Desarrollo de un prototipo experimental automatizado vía briquetaje como alternativa para el aprovechamiento de residuos vegetales.
El proyecto presenta un innovador prototipo electromecánico destinado a valorizar residuos vegetales mediante la producción automatizada de briquetas. Optimiza parámetros de presión y temperatura con dispositivos de control como inversores de frecuencia y resistencias eléctricas, garantizando eficie...
- Autores:
-
Tello Sierra, Fátima Alejandra
Carvajal Paredes, Brandon Steven
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2024
- Institución:
- Universidad Francisco de Paula Santander
- Repositorio:
- Repositorio Digital UFPS
- Idioma:
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
- https://repositorio.ufps.edu.co/handle/ufps/9191
- Palabra clave:
- Prototipo electromecánico
Sostenibilidad energética
Valorización de residuos
Producción automatizada
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- openAccess
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- Derechos Reservados - Universidad Francisco de Paula Santander, 2024
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El proyecto presenta un innovador prototipo electromecánico destinado a valorizar residuos vegetales mediante la producción automatizada de briquetas. Optimiza parámetros de presión y temperatura con dispositivos de control como inversores de frecuencia y resistencias eléctricas, garantizando eficiencia mediante la infraestructura de comunicación Modbus RTU. La integración de un PLC Koyo CLICK y una HMI facilita la ejecución fluida y sienta las bases para futuras innovaciones en generación de energía. La investigación subraya la importancia de la sostenibilidad energética y la reducción de la huella de carbono global mediante la gestión y utilización de biomasa. Destaca la eficacia del prototipo en transformar residuos en energía y optimizar procesos para aumentar la eficiencia. Las conclusiones enfatizan el potencial de adopción generalizada de tecnologías similares para abordar desafíos ambientales y promover prácticas sostenibles en la gestión de residuos y la producción de energía. El estudio aborda problemas y beneficios potenciales, revisa investigaciones previas, proporciona una conceptualización teórica, detalla la metodología y presenta resultados significativos, ofreciendo una solución innovadora con potenciales beneficios ambientales y económicos |
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La investigación subraya la importancia de la sostenibilidad energética y la reducción de la huella de carbono global mediante la gestión y utilización de biomasa. Destaca la eficacia del prototipo en transformar residuos en energía y optimizar procesos para aumentar la eficiencia. Las conclusiones enfatizan el potencial de adopción generalizada de tecnologías similares para abordar desafíos ambientales y promover prácticas sostenibles en la gestión de residuos y la producción de energía. El estudio aborda problemas y beneficios potenciales, revisa investigaciones previas, proporciona una conceptualización teórica, detalla la metodología y presenta resultados significativos, ofreciendo una solución innovadora con potenciales beneficios ambientales y económicos1 Introducción ............................................................................................................................. 1 2 Planteamiento Del Problema ................................................................................................... 3 3 Justificación ............................................................................................................................. 7 3.1 Beneficios Tecnológicos .................................................................................................. 8 3.2 Beneficios Institucionales ................................................................................................ 8 3.3 Beneficios Sociales .......................................................................................................... 9 4 Objetivos ................................................................................................................................ 10 4.1 Objetivo General ............................................................................................................ 10 4.2 Objetivos Específicos ..................................................................................................... 10 5 Alcances, Limitaciones y Delimitaciones ............................................................................. 11 5.1 Alcances ......................................................................................................................... 11 5.2 Limitaciones ................................................................................................................... 11 5.3 Delimitaciones ................................................................................................................ 11 5.3.1 Delimitación Temporal. .......................................................................................... 11 5.3.2 Delimitación Espacial. ............................................................................................ 11 6 Marco Referencial ................................................................................................................. 12 6.1 Antecedentes .................................................................................................................. 12 6.1.1 Antecedentes Nacionales ........................................................................................ 12 6.1.2 Antecedentes Internacionales .................................................................................. 14 6.2 Marco Teórico ................................................................................................................ 16 6.2.1 Biomasa................................................................................................................... 16 6.2.1.1 Clasificación de la biomasa ................................................................................. 16 6.2.1.2 Valorización energética de biomasa residual ...................................................... 16 6.2.2 Briqueta ................................................................................................................... 20 6.2.2.1 Tipos y formas de briquetas ................................................................................ 21 6.2.2.2 Parámetros importantes para la fabricación de briquetas .................................... 22 6.2.2.2.1 Tamaño de partículas ..................................................................................... 22 6.2.2.2.2 Presión de compactación ............................................................................... 22 6.2.2.2.3 Temperatura de secado .................................................................................. 23 6.2.2.2.3.1 Secado al aire libre .................................................................................. 23 6.2.2.2.3.1 Secado forzado ........................................................................................ 24 6.2.2.2.4 Contenido de la humedad .............................................................................. 25 6.2.3 Aglutinante .............................................................................................................. 25 6.2.4 Sistemas electromecánicos para el proceso de briquetado ..................................... 25 6.2.5 Tipos de maquinarias para la fabricación de briquetas ........................................... 28 6.2.5.1 Máquinas artesanales........................................................................................... 29 6.2.5.2 Máquinas semiindustriales .................................................................................. 29 6.2.5.3 Máquinas industriales .......................................................................................... 29 6.2.6 Sistema de alimentación ......................................................................................... 30 6.2.6.1 Tolva de Alimentación ........................................................................................ 30 6.2.6.2 Sistema de Transporte Mecánico ........................................................................ 30 6.2.7 Sistema de transmisión de potencia ........................................................................ 30 6.2.7.1 Motor Eléctrico y Engranajes:............................................................................. 31 6.2.7.2 Embrague: ........................................................................................................... 31 6.2.7.3 Acoplamiento Directo: ........................................................................................ 31 6.2.8 Sistema térmico ....................................................................................................... 32 6.2.8.1 Hornos eléctricos de resistencias......................................................................... 32 6.2.8.2 Aplicaciones de los hornos de resistencias ......................................................... 32 6.2.9 Automatizaciòn ....................................................................................................... 32 6.2.9.1 Controlador lógico programable ......................................................................... 33 6.2.9.2 Interfaz Hombre- Máquina .................................................................................. 33 6.2.9.3 Variador de frecuencia ........................................................................................ 33 6.3 Marco Legal ................................................................................................................... 33 6.3.1 NTC-2060 (Guía para la briqueta como combustible para uso doméstico)............ 34 6.3.2 Decreto 1713 del 2012 ............................................................................................ 34 6.3.3 Ley 99 de 1993(Ministerio de medio ambiente) ..................................................... 34 6.3.4 Resolución 601 del 2010(Norma de Calidad del Aire o Nivel de Inmisión, para todo el territorio nacional) ..................................................................................................... 34 6.3.5 Conpes 3510 del 2018 ............................................................................................. 34 7 Diseño Metodológico ............................................................................................................ 35 7.1 Fase 1: Recopilación, análisis y síntesis de información ............................................... 35 7.2 Fase 2: Planteamiento..................................................................................................... 35 7.3 Fase 3: Experimentación y análisis ................................................................................ 36 8 Resultados .............................................................................................................................. 37 8.1 Estudio bibliográfico acerca de los sistemas electromecánicos para el aprovechamiento de residuos vegetales existentes. ............................................................................................... 37 8.1.1 Sistemas electromecánicos para el proceso de briquetado. .................................... 39 8.1.2 Materia prima .......................................................................................................... 44 8.1.2.1 Árbol de Neem .................................................................................................... 45 8.1.3 Aglutinante .............................................................................................................. 46 8.1.4 Almidones ............................................................................................................... 48 8.1.4.1 Almidón de papa ................................................................................................. 49 8.2 Rediseño del banco de pruebas ...................................................................................... 49 8.2.1 Determinación de los sistemas que componen el prototipo aplicando metodología prescriptiva. ........................................................................................................................... 50 8.2.1.1 Modelo de fase .................................................................................................... 51 8.2.2 Desarrollo del prototipo para el aprovechamiento de residuos vegetales ............... 51 8.2.2.1 Unidad de Molienda ............................................................................................ 52 8.2.2.1.1 Tolva .............................................................................................................. 53 8.2.2.1.2 Motor con caja reductora ............................................................................... 54 8.2.2.1.3 Acople tipo araña ........................................................................................... 54 8.2.2.1.4 Tornillo sin fin ............................................................................................... 55 8.2.2.1.5 Transmisión por Correa ................................................................................. 55 8.2.2.2 Unidad de Compactación .................................................................................... 55 8.2.2.2.1 Variador de frecuencia ................................................................................... 56 8.2.2.3 Unidad de Secado ................................................................................................ 58 8.2.2.4 Selección de sensores .......................................................................................... 61 8.2.2.4.1 Sensores de posición ...................................................................................... 61 8.2.2.4.2 Matriz de selección Pugh ............................................................................... 64 8.2.2.4.3 Sensor TZ-8108 ............................................................................................. 66 8.2.2.5 Estructura de soporte ........................................................................................... 67 8.2.2.6 Automatizaciòn del banco de pruebas ................................................................. 69 8.2.2.6.1 Componentes del panel de control para el banco de pruebas ........................ 69 8.2.2.6.1.1 Controlador lógico programable (PLC) .................................................. 70 8.2.2.6.1.2 Programación de controlador lógico programable (PLC) ....................... 75 8.2.2.6.2 Interfaz hombre-máquina (HMI) ................................................................... 79 8.3 Experimentación y análisis............................................................................................. 83 8.3.1 Elaboración de briquetas. ........................................................................................ 83 8.3.1.1. Características físicas ...................................................................................... 85 8.3.1.2. Propiedad de densidad. ................................................................................. 86 8.3.2 Metodología diseño de experimentos (DOE) y análisis compuesto central (ANOVA) .............................................................................................................................. 87 8.3.3 Ensayo de incineración ........................................................................................... 93 8.4 Divulgación .................................................................................................................... 94 9 Conclusiones .......................................................................................................................... 96 10 Recomendaciones .............................................................................................................. 98 11 Referencias ....................................................................................................................... 100PregradoIngeniero(a) Electromecánico(a)135 páginas. ilustraciones, (Trabajo completo) 4.586 KBapplication/pdfspaUniversidad Francisco de Paula SantanderFacultad de IngenieríaSan José de CúcutaIngeniería ElectromecánicaDerechos Reservados - Universidad Francisco de Paula Santander, 2024https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessAtribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2https://catalogobiblioteca.ufps.edu.co/cgi-bin/koha/opac-retrieve-file.pl?id=6b452846ea9a9eab63a43b9b9174861cDesarrollo de un prototipo experimental automatizado vía briquetaje como alternativa para el aprovechamiento de residuos vegetales.Trabajo de grado - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttps://purl.org/redcol/resource_type/TPinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85Prototipo electromecánicoSostenibilidad energéticaValorización de residuosProducción automatizadaAlmache, C. 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