Dr. César Treviño Treviño Facultad de Ciencias Diseño y Construcción de un Calentador de Agua Doméstico en base a la Combustión Catalítica de Gas Natural (y/o Hidrógeno) Dr. César Treviño Treviño Facultad de Ciencias

PARTICIPANTES EN EL PROYECTO Dr. César Treviño Treviño(FCUNAM), Prof. Tit. C., TC, def., Responsable del Proyecto (SNI III, PRIDE D). Dr. Federico Méndez Lavielle (FIUNAM), Profesor Tit. C., TC, def. Colaborador interno. (SNI II, PRIDE D). Dr. Erick Luna Rojero (IMP), Investigador. Colaborador externo. (SNI II). Cand. Dr. José Lizardi del Angel (UACM), Profesor de tiempo completo. Colaborador externo. Tres estudiantes de doctorado (FCUNAM, FIUNAM). Dos Técnicos Académicos expertos en Control (FIUNAM), Colaboradores internos. PARTICIPANTES EN EL PROYECTO

Diseñar y construir un calentador de agua catalítico, utilizando como combustible el gas natural o el hidrógeno. Desarrollar tecnologías limpias y de punta en equipos no convencionales de conversión de energía mediante dispositivos de combustión. Crear y fortalecer grupos multi-disciplinarios en la Universidad Nacional Autónoma de México, dedicados a resolver problemas de interés general en México. Elaborar códigos numéricos para el estudio de problemas diversos en reactores catalíticos y transferencia de calor. Crear la infraestructura necesaria para la generación de proyectos futuros en estas áreas, que incluyan el desarrollo de tesis de posgrado en los campos de física, materiales, ingeniería mecánica e ingeniería química. OBJETIVOS

INVESTIGACIÓN TRANSDISCIPLINARIA Para cumplir con los objetivos del proyecto planteado, es indispensable formar un grupo de trabajo de alto nivel que esté especializado en las siguientes disciplinas: Combustión, mecánica de fluidos, transferencia de calor, diseño y control térmico, impacto ambiental y ahorro de energía. INVESTIGACIÓN TRANSDISCIPLINARIA

CALENTADORES CONVENCIONALES Alta temperatura de llama (alta emisión de óxidos de nitrógeno) Pobre control del proceso de mezclado (alta emisión de monóxido de carbono e hidrocarburos no quemados) CALENTADORES CONVENCIONALES

CALENTADORES CATALÍTICOS Proceso de combustión sin llama. Baja temperatura de operación (cero emisión de óxidos de nitrógeno) Control del proceso de mezclado Control de los gases de salida CALENTADORES CATALÍTICOS

ESQUEMA DE UN CALENTADOR CATALÍTICO DE GAS NATURAL

ADSORCIÓN DIFERENCIAL: METANO e HIDRÓGENO Cho and Law (1986) Deutschmann et al. (1996) ADSORCIÓN DIFERENCIAL: METANO e HIDRÓGENO

DESARROLLO DEL PROYECTO Fase I. La primera fase consiste en realizar un estudio de factibilidad que permita obtener los criterios importantes en el diseño y operación del calentador. Se hará una simulación numérico del proceso. Esta primera fase tendrá una duración de 12 meses. Fase II. En esta fase final se diseñará y construirá un prototipo integral que deberá sujetarse a todas las pruebas de operación. Esta segunda fase tendrá una duración de 24 meses. DESARROLLO DEL PROYECTO

Se elaborarán los correspondientes códigos numéricos para la simulación global de la zona catalítica y del intercambiador de calor. Caracterizar, mediante los cálculos anteriores, la temperatura de operación óptima del reactor y la temperatura de ignición del catalizador ("Light off"), para los combustibles considerados. En base a los resultados anteriores, determinar el mejor diseño posible para el proceso de encendido del reactor y del tiempo de recuperación. Diseño y control térmico del prototipo que incluye el reactor catalítico y al intercambiador de calor. Lo anterior incluye la medición experimental de los parámetros más relevantes. Construcción del sistema y pruebas de operación en régimen permanente y transitorio. Evaluación, factibilidad y dictamen técnico-económico final del proyecto. TAREAS A REALIZAR

Presupuesto Solicitado EQUIPO: Analizador de Gases de Combustión: US$ 10,000 Controladores Térmicos Variables: US$ 6,000 Sistema de adquisición de datos: US$6,000 Accesorios varios: bombas, válvulas, medidores de flujo, termopares, reguladores de presión, compresor de aire, mezcladores, etc:MN$100,000.00 Sistema de Cómputo PC para procesar la adquisición de datos: MN$25,000.00 COMPRA DE MATERIALES: Banco de Catalizadores: US$ 10,000 Intercambiadores de Calor: MN$ 30,000.00 Tuberías de Cobre y piezas especiales: MN$ 5,000.00 Sistemas de confinamiento y descargas de gases: MN$ 20,000.00 Materiales diversos, papelería, discos, etc. MN$ 20,000.00 Compra de libros y acervos bibliográficos MN$ 20,000.00 OTROS GASTOS: Pasajes y viáticos: MN$ 100,000 anuales divididos en asistencia a congresos internacionales Cuotas de Inscripción a Congresos: MN$ 30,000.00 Servicios Externos Comerciales: MN$ 50,000.00 “Becas de doctorado: MN$ 192,000.00 por año TOTAL SOLICITADO POR LOS TRES AÑOS MN$ 1,550,000.00

PROPIEDAD INTELECTUAL Este proyecto permitirá obtener criterios de diseño de quemadores en calentadores de agua domésticos que tendrán por finalidad el de contar con dispositivos de mayor eficiencia con mínima generación de contaminantes a la atmósfera. Se dispondrá de un criterio general para reemplazar los calentadores convencionales con altas emisiones de NOx, monóxido de carbono y combustibles no quemados, por un sistema que utilice un quemador catalítico, que reduzca sensiblemente estas emisiones. El Gobierno del Distrito Federal, a través de la Secretaría del Medio Ambiente, dispondría de un criterio seguro, confiable y con bases científicas sólidas para recomendar y en su caso modificar, los sistemas convencionales de ignición y combustión en calentadores. Ello se puede hacer extensivo a las grandes ciudades del país. Por otro lado, la Universidad Nacional Autónoma de México dispondrá del equipo experimental y de la memoria de cálculo, para proseguir con las investigaciones tanto en el diseño, construcción y operación de reactores catalíticos, del sistema de control y problemas relacionados con la transferencia de calor. Podrá servir de base para la realización de trabajos de investigación multi-disciplinarios y desarrollos de tesis de posgrado. PROPIEDAD INTELECTUAL