agua de mar.

La instalación de plantas desalinizadoras solares por humidificación multi-efecto podría atender

la necesidad de agua dulce en comunidades remotas de la costa venezolana, cuya línea se

extiende aproximadamente por 3700 Km . En Venezuela, la mayor parte de la población se

concentra en la zona centro norte, en las líneas costeras o cerca de ellas y existen poblaciones sin

acceso a aguas blancas, principalmente en las islas y cayos. En los Roques, por ejemplo, el agua

dulce se obtiene a través de la desalinización del agua de mar y del almacenamiento del agua de

lluvia no siempre confiable, los cuales representa salidas más sencillas y económicas que la

construcción de acueductos entre el territorio continental y el insular.

7

1.4 OBJETIVO GENERAL

Ensamblar, instalar y poner a punto un prototipo de planta desalinizadora con el desarrollo de

un banco de pruebas que permita la posterior caracterización de la planta, diseñado sobre la base

de lo encontrado en las últimas publicaciones sobre el tema.

1.5 OBJETIVOS ESPECIFICOS

- Evaluar el funcionamiento teórico, el ensamblaje teórico-práctico y las potencialidades de

caracterización del prototipo.

- Realizar el levantamiento en campo de información útil para ejecución de los principales

trabajos de esta fase del proyecto.

- Diseñar, construir e instalar un dispositivo para generar caídas de presión controladas en el

ducto de aire de la unidad desalinizadora como parte de una mejora.

- Diseñar, construir, ensamblar e instalar del banco de pruebas del prototipo, como desarrollo

de la unidad faltante en la planta.

- Ensamblar e instalar la unidad desalinizadora y la unidad de colectores solares.

- Poner a punto la planta sin adquisición de datos que permita dejar la instalación técnicamente

lista para su caracterización en una próxima fase del proyecto.

CAPITULO 2 MARCO TEÓRICO

2.1Desalinización Solar por Humidificación-Deshumidificación Multi-Efecto de una sola

etapa

2.1.1 Proceso de Desalinización Solar por Humidificación-Deshumidificación Multi-Efecto de una sola etapa

Son sistemas de fácil operación y mantenimiento concebidos para pequeñas producciones de

destilado. En ellos se lleva a cabo un proceso conocido como desalinización por humidificación

convencional , donde luego de alcanzar la condición estacionaria se presentan simultáneamente

los siguientes ciclos esquematizados en la figura 2.1.

-Ciclo abierto de agua: el agua salada entra en un deshumidificador que es básicamente un

intercambiador de calor cerrado, donde absorbe energía de aire húmedo saturado caliente. En la

interacción, el vapor en el aire se condensa cediéndole calor sensible y latente al agua salada. Al

salir de este dispositivo, el agua precalentada ingresa en un colector solar (calentador solar de

agua) en el cual eleva su temperatura hasta un máximo de operación. Luego es distribuida desde

lo alto del humidificador o torre de enfriamiento, en el que mientras cae, cede vapor libre de sal

al aire por la diferencia de volatilidad entre el mineral y el agua, en un proceso de trasferencia de

masa y calor combinados, para que el aire lo transporte al deshumidificador. El condensado

(producto) que cae por gravedad en el deshumidificador es colectado en su parte inferior,

mientras que la salmuera sale por la parte inferior del humidificador .

-Ciclo cerrado de aire: es la circulación de aire saturado entre el deshumidificador y el

humidificador como se describe detalladamente en el apéndice A. Por efecto de tiro natural, en el

intercambiador de calor cerrado el aire enfriado y deshumidificado más denso desciende,

9

mientras que en la torre de enfriamiento el aire calentado y humidificado menos denso

asciende .

Los desalinizadores solares emplean indicadores para establecer su funcionalidad como lo son

el “Gain Output Ratio” o GOR y la producción específica Sp. El primero se define como el

cociente entre la energía consumida en el proceso de condensado y la energía suministrada; el

segundo por su parte se define como la producción de destilado diario por unidad de área del

colector solar .

El prototipo de planta desalinizadora desarrollado por Raúl González Acuña en el INDENE se

basó en la configuración que se muestra en la figura 2.1. Se trata de un sistema de una etapa sin

almacenamiento, con ciclo cerrado de aire por termosifón y abierto de agua. Como puede notarse

las corrientes de agua y aire están en contraflujo en el humificador y deshumidificador. Además

la configuración utiliza un colector solar y un desvío [6].

Figura 2.1. Esquema de funcionamiento del prototipo de planta. Fuente: González [6]

En el esquema es el flujo másico de aire seco (kg/s) y la entalpía asociada al flujo de aire

tiene unidades de J/kg de aire seco. Se destaca que y .

10

2.1.2 Dispositivos principales en un Desalinizador Solar por Humidificación y Multi-Efecto de una sola etapa

A continuación se definen brevemente los principales dispositivos en ese tipo de tecnología y se

presentan las características generales de estos componentes, desarrollados y construidos en fases

previas de este proyecto (sus partes). En caso de desear indagar sobre características más

específicas así como acerca del dimensionamiento teórico de los dispositivos se insta a revisar la

referencia [6].

-Deshumidificador: también conocido como condensador, es un intercambiador de calor

cerrado. Se clasifica según el arreglo del flujo y el tipo de construcción [7]. En este dispositivo se

aprovecha el calor latente de condensación que permite disminuir la demanda de energía primaria

. El deshumidificador desarrollado y construido en el proyecto, está compuesto por 8 ductos

de sección rectangular para el flujo ascendente del agua salada ( , separados

equidistantemente y dispuestos de forma vertical como se aprecia en la imagen izquierda de la

figura 2.2. Cada ducto, construido con láminas de cobre de 0,5mm (0,0005m), se apoya mediante

asientos en la carcasa interna del dispositivo, también de sección rectangular y fabricada con

láminas de aluminio de 1,6mm (0,0016m) de espesor, a través de un par de tornillos de bronce

soldados a cada costado y orientados hacia la carcasa, y se fija cada ducto con arandelas y tuercas

de bronce. Los tornillos se aprecian en la imagen derecha de la figura 2.2.

Figura 2.2. Arreglo en la carcasa interna de ductos (izquierda) y tornillos de fijación soldados a los costados del ducto (derecha). Fuente: González [6]

Además de la carcasa interna que tiene función estructural y de ducto de aire con sección

transversal de 1,2m x 0,4m, el equipo cuenta con una carcasa externa cuya función es proteger al

aislamiento de los agentes ambientales, construida con láminas de aluminio de 1mm (0,001m) de

11

espesor. El aislante lo componen láminas de poliestireno expandido de 20 mm (0,02m) de

espesor confinadas entre ambas carcasas como se muestra en la imagen derecha de la figura 2.3.

En el ensamblaje del equipo (carcasas) se utilizan tornillos autorroscantes de acero galvanizado,

que a través de agujeros ubicados en las solapas entre las secciones frontales y laterales, permiten

conformar el arreglo de las secciones apreciable en la imagen izquierda la figura 2.3.

Figura 2.3. Detalle de ensamblaje (izquierda) e isométrico del equipo (derecha). Fuente: González [6]

-Humidificador: es en esencia una torre de enfriamiento evaporativa. En ésta se producen los

procesos de trasferencia de calor y masa combinados siendo energéticamente la diferencia de

entalpía el mecanismo que predomina . El humidificador y deshumidificador desarrollados

por el proyecto son dispositivos prácticamente iguales desde el punto de vista constructivo y de

ensamblaje salvo la presencia de empaques en el humidificador en lugar de ductos de cobre. Se

resalta que ambos, son componentes principales de la unidad desalinizadora cuyas dimensiones

aproximadas rondan los 1,3 x 1,2 x 2,9m. Los empaques son accesorios que amplían el área de

trasferencia entre el gas y el líquido, y se ha demostrado que experimentalmente hacen que el aire

arrastre menos partículas saladas . En el humidificador construido, dos hileras de persianas

verticales, atadas a una colmena o soporte, conforman los empaques. La colmena se fija con

remaches a una cara frontal de la carcasa interna y con tornillos autorroscantes en la otra cara

frontal interna. En la imagen izquierda de la figura 2.4 se muestra esta característica mientras que

en la derecha se aprecia el ensamblaje parcial de la unidad desalinizadora.

12

Se destaca que la unidad desalinizadora, también lo conforman los ductos de aire superior e

inferior(a definirse y describirse más adelante), prácticamente se ensambla totalmente utilizando

tornillos autorroscantes en agujeros.

Figura 2.4. Arreglo en la carcasa interna de los empaques (izquierda) e isométrico de la unidad ensamblada parcialmente (derecha). Fuente: González [6]

-Colector solar: equipo que aporta directamente la energía primaria al proceso, dado que

aprovecha térmicamente la radiación solar para calentar el agua salada y . Está compuesto

por 7 ductos para el flujo del agua pintados de negro, similares a los ductos del condensador

( , que conforman al absorbedor de radiación, apreciable en la imagen izquierda de la

figura 2.5, al cual están incorporados los múltiples del dispositivo. Este último descansa sobre

soportes construidos con perfiles de aluminio de 1,6mm (0,0016m), colocados en la carcasa

interna del dispositivo como se muestra en la imagen derecha de la figura 2.5 pintados de verde.

Figura 2.5. Absorbedor (izquierda) y soportes colocados en carcasa interna (derecha). Fuente: propia

13

Además de la carcasa interna (similar a una bandeja), que sostiene al absorbedor y mantiene su

ambiente estanco, el equipo tiene una carcasa externa que ocupa un área de 1,6m x1,3m, la cual

protege a todo el dispositivo de los agentes ambientales. Se destaca que ambas están construidas

con chapas de aluminio de 1,6mm (0,0016m) de espesor. Entre las carcasas se encuentra

confinado el aislante térmico del dispositivo constituido por bloques de poliestireno expandido

esquematizado en color vinotinto en la imagen derecha de la figura anterior. Un marco construido

con perfiles de aluminio de 1.6 mm de espesor, soporta la cubierta trasparente de policarbonato

alveolar con protección UV y en conjunto conforman una tapa para la carcasa externa. En el

ensamblaje completo del colector se muestra en la figura 2.6.

Figura 2.6. Isométrico del equipo. Fuente: propia

-Conexiones: son elementos constitutivos de la planta desalinizadora que se ubican en la

admisión y descarga de los dispositivos. Principalmente lo conforman: los múltiples construidos

con tuberías de cobre rígidas de 3/8” (0,0095m) y flexibles de 3/16” (0,0047m); y los ductos

superior e inferior de la unidad desalinizadora que se conectan a los ductos verticales para así

conformar el circuito cerrado para la circulación del aire saturado del proceso. Ver figuras 2.7 y

2.8.

Figura 2.7. Múltiples de los dispositivos. A la izquierda múltiple inferior del deshumidificador (igual al superior) y a la derecha distribuidor del humidificador. Fuente: propia

14

Figura 2.8. Ductos de aire superior e inferior respectivamente. Fuente: propia

Para ver más en detalle las partes así como la mecánica para el ensamblaje e instalación de todas

las unidades, incluido el módulo diseñado y construido en esta fase del proyecto, se insta a

revisar el Apéndice K, creado principalmente en base a la experiencia acumulada de los trabajos

de ensamblaje e instalación del prototipo en campo (Capítulo 5).

2.1.3 Curvas características en un Desalinizador Solar por Humidificación Multi-Efecto de una sola etapa

En la caracterización de desalinizadores solares similares al desarrollado en este proyecto, son

tanto numerosas como variadas las curvas encontradas y van desde las más generales a las más

específicas. En la figura 2.9 (izquierda) se muestra la relación lineal entre la producción y la

temperatura del agua a la entrada del humidificador [11], y cómo puede variar la producción en el

transcurso de día de prueba (derecha) [12].

Figura 2.9. Producción en función a la temperatura de entrada al evaporador y al tiempo. Fuente: Garga[11], Nafey[12]

15

En la figura 2.10 (izq.) se muestra la relación entre la producción y la potencia consumida de

energía primaria [13] en condiciones estacionarias. A la derecha la relación entre la producción y

la radiación incidente [12].

Figura 2.10. Producción en función a la potencia consumida y a la radiación. Fuente: Nafey[12], Naser[13]

Se destaca que los bancos usados en pruebas de caracterización cuentan con un backup

(circuito paralelo o respaldo) para la realización de ensayos en estado estacionario, generalmente

utilizando calentadores eléctricos, puntos para la medición de variables de interés en el recorrido

del circuito abierto y cerrado del proceso, y condiciones de laboratorio. Esta última característica

la consiguen, teniendo térmicamente aislado el circuito abierto e instalados adecuadamente los

instrumentos de medición en los puntos mencionados, cumpliendo con las especificaciones de

instalación, y siguiendo las recomendaciones que se describen en las secciones 2.2.1, 2.2.2 y 2.3

de este trabajo de grado.

2.1.4 Variables de interés para la futura caracterización del Desalinizador Solar desarrollado en el proyecto

En general, las primeras pruebas en condiciones estacionarias realizadas a desalinizadores de

este tipo, una vez puestos en marcha, buscan obtener curvas como las mostradas en la sección

2.1.3. Se trata de curvas que representan cómo responde la productividad de la planta en función

a la temperatura de entrada del agua al evaporador, el instante de tiempo en el día, la potencia

16

consumida en energía primaria y la radiación. Por lo tanto, durante las pruebas es necesario

determinar y monitorear a cada instante, con instrumentos apropiados las variables mencionadas

anteriormente. Cabe destacar que para la categorización del sistema como se explicó en la

sección 1.1.1, se requiere determinar y monitorear en cada momento de las pruebas las variables

(ver figura 2.1), dado que:

(2.1)

(2.2)

Teóricamente, la planta en operación trabajando en condición de diseño manejaría flujos:

, , ; y temperaturas:

[6].

2.1.5 Ganancia de tiro teórica en la Unidad Desalinizadora desarrollada en el proyecto

Los sistemas simples de desalinización como el desarrollado en este proyecto operan gracias a

la circulación de aire saturado por efecto de tiro natural en la unidad desalinizadora. El resultado

del cálculo de esta fuerza motriz definida en el Apéndice B, se muestra en la tabla 2.1 [6] y puede

notarse que la ganancia total en el circuito cerrado es pequeña. Ahora, las estimaciones de la

velocidad del aire en este circuito arrojan valores bajos y dada las dimensiones de la sección del

ducto, hace prácticamente despreciables las pérdidas por fricción. Por lo tanto, si en la unidad las

pérdidas por fricción no disipan la ganancia asociada al tiro, teóricamente el flujo de aire tardaría

en alcanzar la condición estacionaria.

Tabla 2.1. Valores del tiro natural para el Humidificador y Deshumidificador. Fuente: González [6]

Variable [Kg/m3] [Kg/m3] [mm O] [Pa] total [Pa]

Evaporador 1,143 0,922 0,442 4,33 8,23

Deshumidificador 1,143 0,922 0,398 3,9

17

2.2Recurso Solar y Sistemas de Energía Solar Térmica de baja temperatura

2.2.1 Recurso solar

La radiación solar incidente sobre una superficie por unidad de área se le conoce como

irradiancia o potencia incidente por unidad de área [14]. Generalmente se mide en y

resulta que anualmente, de aprovecharse el potencial de recurso solar, éste representaría una

fuente energética inagotable a escala humana, como lo muestra la figura 2.11.

Figura 2.11. Potencial del recurso solar. Fuente: Peuser[15]

La irradiancia global se conoce como la suma de la irradiancia directa, difusa y albedo

explicadas al detalla en el Apéndice C. Dependiendo de las condiciones climáticas, los órdenes

de magnitud de la potencia incidente global por unidad de área varían como se muestra en la

figura 2.12. Puede apreciarse que en cielos despejados la radiación es principalmente directa,

mientras que en cielos nublados la radiación es principalmente difusa [14].

Figura 2.12. Órdenes de magnitud de la irradiancia de acuerdo al tipo de radiación ambiental predominante. Fuente: Dufo

18

Como se menciona en el Apéndice C, la radiación proveniente del sol que incide en una

superficie depende la de la latitud en que se encuentre, la época del año, factores atmosféricos y

meteorológicos . Además, la declinación de la Tierra a lo largo del año hasta 23,45°

respecto al plano de la eclíptica, esquematizada en la figura 2.13, hace que varíe la sobra

proyectada en el suelo por los objetos puestos en tierra. Este detalle es interesante al momento de

instalar dispositivos en el suelo para aprovechar la radiación térmica proveniente del sol, dada la

importancia de evitar que algún objeto le haga sombra.

Figura 2.13. Cabeceo de la tierra respecto al plano de la eclíptica. En la figura es invierno en el hemisferio norte y verano en el sur. Fuente: Dufo

2.2.2 Sistemas de Energía Solar Térmica de baja temperatura

Los colectores solares térmicos son equipos de baja temperatura que se emplean para la

captación directa del recurso solar por medio de un absorbedor instalado en ellos y se

caracterizan por calentar el fluido de trabajo por debajo de su punto de ebullición. En cuanto a la

conexión de dos o más colectores, se plantea lo siguiente [10]:

-Serie: maneja menor caudal por lo que necesita menor diámetro y longitud de tubería. En estos

arreglos el rendimiento global es menor y alcanzan mayores temperaturas.

-Paralelo: maneja mayor caudal por lo que necesita mayor diámetro de tubería y longitud. En

estos arreglos el rendimiento es mayor.

Se ha demostrado experimentalmente que la disposición de la admisión y descarga de cada

colector, sin importar el arreglo, debe garantizar que el fluido de trabajo lo inunde como lo

muestran las imágenes de la figura 2.14 [10].

19

Figura 2.14. Conexión de colectores en serie (izq.) y en paralelo (der.). Fuente: Bayo [10]

En la conexión de estos dispositivos en paralelo, asumiendo que son iguales (igual coeficiente

de pérdida), para que las fracciones de flujo a través de los colectores sea la misma, es necesario

que los múltiples del arreglo sean exactamente iguales así como las conexiones de éstos a las

admisiones y descargas de los equipos, como se esquematiza en la imagen derecha de la figura

2.14. De esta forma, se evita que fracciones se devuelvan en cualquiera de los recorridos de los

dispositivos y así hacer circular el flujo de proceso calentado a la salida del arreglo.

Por otra parte, para aprovechar al máximo la captación solar en los arreglos mostrados, o en un

colector operando solo, se orienta el o los colectores respecto al norte como se aprecia en la

figura 2.14 [17]. De esta forma, por ejemplo, para latitudes norte durante sus meses de invierno,

considerando que el origen de coordenadas se ubica sobre el o los dispositivos, el ángulo

acimutal mide cuán desplazado está el Sol respecto al Sur, siendo ángulo cero al mediodía este.

La figura 2.15 esquematiza lo explicado.

Figura 2.15. Esquematización del ángulo acimutal. Fuente:http://www.ocw.unia.es/ciencias-de-la-ingenieria/...y...de.../angulos-sol-tierra[18]

20

2.3 Instalación de termopares y termo resistencias para mediciones por inmersión

Las mediciones por inmersión presentan menos problemas que las mediciones en superficie

[19]. Lo importante es asegurar una longitud correcta de inmersión.

La incorrecta instalación de termopares puede suponer errores considerables en la medición.

A continuación algunas recomendaciones técnicas [19]

-Longitud de inmersión: debe ser lo suficiente para que el sensor alcance equilibrio térmico

con el medio. Como regla general, para medida en gases la inmersión debe ser entre 10 veces y

15 veces el diámetro del sensor y para líquidos entre 8 y 10 veces. Ahora, para tuberías de

diámetro pequeño, se recomienda el montaje en diagonal o en codo de tubería, orientando la

punta del sensor contra la dirección del flujo medido. Ver figura 2.16.

Figura 2.16. Correcta e incorrecta inmersión de sensores de temperatura. Fuente: http://www.sciempresa.com[19]

-Vibraciones y choques mecánicos: deben ser evitados dado que estos sensores son frágiles,

especialmente las termo resistencias, puesto que son hechas de cerámica.

21

2.4Cálculo de caudales y presiones en sistema de tuberías

Si se desean calcular los caudales y las presiones en un sistema de tuberías sencillo, semejante

al mostrado en la figura 2.17, se utilizan leyes básicas de flujo de fluidos y ciertas

consideraciones técnicas. Una de las formulas más exactas para cálculo hidráulicos corresponden

a la teoría de Darcy-Weisbach, las cuales se presentan a continuación.

Figura 2.17. Sistema de alimentación hidráulico con tanque aéreo. Fuente: propia.

Cuando un caudal

está fluyendo de un punto i a un punto j de una tubería de longitud

y diámetro , la diferencia de presión entre sus extremos es dada por la siguiente

ecuación:

(2.3)

Donde, es la diferencia de cota entre el extremo i y j , son las pérdidas hidráulicas

por fricción y locales en el tramo ij y es la diferencia de energía cinética en los extremo

i y j . Por su parte es la densidad del fluido y es la aceleración de la gravedad

.

Ahora:

(2.4)

22

(2.5)

(2.6)

En la ecuación 2.5 y son valores adimensionales. El primero se conoce como factor de

fricción y su valor depende tanto de la rugosidad (ε) en la tubería, como del número de Reynolds

del tramo ij como se verá a continuación. El segundo se conoce como coeficiente de pérdida

local y su valor depende del tipo de accesorio instalado en el tramo. Puede que un tramo haya

varios accesorios, por lo que en la ecuación (2.5) está dentro de una sumatoria. En la tabla 2.2

se muestran algunos valores de rugosidad que dependen del material y en la tabla 2.3 el

coeficiente de pérdida de algunos accesorios.

El factor de fricción de Moody se obtiene como sigue:

(2.7)

(2.8)

Siendo el número de Reynolds definido a partir de

, donde es la viscosidad

del fluido .

Tabla 2.2. Valores de rugosidad en tuberías. Fuente: http://www.miliarium.com/Prontuario/MedioAmbiente/.../PerdidaCarga.asp [20]

Material ε

Plástico(PE,PVC) 0,0015

Latón o cobre 0,0015

Acero estirado 0,0024

Hierro galvanizado 0,06-0,24

23

Tabla 2.3. Valores aproximados de Coeficiente de pérdida local de algunos accesorios. Fuente: http://www.miliarium.com/Prontuario/MedioAmbiente/.../PerdidaCarga.asp [20]

Accesorio K

Válvula esférica(totalmente abierta) 10

Válvula de compuerta(totalmente abierta) 0,2

Válvula de compuerta(abierta 3/4) 1,15

Válvula de compuerta(abierta 1/2) 5,6

Válvula de compuerta(abierta 1/4) 24

T por salida lateral 1,8

Codo 90° radio normal 0,75

Codo 45° radio normal 0,4

2.5 Resolución de sistemas de ecuaciones no lineales

El estudio de un sistema de tuberías como el mostrado en la figura 2.17 usado leyes básicas de

flujo de fluidos, con el propósito de calcular sus caudales y presiones, arroja un sistema de

ecuaciones no lineal En éste es un vector que representa las variables incógnitas del

sistema ( ). Para resolver los sistemas no lineales se pueden aplicar métodos

numéricos iterativos como el de Newton [21].

El vector de n elementos contiene en cada elemento una ecuación que puede ser función

de n variables, así:

(2.9)

Ahora, es el vector que usa en la aplicación del método y se ve como sigue:

(2.10)

24

Al definir la matriz jacobiana como sigue, sólo queda aplicar el método:

(2.11)

Para aproximar la solución del sistema no lineal dada una aproximación inicial se

sique el algoritmo presentado en el Apéndice D.

2.6Teoría básica de mallas

Una malla puede verse como un tejido de espacios abiertos (agujeros cuadrados de lado L)

conformada por hilos o cables de ancho D, como se muestra en la figura 2.18 [22]. Es un

elemento que en ductos cerrados por donde circula algún flujo, en estado gaseoso o líquido,

puede hacer la función de filtro, si el espacio abierto es suficientemente pequeño, o de

direccionador de flujo en ciertos dispositivos hidráulicos. Generalmente para este tipo de

aplicaciones las mallas son metálicas.

Figura 2.18. Tejido de Malla. Fuente: http://www.lenntech.es/filtro-de-cable-tejido.htm [22]

2.6.1 Abertura en malla de tejido corriente o tejido cruzado

Para determinar el tamaño de la malla se cuenta el número de aberturas que hay en una pulgada

lineal como se esquematiza en la figura 2.19. En una dirección determinada la abertura o mesh es

el espacio entre cables paralelos contiguos. El número de aberturas define el tamaño de la malla,

de manera que una número 2 significa que hay dos pequeños cuadrados en una pulgada lineal

[22].

25

Figura

Figura 2.19. Mesh de una Malla. Fuente: http://www.lenntech.es/filtro-de-cable-tejido.htm[22]

Es claro notar que si el número que describe la malla aumenta, los espacios abiertos se hacen

más pequeños aún cuando se mantenga el diámetro del cable. Ahora, si se aumenta el grueso del

alambre para un mismo mesh, también disminuyen los espacios abiertos [22] como se aprecia en

la figura 2.20.

Figura 2.20. Tamaño de los espacios abiertos en función al diámetro del alambre. Fuente: http://www.lenntech.es/filtro-de-cable-tejido.htm[22]

2.6.2 Coeficiente de pérdida en mallas

La característica principal de las mallas es su coeficiente de caída de presión ( que depende

de la porosidad y el número de Reynolds ( [23]. La porosidad es función del diámetro del

alambre ( ) y la abertura ( de la malla. A continuación las ecuaciones.

(2.12)

(2.13)

26

Se sugiere el empleo de mallas con , dado que un valor menor produce inestabilidades

del flujo. Además el del alambre debe ser mayor de 80 para prevenir fluctuaciones de

velocidad.

Se propone la ecuación (1.14) de Wieghardt [24] para obtener el coeficiente de caída de presión

de las mallas. Esta ecuación es válida para un hasta de 600.

(2.14)

2.7 Cálculo de espesor de aislante en tubería cubierto con material reflectante

En el caso de paredes bañadas por fluidos, compuestas o sencillas, en muchas ocasionas

interesa obtener la velocidad de transferencia de calor en función del área y de las temperaturas

superior e inferior, sin tener en cuenta las temperaturas intermedias [25]. Tal es el caso de una

pared cilíndrica bañada por fluidos a diferente temperatura, que simularía a una tubería de agua

caliente de espesor despreciable y longitud L, aislada térmicamente y cubierta con material

reflectante. Ver figura 2.21.

Figura 2.21. Pared cilíndrica simple bañada por fluidos a diferente temperatura (in, out). Fuente:http://www.telecable.es/personales/albatros1/calor/transferencia_de_calor_032_coeficiente_global.htm [25]

2.7.1 Analogía eléctrica de la transferencia de calor en condiciones estacionarias

Considerando que la figura anterior corresponde, a una sección de tubería de agua caliente

aislada en un ambiente fresco, según la analogía termo- eléctrica (figura 2.22), la transferencia de

calor de la región confinada al exterior se calcula como sigue [7]:

27

(2.15)

Figura 2.22. Analogía eléctrica de la transferencia de calor en condiciones estacionarias. Fuente:http://www.telecable.es/personales/albatros1/calor/transferencia_de_calor_032_coeficiente_global.htm [25]

El denominador de la expresión anterior corresponde a la resistencia térmica total del la

transferencia de calor . El primer y último término de corresponde a la resistencia por

convección obtenida directamente de la Ley de Enfriamiento de Newton. El término intermedio

corresponde a la resistencia por conducción, obtenida al integrar la ley de Fourier (régimen

estacionario) para geometría cilíndrica. Para repasar los mecanismos de transferencia de calor por

conducción y convección se insta a revisar el Apéndice E.

2.7.2 Relación crítica de aislamiento

Al incrementar el grosor del aislamiento térmico de una pared plana siempre disminuye la

velocidad de transferencia de calor. Esto se debe a que el área de la superficie de intercambio de

calor pared-fluido no varía [7].

No ocurre lo mismo con las paredes cilíndricas, puesto que, la resistencia total, y por tanto la

potencia térmica, varía con el valor del radio exterior del aislamiento [7]. Dicha variación se

esquematiza en la imagen derecha de la figura 2.23.

28

Figura 2.23. Radio crítico de aislamiento.

Fuente:http://www.telecable.es/personales/albatros1/calor/transferencia_de_calor_032_coeficiente_global.htm [25]

Generalmente el comportamiento presentado en la figura anterior puede presentarse. Se debe a

que el aislamiento adicional incrementa la resistencia a la conducción pero al mismo tiempo

disminuye la resistencia a la convección por el aumento del área exterior.

2.7.3 Determinación del coeficiente de convección externo e interno

Se han desarrollado una serie de correlaciones, en base a datos experimentales, con las que se

determina el número de Nusselt para diversidad de casos de trasferencia por convección. Las

ecuaciones que se presentarán a continuación en las tablas 2.4 y 2,5, corresponden a los casos

considerados en los estudios de trasferencia de calor realizados en esta fase del proyecto.

29

Tabla 2.4. Correlaciones útiles en el cálculo del coeficiente de convección interno para flujo en tubo circular. Fuente: Incropera[7]

Correlación Condiciones

Flujo turbulento, completamiento desarrollado,

Flujo laminar, longitud de entrada térmica (

o una longitud inicial no calentada, uniforme

Flujo turbulento, completamente desarrollado,

Tabla 2.5. Correlaciones útiles en el cálculo del coeficiente de convección externo para flujo sobre tubo circular. Fuente: Incropera[7]

Correlación Condiciones

Para todo el rango de para el que se

dispone de datos, así como un amplio

rango de . Se recomienda

2.7.4 Datos técnicos de aislantes ARMAFLEX tipo AP de interés para esta fase del proyecto

En la tabla 2.6 se presentan un par de especificaciones de interés útiles en los estudios de

trasferencia de calor realizados en esta fase del proyecto.

Tabla 2.6. Datos de interés del producto. Fuente: http://www.armacell.us [26]

Especificación Valor

Conductividad térmica [ ]

Espesores de pared [mm]

0,0365

10,13,19 y 25

CAPITULO 3 DISEÑOS

Para el momento en que se inició esta fase del proyecto habían sido diseñadas y construidas

todas las partes de la unidad desalinizadora y de la unidad de aprovechamiento solar. Para el

establecimiento del prototipo de planta, además de ensamblar e instalar en campo las unidades

mencionadas, era necesario diseñar, construir, ensamblar e instalar el banco de prueba del

prototipo, compuesta principalmente de dos dispositivos. El primero de estos, básicamente una

línea para el flujo del agua de alimentación a la planta proveniente de una fuente. El segundo, un

circuito para la circulación del agua de trabajo según el recorrido del ciclo abierto descrito en la

sección 2.1.1, con un backup (respaldo) para pruebas en condiciones estacionarias y puntos de

medición de las variables mencionadas en la sección 2.1.4. Además, fue necesario diseñar,

construir e instalar dentro de la unidad desalinizadora un dispositivo para generar caídas de

presión controladas como solución al problema planteado en la sección 2.1.5. En este capítulo se

presentan los desarrollos en los diseños tanto del dispositivo generador de caídas de presión como

de la unidad de banco de pruebas, en lo que se tomaron en cuenta los siguientes criterios

generales.

-Funcionalidad: los diseños debían ser desarrollados con criterios técnicos para que luego de

construidos e instalados, fuesen soluciones óptimas y funcionales.

-Practicidad: los diseños debían ser fáciles de construir aplicando procedimientos básicos de

fabricación y herramientas comunes. Esto se traduciría en lapsos de fabricación más cortos y en

la no dependencia de personal especializado. Además, se planteó que la practicidad debía estar

presente en la instalación y uso de los diseños construidos.

-Costeabilidad: de la mano con los dos anteriores, los diseños debían admitir el uso de

materiales poco sofisticados y en la medida de lo posible materiales reciclados.

31

3.1 Datos útiles para los trabajos de diseño obtenidos del levantamiento de información

3.1.1 Información del campo

-Localización del campo: se ubica en las coordenadas 10°24’55,12”N y 66°53’05,02”O, con

una elevación sobre el nivel del mar de 1231m.

-Área de instalación: espacio rectangular plano de 5,4m x 3,7m (aprox. 20 m2), dentro del área

del Simulador en Frio de la USB, cuyos lados más cortos son paralelos a una línea imaginaria

norte-sur. Se trata de un área sobre la que no se proyecta sombra alguna durante el año producto

de la declinación del planeta. Sin embargo, durante el día la radiación solar incide sobre este

espacio hasta las 4:00 PM, por la sombra que produce la montaña ubicada en el lado oeste de esta

área. En la imagen izquierda de la figura 3.1, correspondiente a una foto satelital del campo, el

área descrita se enmarca en el recuadro negro.

-Características principales del campo: al suroeste del área para la instalación del prototipo se

encuentra una torre de 14m de altura y de 6 niveles de 2,4m de alto cada uno, la cual se aprecia

en la fotografía satelital dentro del circulo negro. La misma posee escalinatas verticales

espaciosas y barandas de tubos de 9 cm (0,09m) de diámetro, apreciables en la imagen derecha de

la figura 3.1. Además, en la dirección entre la torre y el campo, se encuentra un puente de 4,8m

de ancho y 6,7m de largo, a una altura de 4,5 m respecto al piso de la torre y prácticamente al

nivel del área de instalación, con barandas iguales a las de la torre. En la imagen derecha de la

figura 3.1, correspondiente a una fotografía en sitio, se puede observar el área de instalación, el

puente y la torre.

Figura 3.1. Imagen satelital de campo (izq.) y fotografía en sitio del área de instalación (der.). Fuente: propia

32

-Otras características del campo: cuenta con una línea de alimentación de agua cuya energía

puede superar los 14 mca y suministro eléctrico. Cabe destacar que durante el año, la dirección y

sentido predominante del viento en esta zona es de sur a norte, según observaciones realizadas

por Ingeniero González durante la realización de su tesis de maestría.

3.1.2 Disponibilidad de recursos

-Equipos: para la consecución del proyecto, además de los dispositivos principales del prototipo

desarrollados con anterioridad (inventario completo de partes, herramientas y materiales), se

contaba con un módulo utilizado en la fase previa, constituido por un calentador eléctrico Termo-

Tronic modelo CBX, múltiples de admisión y descarga conformados por conexiones de bronce y

tubos de cobre, y el mueble donde está instalado el arreglo. También se disponía de un tanque

plástico de 2m de altura con capacidad para 0,6 m3, un filtro de agua y una válvula de bola de

0,019m (¾”) de PVC roscada. Las especificaciones de interés de algunos de estos equipos,

suministrados por el Instituto de Energía de la USB (INDENE), se encuentran en el Apéndice F.

-Instrumentos: se contaba con un medidor de flujo tipo turbina Rotor Flow modelo RFO-RFA

2500 y un medidor flujo por efecto doppler Innova-Sonic modelo 210, proporcionados por el

INDENE, cuyas especificaciones de interés se encuentran en el Apéndice F. A demás el instituto

facilitó 4 sensores de temperatura en conectores de bronce con rosca de 0,0064m (¼”) NPT.

-Herramientas y materiales: se disponía de herramientas y materiales pertenecientes al

INDENE (almacén), Laboratorio de Fenómenos de Transporte (LFT), Laboratorio E (LE) y

Laboratorio de Conversión de Energía Mecánica (LCEM). Se especificará sobre tales

herramientas y materiales en el Capítulo 4. A demás, se contó con la disponibilidad (donación) de

productos Armaflex para aislamiento térmico, cuyos datos técnicos de interés se muestran en la

sección 2.7.4.

33

3.2 Diseño de dispositivo generador de caídas de presión controladas la unidad

desalinizadora

3.2.1 Idea conceptual

Para solucionar el problema descrito en la sección 1.1.5, se planteó incorporar en el interior del

ducto de aire inferior del circuito cerrado un dispositivo de acción externa para generar caídas de

presión controladas (alrededor de los 8 Pa) en el flujo, que contrarrestara el efecto de la ganancia

de tiro. Tomando en consideración los criterios de diseño establecidos, inicialmente se plantearon

dos conceptos básicos que se muestran en la figura 3.2.

Figura 3.2. Dispositivo tipo válvula mariposa (izq.) y dispositivo malla (der.). Fuente: propia

El concepto de la imagen izquierda de la figura 3.2 es el de una válvula tipo mariposa de eje

centrado y paleta de sección rectangular ligeramente menor a la sección del ducto de aire donde

es instalada. Con este dispositivo se puede variar la caída de presión en el flujo de aire haciendo

rotar el dispositivo como se muestra en la imagen izquierda de la figura 3.2. Intuitivamente si se

rota hasta cerrar el área de paso, la caída sería máxima mientras que si se hace hasta alinear la

paleta en la dirección del flujo la caída sería mínima, pudiéndose alcanzar la deseada en algún

ángulo intermedio. Cuando el ángulo de dispositivo se encuentra entre el de alineación de la

paleta con el flujo y el de cierre, las líneas de corriente son perturbadas dado que son forzadas a

cambiar de dirección.

34

El concepto mostrado en la imagen derecha de la figura 3.2 es el de una malla de sección

rectangular ligeramente más pequeña que la sección del ducto donde es instalada, dispuesta

perpendicularmente a la dirección del flujo. Como se describió en la introducción de la sección

1.6, toda malla direcciona o endereza el fluido que la atraviesa al tiempo que le genera una

pérdida local, determinada por su coeficiente de pérdida. En la concepción del dispositivo en

cuestión usando esta idea, se pensó en un módulo compuesto de dos mallas con igual matriz de

agujeros. Una de éstas, definida como fija, para ser instalada dentro del ducto como lo muestra la

imagen derecha de la figura citada y la otra, definida como móvil para ser dispuesta muy cerca,

orientada y en paralelo con la malla fija dentro del ducto, con la posibilidad de desplazarse en una

dirección manteniendo tal paralelismo.

Conjuntamente con otra consideración que se verá más adelante, un dispositivo concebido a

partir de esta idea, sería capaz de variar el área de paso del flujo y con ello, el coeficiente de

pérdida del dispositivo perturbando en menor grado las líneas de corriente. Intuitivamente, si se

desliza la malla móvil hasta cerrar el área de paso, la caída sería máxima mientras que si se hace

hasta alinear los agujeros de ambas mallas, el área de paso sería máxima y la caída mínima. Por

lo tanto, se pudiera alcanzar la pérdida deseada deslizando el elemento móvil hasta alguna

posición intermedia.

Determinar una caída de presión de 8Pa resulta complicado, dado a que se trata de un valor

muy pequeño, a menos que se disponga de instrumentos capaces de medir tal magnitud. Por lo

tanto, se buscó concebir un dispositivo que teóricamente fuera capaz de generar un rango de

caídas de presión en el flujo de aire alrededor de esa pequeña magnitud. Así, al hacer las pruebas

de caracterización del prototipo, más que determinar experimentalmente si el dispositivo genera

la caída esperada en la unidad desalinizadora, bastaría ver la respuesta global del prototipo

(productividad o eficiencia) para diferentes condiciones de operación del módulo.

3.2.2 Diseño básico y de detalles del dispositivo

A pesar de que ambas ideas conceptuales eran comparativamente similares en cuanto a

funcionalidad, practicidad y costeabilidad, se decidió llevar al siguiente nivel de diseño el módulo

de mallas. Desde el punto de vista cualitativo, la posibilidad de generar con éste la caída deseada

35

en la unidad desalinizadora perturbando en un menor grado el flujo lo hacía técnicamente

atractivo.

Según como fue concebido, este dispositivo debía estar conformado por dos mallas con la

misma matriz de espacios abiertos. Además, tenía que ser capaz de generar un rango de pérdidas

en el flujo, entre un máximo y un mínimo como se describió, por lo que la matriz de agujeros de

los elementos del módulo no podría ser exactamente como las mostradas en las de la sección 1.6.

Este rango de caídas se logra si en las mallas los hilos perpendiculares a la dirección del

desplazamiento relativo del elemento móvil respecto al fijo, son del ancho de los agujeros de la

matriz. De esta forma tales hilos en ambas mallas harían las funciones de compuertas

sincronizadas, dándole al dispositivo la capacidad de variar el área de paso en el ducto de aire

entre un máximo y un mínimo. Por lo tanto, los elementos del módulo no serían exactamente

mallas con el tejido mostrado en la sección 1.6, pero técnicamente se aproximarían a éstas.

Como puede notarse en las figuras 1.18, 1.19 y 1.20 de la sección 1.6, la configuración de los

espacios abiertos es rectangular y no triangular. Esta característica es propia de los tejidos

cruzados y le permite a la malla masificar el área de paso dentro de su marco, aún cuando se

conserve el ancho del hilo y el mesh. Si bien esta característica debía conservarse en el módulo

dado que permite ampliar su rango, desde el punto de vista constructivo, en la aproximación

técnica a una malla, resultaba más fácil abrir agujeros circulares que espacios cuadrados en la

base de la matriz (lámina). A continuación en la figura 3.3 se muestra el diseño básico del

dispositivo.

Figura 3.3. Diseño básico del módulo. La malla fija del dispositivo está pintada de color plateado y la móvil de color bronce. Se muestran tres condiciones: abierta (izq.), intermedia (central) y cerrada (der.). Fuente: propia

36

En cuanto al material de las matrices de ambas mallas, se planteó usar láminas de aluminio de

1,6mm (0,0016m) de espesor, como las utilizadas en la construcción de los dispositivos del

prototipo de planta. Dicho material, que se encontraba disponible en el almacén del Laboratorio

de Fenómenos de Transporte (LFT), se caracteriza por ser de fácil mecanización (taladrado) y

tener cierta rigidez. Por su parte, como elemento mecánico para desplazar la malla móvil en el

interior del ducto, se proyectó un eje de acero inoxidable o aluminio pulido y de sección circular,

recuperable de los almacenes de los Laboratorios de la USB. El elemento debía ser capaz de

deslizarse a través de una de las paredes del ducto de aire inferior y vincularse al elemento móvil

del módulo.

Definido el diseño básico del módulo, se pasó a darle detalles al desarrollo del concepto

siguiendo los criterios de diseño establecidos: número total y tamaño de los agujeros en los

elementos del dispositivo así como dimensionamiento de sus secciones rectangulares; accesorios

para la instalación de los elementos del módulo en el ducto de aire, disposición de ambos en el

módulo y sistema mecánico para el desplazamiento del elemento móvil.

El número total y tamaño de agujeros circulares en ambas mallas, se determinó a partir de

funciones matemáticas establecidas en base a ciertas consideraciones. La primera de estas

proveniente del diseño básico, era la configuración rectangular de la matriz de agujeros en las

mallas. Como siguientes consideraciones se plantearon: arreglos de las mallas en el dispositivo

para el movimiento relativo del elemento móvil respecto al fijo; espesor S constante de los hilos

de la mallas paralelos a la dirección del desplazamiento del elemento móvil; matriz de agujeros

del elemento fijo centrada en la sección rectangular de su base (ligeramente más pequeña que la

sección del ducto); dimensionamiento de las matrices del módulo en base a las medidas de la

sección del ducto (1,140 m x 0,205 m).

A través de un programa numérico muy sencillo alimentando por un dominio discretizado de

valores de diámetros entre 5 y 200 mm (0,005-0,2m) y que utiliza correspondientemente las

mencionadas funciones matemáticas según el arreglo de los elementos en dispositivo (ver

Apéndice G), se obtuvo la curvas de área de paso máxima en el módulo, en función al diámetro

de los agujeros de sus matrices para los casos estudiados, las cuales se muestran en la figuras 3.4

37

A y B. Cabe destacar que a este trabajo de grado se anexan, entre otros programas numéricos

usados para diversas estimaciones de interés en esta fase del proyecto, el usado para obtener las

curvas de la figura 3.4 A y B, en el que se puede verificar al detalle su funcionamiento y los

resultados que obtiene.

Figura 3.4.A. Curva del área de paso máxima en el módulo correspondiente a la configuración del movimiento horizontal de su elemento móvil. Fuente: propia

Figura 3.4.B. Curva del área de paso máxima en el módulo correspondiente a la configuración

del movimiento vertical de su elemento móvil. Fuente: propia

Como puede notarse ambas curvas de la figura 3.4 presentan máximos. En la superior

correspondiente al primer caso de arreglo del dispositivo, para un intervalo del dominio entre 55

y 85 mm (0,055-0,085m) al que está asociado un número total de espacios abiertos en la matriz

entre 13 y 32, el área máxima de paso se ubica en un rango entre y

(0,077m2). En la curva inferior correspondiente al segundo caso de configuración del dispositivo,

para un intervalo del dominio entre 15 y 35 mm (0,015-0,035m) al que está asociado un número

38

total de agujeros en la matriz entre 65 y 340, el área máxima de paso se ubica en un rango entre

y (0,063m2).

Los resultados numéricos obtenidos para el arreglo del módulo en el que su elemento móvil se

desplazaría verticalmente, eran desfavorables en comparación con los resultados obtenidos para

otra configuración, por tres razones: menor área máxima de paso posible lo que le daría un menor

rango de operación dispositivo; número de elevado de agujeros en las matrices lo que dificultaba

la fabricación; diámetro pequeño de los agujeros que hace más sensible al módulo respecto a sus

valores de coeficiente de pérdida, dado un pequeño desplazamiento de elemento podría variar

radicalmente el área de paso.

Con base en los análisis presentado y tomando en cuenta que era más complicada la adecuada

instalación del elemento móvil en el ducto, para el arreglo en el que su desplazamiento fuese

vertical, se decidió usar el otro. Dada la disponibilidad de herramientas en el INDENE se optó

por matrices de 27 agujeros de 57 mm (0,057m) de diámetro, lo que ubicó teóricamente al diseño

del módulo en una condición óptima.

Con relación al dimensionamiento de las secciones de ambos elementos ya habiendo

dimensionado sus matrices, para facilitar su instalación se estableció que la lámina del elemento

fijo debía tener 5 mm (0,005m) menos por lado respecto a las dimensiones de la sección del

ducto, lo que daría 2,5 mm (0,0025m) de espaciado entre todos bordes de su marco y las paredes

del ducto. Respecto a la lámina del móvil, se definió su lado más corto igual al del fijo y su lado

más largo a partir de la ecuación (2.1). Esta expresión como se demuestra en el Apéndice G, parte

de asumir que elemento móvil sería desplazado en un solo sentido y dirección, desde la posición

en la que mantiene el área de paso máxima (posición 0) hasta una en la que sus hilos verticales

trancan completamente el paso en el módulo. La consideración anterior era la solución para abrir

y cerrar totalmente el área de paso en el dispositivo.

(2.1)

En la figura 3.5 se puede apreciar el detalle antes descrito acerca de la apertura total del área de

paso en el módulo y el establecimiento de elemento móvil delante del fijo, con relación al sentido

del flujo indicado en las imágenes con la flecha entrando a la página. También se puede notar en

39

dicha figura, el espesor más delgado de los hilos paralelos a la dirección del elemento móvil y la

matriz de agujeros del elemento fijo centrada en su base y por ende en el módulo.

Figura 3.5. La malla fija del dispositivo está pintada de color plateado y la móvil de color bronce. Se muestran tres condiciones: abierta (superior), intermedia (media) y cerrada (inferior). Fuente: propia

En cuanto a los accesorios para la instalación de los elementos del módulo en el ducto de aire y

sistema mecánico para el desplazamiento del elemento móvil, se optó por las soluciones

funcionales de fabricación sencilla y usando materiales recuperados, a partir de los conceptos

básicos establecidos. En el Apéndice H se describen al detalle estos desarrollos.

3.2.3 Estimación del coeficiente de pérdida del dispositivo diseñado

La matriz de agujeros en los elementos del módulo no es exactamente la de una malla como

se explicó en la sección 3.2.2. El ancho de los hilos de las matrices en la dirección x (S) es menor

que el ancho de los hilos en dirección y (D) según el primer arreglo del dispositivo. Además, la

matriz de aberturas del módulo cuando su área de paso está completamente abierta coincide con

la matriz de sus elementos, pero al desplazar el móvil respecto al fijo, varía el ancho de sus hilos

y la forma de los agujeros como se muestra en la figura 3.6.

40

Figura 3.6. Área de paso máxima en el dispositivo (izq.) y área de paso al 50% en el dispositivo (der.). Fuente: propia

En la estimación del coeficiente de pérdida del dispositivo usando las ecuaciones y definiciones

de la sección 2.6.2, se consideraron dos anchos de hilo por separado para cada una de las

condiciones de apertura, mientras que el mesh se conserva. Así, en lugar de obtener un valor de

coeficiente de pérdida, se obtuvieron dos valores de coeficientes para cada una de las aperturas

del módulo estudiadas, asumiéndose que aproximadamente estos representan los extremos de un

rango de valores. En la tabla 3.1 que se muestra a continuación, se presenta los resultados

obtenidos de haber estudiado tres condiciones de apertura en el módulo diseñado. Estos

resultados, son valores aproximados que permiten tener una idea de la magnitud de las pérdidas

que se podrían generar con el módulo. En base a lo obtenido, el dispositivo generaría la caída

deseada entre el 25% de su apertura y el cierre total del área de paso.

Tabla 3.1. Estimación del rango de coeficiente de pérdida para diferentes aperturas del módulo diseñado. Fuente: propia

Desplazamiento del

elemento móvil[m]

Anchos de hilo en el

dispositivo [m]

Rango de coeficientes

de pérdida

Rango de caída de

presión [Pa]

0 0,057

13,65-0,8 0,001-0,00008

0,005

0,029 0,086

159,56-2,4 0,02-0,00024 0,013

0,050 0,107

15969,93-25 1,6-0,002 0,034

41

3.3Diseño de la unidad de banco de prueba del prototipo de planta

3.3.1 Idea conceptual de la alimentación de la planta

Como parte del desarrollo de la unidad de banco de prueba era necesario diseñar la

alimentación de la planta. Tomando en cuenta los criterios de diseño mostrados al inicio del

capítulo III, las potencialidades del campo asignado para la instalación del prototipo y las

disponibilidades (sección3.1), se planteó como concepto un tanque de alimentación elevado

conectado a través de una línea a la toma o admisión del circuito abierto del proceso. La idea

permitiría establecer un flujo energéticamente constante si durante las pruebas el tanque es puesto

a rebosar. De esta forma teóricamente se disminuiría el ruido en el sistema desde el punto vista de

la propagación de errores, aproximando las condiciones del banco a las de laboratorio.

Tal planteamiento surge dada posibilidad de elevar y colocar el tanque en lo alto de la torre,

ubicada en las cercanías del espacio asignado para la instalación del banco. Además, la estructura

de la torre, conjuntamente con la del puente en el sitio, podía servir de apoyo a los elementos o

accesorios de sujeción de la línea. Por su parte, se proyectó constituir la línea principalmente con

tramos de tubería y accesorios comerciales de unión soldada de PVC de 0,0127 m (1/2”), lo que

tanto facilitaría como mejoraría la precisión en la conformación de la instalación y la dotaría

cierta rigidez. Ahora, para mantener rebosando el tanque de alimentación, en base a los criterios

de diseño y a las potencialidades del campo, fueron propuestos dos conceptos:

- Suministrar al tanque de alimentación del prototipo agua proveniente del tanque subterráneo

del Simulador en Frío, a través de un sistema de bombeo. Este concepto le permitiría a la planta

operar aún cuando escaseé el agua en el campus universitario, dada la cantidad disponible en

dicho tanque.

-Suministrar al tanque de alimentación con agua de la línea que pasa por la zona, a través de

una manguera entre la toma en sitio y el tanque. Con este concepto se buscaba aprovechar la

energía en dicha línea, desde la cual se puede elevar suficiente caudal de agua incluso por encima

de 14 m (altura de la torre). Así se podía evitar el diseño, la construcción e instalación del

mencionado sistema de bombeo. Este concepto tenía como desventaja principal depender de la

disponibilidad de agua en el campus universitario.

42

Puesto que el segundo concepto permitía ahorrar tiempo y reducir los costos en esta fase del

proyecto, se decidió usar esta idea para suministrarle el agua al tanque de alimentación. Es

importante destacar que el agua usada por la planta pudiera ser almacenada para otros usos en el

Simulador en Frío.

Para las próximas fases de diseño que parten del concepto planteado se propusieron las

siguientes consideraciones técnicas también en base a los criterios de diseño establecidos:

1-Recorrido de la línea lo más corto posible así como la menor cantidad de accesorios

permisible, lo que se traduce en una disminución de los costos asociados y de las pérdidas

hidráulicas durante la operación de la planta. Además debía ser instalada de forma tal que no

entorpeciera otras labores en el Simulador, dado que la alimentación representa una extensión del

prototipo a colocarse fuera del área otorgada para la instalación de los dispositivos principales.

2- La línea debía disponer de un filtro de agua que garantizara la entrada a la planta de agua

libre de residuos y de una válvula de paso para la apertura o cierre total del suministro al

prototipo.

3- Línea constituida por pre ensamblajes unidos a través de conectores universales que

permitieran desmontar la instalación. Además, ésta debía ofrecer la posibilidad de variar la

longitud de su tramo vertical principal permitiendo la posibilidad de cambiar la altura del tanque

en la torre en caso de ser necesario.

3.3.2 Diseño básico y de detalles de la alimentación de la planta

En esta fase, al concepto desarrollado se le dieron características técnicas más específicas con

relación a las consideraciones de la sección anterior.

Después de evaluar posibles recorridos se planteó como el definitivo el que se aprecia en la

figura 3.7 (línea negra). El recorrido fue pensado para apoyarse principalmente tanto en las

barandas de la torre como en las del puente y no ser vulnerado dada su ubicación fuera de los

espacios de tránsito de personal en el Simulador. Como se esquematiza en la figura 3.7, el

43

recorrido proyectado consta principalmente de: un tramo vertical para el cambio de cota principal

entre el tanque y el área de instalación del circuito abierto en la cara norte de la torre(cerca su

esquina nor-este), apreciable en la imágenes a y b de la figura 3.7; una sección diagonal y

horizontal entre la torre y el puente como se ve también en las imágenes antes mencionadas; un

tramo a nivel de la baranda del puente y a lo largo de éste en su lado oeste como se muestra en la

imagen c; y una última sección también horizontal, prácticamente a nivel de la mencionada área

de instalación colocado bajo la placa del puente, cuya salida se aprecia en la imagen d.

a b c d

Figura 3.7. Tramos del recorrido planteado para la línea desde lo alto de la torre a área de instalación de los principales dispositivos del prototipo. Fuente: propia

En el área al nivel de la torre donde se colocaría el tanque de alimentación y a la salida de éste,

se estableció disponer la válvula de paso seguida por el filtro de agua como se detalla en la figura

3.8. Aunque no se aprecia en la imagen de la figura 3.8, la disposición del filtro en la línea se

pensó para que pudiera ser desmontado en operaciones de mantenimiento a través de las uniones

universales en los extremos de su arreglo.

Figura 3.8. Arreglo establecido a la salida del tanque de alimentación. Fuente: propia

44

Se planteó que el recorrido debía constituirse principalmente de 3 pre-ensamblajes con

elementos de unión en sus extremos (uniones universales), no necesariamente para ser

transportables sino útiles para desmontar o montar rápidamente la instalación. Siguiendo el

sentido del flujo a través del recorrido (ver figura 3.7), el primero de estos ensamblajes se

ubicaría diagonal y horizontalmente entre la torre y el puente, el segundo se colocaría

externamente a lo largo del puente y el tercero se dispondría por debajo de éste. Respecto al

tramo vertical principal del recorrido se planteó constituirlo con manguera de PVC de 0,0127m

(1/2”) instalada entre boquillas de conexión de bronce para de esta forma, de variarse altura a la

que se ubica el tanque, solo bastaría cambiar el tramo de manguera.

Definido el diseño básico de la alimentación, se pasó a darle detalles al desarrollo del

concepto siguiendo los criterios de diseño establecidos: longitud de los tramos de tubería y

manguera que permitieran completar el recorrido de la línea; accesorios y cantidad requerida de

estos en la línea; accesorio para la instalación de la alimentación en las barandas de la torre y el

puente.

Como consideración adicional se estableció que el tanque debía ser ubicado en el último nivel

de la torre a 14 m de altura, dada la capacidad de la línea en el sitio de elevar el flujo demandado

por el prototipo por encima de dicha cota. Así, el sistema de suministro tendría suficiente energía

potencial para alimentar al prototipo durante las pruebas en estado estacionario, las cuales como

se analizará en la sección (3.4), representaran una condición energéticamente crítica para la

alimentación del prototipo.

En base a las medidas tomadas en campo relacionadas con el recorrido de la línea y a la

tecnicidad requerida por la línea según como fue desarrollado el concepto, se dimensionaron

tanto los tramos de tubería como de manguera y se proyectaron los accesorios requeridos. A

continuación, se muestran en la tabla 3.2 tanto los tramos dimensionados como los accesorios

proyectados, así como la cantidad requerida de éstos. Luego, se presentan en las figuras 3.9, 3.10,

3.11 y 3.12 un esquema y las características más importantes del desarrollo. Se destaca que las

imágenes fueron tomadas en campo una vez construida e instalada la línea (Capítulos 4 y 5).

45

Tabla 3.2. Tramos de tubería y accesorios requeridos para la línea de alimentación diseñada. Fuente: propia

Tramo o Accesorio Característica Ubicación Cantidad Tubo 1 0,15m de longitud Arreglo a la salida del tanque 3

Tubo 2 0,25m de longitud Arreglo a la salida del tanque 1

Tubo 3 0,6 m de longitud Pre-ensamblajes 1,2 y 3 y arreglo

en tramo vertical principal 6

Tubo 4 3 m de longitud Pre-ensamblaje 1 1

Tubo 5 6,4m de longitud Pre-ensamblaje 2 1 Tubo 6 5,4m Pre-ensamblaje 3 1

Unión universal Para tubos de ½” Pre-ensamblajes 1,2 y 3 y arreglo

a la salida del tanque 5

Codo 90° Para tubos de ½” Pre-ensamblajes 1,2 y 3 y arreglo

a la salida del tanque 5

Codo 45° Para tubos de ½” Pre-ensamblaje 1 1 Tramo principal de manguera 5,9 m de longitud Arreglo en tramo vertical

principal 1

Adaptador con conector de

bronce

Para tubos y manqueras de ½” Arreglo en tramo vertical

principal 2

Figura 3.9. Esquema de la línea de alimentación diseñada. Fuente: propia

Figura 3.10. Arreglo a la salida del tanque de alimentación. Fuente: propia

46

Figura 3.11. Cambios de dirección en el recorrido. Fuente: propia

a b c d

Figura 3.12. Detalles del recorrido. Fuente: propia

En cuanto al accesorio para la fijación de la línea a las barandas de la torre y el puente,

apreciables en las imágenes ay b de la figura 3.12, se planteó una solución funcional de

fabricación sencilla a partir de materiales recuperados y productos comerciales comunes. En el

Apéndice H se describe al detalle este desarrollo.

3.3.3 Idea conceptual del circuito abierto de proceso

El bosquejo del circuito para la circulación del agua de trabajo, parte de tres consideraciones

técnicas planteadas, que toman en cuenta los criterios de diseño establecidos y fundamentos

teóricos. Además, desde su concepción se asume que tanto los tramos del circuito, como las caras

laterales y frontales de los dispositivos principales mantendrán paralelismos con los lados del

área rectangular descrita en la sección 3.1.1, al llevar a cabo la instalación del prototipo en el

espacio destinado.

47

1-Circuito de ciclo abierto del proceso según el recorrido descrito en la sección 2.1.1 que

enmarque al prototipo en la menor área plana posible, a fin de que sea instalable en el espacio

destinado y reducir su vulnerabilidad a posibles daños por parte del personal que transita en el

Simulador. El mismo debía tener punto de admisión lo más cercano posible a la descarga de la

línea de alimentación y tramos rectos de 0.75m para la instalación del medidor de flujo por efecto

doppler en puntos de interés en el recorrido. Además, el backup con el que cuente el circuito

debía aprovechar la energía potencial de la alimentación de la planta.

2-Arreglo de los colectores para que puedan operar tanto en serie como en paralelo y

disposición de sus múltiples para garantizar que el fluido de trabajo inunde completamente los

ductos de los absorbedores, como se explicó en sección 2.2.2. Por otra parte, para aprovechar al

máximo la captación solar del arreglo, la orientación del mismo debía seguir la recomendación

técnica de la sección anteriormente mencionada.

3- La colocación de la unidad con relación a los colectores debía ser tal que su sombra

proyectada fuera la mínima y no alcanzara al arreglo, y su orientación aquella que la hiciera verse

estructuralmente menos afectada, por la incidencia del viento predominante al que se hizo

referencia en la sección 3.1.1. Al mismo tiempo según esa orientación, la ubicación de las

admisiones y descargas de la unidad en el espacio, debían hacer las distancias a otros disposit ivos

a través del recorrido del circuito abierto, lo más reducidas posibles.

En la figura 3.13 se muestra el bosquejo conceptual planteado del circuito abierto de proceso,

concebido en base a las anteriores consideraciones técnicas. Como se aprecia en la figura 3.13, el

bosquejo tiene como características resaltantes la colocación del punto de admisión en el lado

oeste del circuito y disposición centrada y al norte de la unidad desalinizadora respecto al arreglo

de los colectores, con sus caras frontales frente al norte y al sur. En la figura 3.13 las líneas de

color azul, piel y rojo representan tuberías del circuito por donde podría circular agua fría, tibia y

caliente, respectivamente. Por su parte, se planteó constituir el recorrido principalmente con

tramos de tubería y accesorios de unión soldada de CPVC de 0,0127m (1/2”), lo que tanto

facilitaría como mejoraría la precisión en la conformación de la instalación y la dotaría de cierta

rigidez. Estos productos, que son los más económicos y pequeños de su tipo se adecuarían al

flujo y a las temperaturas manejadas por el proceso.

48

Figura 3.13. Bosquejo conceptual de la disposición de los dispositivos y del recorrido del circuito abierto del prototipo en el plano. Fuente: propia

Para las próximas fases de diseño que parten del concepto planteado se propusieron adicionales

consideraciones técnicas, también en base a los criterios de diseño establecidos, que permitieran

desarrollar aun más el concepto:

4- Respetando la disposición de los dispositivos y el recorrido del concepto, el área confinada

debía ser tal que permitiera la circulación del personal de operación del prototipo entre los

dispositivos.

5- Las longitudes de los tramos de tubería debían ser las mínimas posibles y repetirse en el

recorrido. Además, a lo largo de éste debían proyectarse sólo la cantidad necesaria de accesorios.

Con estos dos detalles se buscaban tanto ciertas simetrías, importantes desde el punto de vista

constructivo y del proceso, como también disminuir la cantidad de partes (costos), el área de

transferencia de calor y las pérdidas hidráulicas en operación. En resumen, se buscaba que el

banco de prueba se aproximara a tener características y condiciones de laboratorio.

49

6- Disposición de válvulas y derivaciones, que permitiera la realización de pruebas de la planta

en estado estacionario, usando el calentador eléctrico a máxima potencia con el flujo mínimo

permisible, para elevar la temperatura del agua a la entrada del humidificador hasta un máximo

de 70°C y así alcanzar la condición de operación de diseño del prototipo.

7-Disposición de bomba de agua en el circuito abierto bosquejado entre la descarga unidad de

colectores solares y el distribuidor del humidificador del, dado que la energía a la salida del

deshumidificador (3mca) no es suficiente para impulsar el flujo hasta dicho distribuidor. El

equipo a seleccionar debía cumplir las siguientes especificaciones: capacidad vencer una altura

aproximada de 3mca; operar de manera optima con un caudal por debajo de 0,0076 m3/min (2

GPM); capacidad de trabajar bombeando agua a temperatura de 70 °C.

8- Circuito constituido por pre-ensamblajes trasportables unidos a través de conectores

universales, que permitiera armar, desarmar y transportar el mismo fácilmente. Cada uno de

éstos, constituidos, según su ubicación en el recorrido, tanto por tramos de tubería como por

ciertos accesorios que le dieran al banco tecnicidad y la capacidad de medir las variables de

interés mencionadas en la sección 2.1.4, cumpliendo con las especificaciones de instalación de

los instrumentos de medición de los que se disponía. Algunos de estos accesorios serían:

válvulas, derivaciones, purgas, sangrados, conexiones para la instalación de sensores de

temperatura, entre otros.

3.3.4 Diseño básico y de detalles del circuito abierto de proceso

En esta fase del diseño al concepto desarrollado se le dieron características técnicas más

específicas en relación a las consideraciones 4, 5, 6 y 8 de la sección anterior.

Dada su ubicación en el arreglo, la unidad desalinizadora proyectaría hacía el sur su sombra

potencialmente perjudicial para el proceso durante los meses de verano en el hemisferio norte.

Era necesario determinar la máxima sombra generada por ésta para la latitud (10° norte) en la que

se instalará, dada su altura, para estos meses. Como se demuestra en el Apéndice I la proyección

máxima hacia el sur en función a la altura de la unidad de aproximadamente 2,9m, rondaría los

0,7m como se muestra en la figura 3.14.

50

Figura 3.14. Proyección máxima de la sombra de la unidad hacia el sur (izq.) y distancia propuesta entre colectores (der.). Fuente: propia

Este último resultado obligaba alejar la unidad de absorción solar de la unidad desalinizadora

en el concepto del prototipo, representado como L en la figura 3.13, al menos 0,7 m, generando

un espacio entre ambas unidades. Aprovechando este resultado, se planteó ubicar las líneas que

conducen flujo a las admisiones de la unidad desalinizadora, el múltiple de descarga del arreglo

de colectores y la parte del circuito que conduce el flujo de la descarga del deshumidificador a los

colectores al margen de esta área, estableciéndose una zona de circulación para el personal entre

ambas unidades. Respecto al espacio entre ambos colectores, aun cuando no tendría que ser un

corredor para que el personal en planta circule, se propuso una separación de 0,3 m entre ambos

dispositivos. Esta separación, si se dispone el tramo del circuito en esa área asimétricamente

como se muestra en la parte derecha de la figura 3.14, resultaría suficiente para pasar con cuidado

en inspecciones o tareas de mantenimiento del circuito.

Con relación al detalle técnico de las simetrías en el recorrido del circuito, la que es importante

desde el punto de vista de proceso, se ubica en el arreglo de iguales colectores en el concepto.

Teóricamente, al configurar este arreglo para que operen sus dispositivos en paralelo, una vez que

el proceso ha alcanzado la condición estacionaria, el flujo se divide en partes iguales en el punto

A del esquema de la figura 3.15 y desde allí cada parte circula correspondientemente por su

recorrido a través de los colectores como se muestra. Ahora, al encontrarse en el punto B, cada

fracción de flujo debería tener la misma presión, lo que evita que fracciones se devuelvan en

cualquiera de los dos recorridos y permite que el flujo de proceso caliente circule al

humidificador. Por lo tanto, según lo planteado en la sección 2.2.2 debían ser iguales los

múltiples del arreglo, las conexiones a las admisiones y las conexiones a las descargas de los

dispositivos.

51

Figura 3.15. Simetría en el arreglo de colectores. Fuente: propia

Respecto al uso el calentador eléctrico a máxima potencia para pruebas en condiciones

estacionarias, existía el problema de no poder usar la turbina disponible para el monitoreo del

flujo mínimo permisible a través del calentador, si era instalada en la línea de éste (ver Apéndice

F). Según como fue concebido el circuito, el backup aprovecha la energía potencial de la

alimentación para elevar el flujo al distribuidor de la torre de enfriamiento, al igual que la línea

que conduce el agua al múltiple del condensador, lo que hizo conceptualizar ambos recorridos (I

y II) partiendo del mismo punto. Aprovechando esta característica, se planteó el arreglo que se

esquematiza en la figura 3.16 como solución al problema mencionado, el cual requeriría la

aplicación del procedimiento descrito a continuación.

En un arranque de planta para hacer pruebas en condiciones estacionarias (ver figura 3.16)

teniendo la válvula secundaría 1(VSI) cerrada y la válvula secundaria 2 (VSII) completamente

abierta, podría abrirse gradualmente la válvula principal VP hasta que la turbina mida un caudal

de 0,011 m3/min (3 GPM). Si se mantiene la VP y se comienza a abrir gradualmente VSI, el flujo

a través de la turbina descendería hasta 0,0095 m3/min (2,5 GPM), al tiempo que en la línea del

backup circularía un flujo cercano a los 0,0019 m3/min (0,5 GPM). Así se lograría monitorear ese

flujo mínimo permisible y llevar a cabo pruebas en condiciones estacionarias conduciendo agua

al humificador a 70°C. Los dos flujos luego pasarían por sus derivaciones respectivas (VDI y

VDII), las cuales permitirían ajustar sus caudales a las demandas de operación del humidificador

52

y deshumidificador respectivamente. Cabe destacar que numéricamente (sección 3.4) se demostró

que el sistema respondería como se describió al aplicar tal procedimiento.

Figura 3.16. Arreglo en la admisión del recorrido. Fuente: propia

Se plantearon un total de 16 pre-ensamblajes trasportables con elementos de unión en sus

extremos, concebidos para tener recorridos de los más cortos e intermedios entre 0,5 y 1 m, a lo

más largos entre 1,5 y 2 m. El dimensionamiento aproximado de estos módulos se basó en las

dimensiones principales de los dispositivos del prototipo, la disposición ya propuesta de estos en

el área de instalación y las consideraciones. La numeración de los pre-ensamblajes indicados en

las figuras 3.17 y 3.18, responde al orden de ensamblaje propuesto al concluir la instalación del

banco descrita en el Capítulo 5.

Figura 3.17. Pre-ensamblajes apreciables en el esquema plano del recorrido. Fuente: propia

53

Figura 3.18. Pre-ensamblajes no apreciables en el esquema plano del recorrido. Fuente: propia

En la concepción de estos módulos se tomó en cuenta la distribución a lo largo del recorrido de

una mínima cantidad de puntos de medición (sección 2.1.4), válvulas, purgas, sangrados,

manómetros, entre otros, necesarios, para operar el banco con la mayor tecnicidad posible. En el

Apéndice J se describe por pre-ensamblaje la disposición lógica propuesta de los principales

accesorios.

Definido el diseño básico del circuito abierto, se pasó a darle detalles al desarrollo del concepto

siguiendo los criterios de diseño establecidos: longitud de tramos de tubería requeridos para

cerrar el recorrido; accesorios comerciales y la cantidad requerida de estos en el circuito

diseñado; accesorio para la instalación del circuito en el área.

54

En la diagramación detallada del diseño del banco se tomaron en cuenta como consideraciones

adicionales: distancia mínima, alrededor de los 10 cm (0,1m), entre los dispositivos y los tramos

de tubería paralelos a las caras laterales y frontales de éstos, que permitiera la instalación cómoda

de un aislante térmico hasta de 5 cm(0,05m) de espesor; circuito elevado en la mayor parte de su

recorrido a la altura de las admisiones de los colectores lo cual era lógico desde el punto de vista

energético (energía hidráulica). Cabe destacar que previo a la ejecución de esta parte del diseño,

fue necesario llevar a cabo la actualización de las partes de los dispositivos del prototipo,

desarrolladas en CAD (PRO-ENGINEER) en fases anteriores de este proyecto. Luego, a partir de

las actualizaciones, se elaboró el ensamblaje y la instalación de cada uno de los dispositivos

(unidad desalinizadora y colectores), según la disposiciones establecidas para éstos y sobre un

área diagramada en base dimensiones del área destinada para la instalación de planta, en una

hoja de proyecto del programa.

Una vez concretada el ensamblaje e instalación parcial del prototipo de planta en la hoja de

proyecto del programa, se inició la proyección de los tramos y de los accesorios del recorrido. El

dimensionamiento de los tramos comenzó con el diseño de los múltiples del arreglo de

colectores, de sus conexiones a las admisiones y descargas a ambos dispositivos y del recorrido

entre estos. Este arranque en el diseño de detalles, se basó en el resultado del análisis realizado

respecto a la importancia de la simetría en esta parte del circuito para el proceso. También tomó

en cuenta al detalle disposición lógica propuesta de los accesorios en estas partes del recorrido,

presentada en el Apéndice J y todas las consideraciones establecidas. A continuación en la figura

3.19 se aprecian algunas características del resultado de este arranque del diseño de detalles.

Figura 3.19. Múltiple de admisión (izq.), tramo entre colectores (central) y múltiple de descarga (der) del arreglo en la unidad de colectores solares. Fuente: propia

55

Esta primera parte del diseño de detalle, permitió establecer los primeros 6 tramos del circuito.

Luego, estratégicamente se proyectaron tres trayectos rectos de diferentes tamaños(n° 7, 8 y 9),

todos de mayor longitud que el más largo de los primeros seis(n°6). Estos tres últimos tramos

permitían unir en línea recta y perpendicularmente la descarga del condensador con el recorrido a

la altura de la admisión de los colectores, siguiendo la idea mostrada en la imagen izquierda de la

figura 3.18. Con esto se establecía un total de 9 tramos de diferentes longitudes, como lo muestra

la siguiente la tabla 3.3.

Tabla 3.3. Tramos de tubería del circuito abierto de proceso. Fuente: propia

Nombre Longitud Cantidad

Tubo 1 0,05 25

Tubo 2 0,08 6

Tubo 3 0,1 9

Tubo 4 0,17 10

Tubo 5 0,225 3

Tubo 6 0,44 8

Tubo 7 1,145 3

Tubo 8 0,985 2

Tubo 9 0,680 2

A partir de ese momento, sin seguir algún algoritmo más que el ensayo y error, haciendo uso de

la aritmética y siguiendo al detalle todas las consideraciones, se logró cerrar el recorrido, con el

establecimiento de solo tres tramos más (tubos extras).

Tabla 3.4. Tramos de tubería extra del circuito abierto de proceso. Fuente: propia

Nombre Longitud Cantidad

Tubo extra 1 0,13 3

Tubo extra 2 0,34 4

Tubo extra 3 0,47 4

A continuación en las figuras 3.20, 3.21, 3.22, se aprecian algunas de las características del

desarrollo detallado en CAD del prototipo relacionadas con algunas de las consideraciones

establecidas. Para ver más en detalle se insta a ver el Apéndice K.

56

Figura 3.20. Conexión del circuito a la admisión y descarga de los dispositivos. Fuente: propia

Figura 3.21.Circuito entre la unidad desalinizadora y la unidad de colectores solares. Fuente: propia

Figura 3.22. Arreglo a partir del punto de admisión del circuito abierto. Fuente: propia

En cuanto al accesorio para la instalación del recorrido en el área, apreciable en algunas de las

imágenes anteriores, se planteó una solución funcional de fabricación sencilla a partir de

materiales recuperados y productos comerciales comunes. En el Apéndice H se describe al detalle

este desarrollo.

57

3.4Estudio hidráulico de la alimentación del circuito para pruebas en condiciones

estacionarias y de diseño del prototipo

En la figura 3.23 se esquematiza tanto la línea de alimentación diseñada, como el recorrido del

flujo de trabajo en la configuración del circuito abierto con backup.

Figura 3.23. Esquema del sistema de alimentación (izq.) y de la configuración del circuito abierto con backup (der.). Distancias en metros. Fuente: propia

Realizar pruebas en condiciones estacionarias y de diseño, requiere configurar el circuito para

que su backup entre en operación, representando para el sistema de alimentación una mayor

demanda energética, puesto que debe simultáneamente suministrar flujo al humidificador y

deshumidificador.

Para comprobar numéricamente si el sistema de suministro diseñado, además de alimentar el

circuito proyectado y bajo esta configuración, era capaz de establecer los caudales de operación

en el humidificador y deshumidificador, se desarrollo un programa numérico basado en las

teorías presentadas en las secciones 2.4 y 2.5. El mismo, toma en consideración el arreglo

esquematizado en la figura 3.16 y apreciable en la imagen derecha de la figura 3.23, siendo sus

variables de entrada los coeficientes de pérdida asociados al grado de apertura o cierre de las

válvulas VP, VSI y VSII. Se destaca que si bien el programa hace ciertas simplificaciones, desde

el punto vista de la estimación numérica que realiza, toma en cuenta las características más

importantes de los diseños de la línea de alimentación y del circuito, algunas de las cuales se

muestran en la figura 3.23.

58

A continuación se presenta la tabla 3.5 donde se aprecia la respuesta numérica del sistema

alimentación-circuito, al simular el procedimiento descrito sobre el esquema de la figura 3.16.

Tabla 3.5. Predicciones numéricas de los caudales del sistema alimentación-circuito. Fuente: propia

Punto Coeficientes de pérdida K Q0[m3/min]

(GPM)

QI[m3/min]

(GPM)

QII[m3/min]

(GPM) VP VSI VSII

1 390 10000000 0,2 6,298E-3

(1,664)

0 6,298E-3

(1,664)

2 200 10000000 0,2 8,182E-3

(2,162)

0 8,180E-3

(2,16)

3 76 10000000 0,2 0,011(2,927) 0 0,011(2,925)

4 76 300 0,2 0,011(2,962) 1,109E-3

(0,293)

0,01(2,669)

5 76 100 0,2 0,011(2,98) 1,686E-3

(0,445)

9,593E-3

(2,534)

6 76 72 0,2 0,011(2,986) 1,883E-3

(0,497)

9,418E-3

(2,488)

Lo reportado en la tabla 3.5 demuestra que el sistema responde numéricamente al

procedimiento citado, como se esperaba y al mismo tiempo, dada la naturaleza del programa,

también prueba que el sistema de suministro puede alimentar el circuito proyectado, en la

configuración que demanda más energía potencial, pues de lo contrario el programa no

convergería o arrojaría valores de caudal negativos. Se destaca que en la práctica para alanzar el

punto 6 habría que abrir las válvulas VP y VSI a menos de ¼ de su máxima apertura.

A este trabajo de grado se anexa el programa desarrollado para este estudio, y en él se puede

verificar al detalle su funcionamiento y los resultados que obtiene al variar los datos de entrada.

Además, como variable de entrada adicional, el programa permite cambiar la altura del tanque,

usando cotas específicas que simulan su colocación en niveles inferiores de la torre.

59

3.5 Estimación del espesor de aislante en el tramado del banco

Como último detalle en el diseño del circuito abierto y en la búsqueda por garantizar

condiciones de laboratorio durante las pruebas caracterización, se estimó el espesor de aislante

óptimo que recubrirá el recorrido. Para tal estimación, se desarrollo una hoja de cálculo basada en

la teoría e información técnica presentada en la sección 3.7 y que toma en consideración, datos

físicos detallados, verificables en su versión adjunta a este trabajo de grado.

El estudio de pérdidas de calor se realizó para el tramo de 750 mm (0,75m) de longitud y

0,0254m(1”) de diámetro de CPVC, proyectado a la salida del módulo del calentador eléctrico, y

para el tramo de 1145mm (1,14m) de longitud y 0,0127m (1/2”) de CPVC, a la salida del arreglo

de colectores solares. Estas secciones corresponderían a las más críticas dadas sus ubicaciones en

el circuito abierto diseñado. A continuación en la figuras 3.24 A y B, se muestran las curvas

obtenidas del calor disipado en función al radio externo de aislante, para ambos casos.

Figura 3.24.A. Potencia disipada. Curva correspondiente al tramo de 1145mm. Fuente: propia

Figura 3.24.B.Potencia disipada. Curva correspondiente al tramo de 750mm. Fuente: propia

60

Las curvas arrojadas por ambos programas de cálculo muestran el decrecimiento asintótico del

calor disipado a medida que aumenta Rext (radio externo de aislante) y no evidencia el

comportamiento presentado en la figura 2.23. La razón de este decrecimiento se debe al bajo

valor de resistencia térmica por convección con relación al valor de resistencia por conducción en

el arreglo.

Según la información presentada en la tabla 2.6, los espesores de pared disponibles del

producto son: 0,01; 0,013; 0,019, y 0,025 m. En el caso del tramo de tubería de 1145 mm, un

aislamiento de 0,019 m, dejaría disipar 12.3 % del total del calor que se transferiría al ambiente

en ausencia de aislante. En el caso del tramo de tubería de 750 mm, el mismo espesor de

aislamiento, dejaría disipar 14.1 % del total del calor. Aunque podría utilizarse aislante de 0,025

m de espesor, en la práctica no representaría una opción técnicamente óptima, dado que haría su

instalación más difícil a cambio de sólo 2 puntos porcentuales menos de disipación en cada caso.

3.6Lista de materiales para la construcción del circuito abierto según el diseño

establecido

En la tabla 3.6 que se presentan a continuación se muestra una lista con los principales

materiales comerciales, requeridos para la construcción del circuito abierto del banco de prueba,

con sus correspondientes precios en el mercado a mediados del año 2011. Esta lista costos

permite estimar la inversión mínima en materiales para la construcción del circuito, dado que no

se incluyen costos asociados a materiales recuperados y productos para aislamiento térmico,

entre otros. Como se puede constatar en base a la información presentada en la tabla 3.6, la suma

total de costos parciales da un valor de 5243,57 Bs.

61

Tabla 3.6. Lista de los principales materiales para la construcción del circuito. Fuente: propia

Material Cantidad Precio/Unidad Bs Costo Bs Codo 27 7,66 206,82

Te 17 11,47 194,99

Unión universal 20 57,23 1144,6 Adaptador macho roscado 48 9,53 457,44 Válvula de bola roscada

hembra 15 24,95 374,25

Reductor 1”-1/2” 8 18,46 147,68

Adaptador hembra roscada 2 18,5 37

Tubo (3m) 7 68,59 480,13

Tubo 1” (3m) 1 210,78 210,78

Copa bronce(br.) 3/8” 21 4,22 88,62 Conector br. hembra-macho

1/2”-3/8” NPT-FLARE 12 15,47 185,64

Conector br. hembra-macho

1/2”-3/8” NPT 12 10,07 120,84

Conector br. macho-macho

1/4”-3/8” NPT-FLARE 6 6,5 39

Conector br. hembra-macho

3/8”-1/4” NPT 5 14,87 74,37

Conector br. hembra-macho

3/8”-1/2” NPT 7 13,17 92,2

Conector br. macho-macho

1/2”-3/8” NPT-FLARE 7 9,53 66,71

Válvula compuerta bronce

hembra 1/2” NPT 8 36,5 292

Te bronce hembra 1/4” NPT 5 85,65 428,25 Perfil para abraz. 1/2”(2,4m) 3 68 204

Abraz. morocha 1/2” 27 2,5 67,5

Tornillo y tuerca 1/4" 52 2 104

Arandela plana 1/4” 25 0,7 17,5

Tornillo ramplug verde 25 0,5 12,5

Ramplugs verdes(paquete) 1 3,75 3,75

Pegamento CPVC 1/8 GL 2 96,5 193

CAPITULO 4 TRABAJOS DE CONSTRUCCIÓN

Concretados los trabajos de diseño y abastecido el almacén del INDENE destinado a este

proyecto, con la adquisición de productos comerciales necesarios para la fabricación de los

desarrollos, se dio inicio a los trabajos de construcción. Básicamente, esta etapa de trabajo tenía

como propósito elaborar las partes construibles y necesarias para el ensamblaje e instalación total

del prototipo de planta en el espacio destinado. Entre los diseños a construir se encontraban:

mallas del módulo a incorporar en la unidad desalinizadora y sus accesorios de instalación en el

ducto de aire inferior; accesorios para la fijación del circuito abierto del banco, línea de

alimentación y bomba en campo; tramos de tubería del mencionado circuito y de la línea. En este

capítulo, se describen los procedimientos aplicados en la construcción de las partes diseñadas en

función a las disponibilidades del proyecto. Como se notará, se trata de operaciones básicas

usando herramientas poco sofisticadas, que permitieron demostrar la practicidad de los diseños

desde el punto de vista constructivo. A continuación se presenta el esquema de proceso básico

seguido para la construcción de cada una de las partes.

Figura 4.1. Diagrama de proceso. Fuente: propia

63

4.1 Datos útiles para los trabajos de construcción obtenidos del levantamiento de

información

A continuación se presenta en la tabla 4.1 las herramientas y materiales de los que se disponía

para la ejecución de los trabajos de construcción, en la que se especifica sus ubicaciones en el

campus universitario:

Tabla 4.1. Materiales y herramientas disponibles para esta fase del proyecto según el levantamiento de campo. Fuente: propia

Ubicación en el campus universitario Herramientas y/o Materiales

Laboratorio de Fenómenos de Transporte(LFT)

Lámina de aluminio y acero de 1,6mm de espesor Taladro de banco eléctrico Limas Soplete con tanques de oxigeno- acetileno y rodillos de acero pesados Máquina lijadora manual y lijas de papel Prensa manual en mesa de trabajo Sierra cinta eléctrica de banco Esmeril eléctrico de banco con piedra para desbaste Tarraja para roscar tubos de ½” y 1”

Laboratorio E(LE)

Máquina cizalladora hidráulica Máquina de soldadura TIG y varillas de aporte Dobladora de banco manual de láminas Dobladora manual de barras de sección circular Prensa manual en mesa de trabajo

INDENE

Centro punto, regla larga, escuadra metálica, marcador fino, martillo, cortadora de tubos, hoja de segueta, cinta métrica y limas Kit de cierras copas y mechas Esmeril eléctrico manual Hoja de segueta Papel de lija y aro goma tipo pasa cable Perfiles estructurales de hierro galvanizado y sus correspondientes abrazaderas para tuberías de 1/2” Barra roscada de ¼” Tubos de CPVC ½” y PVC ½” Tubos de cobre de 3/8”

Laboratorio de Conversión de Energía

Mecánica(LCEM)

Aro de aluminio con agujero roscado Eje de acero inoxidable

64

4.2 Construcción del módulo a incorporar en la unidad desalinizadora del prototipo

4.2.1 Construcción de las mallas

Ubicados los materiales, las herramientas y el espacio de trabajo, dadas las consideraciones

realizadas del material para sus construcciones y las características de sus diseños, se procedió

con la fabricación de las mallas siguiendo las normas de seguridad del LFT y el LE.

-Generación de las bases de la matriz: una vez marcadas las líneas guías en el planchón

recuperado de 1,6mm (0,0016m), según las dimensiones de las secciones rectangulares de los

elementos del módulo, se realizaron los cortes para obtener las bases de las mallas, usando la

maquina cizalladora hidráulica del LE. En la figura 4.2 se aprecian ambas maniobras.

Figura 4.2. Trazado de líneas guía para hacer los cortes (izq.) y operación de corte con cizalla (der.). Fuente: propia

-Trazado y marcaje de centros para taladrado: en las bases generadas se trazaron y

marcaron cuidadosamente utilizando martillo y una punta afilada de acero los centros para el

taladrado, siguiendo el patrón de la matriz resultante del diseño y la disposición de ésta en las

correspondientes bases. La figura 4.3 muestra claramente los procedimientos descritos.

-Taladrado de las láminas: los centros marcados en ambas láminas sirvieron de guía para

realizar los agujeros y generar las mallas con la mayor precisión posible, usando el taladro de

banco del LFT y cierra copa de 57 mm (0,057m) como se muestra en las imágenes de la figura

4.3.

65

Figura 4.3. Trazado y marcaje de centros para taladrado. Fuente: propia

Figura 4.4.Taladrado de los agujeros. Fuente: propia

-Eliminación de rebabas y enderezamiento de las láminas: se llevo cabo la eliminación de

las rebabas producidas por el taladrado de las láminas, utilizando esmeril con piedra para

desbaste como se muestra en la imagen central de la figura 4.5. Una vez eliminadas las rebabas

fue necesario laminar las mallas generadas usando calor y pesados rodillos de acero como se

muestra en la imagen derecha de la figura 4.5. Estos procedimientos permitieron aproximar aun

más lo construido a lo desarrollado en CAD.

Haber planteado fabricar con láminas de 1,6 mm (0,0016m) de espesor los elementos del

módulo resultó técnicamente favorable para el taladrado de los agujeros, por la facilidad del

mecanizado. Ahora, el pequeño espesor de la lámina, aunado a la maleabilidad del aluminio,

resulta desfavorable dada la deformación que ésta sufre producto del mecanizado, como se

muestra en la imagen izquierda de la figura 4.5. Aún cuando las mallas pudieron ser enderezadas

66

con el procedimiento mencionado y tienen cierta rigidez, se recomendaría usar láminas de mayor

espesor para fabricarlas.

Figura 4.5. Deformación en el material luego del taladrado (izq.), eliminación de rebabas usando esmeril de mano (central) y laminación del material (der.). Fuente: propia

-Pulido de las caras deslizantes en el módulo: por la disposición de los elementos en el

módulo al instalarse en el ducto de aire según el diseño, fue necesario realizar un pulido

intermedio a las caras de las mallas que entrarían en contacto durante la operación del

dispositivo, lo que reduciría la fuerza de roce. En el procedimiento (figura 4.6) se utilizó máquina

lijadora manual y papel de lija del LFT.

Figura 4.6. Pulido de caras deslizantes en el módulo. Fuente: propia

67

4.2.2 Preparación de las partes del sistema mecánico para el desplazamiento del elemento móvil

Ubicados los materiales, las herramientas y el espacio de trabajo en base a las características de

su diseño y los materiales considerados para su construcción (ver Apéndice H), se procedió con

la preparación de las partes del mecanismo, siguiendo las normas de seguridad del LFT y del LE.

-Generación del cuerpo del vínculo: a partir del aro de aluminio recuperado, se generó la

pequeña pieza, haciendo un corte transversal para dividirlo en dos mitades, usado hoja de segueta

y prensa manual como se muestra en la imagen de la figura 4.7. Se tomó la mitad con el agujero

roscado como cuerpo del vínculo.

Figura 4.7. Generación del cuerpo del vínculo. Fuente: propia

-Soldadura el cuerpo del vínculo en malla móvil: como se aprecia en la figura 4.8, se llevo a

cabo la soldadura de la pieza generada en el lugar de la malla establecido en diseño, usando la

máquina para soldadura TIG del LE.

-Preparación del eje de accionamiento: consistía en pulir usando papel de lija la superficie

del eje de acero recuperado, hasta poder deslizar a través de esté el pasa cable como se aprecia

en la imagen derecha de la figura 4.9. A demás, en el extremo donde se vincularía a la malla a

través de un tornillo, se abrió un agujero de diámetro ligeramente mayor el externo de la rosca del

tornillo, utilizando el taladro de banco del LFT, como se muestra en la imagen izquierda de la

figura 4.9.

68

Figura 4.8. Soldadura del vínculo en malla. Fuente: propia

Figura 4.9. Preparación del elemento mecánico principal (eje). Fuente: propia

4.2.3 Construcción de los elementos accesorios para la instalación del módulo en el ducto de aire de la unidad desalinizadora.

Los accesorios para la instalación del módulo lo conformaban los soportes de la malla fija, los

rieles de la malla móvil y su pista (ver Apéndice H). Estas piezas fueron construidas usando y

aplicando algunos de los materiales, equipos y procedimientos de las construcciones anteriores.

Básicamente, consistió en una primera fase ejecutada en el LE de generación de las láminas base

a partir del planchón del aluminio de 1,6 mm y sus doblados (a excepción de la pista) usando la

dobladora, en función a las características de sus diseños. Luego, en una segunda fase se

realizaron sobre las piezas los agujeros que sus diseños establecían usando un taladro manual. En

la figura 4.10 se muestra como el ejemplo el doblado de los rieles.

69

Figura 4.10. Generación de los rieles con la dobladora. Fuente: propia

4.3 Construcción de los accesorios para la instalación del circuito abierto de proceso y línea

de alimentación en campo

4.3.1 Construcción de los accesorios para la instalación de tuberías

Ubicados los materiales, las herramientas y el espacio de trabajo en base a las características de

los dos diseños establecidos y los materiales considerados para sus construcciones (ver Apéndice

H), se procedió con la fabricación de los accesorios para la instalación de tuberías, siguiendo las

normas de seguridad del LFT y del LE.

-Generación de los tramos de perfil y láminas base: usando la sierra cinta del LFT, se

generaron tramos para ambos diseños a partir de perfiles de 2,4m de longitud para abrazaderas de

0,0127m (1/2”). Además, una vez trazadas las líneas guía en las láminas recuperadas de aluminio

y acero de 1,6mm (0,0016m), se hicieron los cortes para obtener las láminas a partir de las cuales

se generarían las bases de los accesorios, usando la cizalla de LE. En la figura 4.11 se aprecian

las maniobras brevemente descritas.

Figura 4.11. Generación de tramos de perfil (izq.) y laminas base (der.). Fuente: propia

70

-Doblado de las láminas base de aluminio: usando la dobladora manual del LE, se dio forma

de L según lo establecía el diseño a las láminas que servirían de base a los soportes (tramos de

perfil) del circuito abierto. En la 4.12 se muestra la maniobra en la que se doblaron

simultáneamente todas las láminas.

Figura 4.12. Doblado de láminas base de aluminio. Fuente: propia

-Preparación de los tramos y bases de accesorios: siguiendo al detalle y correspondientemente

los dos diseños, usando el taladro de banco del LFT se realizaron los agujeros en las bases de

ambos accesorios, una vez marcados los centros de taladrado como se ve en las imágenes a y b de

la figura 4.13. A demás, usando el esmeril de banco del LFT, se eliminaron las rebabas

producidas tanto, por este procedimiento como por el aplicado para de generación de los tramos

de perfil como se aprecia en la imágenes c y d de la mencionada figura. Estas maniobras

permitieron aproximar lo construido a lo desarrollo en CAD.

a b c d

Figura 4.13. Preparación de tramos y bases de accesorios. Fuente: propia

71

-Soldadura de bases en perfiles de accesorios para la instalación de la línea de

alimentación: preparadas las partes se llevo a cabo la soldadura según lo establecía el diseño, de

los tramos de perfil en las láminas de acero, usado la máquina de soldadura TIG del LE, como se

muestra en la figura 4.14.

Figura 4.14. Soldadura de láminas base de acero en perfiles para conformar los accesorios para la línea de alimentación. Fuente: propia

-Generación de tramos de barra roscada en U del accesorio para la instalación de la línea

de alimentación: a partir de una barra de 2 m de longitud se generaron los tramos curvos según

lo establecía el diseño usando la dobladora de barra y prensa del LE, y hoja de segueta como se

muestra en a figura 4.15.

Figura 4.15.Generación de tramos de barra roscada en U. Fuente: propia

72

4.3.2 Construcción del accesorio para la instalación del la bomba

Esta pieza fue construida usando algunos de los materiales, procedimientos y equipos de las

construcciones anteriores. Básicamente consistió en una primera fase de generación de la lámina

base a partir del planchón del aluminio de 1,6 mm y su posterior doblado en el LE, para darle su

forma respetando las distancias diseño. Luego, en una segunda fase se realizaron sobre la pieza

los agujeros que el diseño establecía usando un taladro manual una vez hecho el marcaje. En las

figura 4.16 y 4.17 se muestran imágenes relacionadas a estos procedimientos. Se destaca que el

diseño de este accesorio fue improvisado durante las maniobras en campo y pensado para instalar

una bomba marca Pedrollo de 372,85W (½ HP) en campo. Este equipo en calidad de préstamo

del LFT, sería incorporado al recorrido del circuito abierto, aun cuando no cumple con las

especificaciones requeridas (sobredimensionado), dadas las disponibilidades limitadas en esta

fase del proyecto.

Figura 4.16. Procedimiento de doblado del accesorio para la instalación de la bomba. Fuente: propia

Figura 4.17. Agujeros en accesorio para la instalación de la bomba. Fuente: propia

73

4.4 Construcción de tramos de tubería de PVC, CPVC y cobre

4.4.1 Construcción de los tramos de tubería del circuito abierto de proceso y línea de alimentación en campo

Ubicados los materiales, las herramientas y el espacio de trabajo, teniendo presente las

longitudes y características de los tramos establecidos en diseño, se dio inicio a sus

construcciones teniendo los cuidados propios de los procedimientos de esta fase de trabajo.

-Generación de los tramos: en base a la información en las tablas de tramos correspondientes

a los desarrollos detallados de la línea de alimentación y del recorrido del circuito abierto de

proceso, se generaron tales secciones partir de tuberías de 3m de longitud. En los procedimientos

se uso principalmente cinta métrica y un cortador de tubos como se muestra a continuación en la

imagen izquierda de la figura 4.18.

Figura 4.18. Generación de tramos de tubería. Fuente: propia

74

- Preparación de los tramos: generados los tramos se procedió a eliminar las rebabas en el

plano de corte utilizando una lija para así aproximarlos a cilindros huecos perfectos como los

desarrollados en CAD. Esta mejora facilitaría los trabajos de ensamblaje y en teoría haría que las

pérdidas hidráulicas (perturbaciones) sean menores, cuando los flujos recorran tanto la línea

como el circuito. En la figura 4.19 se aprecia este procedimiento.

Figura 4.19. Preparación de tramos. Fuente: propia

-Elaboración de rosca NPT en tramos: algunos de los pre-ensamblajes requerían tramos con

rosca, tanto en el recorrido del circuito abierto como en la línea de alimentación. A los tramos

que lo requerían, se les realizó ese arreglo constructivo utilizando la tarraja para tuberías de ½”

(0,0127m) y la llave de tubo como se muestra en la imagen de la figura 4.20.

Figura 4.20. Elaboración de rosca NPT en tramos. Fuente: propia.

75

4.4.2 Preparación de los tramos de tubería cobre de 3/8” para arreglos con conexiones de bronce requeridos

Básicamente, como se aprecia en las imágenes a, b y c de la figura 4.21, tal preparación

comenzó con el corte de las secciones utilizando cinta métrica y cortadora de tubos, para luego

avellanar sus extremos con el avellanador de tubos, una vez dispuesta las copas de bronce en las

seccione de tubo, como se muestra en la imagen derecha de la figura.

a b c

Figura 4.21. Preparación de tramos de tubería de 3/8”. Fuente: propia.

CAPITULO 5 TRABAJOS DE ENSAMBLAJE E INSTALACIÓN

Desde los inicios de esta fase del proyecto se estudió teóricamente la mecánica del arreglo entre

las partes, ya construidas, de cada uno de los principales dispositivos del prototipo y se

chequearon minuciosamente en éstas, sus elementos vinculantes. Con el diseño del circuito

abierto de proceso y de la línea de alimentación, se había desarrollado al detalle el ensamblaje e

instalación total del prototipo de planta en una hoja de proyecto en CAD como se mencionó en la

sección 3.3.4, que básicamente se trataba de un adelanto teórico. Ahora, concluida la

construcción de las partes desarrolladas se dio inicio a las tareas de ensamblaje e instalación total,

real y práctica, con los desafíos que implicaba, de la planta en campo. Básicamente, el objetivo

de esta etapa de trabajo, propio de primeros intentos de ensamblaje e instalación de prototipos, se

centraba en concretar satisfactoriamente tales tareas respetando las consideraciones de diseño.

En este capítulo se describen los procedimientos generales claves aplicados en campo para el

ensamblaje e instalación del prototipo en función a las limitadas disponibilidades del proyecto.

Como se notará, se trató de procedimientos básicos y lógicos desde el punto de vista de la

mecánica espacial, haciendo uso de herramientas manuales comunes. Así, aún cuando a esta

etapa de trabajo estaban asociados desafíos importantes y fue necesaria la inclusión de ciertas

mejoras, se pudo demostrar que los dispositivos desarrollados del prototipo son tanto prácticos,

desde la óptica de sus armados y establecimientos en campo, como funcionales, desde el punto de

vista mecánico-estructural. Es importante destacar que aunado a las limitaciones citadas, las

labores en solitario del ejecutor de la obra en más de un 90%, sirvieron para establecer

condiciones de trabajo desfavorables, haciendo suponer que la concreción de la obra sería factible

en las comunidades costeras.

77

En base a la experiencia acumulada hasta el desarrollo en CAD del prototipo de planta y en

análisis realizados con el Ingeniero González, creador de las partes de los dispositivos principales

del prototipo, se planteó que la obra debía ejecutarse por módulos. Éstos permitieron seguir un

orden lógico y requerían tanto la aplicación de procedimientos similares como el uso del mismo

tipo de herramientas. Si se desea profundizar en cuanto al ensamblaje e instalación del prototipo

se insta a ver el Apéndice K, el cual es un apartado con imágenes provenientes del CAD que

detallan los principales procedimientos de ensamblaje e instalación del prototipo por módulo,

desarrollado principalmente en base a la experiencia acumulada en esta etapa de trabajo. A

continuación se presenta el esquema de proceso básico seguido en cada uno de estos módulos.

Figura 5.1. Diagrama de proceso. Fuente: propia

Para el momento que se iniciaron los trabajos en campo, el almacén del INDENE asociado a

esta fase del proyecto había sido trasladado al Simulador en Frío una vez abastecido con una serie

de herramientas pertenecientes a los laboratorios, en calidad de préstamo y algunos materiales. A

demás, se estableció como espacio de trabajo para esta etapa los alrededores al área de instalación

del prototipo.

78

5.1 Ensamblaje e instalación de la unidad desalinizadora

5.1.1 Módulo: instalación de dispositivo en ducto inferior

Para estos trabajos, además de las partes del dispositivo construidas, había que tener a la mano:

taladro, mechas (2,1 y 4 mm) y cierra copa (25mm); remachadora manual y remaches (2mm);

tornillos y tuercas de 0,0047m (3/16”) y tornillos autorroscantes de 2mm; destornillador y llave

requerida; silicón transparente. Para facilitar la lectura de las siguientes maniobras se insta a ver

el Apéndice H (H.1).

-Instalación de malla fija: una vez atornillados los soportes a la malla para su fijación en las

paredes del ducto los tornillos y tuercas de 3/16”, se colocó en posición el arreglo y se marcaron

los puntos para el taladrado en las paredes de los agujeros para la instalación. Luego de realizados

los agujeros con el taladro y mecha 4mm de diámetro, con los tornillos correspondientes se

instaló el arreglo a las paredes, quedando visto desde afuera y desde adentro del ducto

respectivamente como se aprecia en la imagen central y derecha de la figura 5.2. Esta instalación

se llevó a cabo luego de haber fijado con tornillos autorroscantes la pared desmontable del ducto

inferior, como lo muestra la imagen en el extremo izquierdo de la figura 5.2. Cabe destacar que la

junta fue sellada con silicón transparente, para garantizar durante la operación de la unidad

desalinizadora, el ambiente estanco en el circuito cerrado del proceso.

Figura 5.2. Vistas de la instalación de la malla fija. Fuente: propia.

79

-Instalación de la pista y rieles: una vez dispuesta en posición la pista y hecho el marcaje, se

realizaron los agujeros en el piso del ducto usando el taladro con mecha de 2,1mm de diámetro.

Luego, a través de estos agujeros se remacharía la pista al ducto quedando como se muestra en la

imagen izquierda de la figura 5.3. Del mismo modo, una vez colocada en el ducto la malla móvil

como lo establecía el diseño y amarrada a la fija como se aprecia en la imagen central de la figura

5.3, se procedió con la fijación de los rieles, quedando éstos instalados como se muestra en la

imagen derecha de la misma figura. En este procedimiento los marcajes y agujereados se

realizaron desde la superficie externa del ducto, dada la imposibilidad de maniobrar

cómodamente en el interior, por lo que hubo que tomar cuidadosas medidas.

Figura 5.3. Pista remachada (izq.), amarre de malla móvil (central) y riel remachado (der.). Fuente: propia

-Instalación sistema de accionamiento : ya con ambos elementos del dispositivo instalados en

posición, luego de marcar cuidadosamente se realizó el agujero apreciable en la imagen izquierda

de la figura 5.4, utilizando el taladro y una cierra copa de 25 mm (0,025m), donde se ajustaría el

pasa cable (goma) a través de su ranura. Luego de colocada la goma en posición y reforzada

usando silicona transparente, se deslizó el eje a través de ésta y se vinculó al elemento móvil

quedando la instalación como se muestra en la imagen derecha de figura 5.4. En este

procedimiento, dada la imposibilidad de maniobrar en el interior del ducto, el marcaje y

agujereado se realizó desde la superficie externa del ducto.

80

Figura 5.4. Agujero para el ajuste de la goma (izq.), disposición del eje (central) y vinculación el eje al elemento móvil. Fuente: propia

Cabe destacar que si bien fue posible la incorporación del dispositivo al ducto inferior

aplicando operaciones básicas, se pudo demostrar que difícilmente un solo ejecutor sería capaz de

realizar las maniobras descritas de manera precisa, dadas las dificultades asociadas a los marcajes

y agujereados. Se requiere mínimo un personal conformado por dos miembros para concretar

satisfactoriamente la instalación. Ahora, una vez hecha la incorporación, la desinstalación o

instalación si podría llevarla a cabo una sola persona, si se sigue el procedimiento detallado a

través de imágenes acerca de este módulo en el Apéndice K, que fue básicamente el aplicado.

Luego de instalado el dispositivo en el ducto inferior de aire se pudo constatar su funcionalidad

desde el punto de vista mecánico, al someterlos a sencillas pruebas de apertura y cierre,

utilizando su sistema de accionamiento. La malla móvil se desplaza de forma horizontal, al ras de

la fija y manteniéndose plana como se esperaba, y el eje de accionamiento desliza con suavidad a

través del pasa cable.

5.1.2 Módulo 2: instalación de la base de la unidad desalinizadora en campo

Para estas maniobras era necesario tener en el área de trabajo: base de la unidad; nivel; taladro

con mecha para concreto (ramplug naranja); llave requerida; tornillos para ramplug naranja y

ramplugs; pintura en espray.

81

-Marcaje en campo: una vez ubicada la base aproximadamente al centro-norte del área

descrita en la sección 3.1.1, y orientada según lo establecido por el diseño del circuito abierto,

usando pintura en espray, se marcó en el suelo la huella de sus soportes y de los puntos de

taladrado. Las marcas se aprecian en la imagen izquierda de la figura 5.5 y se insta a ver detalle

en el Apéndice K.

-Nivelación: usando un nivel, cuidadosamente se colocaban bajo las patas de la base los

suplementos preparados, mostrados en la imagen central de la figura 5.5, hasta conseguir nivelar

las caras superiores de la estructura, sobre las cuales se apoyaría la unidad desalinizadora. La

desnivelación era producto de una leve inclinación en el área de instalación en sentido este.

-Fijación de la base: taladrado los agujeros e introducidos los ramplug, se procedió a fijar la

base al suelo atornillado como se muestra en la imagen derecha de la siguiente figura 5.5.

Figura 5.5. Marcaje (izq.), suplementos (central) y fijación de la base al suelo (der). Fuente: propia

La ejecución de este módulo dejó en evidencia la falta de un mecanismo en los soportes de la

base que contrarreste algún desnivel que pueda tener el área de instalación, puesto que todos se

fijan al suelo a través de tornillos. De disponer ésta con un mecanismo como el señalado, se

evitaría durante su instalación la fabricación e incorporación de suplementos que corrijan el

problema, haciéndola más práctica. Se destaca que la corrección del desnivel era fundamental

para la continuación de la obra, dado que garantizaría en parte la estabilidad de la unidad durante

y después de su ensamblaje e instalación, dada sus dimensiones.

82

5.1.3 Módulo 3: instalación de ducto inferior en la base y primera fase del ensamblaje e instalación de los ductos verticales de la unidad desalinizadora

Estos trabajos requerían tener a disposición en el área de trabajo: ducto de aire inferior; láminas

frontales e internas de ambos ductos verticales; tornillos y tuercas de 0,0095m (3/8”) con

arandelas correspondientes y tornillos autorroscantes de 2mm; destornillador requerido y llaves

requeridas; suplementos de madera (tacos de madera); cuerpo de andamio y escalera.

-Presentación del ducto inferior en la base de la unidad: consistió en deslizar desde del

acceso de la base para este procedimiento, el ducto a través de sus pestañas de apoyo sobre las

caras superiores de los ángulos estructurales de la base, hasta posicionarlo. Luego, para poder

atornillar las paredes de los ductos a la misma, se elevó la ubre separando sus pestañas de apoyo

de las caras cerca de 2 cm (0,02m) utilizando suplementos de madera. La maniobra se

esquematiza en la imagen proveniente del CAD de la figura 5.6.

Figura 5.6. Presentación de ducto de aire inferior en la base. Fuente: propia

-Ensamblaje de las primeras paredes de los ductos verticales e instalación en ducto inferior

de la unidad: usando tornillos autorroscantes y destornillador de estría se ensamblaron e

instalaron las primeras tres caras (frontales y lateral interna) de ambos ductos. En la maniobra, se

constató que es clave disponer y atornillar primeramente las caras frontales al ducto inferior, para

luego, fijar la cara interna a dicho ducto una vez posicionada, como se muestra en la imagen

izquierda y quedando parcialmente como se detalla en la imagen central de la figura 5.7. En fases

anteriores de este proyecto, la colmena y el soporte del múltiple superior del humidificador,

habían sido remachadas en sus posiciones a la cara interna del ducto de este dispositivo, como se

83

aprecia en la parte superior de la imagen derecha de la figura 5.7. Los procedimientos para ambos

ductos son análogos y se insta a ver al detalle en el Apéndice K.

Figura 5.7. Detalles del ensamblaje e instalación de las primeras paredes del ducto. Fuente: propia

-Fijación del ducto de aire inferior a la base: una vez ensambladas e instaladas las primeras

paredes, se extrajeron los suplementos de madera y se dejó reposar las pestañas de apoyo del

ducto inferior sobre las caras superiores de la base. Luego usando llaves, tornillos, tuercas de 3/8”

y las arandelas correspondientes, se instaló dicho ducto atornillando sus paredes laterales

(internas y externas) y verticales a la base como lo establecía el diseño. Finalmente, se incorporó

a la instalación, la estructura desmontable de la base, atornillándola a está y al ducto inferior,

como se muestra en la imagen izquierda y central de la figura 5.8 respectivamente. La imagen

derecha de la misma figura muestra la fijación del ducto a la base en el lado del

deshumidificador. Cabe destacar que tal estructura funciona como puerta del acceso usado en el

primer procedimiento de este módulo, para presentar el ducto en la mencionada base. Se

recomienda ver detalles del procedimiento en el Apéndice K.

Figura 5.8. Fijación del ducto inferior de airee a la base. Fuente: propia

84

Concluidos los procedimientos asociados a este módulo, se valoró la importancia de la

disponibilidad de al menos un cuerpo de andamio y una escalera, para la ejecución de maniobras

en lo alto de manera segura y cómoda, aun cuando pueda usarse la base para ciertos

procedimientos. Se destaca que se estableció como estrategia optima, según el procedimiento a

ejecutar, mover y ubicar el andamio frente a las caras laterales de la unidad y disponer la escalera

frente a las caras frontales (norte y sur).

Se pudo demostrar que el ensamblaje e instalación parcial de las primeras tres caras de los

ductos verticales, con la colocación estratégica de los primeros tornillos autorroscantes, requiere

como mínimo un personal conformado por operadores. Esta primera parte de la maniobra para un

solo ejecutor resulta tanto dificultoso, debido a las dimensiones de las láminas, como peligroso

por la característica cortante de éstas, a pesar de tratarse de un procedimiento básico desde el

punto de vista de la mecánica del arreglo. Por otra parte, el trabajo en parejas facilita el manejo

de las partes y garantiza sus integridades. Sin embargo, también se demostró que a partir de este

punto del ensamblaje, uno de los dos puede concretar satisfactoriamente el trabajo.

En posteriores maniobras, análogas ha la que se ha hecho referencia y que serán descritas, los

aspectos técnicos citados fueron una constante y resultó tanto importante como clave, tomarles en

cuenta para la concreción satisfactoria y segura de la obra.

5.1.4 Módulo 4: segunda fase del ensamblaje e instalación de los ductos verticales de la unidad desalinizadora

Estas maniobras requerían tener a disposición en el área de trabajo: láminas externas de ambos

ductos verticales de la unidad; múltiples de los dispositivos y sus accesorios; ductos de cobre del

condensador; empaques del humidificador y sus accesorios; llave y tuercas de 0,0047m (3/16”)

con arandelas correspondientes; destornillador y tornillos autorroscantes de 2mm; cuerpo de

andamio y escalera; pistola y sellador trasparente.

-Disposición de empaques y ductos de cobre: respetando a las consideraciones de diseño se

colgaron las persianas a la colmena del humidificador usando tirraps. También, se colocaron los

ductos de cobre en posición y se fijaron a la cara interna del ducto vertical, insertando los

tornillos de bronce soldados a sus costados en los asientos correspondientes en dicha cara y

usando llave y tuercas de 3/16”. En la imagen a y b de la figura 5.9 se aprecia la colocación y

85

disposición final de los empaques en el humidificador mientras que en las imágenes c y d se

muestra la fijación y disposición parcial de los ductos en el deshumidificador.

a b c d

Figura 5.9. Disposición de empaques y ductos de cobre en la unidad desalinizadora. Fuente: propia

-Incorporación del múltiple inferior del deshumidificador y preparación del múltiple del

humidificador: se dispuso el múltiple inferior del deshumidificador en posición, apoyándolo en

sus bases (remachadas al ducto de aire inferior) y conectado sus distribuidores a través de tramos

cortos de manguera flexible transparente, a las correspondientes admisiones por ducto, quedando

como se muestra en la imagen izquierda de la figura 5.10. Respecto al múltiple del

humidificador, fue preparado con la incorporación de la derivación como lo establecía el diseño,

para conectar su admisión con su extremo opuesto usando accesorios de bronce y manguera

plástica de 0,0095m (3/8”), resultando lo que se muestra en la imagen derecha de la figura 5.10.

Figura 5.10. Múltiple inferior del deshumidificador instalado y múltiple del humidificador preparado. Fuente: propia

86

-Instalación de las láminas externas de ambos ductos verticales: usando tornillos

autorroscantes y destornillador de estría como se muestra en la imagen izquierda de la figura

5.11, de manera análoga se incorporaron las láminas externas a ambos ductos verticales

parcialmente ensamblados e instalados, siguiendo las consideraciones de diseño (ver detalles en

el Apéndice K). Correlativamente a la primera maniobra de este módulo, a la lámina externa del

ducto del deshumidificador se fijaron cuidadosamente los tornillos a los costados de los ductos de

cobre, como se muestra en la imagen central de la figura 5.11. Por su parte, a la lámina externa

del ducto del humidificador, se fijaron con tornillos autorroscantes en sus posiciones la colmena y

el soporte del múltiple superior, como se aprecia en la imagen derecha de la misma figura.

Figura 5.11. Atornillado de lámina externa (izq.) fijación total de los ductos de cobre (central) y fijación de la colmena(der.). Fuente: propia

La ejecución de este módulo permitió detectar dos problemas respecto al ensamblaje: el

primero era que resultaba complicado colocar en posición las láminas externas de ambos ductos,

dado el espacio tan reducido a través del cual debían pasar sus esquinas inferiores en la maniobra

de descenso de las mismas detallada en el Apéndice K; el segundo recaía en la falta de tornillos

autorroscantes para fijar la parte baja de la láminas externas al ducto inferior de la unidad, lo cual

no garantizaba que durante la operación del prototipo, se mantuviera un ambiente estanco en el

circuito cerrado.

En respuesta a los problemas descritos se incorporaron un par de mejoras claves para la

consecución del ensamblaje: la primera fue el corte de las esquinas inferiores de las láminas

externas como se aprecia en la imagen izquierda de la figura 5.12; la segunda consistió en la

instalación extensiones de material a través de remaches en la parte baja de las láminas externas,

87

mostradas en la imagen derecha de la figura 5.12 , que permitieron la sujeción de dichas láminas

al ducto inferior, a través de tornillos autorroscantes como se muestra en la figura 5.13.

Figura 5.12. Mejoras incorporadas. Fuente: propia

Figura 5.13. Sujeción de láminas externas al ducto inferior. Fuente: propia

-Sellado de los ductos verticales: una vez ensambladas e instaladas las paredes de los ductos,

se procedió a sellar cuidadosamente las juntas entre paredes y de éstas con la conexión inferior de

la unidad (ducto inferior), usando sellador trasparente como se muestra en figura 5.14. De esta

forma se garantizaría la estanqueidad requerida por el ciclo cerrado del proceso.

Figura 5.14. Sellado de las juntas en el ducto ensamblado. Fuente: propia

88

5.1.5 Módulo 5: ensamblaje e instalación del encamisado de los ductos verticales

Estos trabajos requerían tener a disposición en el área de trabajo: láminas (frontales, laterales

externas e internas) y marcos para el encamisado de ambos dispositivos; láminas de aislante;

destornillador y tornillos autorroscantes de 2mm; esmeril manual con disco de corte y limas;

cuerpo de andamio y escalera.

-Disposición del marco inferior y láminas de aislante en ambos ductos: de manera análoga

en ambos dispositivos, desde lo alto de los ductos se bajaban los marcos como se aprecia en la

figura 5.15a, hasta posicionarlos en la parte baja sobre las pestañas del ducto inferior. Como se

aprecia claramente en las imágenes b y c de la figura 5.15, para concretar esta tarea fue necesario

limar el contorno interno de los marcos y en el caso del deshumidificador, además, cortar con el

esmeril los extremos de los tornillos salientes del ducto vertical (tornillos de los ductos de cobre),

que imposibilitaban terminar la maniobra. Luego, en ambos ductos se colocaron en posición las

láminas de aislante que serian confinadas en la siguiente maniobra, ajustándolas en los marcos

posicionados y asegurándolas con cinta adhesiva como se aprecia en las imágenes de la figura

5.16.

a b c d

Figura 5.15 .Disposición de marcos inferiores. Fuente: propia

Figura 5.16. Colocación de láminas de aislante. Fuente: propia

89

-Disposición del marco superior y armado e instalación del encamisado: de la misma forma

en ambos dispositivos, se posicionaron los marcos superiores ajustándolos al arreglo de aislantes

como se muestra la imagen izquierda de la figura 5.17. Luego, utilizando tornillos autorroscantes

y destornillador de estría se ensambló el encamisado disponiendo y atornillando sus paredes de

forma análoga a como se realizó con las láminas de los ductos verticales. Cabe destacar que el

encamisado se fija a las caras laterales y frontales externas de los marcos utilizando los tornillos

autorroscantes, como se aprecia en las imágenes central y derecha de la figura 5.17, a diferencia

de los ductos verticales que se instalan al ducto inferior de aire. Se constató que es clave fijar

primeramente las paredes a los marcos y luego proseguir con el resto del atornillado. Se insta a

ver el Apéndice K.

Figura 5.17. Disposición del marco superior (izq.) y atornillado del encamisado a sus marcos estructurales (central y der.). Fuente: propia

La ejecución de este módulo dejo en evidencia que durante el ensamblaje, las partes que los

conforman están sujetas a esfuerzos que los hacen sufrir ciertas deformaciones, pudiendo a su vez

deformar el ensamblaje. Por esta razón los marcos inferiores rozaban en ciertas zonas de las caras

de los ductos verticales, al grado de imposibilitar sus posicionamientos e hizo imposible

encamisar disponiendo sus paredes como lo establecía el diseño (ver figura 5.18). En este sentido,

próximos diseños podría tomar en cuenta este fenómeno en el dimensionamiento de partes, lo que

reduciría las imprecisiones en el ensamblaje de los equipos.

Figura 5.18. Vista de la sección rectangular del encamisado. Fuente: propia

90

5.1.6 Módulo 6: instalación del ducto superior

Estas maniobras requerían tener a disposición en el área de trabajo: ducto superior, múltiple del

humidificador preparado; múltiple superior del deshumidificador con sus accesorios;

destornillador y tornillos autorroscantes de 2mm; gomas para sellar; pegamento, silicón negro,

trasparente y pistola; cuerpo de andamio y escalera.

-Preparación y colocación de gomas para sellado en los marcos superiores: este

procedimiento fue parte de una de las mejoras incorporadas al ensamblaje. Una vez cortados y

regados con pegamento los tramos de goma como se muestra en la imagen izquierda de la figura

5.19, fueron dispuestos como se aprecia en la imagen central de la misma figura, para que se

pegaran a los marcos. Luego, se selló con silicón transparente la junta entre las láminas de los

ductos internos y la goma, quedando como se aprecia en la imagen derecha de la figura 5.19. Con

la incorporación de este material al ensamblaje se buscaba garantizar un buen sellado del ducto

correspondiente al circuito cerrado de proceso, en la conexión entre el ducto superior y los ductos

verticales de la unidad desalinizadora.

Figura 5.19. Gomas preparadas (izq.), disposición de gomas para el sellado (central) y silicón trasparente aplicado (der.). Fuente: propia

-Disposición de los múltiples superiores en los dispositivos: el múltiple del humidificador

preparado fue colocado en su soporte y ajustada su admisión en el agujero correspondiente según

lo establecía el diseño, como lo muestran la imágenes izquierda y central de la figura 5.20.

Respecto al múltiple del deshumidificador, fue dispuesto de forma análoga a como se procedió

con el múltiple inferior del mismo dispositivo, quedando como se muestra en la imagen derecha.

91

Figura 5.20. Disposición de múltiples superiores. Fuente: propia

-Instalación del ducto superior: siguiendo las consideraciones, una vez removida la pared

desmontable del ducto, se elevó y posicionó la conexión superior, haciendo reposar sus pestañas

sobre el marco como se esquematiza en la imagen izquierda de la figura 5.21. Posteriormente, se

procedió a fijarlo a través tornillos autorroscantes a los ductos verticales como se aprecia en la

imagen derecha de la figura 5.21, para luego, realizar los arreglos mostrados en la figura 5.22

utilizando tirraps. Seguidamente, se instaló a la unidad, la pared desmontada antes de la

maniobra, con tornillos autorroscantes, como se muestra en la figura 5.23a. Finalmente se selló

con silicón transparente, de manea análoga a como se procedió con el ducto inferior dicha pared y

cuidadosamente con silicón negro, el contorno externo de la junta entre el ducto superior y la

goma sobre los marcos superiores, como se ve en las imágenes b, c y d de la figura 5.23. Con

estos últimos procedimientos, como en casos anteriores, se buscaba garantizar estanqueidad

requerida en el circuito cerrado del proceso y proteger de la lluvia las láminas de aislante de los

dispositivos.

Figura 5.21. Disposición y fijación del ducto superior en la unidad. Fuente: propia

92

Figura 5.22. Ajustes en múltiples superiores. Fuente: propia

a b c d

Figura 5.23. Instalación de la pared desmontable del ducto superior y aplicación del sello. Fuente: propia

La tercera maniobra de este último módulo resultó ser las más complicada y peligrosa de todas

las ejecutadas en el ensamblaje e instalación del prototipo de planta en campo, a pesar de tratarse

de un procedimiento básico desde el punto de vista de la mecánica espacial del arreglo, como en

el resto de los casos anteriores. Tan solo elevar desde el suelo y posicionar el ducto superior de

aire en la unidad dadas las disponibilidades, requería la participación de mínimo tres operarios.

Uno a nivel del suelo para levantar el ducto y dos ubicados frente a las caras frontales de la

unidad en lo alto (norte y sur), para posicionarlo.

La presencia de imprecisiones, como en el caso analizado del módulo 5, dificultó la instalación

del ducto una vez posicionado en la unidad. Para concretar la instalación de manera precia, fue

93

necesario forzar el ajuste en la conexión entre el ducto superior y los ductos verticales, hasta

poder atornillar y fijar adecuadamente. Se destaca que la maniobra requirió el trabajo simultáneo

de dos ejecutores y la utilización de tornillos autorroscantes más largos que los utilizados hasta el

momento.

Como parte de una mejora y trabajo final del ensamblaje e instalación de la unidad

desalinizadora, se ajustaron y sellaron con silicón negro las gomas en los agujeros

correspondientes a sus admisiones y descargas como se aprecia en las imágenes de la figura 5.24.

Cabe destacar que la goma ajustada en estos agujeros de 25 mm ( 0,025m ), fue exactamente

igual a la utilizada en el sistema de accionamiento del dispositivo incorporado al ducto inferior de

la unidad, pero en este caso, por la aplicación del silicón negro, solo sirve de sello.

Figura 5.24. Ajuste y sellado de pasa cables en agujeros de la unidad. Fuente: propia

Con relación a esta última mejora incorporada, siguiendo las consideraciones, una de las

constantes en la ejecución del ensamblaje e instalación de la unidad fue la de garantizar la

estanqueidad en su ducto interno, requerida por el ciclo cerrado de proceso que tendrá lugar en

dicho ducto. El diseño de la unidad, por su parte ya buscaba garantizar tal condición dada la

cantidad de tornillos autorroscantes utilizados para conformar su circuito interno, sin embargo, al

respecto tiene ciertas carencias técnicas por lo que fue necesaria la inclusión de todas las mejoras

descritas para garantizar el sellado.

En el Apéndice L se detalla la incorporación de ventanas de inspección en la parte baja de la

unidad desalinizadora, que permitieran observar las partes de interés en su interior durante la

puesta en marcha.

94

5.2 Ensamblaje e instalación de la unidad de colectores solares

5.2.1 Módulo1: instalación de las bases de la unidad de colectores

Para estas maniobras era necesario tener en el área de trabajo: bases de la unidad; taladro con

mecha para concreto (ramplug naranja); llave requerida; tornillos para ramplugs naranja y

ramplugs; pintura en espray.

-Marcaje en campo: una vez ubicadas las bases simétricamente al sur de la unidad

desalinizadora y como lo establece el diseño del circuito abierto de proceso (ver detalles en

Apéndice K), usando pintura en espray, se marcó en el suelo la huella de sus soportes y con ello

de los puntos de taladrado.

-Fijación de las bases de los colectores: taladrado los agujeros e introducidos los ramplug, se

procedió a fijar las bases al suelo como se muestra en las imágenes de la figura 5.25, asegurando

que el arreglo quedará alineado y paralelo a la cara sur de la unidad desalinizadora.

Figura 5.25. Fijación de las bases. Fuente: propia

5.2.2 Módulo 2: disposición de carcasa externa y arreglo de aislantes

Estos trabajos requerían tener a disposición el área de trabajo carcasas externas y aislantes

forrados en papel de aluminio industrial.

La maniobra consistió en ubicar las carcasas externas sobre sus bases fijadas al suelo,

orientadas de tal forma que los agujeros para las admisiones se ubicaran al sur-este y los agujeros

para las descargas al nor-oeste. Luego, se dispusieron los aislantes en el interior de la carcasa

95

externa según lo establece el diseño, quedando como se muestra en la imagen derecha de la figura

5.26. Se insta a ver el Apéndice K.

Figura 5.26. Disposición de carcasa externa y arreglo de aislantes. Fuente: propia

Se pudo comprobar concretado el módulo anterior, que aún cuando los procedimientos

asociados a la colocación de partes de la maniobra descrita pueden ejecutarse en solitario, se

recomienda un personal conformado por dos individuos para garantizar la integridad física de las

partes, dadas sus dimensiones. Este aspecto fue una constante para el resto de los procedimientos

en el ensamblaje e instalación de la unidad de colectores y resultó tanto importante como clave,

tomarles en cuenta para la concreción satisfactoria y segura de la obra.

5.2.3 Modulo 3: Disposición e instalación de absorbedores

Para estas maniobras había que tener a disposición en el área de trabajo llaves requeridas,

absorbedores, y cubiertas transparentes adheridas a sus marcos (soportes).

Una vez dispuesta la carcasas internas en posición y orientadas de forma análoga a las externas

(ver detalle en el Apéndice K), se colocaron cuidadosamente sobre éstas los absorbedores

quedando como se muestra en la imagen izquierda de la figura 5.27, orientando sus múltiples a

sus correspondientes agujeros en las carcasas. Una vez en posición se conectó la admisión y

descarga de sus múltiples usando las llaves correspondientes, al circuito del ciclo abierto del

proceso como se aprecia en la imagen derecha de la figura 5.27. Finalmente se colocaron las

cubiertas pegadas a sus marcos en las carcasas externas como se aprecia en la imagen izquierda

de la figura 5.28, quedando el ensamblaje como se aprecia en la imagen derecha de la misma

figura.

96

Figura 5.27. Disposición de absorbedores y detalle en la conexión de los múltiples de los colectores al circuido abierto. Fuente: propia

Figura 5.28. Colocación de las cubiertas transparentes. Fuente: propia

Previo a la disposición de los absorbedores sobre las carcasas internas, de primeros intentos del

procedimiento se pudo constatar que siguiendo las consideraciones resultaban incomodas sus

colocaciones, dada la disposición y extensión de sus múltiples. Para facilitar esta primera parte de

la maniobra, se recortaron tales extensiones de los múltiples y se le incorporaron a sus

admisiones y descargas, tramos de tubería de PVC de 0,0095m (3/8”) conectados a secciones de

tubería de cobre de 3/8”, que servirían para hacer las conexiones con el circuito abierto

cómodamente. En la figura 5.29 se aprecia este detalle.

97

Figura 5.29. Detalle en la conexión de los colectores al circuito abierto. Fuente: propia

La ejecución de este módulo dejó en evidencia que la forma en que se encuentra pegadas las

cubiertas transparentes a sus marcos, utilizando silicón transparente, no es la más adecuada. La

fijación no es fuerte y se corre el riesgo de despegar las cubiertas de los marcos durante la

manipulación de los arreglos en las maniobras. Sin embargo, una vez que estos arreglos son

colocados para completar el ensamblaje del los colectores, no existe tal riesgo.

Sin bien el silicón funciona como sellador no permitiendo el paso de agua (lluvia) al interior de

los colectores, se recomienda usar otra idea para fijar las cubiertas a sus marcos.

5.3 Ensamblaje e instalación de la unidad de banco de prueba

Para facilitar y profundizar la lectura de las maniobras por módulos descritas a continuación, se

insta a ver tanto el Apéndice H (H.2 y H.3) como el J, y los arreglos de partes, detallados a través

de imágenes de estos módulos, en el Apéndice K.

5.3.1 Módulo1: presentación de pre-ensamblajes

Para estas maniobras era necesario tener en el área de trabajo: dispositivos principales del

banco( tanque de alimentación y filtro de agua, módulo del calentador); soportes del banco (línea

de alimentación y circuito abierto) ensamblados; tramos de tubería construidos y preparados

(PVC, CPVC y cobre); accesorios (PVC y bronce); taladro con mecha para concreto (ramplug

verde); llaves requeridas y destornillador de pala; tornillos para ramplug verde y ramplugs;

esmeril con piedra de desbaste y martillo; cinta de teflón.

98

-Disposición de componentes principales del banco: de acuerdo con los establecimientos del

diseño del banco se ubicó el tanque y el filtro de agua en lo alto de la torre, ascendiéndolos

cuidadosamente a través de las escalinatas de la misma. Por su parte el módulo del calentador fue

posicionado respecto a la unidad desalinizadora y la unidad de colectores como lo establecía el

diseño. Ver imágenes de la figura 5.30.

Figura 5.30. Disposición de componentes principales del banco. Fuente: propia

-Preparación de pre-ensamblajes: consistió en armar los pre-ensamblajes sin soldar (pegar)

los tramos de tubería de PVC y CPVC a los accesorios, tomando en cuenta al detalle las

consideraciones del diseño, con relación a la disposición del recorrido respecto a los dispositivos

ya instalados en el área y el arreglo de tramos por pre ensamblaje. En la preparación se uso cinta

de teflón para los tramos y accesorios con rosca (bronce-PVC,PVC-PVC). A demás, utilizando

las llaves correspondientes, durante estos trabajos se también se prepararon los arreglos de piezas

del banco (accesorios) para el control del caudal y presión, medición de presión y temperatura,

derivación, a incorporarse a sus respectivos pre-ensamblajes. En las imágenes de de la figura 5.31

se aprecia parte de estos trabajos.

Figura 5.31. Preparación de pre-ensamblajes. Fuente: propia

99

-Presentación de los pre-ensamblajes: básicamente consistió en presentar los pre-ensamblajes

preparados en campo. Esto permitía verificar si el recorrido se aproximaba a lo diseñado y hacer

los ajustes necesarios, antes de pegar los tramos y conformar los pre-ensamblajes. Además, esta

maniobra requirió la instalación en campo de los soportes construidos y ensamblados del banco,

según lo establecía el diseño, usando taladro con mecha, ramplugs verdes, llaves, martillo y

destornillador, como se aprecia en las imágenes de la figura 5.32. El orden en que fue presentado

el banco, en el caso del circuito abierto, concuerda con la numeración de la figuras 3.17 y 3.18,

que respondió a una estrategia inspirada en el orden seguido durante el diseñó del circuito.

Figura 5.32. Instalación de soportes del circuito abierto en campo. Fuente: propia

5.3.2 Módulo2: instalación de pre ensamblajes

Para estas maniobras era necesario tener en el área de trabajo una vez presentados los pre

ensamblajes en campo: pegamento para PVC y CPVC; destornillador de pala; hisopos;

abrazaderas para mangueras de ½” y tramo de manguera; escalera y cuerpo de andamio para los

trabajos en lo alto.

-Conformación de pre ensamblajes: una vez presentados los pre ensamblajes en campo, se

desmontaron los arreglos de los soportes usando el destornillador, para desensamblados. Luego

se procedió a soldar los tramos correspondientes usando el pegamento especial para estas tuberías

y siguiendo sus instrucciones de uso. En esta maniobra, se utilizaron hisopos para regar el

pegamento con el cuidado de untar la cantidad necesaria y de sellar las juntas entre accesorios y

tramos, como se aprecia en las imágenes de la figura 5.33.

100

Figura 5.33. Conformación de pre-ensamblajes. Fuente: propia

-Instalación de pre-ensamblajes: conformados los pre-ensamblajes del banco (línea de

alimentación y circuito abierto de proceso) se instalaron usando los soportes ya fijados en campo,

siguiendo en orden mostrado en las figuras 3.17 y 3.18 en el caso del circuito abierto. A medida

que se colocaban en sus soportes, se unían entre ellos usando las uniones universales en sus

extremos, hasta completar el circuito o el recorrido. Luego, usando las llaves correspondientes se

conectó el circuito abierto a los dispositivos principales del prototipo, quedando como se aprecia

en la imagen central de la figura 5.34. Finalmente, utilizando destornillador y abrazaderas se

instalaron los tramos de manguera al banco. Se destaca con relación a este último detalle, la

incorporación de un tramo de manguera para unir el sistema de alimentación con el punto de

admisión del circuito, entre boquillas de conexión de bronce. En las imágenes de la figura 5.34 se

aprecia parte de estos trabajos.

Figura 5.34. Instalación de pre-ensamblajes y tareas finales. Fuente: propia

El circuito instalado en campo coincidió con el desarrollo CAD en casi la totalidad de sus

partes, puesto que se presentaron imprecisiones en los tramos verticales en las cercanías de la

unidad desalinizadora. Al llevar a cabo la presentación de los pre-ensamblajes se constató que

hacían falta entre 6 y 7cm (0,06-0,07m) para completar el circuito en estos tramos, lo que obligó

a realizar cambios como el apreciable en la imagen central de la figura 5.34. En el Apéndice K

algunas notas hacen referencia de tales cambios.

CAPITULO 6 PUESTA A PUNTO DEL PROTOTIPO

Construido, ensamblado e instalado el prototipo de planta en el área destinada para tal fin, se

llevo a cabo la puesta a punto del mismo, como trabajo final en esta fase del proyecto.

Básicamente la puesta a punto consistiría en probar experimentalmente la instalación, haciendo

circular flujo a través del backup y del recorrido del circuito abierto de proceso, utilizando línea

de alimentación y aplicando maniobras de arranque y parada de planta que serán útiles en las

pruebas de caracterización de las próximas fases. Con estas pruebas principalmente se buscaba

comprobar en la práctica, si el sistema de suministro instalado además de alimentar el prototipo,

era capaz, conjuntamente con la manipulación de las válvulas correspondientes, de establecer los

caudales de operación en los dispositivos principales del prototipo, para las dos configuraciones

posibles del circuito abierto (con o sin backup). Al mismo tiempo las pruebas servirían para:

verificar la existencia de fugas o vibraciones apreciables en los recorridos, tanto de la de la línea

de alimentación como del circuito abierto; poner a prueba la bomba instalada; ensayar los ductos

de cobre con la circulación del agua de trabajo, ahora instalados en el deshumidificador y

colector solar; y probar el funcionamiento del distribuidor en el humidificador.

Por tratarse de una puesta a punto, en los ensayos no se hicieron mediciones de temperatura, ni

de irradiancia y para las mediciones de caudal no se utilizaron los instrumentos proporcionados

para esta fase del proyecto. Conectados a una adquisición, estos instrumentos conjuntamente con

los facilitados para las mediciones de temperatura e irradiancia, serán utilizados en próximas

fases para la caracterización del prototipo. En este sentido, para la determinación de los caudales

se manipularon las válvulas según los procedimientos que se describirán a continuación y se

utilizó el método rudimentario de la cubeta graduada y cronómetro. Además, la puesta punto no

102

requeriría someter a radiación los absorbedores por lo que se mantuvieron tapados, pero si

ameritaba el uso de las ventanas de inspección, recientemente incorporadas como parte de una

mejora en la unidad desalinizadora. Es importante destacar que producto de fallas de importancia

presentadas en los ductos de cobre del deshumidificador, la puesta a punto tuvo que ser

suspendida, no pudiéndose realizar todas las verificaciones como se verá.

A continuación se presentan los procedimientos establecidos para probar las dos

configuraciones posibles del circuito abierto (con o sin backup). Tales procedimientos parten de

normas uso que se derivan naturalmente de las características del banco desarrollado y están

pensados para que puedan ser ejecutados por un operario. Para que se facilite la compresión del

procedimiento se insta a ver tanto el Apéndice J como las figuras 3.17 y 3.18 del Capítulo de

diseño.

6.1. Procedimientos establecidos para las pruebas de puesta a punto

6.1.1 Procedimientos para la puesta a punto de la configuración del circuito abierto con backup

Esta prueba parte del planteamiento realizado en relación a la consideración 6 durante el diseño

básico del circuito abierto de proceso (ver figura 3.16) y bajo esta configuración el flujo de

trabajo no pasa por la unidad de colectores solares. Una vez que el tanque de alimentación se

encuentra a punto de rebosar con la línea de alimentación ya inundada por la apertura del la

válvula a la salida del tanque, y asumiendo que el resto de las válvulas del banco se encuentran

cerradas, se procede como sigue:

-Para el arranque, en la línea del backup se abre la válvula de purga-sangrado en el pre

ensamblaje 12 y en la línea que conduce del nodo de alimentación al múltiple del

deshumidificador, se abre completamente la válvula secundaria 2(VSII) y la válvula de purga-

sangrado en el pre ensamblaje 14.

-Gradualmente se abre la válvula principal (VP) hasta que a través de válvula de purga-

sangrado del pre ensamblaje 14 escape un caudal cercano a ,011 m3/min (3GPM).

-Luego, gradualmente se abre la válvula secundaria 1(VSI) hasta que a través de la válvula de

purga-sangrado del pre ensamblaje 12 escape un caudal cercano a 0,0019 m3/min (0,5 GPM).

103

-Posteriormente, en la línea del backup se abre la válvula de paso en el pre ensamblaje 12,

completamente la válvula de compuerta de ese mismo ensamblaje y a destiempo se cierra la

válvula de purga-sangrado abierta. En la línea que conduce al deshumidificador, se cierra la

válvula de purga-sangrado del pre ensamblaje 14 al tiempo que a la salida de este dispositivo, en

el pre-ensamblajes16, se abre completamente la derivación.

-Producto de las maniobras anteriores un flujo cercano a 0,5 GPM sería distribuido a través del

múltiple en el ducto del humidificador, pudiéndose chequear tal caudal a su salida en la parte baja

del dispositivo. Mientras, a través de los ductos del deshumidificador circularía un caudal cercano

a 0,0095 m3/min (2,5 GPM), pudiéndose corroborar tal flujo en la derivación del pre ensamblaje

16 una vez que sean inundados los ductos del condensador.

-Finalmente, utilizando las derivaciones VDI y VDII, se establece el caudal de operación en

cada uno de los dispositivos usando como puntos de chequeo de flujos los mencionados en el

ítem anterior.

6.1.2 Puesta a punto de la configuración del circuito abierto sin backup y utilizando el colector1

Bajo esta configuración el flujo de trabajo pasa por la unidad de colectores solares y el backup

queda fuera de servicio. Análogamente a la prueba anterior, una vez que el tanque de

alimentación se encuentra a punto de rebosar con la línea de alimentación ya inundada por la

apertura del la válvula a la salida del tanque, y asumiendo que el resto de las válvulas del banco

se encuentran cerradas, se procede como sigue:

-Para el arranque, en la línea que conduce del nodo de alimentación al múltiple inferior del

deshumidificador, se abre completamente la válvula secundaria 2(VSII) y la válvula de purga-

sangrado en el pre ensamblaje 14.

-Gradualmente se abre la válvula principal (VP) hasta que a través de válvula de purga-

sangrado del pre ensamblaje 14 escape un caudal de operación del deshumidificador.

104

-Luego, se cierra la válvula de purga-sangrado del pre ensamblaje 14 al tiempo que se abre

completamente la válvula de compuerta y la purga del pre ensamblaje 9. Esta maniobra hace que,

una vez inundados los ductos del deshumidificador, escape por la purga del pre ensamblaje 9 el

caudal de operación del deshumidificador.

-Posteriormente, al tiempo que se cierra la purga del pre ensamblaje 9, se abre la purga del pre

ensamblaje 2, lo que haría que el caudal de operación del humidificador salga a través de esta

última purga, una vez que hayan sido inundados los ductos del colector 1.

-Luego, al tiempo que se cierra la purga del pre ensamblaje 2, se abre completamente la válvula

de paso del pre ensamblaje 3 y la purga del pre ensamblaje 5, por lo que el caudal de operación

del condensador escaparía por esta última purga. Así, al abrir gradualmente la derivación en el

pre ensamblaje 9, se obtendría el caudal de operación a través del colector.

-Finalmente, el cierre de la purga del pre ensamblaje 5 cebaría la bomba, pudiendo ser

arrancada abriendo la válvula de paso a la salida de la bomba y ligeramente la válvula de

compuerta del pre ensamblaje 12.

6.2 Resultados parciales de la puesta a punto

6.2.1 Resultados de la puesta a punto para la configuración del circuito abierto con backup

- Aplicando los procedimientos descritos en la sección 6.1.1, se constató que el sistema de

suministro cuenta con suficiente energía potencial para someter al prototipo a pruebas en

condiciones estacionarias y de diseño. En este sentido, al mismo tiempo se pudo comprobar en la

práctica que el arreglo esquematizado en la figura 3.16 funciona, haciendo que el sistema

responda como se esperaba y permitiendo el establecimiento de los caudales de operación en los

dispositivos principales del prototipo.

- Se destaca que en el ensayo no se pudo determinar, una vez alcanzados los caudales de

operación en los dispositivos, si los coeficientes de pérdida asociados a la válvula principal (VP)

y a las válvulas secundarias 1 y 2(VSI y VSII), se correspondía a los obtenidos numéricamente.

Dado el comportamiento no lineal de estos coeficientes en función al grado de apertura o cierre

105

en válvulas de compuerta, se desconocía por ejemplo cuántos giros a la manilla de la válvula

había que hacer para establecer un determinado valor de coeficiente. Si bien esto se puede

obtener estudiando la válvula y generando curvas a partir de ensayos y estimaciones numéricas,

no representaba para el momento un objetivo para esta fase del proyecto.

-Durante el primer ensayo se evidenciaron fugas pequeñas únicamente en las conexiones de los

accesorios de bronce del circuito abierto por donde circulaba el flujo de trabajo. Eran de

esperarse tales escapes dado que en la práctica es común encontrarlas una vez realizadas

instalaciones de este tipo. Para resolver el problema se ajustaron mejor las conexiones entre los

accesorios. Este resultado probó que al menos, los tramos de PVC Y CPVC correspondientes a la

alimentación y al circuito abierto por donde circuló el agua, fueron solados correctamente a sus

accesorios.

-En la prueba no se apreció movimiento o vibración en el recorrido de la línea de alimentación

ni en los tramos del circuito abierto por donde transitó el flujo lo que constataba la firmeza de la

instalación. Este resultado demostraba la funcionalidad de los accesorios diseñados, construidos e

instalados para la fijación de la línea de suministro y del circuito abierto de proceso en campo. Se

destaca que el tramo de manguera dispuesto verticalmente en la alimentación, también se

mantuvo firme al paso del flujo, dado que en su instalación entre las boquillas de conexión, se

tomó la precaución dejarla tensa.

-Con relación al funcionamiento del distribuidor en el humidificador, este respondió como se

esperaba, dado que el agua se distribuye a lo largo de todo el múltiple y baña correctamente

todos los empaques del dispositivo. Aunque no se puede valorar cual fue el factor más

determinante en el funcionamiento adecuado este múltiple, desde el punto de vista cualitativo, se

sabe que se reparte entre la incorporación a éste de la derivación como lo establecía su diseño y

una cantidad de energía suficiente en su admisión.

-Con relación al arreglo de ductos de cobre en el deshumidificador durante la prueba, instantes

después de haberse inundado cada uno de estos con el caudal de operación establecido, se

apreciaron a través de la ventana de inspección ubicada en el lado de este dispositivo, fugas

importantes que parecían provenir de los ductos 2 y 5 del arreglo, siendo los número 1 y 8, los

106

que se ubicaban respectivamente más cerca y más lejos de la admisión de este dispositivo. Dada

la falla presentada tuvo que suspenderse al prueba e iniciarse una fase no planificada de

desmontaje de esta parte de la unidad, para verificar de manera precisa el problema.

- Una vez hecho el desmontaje se pudo constatar que en los ductos 2 y 5 soltaron sus puntos de

soldadura en las partes bajas (ver figura 6.1). El número 5 fue el que más putos soltó al agrado de

deformarse completamente, pasando de tener sección rectangular a prácticamente tener sección

circular, como se aprecia en la imagen derecha de la misma figura. Se destaca que de pruebas

realizas a cada uno de estos ductos, utilizando un banco improvisado que permitía alimentarlos

con agua a una presión de 3mca, se verificó que las fugas se hallaban en los puntos de soldadura

que se habían liberado durante la prueba de puesta a punto.

Figura 6.1. Deformación en ducto 2(izq.) y ducto 5(der.) en prueba de puesta a punto. Fuente propia

-En cuanto al diagnóstico de la falla presentada, dada sus características, una de las hipótesis es

que pudo tratarse de algún detalle constructivo durante la fabricación de estos ductos,

haciéndolos menos resistentes que el resto, dado que de haber sido un error de diseño, habrían

107

fallado todos. Por otra parte, el circuito abierto diseñado, construido e instalado, no cuenta a la

entrada del deshumidificador con una chimenea de alivio como la que se encuentra entre la salida

de este dispositivo y la entrada a la unidad de colectores. En este sentido, durante la prueba no se

sabía exactamente cuál era la presión a la entrada del deshumidificador, más allá de que se

conocía el caudal aproximado y que según las estimaciones numéricas, en ese punto la presión no

sobrepasaría los 3 mca. Por lo tanto, pudo haber ocurrido una sobre presión la cual se reflejó en la

falla de los ductos mencionados. Este resultado permitió constatar que el diseño del banco estaba

incompleto.

-Como resultados secundarios, se pudo verificar que la operación del banco diseñado es

práctica y la ventana de inspección resulta fundamental para las pruebas de puesta a punto. Por

otra parte, se pudo constatar que el espacio entre la unidad desalinizadora y la unidad de

colectores solares no es lo suficientemente amplio para trabajar cómodamente, por lo que el

dimensionamiento de esta parte del circuito no solo debe tomar en cuenta el detalle de la sombra

potencialmente perjudicial para el proceso.

108

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

Se diseño como dispositivo para generar caídas de presión controladas en el circuito

cerrado del proceso, un módulo de acción externa compuesto por dos mallas de aluminio

con iguales matrices de agujeros circulares, cuyos hilos verticales harían las funciones de

compuertas sincronizadas, dándole la capacidad al dispositivo de variar el área de paso y

el coeficiente de pérdidas en el ducto entre un máximo y un mínimo.

Las matrices de los elementos del módulo poseen 27 agujeros de 57 mm (0,057m) de

diámetro que ubican teóricamente al diseño en una condición óptima según los análisis

realizados. El dispositivo alcanzaría la pérdida deseada entre ¼ del apretura del área de

paso y el cierre total.

Se proyectó un sistema de alimentación desmontable conformado principalmente por un

tanque de alimentación elevado con capacidad para 0,6 m3, y una línea de tramos de

tubería y manguera de PVC de 0,0127m (½”) con una extensión de 28m, el cual

permitiría suministrar a la planta un flujo energéticamente constante.

Se diseño un recorrido desmontable y trasportable constituido principalmente por tramos

tubería y accesorios de CPVC de 0,0127m (½”), enmarcado en un área de 5,2m x 3,5m

(18,2 m2) y que cuenta con un backup para la realización de pruebas en estado

estacionario y condiciones de operación de diseño del prototipo. Además, el recorrido se

proyectó siguiendo las recomendaciones técnicas de las últimas publicaciones en la

materia, por lo que tiene características y condiciones de laboratorio útiles y adecuadas

para futuras pruebas de caracterización.

109

Con el banco desarrollado, a partir de pruebas de caracterización sería posible representar

cómo responde la productividad de la planta en función a la temperatura de entrada del

agua al evaporador, el instante de tiempo en el día, la potencia consumida en energía

primaria y la radiación. Además, el banco permitiría determinar los indicadores para

establecer la funcionalidad del prototipo, como lo son la Relación de ganancia de salida

(Gain Output Ratio o GOR) y la producción específica Sp.

Numéricamente se demostró que el sistema de suministro almacena suficiente energía

potencial para poder someter al prototipo a pruebas en condiciones estacionarias y de

diseño, siendo ésta la condición energéticamente más crítica para el sistema.

La estimación numérica del espesor de aislante que debía instalarse en el recorrido, arrojó

que debía ser cubierto con una capa de 19 mm (0,019m), para que en las zonas más

críticas del circuito, solo se disipe alrededor del 13 % de la energía que se perdería en

ausencia de esta capa de aislante.

En la etapa de construcción de esta fase del proyecto se elaboraron la totalidad de las

partes construibles y necesarias para el ensamblaje e instalación total del prototipo de

planta en campo. Se pudo demostrar la practicidad de los diseños desde el punto de vista

constructivo.

Resultó desfavorable haber planteado construir las mallas del dispositivo generador de

caídas de presión controladas con láminas de 0,0016m de espesor.

Se pudo demostrar que los dispositivos del prototipo desarrollados a lo largo de todo el

proyecto, son tanto prácticos desde la óptica de sus armados y establecimientos en campo,

como funcionales desde el punto de vista mecánico-estructural.

Haber planteado que el ensamblaje e instalación del prototipo debía ejecutarse aplicando

los módulos descritos, permitió seguir un orden lógico y tanto la aplicación como el uso

sistemático de herramientas y materiales.

110

Se pudo constatar la funcionalidad del dispositivo diseñado, construido e incorporado en

el ducto inferior de la unidad desalinizadora, desde el punto de vista mecánico.

Se evidenció la falta de un mecanismo en los soportes de la base de la unidad

desalinizadora para su nivelación en caso de presentarse alguna ligera inclinación en el

área de instalación.

Se constató que para las maniobras en lo alto (2,7 m de altura) es necesario al menos un

cuerpo de andamio y una escalera para el operario o los operarios trabajen de forma

cómoda y segura.

Más del 90% del ensamblaje e instalación del prototipo en el área de instalación la llevo a

cabo un solo ejecutor. El 10 % restante correspondiente a maniobras claves, se llevo a

cabo entre tres y dos operarios según los casos, y se demostró, gracias a los trabajos en

campo, que estos representan el número mínimo de operadores necesarios para concretar

satisfactoriamente la obra.

Se constató la presencia de imprecisiones durante la instalación de las partes de la unidad

desalinizadora, producto de deformaciones sufridas por las mismas y que son generadas

por los esfuerzos a las que están sujetas dentro del arreglo. Tales imprecisiones

dificultaron considerablemente ciertas maniobras, a pesar de ser básicas desde el punto de

vista de la mecánica espacial.

Se evidenció la necesidad de usar tornillos autorroscantes más largos, para facilitar los

procedimientos de fijación en maniobras donde el ajuste entre las partes es más

complicado.

El diseño de la unidad desalinizadora buscaba garantizar la estanqueidad requerida por el

ciclo cerrado de proceso, sin embargo, presentaba ciertas carencias técnicas con relación a

este detalle, por lo que fue necesaria la incorporación de las mejoras descritas para

garantizar el sellado del ducto.

111

Se demostró en la práctica que el sistema de suministro cuenta con suficiente energía

potencial para someter el prototipo a pruebas en condiciones estacionarias y de diseño.

No se pudo demostrar si los coeficientes de pérdida asociados a las válvulas de compuerta

de interés durante la prueba de puesta a punto, se correspondían a los obtenidos

numéricamente.

Los ductos de cobre del deshumidificador son partes vulnerables a sobre presiones.

RECOMENDACIONES

Se constató que la fijación de la cubierta transparente a su marco a través de silicón

trasparente no es fuerte, aun cuando funciona bien como sellador no permitiendo el paso

del agua de lluvia al interior del colector. En este sentido se recomienda mejorar la

fijación de las cubiertas transparentes a sus marcos a soportes para hacerla más fuerte.

La falla presentada en los ductos de cobre permitió constatar la carencia de una torre de

alivio de presión en el circuito abierto, antes de la admisión del deshumidificador

siguiendo el sentido del flujo. Por lo tanto, es necesario incorporar al circuito abierto tal

componente.

Adquirir una bomba cuyas especificaciones se adecuen a los requerimientos del prototipo

e incorporarla al banco.

Proponer un trabajo en el que se desarrolle una solución técnica para recuperar el agua

utilizada durante las pruebas.

Considerar en la creación de posteriores prototipos de esta naturaleza, que las partes de la

unidad desalinizadora se soporte sobre alguna estructura y no sobre otras partes, para así

en caso de fallas durante pruebas, desmontar más fácilmente la instalación.

112

Desarrollar un prototipo de unidad desalinizadora cuyo ensamblaje no requiera tantos

tornillos autorroscantes y al mismo tiempo utilice tornillos más largos.

Incorporar a las bases de la unidad desalinizadora un mecanismo para nivelar la

estructura, en caso de presentarse alguna ligera inclinación en el área de instalación.

En próximos desarrollos de banco de prueba, proyectar un área más espaciosa entre la

unidad desalinizadora y de colectores solares, para la circulación de los operadores.

113

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Energía Alterna “USB, Sartenejas pp 21-52 (2006)

116

APENDICES

APÉNDICE A: Procesos técnicos de acondicionamiento de aire

Son procesos adiabáticos utilizados para llevar al aire a ciertas condiciones térmicas

aprovechables o simplemente para llevar al aire a condiciones deseadas. Teóricamente, en el

ducto de aire de la unidad desalinizadora desarrollada en el proyecto, se producen dos procesos

de acondicionamiento de aire: enfriamiento con deshumidificación y calentamiento evaporativo.

En este apéndice se explican estos dos procesos. Si el lector quiere conocer otros, se insta a

revisar la referencia .

-Calentamiento evaporativo: en este proceso agua caliente es regada en un humificador donde

cede vapor al aire (trasferencia de masa). El aire calentado y humidificado menos denso asciende

saliendo del dispositivo por efecto de tiro natural definido en el Apéndice B. El fenómeno se

ilustra a continuación.

Figura A.1. Calentamiento evaporativo en humificador ( .Fuente: propia

En el proceso, asumiendo que el aire entra saturado y frío con bajo valor de humedad absoluta,

si el agua en la mezcla recorre la línea de vapor saturado como se explica en el apéndice B

(proceso C-B en la figura B.1), el aire saldría saturado y caliente con mayor humedad absoluta. El

proceso se esquematiza en la carta psicrométrica que se muestra a continuación.

117

Figura A.2. Calentamiento evaporativo esquematizado en carta psicrométrica

( Fuente: propia

A continuación los balances de masa y de energía en el dispositivo:

Aire: (A.1)

Agua: (A.2)

Energía:

(A.3)

En el calentamiento evaporativo se produce un fenómeno conocido como trasferencia de masa

cuya teoría fue considerada en el dimensionamiento del humificador de la unidad desalinizadora

desarrollada. Si el lector quiere conocer más se insta a revisar las referencias y .

-Enfriamiento con deshumidificación: en este proceso vapor trasportado por aire (aire

húmedo) a un deshumidificador, condensa al entrar en contacto con superficies frías

(transferencia de masa). El aire enfriado y deshumidificado más denso, desciende saliendo del

dispositivo por efecto de tiro natural Apéndice B mientras que el consensado cae por gravedad.

El fenómeno se ilustra a continuación.

118

Figura A.3. Enfriamiento con deshumidificación en deshumificador (

Fuente: propia

En el proceso, asumiendo que el aire entra saturado y caliente con alto valor de humedad

absoluta, si el agua en la mezcla recorre la línea de vapor saturado como se explica en el

apéndice B (proceso B-C en la figura B.1), el aire saldría saturado y frío con menor humedad

absoluta. El proceso se esquematiza en la carta que se muestra a continuación.

Figura A.4. Enfriamiento con deshumidificación esquematizado en carta psicrométrica

( Fuente: propia

119

A continuación los balances de masa y de energía en el dispositivo:

Aire: (A.4)

Agua: (A.5)

Energía: (A.6)

Ahora, el humificador y el deshumificador pueden formar de parte de una misma unidad en la

que se produzca simultáneamente (condiciones estacionarias), con la circulación de aire húmedo

saturado a través de un circuito cerrado, el proceso humidificación y deshumificación. Así, la

salida del humificador sería la entrada del deshumificador y la salida del deshumificador la

entrada del humificador (estado 3= estado 1). La unidad desalinizadora desarrollada en este

proyecto es en esencia lo descrito anteriormente.

120

APÉNDICE B: Psicrometría

La psicrometría es la ciencia asociada a la aplicación de métodos para controlar las propiedades

térmicas del aire húmedo. Lo anterior se puede hacer partiendo de ciertas predicciones teóricas a

través del uso de tablas psicrométricas o de la carta psicrométrica. Las tablas ofrecen gran

precisión, sin embargo, muchas veces no se requiere extremada precisión por lo que general se

utiliza la carta, que ahorra tiempo y cálculos . A continuación se presentará la teoría básica

(conceptos) asociada al manejo de las propiedades termodinámicas del aire húmedo.

-Aire seco: aire atmosférico al que se la retirado todo el vapor de agua y los contaminantes.

-Aire húmedo: mezcla entre aire seco y vapor de agua. La cantidad de vapor en el aire varía

desde cero (aire seco) hasta un máximo que depende de la temperatura y presión, conocido como

punto de rocío (estado de equilibrio entre el aire húmedo y la fase de agua condensada). En base a

la concepción binaria, si se supone al aire ideal, se puede tratar analíticamente cada componente

por separado como gas ideal y luego sumar las contribuciones de cada uno. Así el aire húmedo se

puede modelar como se muestra:

(B.1, Ley de Dalton)

(B.1a )

Si el estado del vapor es saturado: (B.1b)

Ahora, se asume que:

Además: (B.2)

(B.3)

121

(B.4a, Ley de Gas Ideal)

(B.4b, Ley de Gas Ideal)

(B.4c, Ley de Gas Ideal)

-Humedad absoluta: se define como el cociente entre la masa de vapor de agua y la masa de

aire seco contenida en la mezcla . La unidad en el SI es

.

(B.5)

-Humedad relativa: es el cociente entre la masa de vapor de agua en la mezcla y la masa

máxima de vapor de agua que puede contener la mezcla a su temperatura ( Por lo

establecido en el apéndice C, la humedad relativa también es el cociente entre la presión de vapor

de agua en la muestra de aire húmedo y su respectiva presión de saturación a la temperatura y

presión de la mezcla .

(B.6)

(B.7)

En la figura B.1, el punto A representa vapor (sobrecalentado) de agua en aire húmedo a una

determinada. Por su parte, B representaría vapor agua saturado en aire húmedo saturado a la

temperatura de la mezcla ( , estado en el cual condensaría el vapor dado que la muestra no

podría retener más humedad ( . Como se ve en la figura, a la temperatura de la mezcla la

es menor que la , por lo que la humedad relativa del aire húmedo sería menor que

uno ( ). Lo anterior puede verse notando que a la temperatura de la mezcla, el volumen

específico correspondiente al punto A ( ) es mayor que el volumen específico

correspondiente al punto B ( ) y según lo establecido por B.3, la sería menor

que (igual a la . También puede notarse en la figura que partiendo

de A, un aumento en la temperatura del aire húmedo, manteniendo la presión de vapor en la

mezcla, representaría una disminución de la humedad relativa del aire húmedo, dado que se

122

hace más pequeña en relación a la nueva temperatura de la muestra de aire. Lo contrario

ocurre si se disminuye la temperatura de la mezcla manteniendo la presión de vapor de la

muestra. Ahora, partiendo de A si se mantiene la temperatura de la mezcla y se agrega

humedad(a la podría aumentar la presión del vapor de a , alcanzando el estado B

(aire húmedo saturado a ).

-Temperatura de rocío: es la temperatura, medida en grados centígrados (SI) a la que aparece

la primera gota de agua en la muestra de aire húmedo (aire húmedo saturado). En la figura B.1

puede verse que partiendo de A, si se disminuye la temperatura de la muestra, manteniendo la

presión de vapor en la mezcla, hasta alcanzar la temperatura de saturación a la presión de vapor,

se consigue el punto de rocío (C). En dicho punto, la muestra es aire húmedo saturado con un

valor de humedad relativa de 100%( . Ahora partiendo de B, si se disminuye tanto la

temperatura como la presión del vapor en la mezcla, de tal manera que la humedad (vapor) en el

aire recorra la línea de vapor saturado, se alcanzaría el punto C manteniendo la humedad relativa

del aire en 100% durante todo el proceso. En el campo de la psicrometría se le conoce a este

proceso como enfriamiento con des humidificación. Al proceso contrario de C a B se le conoce

como calentamiento evaporativo. Teóricamente, en el ducto de aire de la unidad desalinizadora

desarrollada en el proyecto, se producen estos dos procesos.

Figura B.1. Diagrama T-v del agua (línea de vapor saturado). Fuente: propia

123

-Temperatura de bulbo seco: temperatura común determinada por un termómetro expuesto al

aire en ° C (SI) .

-Temperatura de bulbo húmedo: temperatura alcanzada por una muestra de aire húmedo

saturada con la evaporación de agua (líquida o sólida) sin variar la temperatura y presión de la

mezcla . En el SI se mide en grados centígrados.

-Entalpía del aire húmedo: se considera la contribución de la entalpía de aire seco y la del

vapor de agua saturado a la temperatura de la mezcla. La unidad de la entalpía del aire húmedo en

el SI es

. La formulación es como sigue:

(B.8)

-Tiro natural: movimiento de fluido generado por un gradiente de densidad en su seno. La

ganancia de tiro del aire en un recinto de altura H entre una región caliente y otra fría se calcula

como sigue . En el sistema internacional la ganancia es en Pascales.

(B.9)

124

APÉNDICE C: Transferencia de calor por radiación

La radiación es energía por unidad de tiempo, trasportada por ondas electromagnéticas a través

de un medio que puede existir o no. Aquella radiación que se propaga por una diferencia de T

(temperatura) se le llama radiación térmica, con longitudes de onda λ entre los µm y

µm(espectro) .

Se ha definido al cuerpo negro como el radiador térmico ideal que sirve de parámetro de

referencia al comparar las propiedades radiativas de superficies reales. Tiene las siguientes

propiedades:

- Absorbe toda la radiación incidente, sin importar longitud de onda y dirección.

- Emite la máxima energía para una temperatura y longitud de onda establecidas.

- Es un emisor difuso (emite en todas las direcciones).

Se puede obtener la cantidad de radiación difusa por unidad de área emitida en todas las

longitudes por un cuerpo negro, si se conoce la temperatura de su superficie, usando la ley de

Stefan Bolzmann cuya ecuación se presenta a continuación . En la ecuación (C.1) representa

la constante de Stefan Boltzmann y tiene un valor de 5.670x .

(C.1)

La radiación emitida por superficies reales no es mayor a la una superficie ideal (cuerpo negro).

Se define la ε (emisividad) como la razón entre la radiación emitida por un cuerpo real y la

emitida por un cuerpo negro a la misma temperatura.

Ahora, no toda radiación es emitida sino que además incide sobre las superficies. A la radiación

incidente por unidad de área sobre una superficie, con la contribución de todo el espectro se le

denomina irradiación total G(W/ ). En general, los cuerpos sobre los cuales incide la radiación

son semitransparentes por lo que de esa radiación parte se absorbe (abs), refleja (ref) y trasmite

(tr). El balance se presenta a continuación.

125

(C.2)

A la fracción de irradiación promedio total absorbida por la superficie (α =

) se le define

como absortividad hemisférica total. La reflectividad hemisférica total (ρ =

) se define como

la fracción de la irradiación promedio total reflejada por la superficie. La transmisividad (τ =

)

es la fracción de la irradiación promedio total que se trasfiere hacía otros cuerpos que se

encuentren tras de sí. Por lo tanto el balance (C.2) quedaría como sigue:

(C.3)

Existen superficies como las opacas en las que la transmisivisidad es prácticamente nula, por lo

que se puede despreciar, simplificándose el balance. Otras superficies pudieran tener un

componente de reflectividad despreciable y en otras pudieran despreciarse tanto la transmisividad

como la reflectividad.

Normalmente se establece que el intercambio de energía por radiación ocurre entre un cuerpo y

sus alrededores como se ilustra en la figura C.1. Un cuerpo gris, se define como aquel cuya

emisividad es igual a la absortividad ( ε), por lo que el calor por unidad de tiempo que

intercambia la superficie de un cuerpo con sus alrededores se expresa como sigue :

(C.4)

Figura C.1 Transferencia de calor por radiación. Fuente propia

126

La distribución espectral de la radiación que sale del sol es muy similar a la del cuerpo negro a

5500 °C. Una parte corresponde a radiación térmica que es la fuente de energía de los sistemas

solares térmicos. La radiación térmica proveniente del sol que incide en una superficie depende la

de la latitud en que se encuentre, la época del año y factores atmosféricos y meteorológicos .

A continuación la definición y esquematización (figura C.2) de los principales términos de la

radiación ambiental :

- Radiación extraterrestre: radiación que incide sobre un receptor en el espacio.

- Radiación global: fracción de radiación extraterrestre que incide en la superficie terrestre. Se

divide en radiación directa, difusa y de albedo.

- Radicación directa: radiación captada al encontrarse en línea recta con el sol.

- Radiación difusa: radiación debida a rayos dispersados por la atmósfera en dirección al

receptor.

- Radiación de albedo: radiación procedente a la reflexión de las ondas en el suelo.

Figura C.2.Compoenetes de la radiación ambiental. Fuente: Bayo

127

APÉNDICE D: Método de Newton para sistemas de ecuaciones no lineales

Para aproximar la solución del sistema no lineal dada una aproximación inicial se

sique el siguiente algoritmo [19]:

ENTRADA número n de ecuaciones e incógnitas; aproximación inicial ,

tolerancia TOL; número máximo de iteraciones N.

SALIDA solución aproximada o un mensaje que se rebasó el número de

iteraciones.

Paso 1 Tomar

Paso 2 Mientras hacer los pasos 3-7

Paso 3 Calcular y , donde

para

Paso 4 Resolver el sistema lineal

Paso 5 Tomar

Paso 6 Si , entonces SALIDA ;

(Procedimiento terminado exitosamente.)

PARAR.

Paso 7 Tomar

Paso 8 SALIDA (“Número máximo de iteraciones excedido”);

(Procedimiento terminado sin éxito.)

PARAR.

128

APÉNDICE E: Transferencia de calor por conducción y convección

La energía en tránsito a través de un medio, producto de un gradiente de temperatura se conoce

como transferencia de calor . El tipo de medio por el que transita la energía determina el

mecanismo de transferencia de calor. Se han definido tres formas o modos para transferir esa

energía: conducción, convección y radiación.

E.1 Conducción

La conducción se produce cuando el gradiente de temperatura existe entre dos o más puntos

(regiones) de un medio físico o material . Si la materia se encuentra en estado sólido la

transferencia se produce mediante la vibración la red y por el trasporte de electrones libres. Si la

materia se encuentra en estado líquido o gaseoso, la conducción térmica depende de la

temperatura y por ende se produce a través del contacto entre las moléculas en movimiento. El

fenómeno se ilustra a continuación.

Figura E.1. Transferencia de calor por conducción. Fuente propia

El mecanismo de conducción se modela a través de la ley de Fourier. La ley establece que la

potencia con que se trasfiere el calor en la dirección , por área unitaria perpendicular a la

dirección de trasferencia, es proporcional la gradiente de temperatura en esta dirección .

(E.1)

129

La constante de proporcionalidad k, es la constante de conductividad térmica del material siendo

sus unidades en el SI (sistema internacional) .Si no varía con el tiempo (régimen

estacionario) o si en el interior del material no hay sumideros o fuentes de calor, entonces la

ecuación E.1 se integra . La misma puede integrarse para diferentes geometrías como son:

pared plana, cilindro y esfera. Las ecuaciones se presentarán cuando se mencionen los casos

considerados en los estudios de trasferencia de calor realizados en el proyecto.

E.2 Convección

La convección ocurre cuando el gradiente de temperatura existe entre una superficie y un fluido

en movimiento . En forma general, este mecanismo se puede presentar como convección

forzada para flujo externo o interno y como convección libre, también para flujo externo o

interno. En la convección forzada el movimiento del fluido es producto de una fuerza motriz,

mientras que en la libre, el movimiento es resultado de un gradiente de densidades en el seno del

fluido. Ahora, se habla de flujo interno si éste se encuentra confinado en un elemento confinante

con el que trasfiere calor, siendo el caso contrario para el flujo externo. El mecanismo de

trasferencia se ilustra a continuación.

Figura E.2. Transferencia de calor por convección. Fuente propia

El mecanismo de convección se modela a través de una simplificación conocida como la ley de

Enfriamiento de Newton. La ley establece que la potencia con que se trasfiere el calor entre el

fluido y la superficie, por área unitaria, es proporcional a la diferencia entre la temperatura de la

superficie y la temperatura de la película .

130

La constante de proporcionalidad , es el coeficiente de convección promedio siendo sus

unidades en el SI

. El coeficiente de convección es función de la dinámica del fluido, las

propiedades del fluido (viscosidad y propiedades térmicas) y la forma de la superficie

(geometrías). Estas condiciones afectan el número de Nusselt(Nu), que es el valor asociado al

gradiente de temperatura adimensional en la superficie y del cual el coeficiente de convección

depende linealmente .

(E.3)

Como se ve en la ecuación (E.3), el coeficiente de convección promedio también depende

linealmente de la conductividad térmica del fluido e inversamente de la variable dimensional

característica de la geometría. Se han desarrollado una serie de correlaciones, en base a datos

experimentales, con las que se determina el número de Nusselt para diversidad de casos de

trasferencia por convección. Las ecuaciones se presentarán cuando se mencionen los casos

considerados en los estudios de trasferencia de calor realizados en esta fase del proyecto.

131

APÉNDICE F: Detalles técnicos de interés de los equipos e instrumentos disponibles para

esta fase del proyecto

F.1 Calentador eléctrico

F.1 Curva teórica del calentador

F.2 Medidor de flujo tipo turbina

F.2 Norma para su instalación y rango de trabajo del instrumento

132

F.3 Medidor de flujo por efecto doppler

Este medidor es diseñado para ser colocado en tuberías de 1” o más de diámetro. Los siguientes

dos esquemas tomados del manual del instrumento muestran los sitios donde puede ser ubicado el

instrumento en una instalación de tuberías.

F.3 Colocación adecuada del instrumento en una instalación de tuberías

133

APÉNDICE G: Ecuaciones matemáticas y programa numérico para la determinación tanto

número total como diámetro de los agujeros en las mallas del dispositivo

G.1 Funciones matemáticas del número de agujeros en dirección x y y

Asumiendo que en coordenadas cartesianas el eje x es paralelo al lado más largo del la sección

rectangular del ducto y el eje y paralelo a su lado más corto como se representa en la figura 3.2,

para la configuración del módulo en el que su malla móvil se desplaza paralelamente al eje x, las

funciones matemáticas dependientes del diámetro que definen el número de huecos circulares en

ambas direcciones son las siguientes:

(G.1)

(G.2)

En la ecuación (G.1) la magnitud de 1140 representa la longitud en mm del lado más largo de la

sección del ducto y S es el ancho de los hilos de la mallas paralelos al eje x. En la ecuación (G.2)

205 es la longitud en mm del lado más corto de la sección del ducto.

Para una segunda configuración del módulo en el que su malla móvil se desplaza paralela al eje

y, las funciones matemáticas que define el número de huecos circulares de sus matrices en las

direcciones x y y son las siguientes:

(G.3)

(G.4)

En las ecuaciones (G.3) y (G.4) según esta configuración del módulo S pasa a ser en la ancho

de los hilos de las mallas paralelos al eje y.

134

G.2 Función matemática de la longitud del lado más largo del elemento móvil

En la ecuación (G.5) 2S representa la distancia más corta en dirección horizontal desde la línea

tangente de los agujeros contigua y paralela a uno de los lados más cortos de la lámina. Así,

según la fórmula y la configuración de la matriz, la distancia en dirección horizontal del lado

contrario de la lámina a la línea contigua, paralela y tangente de los agujeros más cercanos a éste

es D, o el ancho de los hilos verticales. Este espacio además de hacer la función de compuerta

como el resto de los hilos verticales sería utilizado para instalar (soldar) el vínculo entre el

elemento móvil y el mecanismo para desplazarlo desde fuera del ducto de aire.

(G.5)

135

APÉNDICE H: Accesorios diseñados para la instalación de dispositivos desarrollados en

esta fase del proyecto

H.1 Accesorios para la instalación del dispositivo generador de caídas de presión

Para la instalación del elemento móvil se propusieron dos soportes de sección transversal en

forma de L atornillados a los extremos del elemento, que a su vez se fijen a las paredes del ducto

con el mismo tipo de tornillo(3/16”), permitiendo instalar la malla como se ve en la figura H.1.

Se planteó construir este accesorio con aluminio de espesor entre 1 y 1,6mm disponible en los

almacenes del LFT.

Figura H.1. Instalación de la malla fija a través de los soportes. Fuente: propia

Para mantener ambas mallas con sus caras cercanas, se propusieron tres tramos de sección

transversal en forma de L (rieles) remachados al piso y al techo del ducto de aire como se

muestra en la figura H.2. Además, tales accesorios permitirían sólo el desplazamiento horizontal

del elemento móvil y se planteó construirlos del material anteriormente descrito. Por otra parte,

se propuso remachar una pista también apreciable en la figura H.2 fabricada con alguna lámina

delgada de aluminio hasta de 2,5mm (ancho del espaciado), sobre la cual desplace el elemento

móvil.

136

Figura H.2. Pista remachada al piso y rieles remachados al piso y al techo ducto de aire

inferior. Fuente: propia

Respecto al mecanismo para accionar el elemento móvil se planteó un sistema conformado por

un eje pulido, un pasa cable (goma) a instalarse en la pared del ducto, a través del cual deslizaría

dicho eje manteniendo la estanqueidad en el recinto y un elemento con forma de semi-aro

soldado a la malla que vincule el eje al elemento móvil por medio de un tornillo(3/16”). En la

figura H.3 se detalla la idea.

Figura H.3 Detalles del mecanismo de acción del elemento móvil. Fuente: propia

137

H.2 Accesorio para la instalación de la línea de alimentación

En cuanto al accesorio para la fijación del recorrido a las barandas de la torre y del puente en

diferentes puntos, se planteó el desarrollo presentado en la figura H.4. Se trataría de un accesorio

conformado por una base de acero inoxidable de 100x25mm (0,1x0,025m), sobre la cual estaría

soldado un perfil de hierro galvanizado de 100mm (0,1m) de longitud, para la colocación de

abrazaderas para tubos de ½” (0,0127m) y una barra roscada de 1/4”(0,0064m) en forma de U

cuyos extremos pasen por agujeros en la base, como se aprecia en la figura G.4. La barra roscada

serviría para asir las bases de los accesorios a los tubos de la baranda cuyo diámetro aproximado

es de 8 cm, al enroscar tuercas de 1/4” (0,0064m) en los extremos de la barra. El accesorio

podría disponerse de dos formas según el caso como se muestra en las imágenes de la figura H.4

y se construiría a partir de materiales recuperados y productos comerciales comunes.

Figura H.4. Detalles de accesorio para la instalación de la línea de alimentación. Fuente:

propia

138

H.3 Accesorio para la instalación del circuito abierto

En cuanto al accesorio para la instalación del recorrido al suelo del área de instalación, se

planteó el desarrollo presentado en la figura H.5. Se trataría de un accesorio conformado por una

base de aluminio (lámina) de 150x25mm y 1,6mm de espesor doblada en forma de L, ajustada a

un perfil de hierro galvanizado de 280mm (0,28m) de longitud a través de un tornillo de 1/4”

(0,0064m), para la colocación de abrazaderas para tubos de ½” (0,0127m). A su vez la base en

forma de L se fijaría al piso con tornillos para ramplug verde. El accesorio podría disponerse de

dos formas según el caso como se muestra y se construiría a partir de materiales recuperados y

productos comerciales comunes.

Figura H.5. Detalles de accesorio para la instalación de la línea de alimentación.

Fuente: propia

139

APÉNDICE I: Estimación de la sombra máxima proyectada por la unidad desalinizadora

Como se describió brevemente en la sección 2.2.1 el cabeceo de la tierra a lo largo del año

oscila entre 23,45° y la figura I.1 muestra los ángulos de interés asociados al fenómeno para la

determinación de la proyección de la sombra.

Figura I.1.Cabeceo de la tierra hacia el sur. Fuente: propia.

Cuando la línea ecuatorial alcanza 23,45° respecto al plano de la eclíptica, que se puede asumir

paralelo a los rayos solares, la extensión de radio mostrada, que pasa por un punto en tierra con

10° de latitud norte, alcanza 13,45° respecto a los rayos del sol. Por lo tanto, el eje vertical de la

unidad desalinizadora dispuesta sobre un piso plano, alcanzará 13,45° respecto a los rayos

incidentes en el sitio como se esquematiza en la figura 3.14. Entonces, según el triángulo

rectángulo formado, la proyección máxima hacia el sur en función altura de la unidad (aprox.

2900mm) rondaría los 700 mm (0,7m).

140

APÉNDICE J: Disposición lógica propuesta de los principales dispositivos en cada uno de

los módulos o pre ensamblajes

-Módulo 1: sólo sería conformado por un tramo de tubería.

-Módulo 2: estaría conformado por tramos y válvula de paso para la purga del colector 1 a la

salida de éste.

-Módulo 3: estaría conformado por tramos y válvula de paso que cerrada serviría para poner a

trabajar los colectores en serie.

-Módulo 4: estaría conformado por tramos, válvula de paso que cerrada serviría para poner a

trabajar sólo el colector 1 y válvula de paso para la purga del colector 2 a su salida.

-Módulo 5: estaría conformado por tramos, una bomba, válvula de paso a la salida de ésta que

cerrada serviría para poner a trabajar el backup y válvula de paso antes para sangrado/purga de la

línea.

-Módulo 6: estaría conformado por tramos, válvula de paso que cerrada serviría para poner a

trabajar sólo el colector 1 o ambos colectores en paralelo y válvula de paso en la admisión del

colector 2 para sangrado.

-Módulo 7: estaría conformado por tramos y válvula de paso que cerrada serviría para poner a

trabajar sólo el colector 1.

-Módulo 8: estaría conformado por tramos y válvula de paso en la admisión del colector 1 para

sangrado.

-Módulo 9: estaría conformado por tramos, válvula de compuerta para el control de la presión y

el caudal del flujo hacía unidad de colectores, toma de presión estática, tramo de 1” de diámetro

para la colocación del medidor de flujo y una válvula de paso para la purga de la línea.

141

-Módulo 10: estaría conformado por tramos y válvulas de compuerta para el control de la

presión y el caudal de las líneas que parten del punto de admisión del circuito.

-Módulo 11.1 y 11.2: estaría cada uno conformado por tramos, toma para medición de

temperatura de los flujos hacía la unidad desalinizadora, derivación con válvula de compuerta y

tramo de 1” de diámetro para la colocación del medidor del flujo.

-Modulo 12: estaría conformado por tramos, válvula de paso que cerrada serviría para sacar el

backup de operación, válvulas de paso para purga y sangrado, válvula de compuerta para la

controlar la presión del flujo hacia el humidificador y toma para medición de temperatura de

dicho flujo.

-Módulo 13: sólo sería conformado por un tramo de tubería.

-Módulo 14: estaría conformado por tramos y válvula de paso para la purga/sangrado de la

línea.

-Módulo 15: sólo sería conformado por un tramo de tubería.

-Módulo 16: estaría conformado por tamos, toma para la medición de temperatura del flujo

hacia los colectores, derivación con válvula de compuerta y tramo de 1” de diámetro para la

colocación del medidor del flujo.

142

APÉNDICE K: Principales procedimientos de ensamblaje e instalación del prototipo por

módulo

K.1 Ensamblaje e instalación de la unidad desalinizadora

K.1.1 Módulo1: instalación de dispositivo en ducto inferior

K.1. Colocación y atornillado de pared frontal desmontable del ducto inferior. Fuente propia

K.2. Atornillado de soportes a la malla fija. Fuente propia

K.3. Atornillo del arreglo soportes-malla a las paredes frontales del ducto. Fuente: propia

143

K.4. Disposición de malla móvil

K.5. Instalación de mecanismo de accionamiento del dispositivo. Colocación de goma tipo pasa-

cable (izq.) y vinculación (der.) del eje a la malla móvil. Fuente: propia

K.1.2 Módulo2: instalación de la base de la unidad desalinizadora

K.6. Disposición de las base de la unidad desalinizadora respecto a lado oeste y norte del área de

instalación. Distancias en mm. Fuente: propia

144

K.1.3 Módulo3: instalación de ducto inferior en la base y primera fase del ensamblaje e

instalación de los ductos verticales de la unidad desalinizadora

K.7. Fijación de las paredes frontales del ducto vertical del deshumidificador al ducto inferior.

Fuente: propia

K.8. Disposición de la pared lateral interna del ducto vertical del deshumidificador y su

atornillado al ducto inferior. Fuente: propia

K.9. Atornillado de la pared lateral interna a las frontales del ducto vertical del deshumidificador

(visto desde arriba). Fuente: propia

145

K.10.Fijación del ducto inferior a la base. Fuente: propia

K.11. Incorporación de estructura la desmontable de la base y su fijación a ésta y al ducto

inferior. Fuente: propia

146

K.1.4 Módulo 4: segunda fase del ensamblaje e instalación de los ductos verticales de la

unidad desalinizadora

K.12. Colocación de los ductos de cobre e incorporación del múltiple inferior en el ensamblaje

parcial del ducto vertical del deshumidificador. Fuente: propia

K.13. Empaque en el humidificador parcialmente ensamblado. Arreglo de las persianas atadas a

la colmena. Fuente: propia

147

K.14. Disposición e instalación de las paredes laterales externas en ambos ductos verticales vista

desde arriba. Fuente: propia

148

K.15. Atornillado del soporte del distribuidor y de la colmena en el humidificador a la pared

lateral externa de su ducto vertical. Fuente: propia

K.16. Fijación de los ductos de cobre a las paredes laterales del ducto vertical del

deshumidificador. Fuente: propia

149

K.1.5 Módulo 5: ensamblaje e instalación del encamisado de los ductos verticales

K.17. Colocación lógica y ordenada del marco inferior, de las láminas de aislante y del marco

superior previo al encamisado del humidificador. Fuente: propia

K.18. Colocación de láminas frontales y laterales (internas y externas) y atornillado a los marcos

como primer procedimiento para el encamisado del deshumidificador y humidificador. Fuente:

propia

150

K.1.6 Módulo 6: instalación del ducto superior

K.19. Distribuidor incorporado en el ensamblaje total del humidificador. Fuente: propia

K.20. Múltiple superior incorporado al ensamblaje total del deshumidificador. Fuente: propia

151

K.2 Ensamblaje e instalación de la unidad de colectores solares

K.2.1 Módulo1: instalación de las bases de la unidad de colectores

K.21. Disposición de la base del colector 1 respecto a la las caras este y sur de la base de la

unidad desalinizadora(imágenes superiores) y del colector 2 de forma alineada y a la distancia

indicada respecto a la base del colector 1( imagen inferior). Distancias en mm. Fuente: propia

152

K.2.2 Módulo 2: disposición de carcasa externa y arreglo de aislantes

K.22. Colocación centrada de las carcasas externas en sus bases

K.23. Arreglo de aislantes en la carcasa externa. Fuente: propia

K.2.3 Modulo 3: Disposición e instalación de absorbedores

K.25. Disposición de la carcasa interna en su lugar. Fuente: propia

153

K.26.Colocación del absorbedor en posición. Fuente: propia

K.3 Ensamblaje e instalación de la unidad de banco de prueba

K.27. Pre-ensamblaje 1 y ubicación aproximada de su(s) soporte(s). Fuente: propia

K.28. Pre-ensamblaje 2 y ubicación aproximada de su(s) soporte(s). Fuente: propia

154

K.29. Pre-ensamblaje 3 y ubicación aproximada de su(s) soporte(s) (igual al pre-ensamblaje7).

Fuente: propia

K.30. Pre-ensamblaje 6 y ubicación aproximada de su(s) soporte(s). Fuente: propia

K.31. Pre-ensamblaje 8 y ubicación aproximada de su(s) soporte(s). Fuente: propia

155

K.32. Pre-ensamblaje 9 y ubicación aproximada de su(s) soporte(s). Fuente: propia

K.33. Pre-ensamblaje 10 y ubicación aproximada de su(s) soporte(s). Fuente: propia

K.34. Pre-ensamblaje 11.1 y ubicación aproximada de su(s) soporte(s). Fuente: propia

156

K.35. Pre-ensamblaje 11.2 y 4 y ubicación aproximada de su(s) soporte(s). Fuente: propia

157

K.36. Pre-ensamblaje 12. Fuente: propia

K.37. Pre-ensamblaje 13 y 15. Fuente: propia

158

K.38. Pre-ensamblaje 14y ubicación aproximada de su(s) soporte(s). Fuente: propia

NOTA: el tubo extra 3 del pre-ensamblaje 14 durante los trabajos de ensamblaje e

instalación tuvo que ser reemplazado por un tubo 6

K.39. Pre-ensamblaje 16 y ubicación aproximada de su(s) soporte(s). Fuente: propia

159

K.40. Arreglo válvula de compuerta-toma de presión estática. Fuente: propia

K.41. Arreglo válvula de compuerta para derivación. Fuente: propia

K.42. Arreglo para conexión de sensores de temperatura. Fuente: propia

160

K.43. Arreglo válvula de compuerta-toma para conexión de sensor de temperatura. Fuente:

propia

NOTA: el tramo de cobre de 140 mm de longitud de este arreglo durante los trabajos de

ensamblaje e instalación tuvo que ser reemplazado por un tramo de 200 mm

K.44. Arreglo válvula de compuerta para control de flujo y presión. Fuente: propia

161

K.45. Ensamblaje para la conexión del circuito a la admisión del humidificador. Fuente: propia

K.46. Ensamblajes para la conexión del circuito a la admisión del deshumidificador (izq.) y a la

descarga del mismo dispositivo (der.) Fuente: propia

NOTA: el tubo extra 2 del ensamblaje de la imagen izquierda de la figura K.46, durante los

trabajos de ensamblaje e instalación tuvo que ser reemplazado por un tubo 6 y al tubo 7

hubo que empatarle un tubo 2, como se aprecia en la imagen central de la figura 5.34

162

APÉNDICE L: Realización de ventanas de inspección de la parte baja de la cara sur de la

unidad desalinizadora

L.1. Bosquejo de ventana de inspección. Distancias en cm. Fuente: propia

L.2. Trazado de las líneas guía. Fuente: propia

L.3. Realización de agujeros en los vértices de los rectángulos trazados (esquinas de las

ventanas). Fuente: propia

163

L.4. Eliminación de rebabas. Fuente: propia

L.5. Corte de la lámina y trabajo de acabado. Fuente: propia