Titulo
Construcción de un barco impulsado por una caldera de vapor Introducción
Las maquinas a vapor desde su creación en el año 1742 han presentado un avance para la civilización la capacidad capacidad de crear trabajo o movimiento a partir de equipos y maquinaria han han optimizado particularmente los medios de trasporte; específicamente en el año de 1783 el francés D'Abbans, construye el primer barco a vapor, el movimiento creado por el vapor reemplazó a los remos y la capacidad de movimiento únicamente usando velas y corrientes de aire. El ciclo a vapor forma parte de los ciclos termodinámicos; usa un motor de combustión externa donde el cambio de fase del agua se produce en la caldera, el cual luego en forma de vapor se expulsa mediante tuberías induciendo el movimiento de paletas o turbinas que al rotar impulsaran el barco. Actualmente los barcos de vapor están en desuso pero conocer su mecanismo, los materiales aptos para ambientes altamente corrosivos como lo son las calderas y el agua de mar, además del cómo adaptar partes móviles logrando así movimiento y dirección por medio de la optimización de un ciclo termodinámico, termodinámico, es una recopilación de los conocimientos y posibles aplicaciones relacionadas con la ingeniería química. Objetivo general
Construcción de un barco escala impulsado por una caldera a vapor con la capacidad de dirección y resistencia al medio. Objetivo especifico
Selección de materiales para la construcción de un barco y una caldera por medio del reconocimiento de sus propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas y ambientales. Construcción de un barco y caldera de carácter económico que cumpla requerimientos de: seguridad industrial, capacidad de movimiento y dirección, además de resistencia al medio ambiente. Reconocimiento del ciclo termodinámico usado en una caldera a vapor y sus respectivos procesos y equipos equipos relacionados. relacionados. Adquirir capacidad de construcción y conocimientos básicos de procesos de pintura, doblado y soldadura de materiales materiales metálicos.
Hipótesis del problema
El ciclo de vapor basado en un motor de combustión externa conjuntamente con un sistema de turbinas puede crear la fuerza suficiente para movilizar un barco de tamaño escala; asegurando que el conjunto caldera-barco cumplirá especificaciones de seguridad industrial y resistencia al medio ambiente.
Justificación (Daniela) Marco teórico: ciclo de vapor (que es una caldera) (Daniela) Propiedades mecánicas de los materiales (carlos) Seguridad industrial (luis) Ingeniería naval (sistema mecanico)(Stalin)
Parte experimental
Materi ales barco
Material: hierro
Tipo de soldadura: electrodos 6011 y 7018
Tipo de pintura: electroestática
Control eléctrico barco
Control de dirección: remoto
Materi ales calderin de vapor (ennumerados y descri pcion)
Material del calderin: hierro
Material de tuberías: cobre
Turbina hidráulica: aluminio (ELY)
Tipo de aislamiento: lana de fibra cerámica La lana de fibra cerámica es una lona de alta estabilidad y múltiples aplicaciones en procesos de altas temperaturas y fuego. Sus fibras son resultados de la fusión de materias primas como alúmina y sílice de alta pureza y mecánica mente tejidas para agregar resistencia. (SAFE ENERGY, s.f). http://www.safe-energy.cl/productdetail/fibra-ceramica/ La temperatura de trabajo del calderín es 135 °C, por tanto se eligió una fibra de menor resistencia a la temperatura (1000°C), con la menor densidad de 64kg/m3, para no aumentar innecesariamente el peso del calderín. Con las siguientes propiedades:
Composición química: Tabla #. Composición química Composición química % Al2O3 SiO2 Fe2O3 TiO2 42-46 50-60 0,7-1,5 1,5-1,9 Fuente: NUTEC IBAR (2006). Manta de fibra cerámica. Hoja de datos técnicos.
Tabla #. Propiedades de la lana de fibra cerámica
Propiedades Límite de uso Limite continuo de uso Punto de fusión Diámetro de fibra Largo de fibra
1000 °C 900°C 1760 °C 2,5 µ 178 mm
La propiedad considerada es la conductividad térmica Fig. 1. Conductividad térmica de la fibra de cerámica
Fuente: http://www.nutecibar.com.br/espanol/pdf/6002.PDF Ventajas: Baja Conductividad térmica Bajo almacenamiento de calor Resistencia al choque térmico No requiere de secado ni curado No contiene asbesto
Resistencia: alambre de niquelina # 26, 18 espiras El alambre de niquelina es una aleación de 80% níquel y 20% cromo, es un material que puede llegar a temperaturas de…, se espera que llegue a 135 °C logrando el cambio de fase liquido-gas de manera veloz, son resistentes a medios corrosivos.
Sus características son: Tabla #. Características resistencia de niquelina #26 Calibre Diámetro (in) OHMS/ft a 60 lb/1000 ft ft/lb °F (20°C) 26 0,0159 2,571 0,7241 1,381 Fuente: CATARINA. UDLAP (2004). Resistencias de alambre y cinta nicrom. Pp. 3 recuperado de: http://catarina.udlap.mx Equipos de seguridad industrial (calderín)
Controles del caldero: Warwick control ( nivel mediante electrosonda)
Fig. #. Sistema Warrick control En el calderin (baja capacidad) es adecuado usar un sistema Warrick de control; que se basa en la capacidad de detección de nivel de líquido de las sondas (electrodos) que se alojan dentro de los accesorios para acomodar una o más sondas. Aprovecha las propiedades conductoras del agua para completar un circuito y hacer que un relé de control actúe. Es un sensor multipuntos sin partes móviles y electrodos de acero inoxidable resistente a la corrosión. Se considera un sistema ON-OFF, porque envía una señal que controla directamente la bomba encendiéndola (cuando el nivel es bajo) o apagándola (cuando el nivel está alto). Ventajas: Control sencillo y directo Múltiples sondas por conexión permiten el control de varias funciones en menos espacio con menos gasto para el equipo y la instalación.
Elementos de medición: manómetro, termómetro
Permiten controlar las principales variables dentro del calderin: presión y temperatura. Manómetro: instrumento que mide la presión del agua, marcando la diferencia entre la presión atmosférica y la presión dentro del calderín. Termómetro: instrumento que mide la temperatura. Los elementos que detectan los cambios como el bulbo y el espiral están dentro del equipo mientras que sus elementos que cuantifican la presión manométrica y temperatura son externos.
Elemento de seguridad: presostato
El presostato mecanico es un interruptor de presión. Si la presión excede los 60 psi la conexión batería-resistencias se desconecta parando el calentamiento del fluido (agua). Mecanismo El fluido ejerce una presión sobre un pistón interno haciendo que se mueva hasta que se unen dos contactos. Cuando la presión baja, un resorte empuja el pistón en sentido contrario y los contactos se separan. (Torres N, s.f) http://www.academia.edu/26928650/Mecanismo_de_un_presostato Descripción calderin (FALTA)
Es un equipo que contiene en su interior resistencias de niquelinas conectadas a una batería de 12 V externa al calderin, las resistencias permiten el calentamiento del agua hasta 135 °C, se ha diseñado para que funcione a una presión de 60 psi, si se llega a exceder esta presión el presostato corta el circuito que conecta las resistencias y la batería; considerando un factor de seguridad la presión máxima de diseño es 75 psi.
Potencia: BHP
Voltaje de trabajo del calentador: 12 VDC
Tipo de calentamiento: por medio de resistencias eléctricas
Presión de diseño del calderin: 75 psi
Presión de trabajo: 60 psi
Temperatura máxima: 135 grados c(Daniela )
Cálculos de trasporte de calor, balance de materia y flotabilidad Resultados (tabla de resultados) Discusión (limitaciones, y xq del uso de los materiales) Conclusiones Recomendaciones Bibliografía (el) http://www.academia.edu/26928650/Mecanismo_de_un_presostato Anexos: planos Reporte fotográfico Diagrama del equipo
