“AÑO OFICIAL DE BUEN SERVICIO AL CIUDADANO”
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA “CENTRALES ELECTRICAS ”
DISE ÑO Y CONSTR UCC IÓN IÓN DE DE UN B AR CO A V A P OR ME D I A N TE L A A P L I C A C I ÓN D E LA TEOR ÍA DE LA TE R MO DINÁMI DINÁMICA CA
Presentada por: REQUIN MENDOZA, Cristie Julio
JUNIN – PERU AÑO: 2017
INDICE
................................................ .................................. ................................. .................................. .................................. ................... ... 3 i RESUMEN ............................... ................................................ .................................. ................................. .................................. .......................... ........ 4 ii INTRODUCCIÓN ............................... 1.
................................................ .................................. .................................. .................................. ............................ ........... 5 OBJETIVOS ............................... ................................................... ................................. ................................. .................................. ............................... .............. 5 1.1 General .................................. ................................................ .................................. .................................. .................................. ............................ ........... 5 1.2 Especifico ............................... ................................................. .................................. ................................. ...................... ...... 5 1.3 Definición del problema ................................
................................................. ................................. .................................. .................................. ................. 6 2. MA R C O TE OR IC O ................................. .................................................. .................................. ................................. ...................... ...... 6 2.1 CONCEPTOS BÁSICOS ................................. ................................................. ................................. ................................. ............................ ............ 6 2.1.1 Termodinámica. Termodinámica. ................................. ................................................. .................................. ................. 6 2.1.2 Primera ley de la termodinámica. ................................ .................................................. ................................. ................................. ............................ ............ 7 2.1.3 Barco de vapor .................................. ................................................. .................................. ................................. ...................... ...... 7 2.2 MODELO MATEMÁTICO................................
3.
................................................ .................................. ................................. .................................. .......................... ........ 8 MATERIALES ...............................
4.
..............12 PROCEDIMIENTO PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL BARCO A VAPOR ..............12
................................................ ................................. ................................. ..............................2 ..............21 1 5. RECOMENDACIONES ................................ ................................................. .................................. ................................. ................................. ......................21 .....21 6. CONCLUSIONES ................................ .................................................. ................................. ................................. .................................. ..............................2 .............21 1 7. Bibliografía .................................
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i RESUMEN
El vapor es uno de los fluidos más comúnmente utilizados para calentar equipos o instalaciones en cualquier tipo de industria por eso es importante conocer la utilización del vapor, ejemplificado en una pequeña máquina, la cual nos muestra el desarrollo de la energía térmica en la propulsión de un objeto e involucrando la metalistería y otras ciencias que de una u otra forma aportan en la construcción de dicho proyecto. En mi proyecto se construyó una pequeña maquina a vapor que utilizando las magnitudes termodinámicas de presión-vacío creadas dentro de una lata la cual se impulsa mediante ciclos, los cuales se dividen en evaporación-impulsión y condensación-vacío; logrando así un ciclo cerrado que dependerá de la cantidad de energía en forma de calor, cedida por el combustible en este caso la vela. La construcción del barco tiene como característica principal un diseño basado en el porcentaje de flotabilidad de un cuerpo, tomando el centro de gravedad como el más adecuado para situar el elemento motriz y así darle al barco un contacto mínimo con el agua; tomando en cuenta que los materiales para la construcción minimicen el peso del mismo y así lograr un deslizamiento rápido y seguro sobre la superficie acuática
ii INTRODUCCIÓN
Las calderas de los barcos de vapor están constituidas por un recipiente metálico cerrado donde el agua se transforma en vapor, proporcionando una producción continua de vapor a presión y temperatura determinadas. Estas calderas están formadas por el hogar, espacio donde se lleva a cabo la combustión del carbón, del petróleo o del combustible a utilizar; al aprovechar las magnitudes termodinámicas de presión- vacío los cuales se dividen en evaporaciónimpulsión y condensación-vacío; se logra un circuito cerrado y la cantidad de energía en forma de calor que se crea en el interior de la lata hace que se produzca el movimiento
1. OBJETIVOS
1.1 General
Diseñar y construir un barco a vapor mediante la aplicación de la teoría de la termodinámica
1.2 Especifico
Reconocer los principios de los termodinámicos
Demostrar el uso de fuentes alternativas de energía.
Realizar una prueba con los modelos propuestos
1.3 Definición del problema
Se pretende lograr la construcción de un modelo a escala representado en un barco, el cual deberá ser impulsado por energía térmica y de forma autónoma por un lapso de tiempo determinado por el elemento combustible en este caso una vela.
En la práctica los barcos convencionales trabajan con combustibles fósiles y contaminan
demasiado lo que se pretende con este proyecto
es reducir la contaminación realizando un trabajo útil.
2. MA R C O TE OR IC O
2.1 CONCEPTOS BÁSICOS 2.1.1 Termodinámica. La termodinámica es la disciplina que dentro de la ciencia madre, la Física, se ocupa del estudio de las relaciones que se establecen entre el calor y el resto de las formas de energía. Entre otras cuestiones la termodinámica se ocupa de analizar los efectos cambios
que
producen
los
de magnitudes tales como: la temperatura, la densidad, la
presión, la masa, el volumen, en los sistemas y a un nivel macroscópico. La base sobre la cual se ciernen todos los estudios es
de
la
termodinámica
la circulación de la energía y como ésta es capaz de infundir
movimiento.
2.1.2 Primera ley de la termodinámica. La primera ley hace uso de los conceptos claves de energía interna, calor, y trabajo sobre un sistema. Usa extensamente el estudio de los motores térmicos. La unidad estándar de todas estas cantidades es el julio, aunque algunas veces se expresan en calorías o BTU. La primera ley de la termodinámica establece que la energía no se crea, ni se destruye, sino que se conserva. Entonces esta ley expresa que, cuando un sistema es sometido a un ciclo termodinámico, el calor cedido por el sistema será igual al trabajo recibido por el mismo, y viceversa. Es decir Q = W, en que Q es el calor suministrado por el sistema al medio ambiente y W el trabajo realizado por el medio ambiente al sistema durante el ciclo. Esta ley indica la dirección en que se llevan a cabo las transformaciones energéticas. En un sistema aislado, es decir, que no intercambia materia ni energía con su entorno, la entropía siempre aumenta con el tiempo.
En otras palabras: El flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos a temperatura más alta a aquellos de temperatura más baja
2.1.3 Barco de vapor También llamado buque; propulsado por máquinas de vapor o por turbinas de vapor. Consta elementalmente de una caldera de vapor, de una turbina de vapor o máquina de vapor y de un condensador refrigerado por agua
2.2 MODELO MATEMÁTICO Se produce una expansión isotérmica a la temperatura T 1, desde el volumen inicial V 1 al volumen final V 2. Variación de energía interna, ΔU 12 =0. El
gas realiza un trabajo W 12 y por tanto, tiene que absorber una
cantidad igual de energía del foco caliente para mantener su temperatura constante.
3. MATERIALES
Envase de leche
Lata de refresco
Tijera
Vela
Sorbetes
Cuter
Pistola de silicona
4. PROCEDIMIENTO PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL BARCO A VAPOR 1. Recolección de materiales: Para conseguir el envase de leche TetraPack, se
compra la leche y cuando se agote, se usa la caja; y en el caso de la lata de cerveza, se
puede
conseguir
en
una
cantina
o
en
una
taberna.
2. Casco del barco: Para hacer la base del barco, primero hay que abrir el TetraPack
y
luego
cortar
arriba
y
abajo,
y
así
quedará
un
cartón
abierto.
3. Cortar y doblar: Luego de dejar el cartón abierto, se procede a cortar y a doblar;
para esto se dispone del siguiente esquema, en donde las líneas continuas serán cortadas y las de guiones se doblarán, y así se formará una canoa; y las esquinas, puntas y extremos del barco se le va aplicar adhesivo en el interior. Lo que sobre del TetraPack se guardará para hacer otras piezas.
4. hacer el agujero Ahora, en la parte de abajo del barco, a 5 cm de la punta de la
proa, se va a hacer un agujero centrado rectangular de 1,5 cm de ancho por medio centímetro (0,5 cm) de alto; el agujero debe ser lo suficientemente grande para que entren
los
pitillos.
5. Cortar y doblar la lata: Se va a usar la lata para cortar una franja centrada de 5
cm de ancho, luego se lijan los bordes laterales para allí poder aplicarle el adhesivo, después se dobla (un poco, no totalmente) la mitad de la franja y a ambos lados se dobla medio centímetro, pero que el doblado no quede muy cerrado, así:
