Diseño y cálculo de un dispositivo para la obtención de agua potable por condensación de la humedad del aire

Rodríguez Pajarón, Pablo (2016). Diseño y cálculo de un dispositivo para la obtención de agua potable por condensación de la humedad del aire. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Diseño y cálculo de un dispositivo para la obtención de agua potable por condensación de la humedad del aire
Autor/es:
  • Rodríguez Pajarón, Pablo
Director/es:
  • Sanchez Alejo, Francisco Javier
  • Gómez Moñux, Florentino
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: Junio 2016
Materias:
Palabras Clave Informales: Ciclo de compresión mecánica simple,compresor, condensador, diagrama psicrométrico, eficiencia termodinámica del ciclo, factor de by pass, humedad relativa, máquina frigorífica, psicrometría, temperatura de rocío
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería de Organización, Administración de Empresas y Estadística
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

Este trabajo de fin de grado tiene como objetivo el diseño y el cálculo de un ciclo de compresión mecánica simple, para su utilización en un dispositivo capaz de obtener agua potable a partir de la humedad del aire. Ante la situación de escasez de agua apta para el consumo humano que sufren muchas zonas del planeta, o los problemas de abastecimiento puntuales a raíz de catástrofes naturales, esta opción es una tecnología viable y cada vez más desarrollada. Sin embargo, el inconveniente al que se enfrenta es el hecho de que la cantidad de agua obtenida dependa de la temperatura y humedad relativa. El dispositivo que aquí se diseña, trata de resolver la falta de abastecimiento de agua en el Departamento del Amazonas de Colombia, donde la mala calidad de las aguas superficiales pone en riesgo la salud de la población que las utiliza. El Amazonas colombiano es una región de clima húmedo, ideal para el emplazamiento de dispositivos como el que se trata en este texto. Para conseguir agua a partir de la humedad, es necesario enfriar una corriente de aire, de modo que el agua en estado gaseoso se condense en una superficie de la que pueda ser recogida. Este proyecto se basa, en definitiva, en la aplicación de la tecnología frigorífica y de la psicrometría (ciencia que estudia las propiedades del aire húmedo) para conseguir tal efecto. Actualmente existen diversas empresas que comercializan máquinas condensadoras capaces de trabajar en un amplio rango de condiciones climáticas, pero con rendimientos mejorables. Por ello, ante un problema tan concreto como el del agua en el Amazonas, este trabajo surge de la necesidad de diseñar una máquina optimizada al máximo para unas condiciones climáticas conocidas. En este proyecto se aplica un ciclo de compresión mecánica simple, donde un refrigerante recorre un ciclo cerrado, evaporándose a una baja temperatura y condensándose a una temperatura mayor. Esta diferencia de temperaturas, que permite extraer calor de la corriente de aire que se deseca, es posible gracias al aporte de potencia por parte de un compresor. A pesar de que los ciclos de compresión mecánica simple están muy extendidos y existen gran cantidad de fabricantes de sus componentes, una aplicación tan concreta como la de este trabajo dará lugar a que algunos de ellos deban ser diseñados expresamente. Tal será el caso del evaporador y del condensador. El evaporador es el componente donde el fluido refrigerante se evapora extrayendo calor de la corriente de aire. A raíz de la disminución de temperatura en el aire, sobre las paredes del evaporador se formarán gotas de agua condesadas. Para asegurar el mejor funcionamiento en el emplazamiento ya descrito, el evaporador de la máquina de este trabajo está diseñado para alcanzar una temperatura mínima de 14ºC. El condensador es el componente que sirve de sumidero de calor del ciclo. En él, el refrigerante se condensa, cediendo calor al ambiente o a cualquier otro foco capaz de enfriarlo. Para cumplir con los requisitos térmicos del dispositivo, el condensador aquí diseñado permanecerá a 32 ºC. El resto de componentes son seleccionados de catálogos, de forma que el dispositivo sea capaz de generar 1 m3 de agua diario, consumiendo no más de 10 kW eléctricos, en trifásica y a 60 Hz. Del mismo modo se selecciona el refrigerante más adecuado para el ciclo, con especial atención a sus características medioambientales. Tan importante como el cálculo y el diseño será el análisis del funcionamiento del dispositivo realizado. Para ello se simula, con ayuda de software especializado como EES o CoolPack, su rendimiento con distintas condiciones ambientales. Los resultados de las simulaciones dan una idea del precio final del agua obtenida, que roza los 29 €/m3 (incluyendo procesos de depuración, consumibles y amortización de la máquina), frente a los cerca de 104 €/m3 del agua embotellada o los 50 €/m3 de otras máquinas condensadores no optimizadas para el Amazonas colombiano. A pesar de que en este trabajo sólo se diseñe el ciclo frigorífico del dispositivo, una máquina de estas características precisa de una estación de depuración de aguas y una unidad de control del ciclo termodinámico y de depuración. Bajo el paraguas del proyecto de la máquina condensadora de agua se han realizado, en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, otros trabajos que contemplan estos aspectos. Durante la realización de este trabajo se ha participado en estos proyectos asociados. También se ha trabajado con el compañero encargado de aplicar un ciclo de absorción en vez del de compresión mecánica simple para el mismo fin. Independientemente del modo en el que se enfríe el aire para obtener agua, como se concluye en este trabajo, este método es una opción realista ante un problema que exige soluciones responsables y adaptables a distintos escenarios. Se concluye por tanto este trabajo explicando el modo de aplicar los procedimientos de cálculo y diseño para la optimización de un dispositivo en otro emplazamiento. Se proponen también líneas futuras de trabajo, como la fabricación del prototipo del dispositivo diseñado o la adaptación a fuentes de energía renovables, como la solar fotovoltaica. Una máquina de las características aquí detalladas, capaz de asegurarse el suministro de energía de forma autónoma, podrá resolver en gran medida los problemas de abastecimiento de agua potable en zonas remotas.

Más información

ID de Registro: 42784
Identificador DC: http://oa.upm.es/42784/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:42784
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 15 Sep 2016 09:54
Ultima Modificación: 13 Oct 2016 17:01
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