Optimización del diseño de estufa rocket de 16 cm x 16 cm de chimenea para la obtención de carbón activado a usarse como filtro de agua en la planta piloto de la Universidad Señor de Sipán-Pimentel

Abstract

En esta tesis de investigación se optimizó el diseñó de una estufa rocket para sintetizar carbón activado y utilizarlo como filtro de agua en la planta piloto de la Universidad Señor de SipanPimentel. Las necesidades de la empresa se obtuvieron por entrevistas a los encargados de la planta piloto. Se analizaron cuatro geometrías de diseños de estufas rocket mediante una matriz de selección para obtener el diseño final. Luego se realizó un análisis a las paredes de la estufa rocket para evaluar mecanismos de transferencia de calor y determinar a partir de ello un espesor de aislante. El espesor del aislante determinó mediante una GUI (Interfaz gráfica de usuario) desarrollada en Excel, considerando una temperatura máxima en la superficie externa de la estufa de < 60°C. Obtenido este espesor se hizo una simulación en Solidworks® para obtener con más detalle la forma final del aislamiento. También se analizó una tobera en el sistema con la finalidad de obtener un flujo volumétrico y una velocidad de salida para que la combustión sea completa. La estimación de la relación de área, para determinar la cantidad de aire necesario, se determinó utilizando una GUI y posteriormente se realizó una simulación en Solidworks® para ver el comportamiento del fluido al momento de ingresar por la tobera. La configuración cuadrada de la estufa rocket resultó ser la adecuada para realizar los análisis, el acero seleccionado para esta optimización del diseño de estufa rocket fue el ASTM-A36 considerando que estará sometida a altas temperaturas durante el proceso de combustión de la biomasa. El espesor de pared resultó en 3.5 a 4 cm y el flujo volumétrico dentro de la cámara de combustión fue de 6.02 m/s. Finalmente se realizó el análisis para calcular la temperatura de flama adiabática, obteniendo una temperatura de 969.906 °C .Los valores que se obtuvieron nos dicen que aumentando el flujo volumétrico de entrada en la cámara de combustión, se tendrá como consecuencia un aumento de temperatura en la cámara de combustión y posteriormente en la parrilla en donde se sitúa la cascara de coco, logrando obtener un carbón activado de calidad garantizando así un buen desempeño como filtro de agua para planta piloto de la Universidad Señor de Sipán. De la evaluación económica y financiera el VAN (7,508.0356) y TIR (21 %) generará gran rentabilidad en un periodo corto de tiempo.