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• Santiago Loachamin

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15. Justificación e importancia El proyecto a desarrollarse busca solventar y aplicar los conocimientos adquiridos en la materia de Termodinámica de forma práctica, para este caso el diseño y construcción de un carro que se mueve gracias al vapor, para su construcción y diseño debemos considerar varios aspectos como materiales, estructura interna, funcionamiento y producción de vapor a partir de agua, relacionando a la Termodinámica con otras materias y realizando investigación que permita realizar correctamente el mismo, por lo tanto este proyecto nos permite ampliar nuestros conocimientos y aplicarlos en la práctica a parte que permite entender de forma más clara algunos conceptos físicos y termodinámicos. 16. Marco Teórico Máquinas de Vapor: Consiste en un motor de combustión externa que transforma la energía térmica de una cantidad de agua en energía mecánica. Su ciclo de trabajo se realiza en dos etapas:

1. Se tiene una caldera cerrada herméticamente que calienta agua, a partir de esta se genera vapor, el calor produce la expansión del volumen de un cilindro empujando un pistón. Mediante un mecanismo de biela manivela, el movimiento lineal alternativo del pistón del cilindro se transforma en un movimiento de rotación que acciona, por ejemplo, las ruedas de una locomotora o el rotor de un generador eléctrico. Una vez alcanzado el final de carrera el émbolo retorna a su posición inicial y

expulsa el vapor de agua utilizando la energía cinética de un volante de inercia. 2. El vapor a presión se controla mediante una serie de válvulas de entrada y salida que regulan la renovación de la carga; es decir, los flujos del vapor hacia y desde el cilindro. El motor o máquina de vapor se utilizó extensamente durante la Revolución Industrial, en cuyo desarrollo tuvo un papel relevante para mover máquinas y aparatos tan diversos como bombas, locomotores, motores marinos, etc.

Caldera: Es una máquina o dispositivo de ingeniería diseñado para generar vapor. Este vapor se

genera

a

través

de

una transferencia

de

calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia su fase a vapor saturado. Es

todo

aparato

que

soporta

presión

donde

el calor procedente

de

cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.

Evaporización: Es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más

elevada sea esta. No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición. Cuando existe un espacio libre encima de un líquido, una parte de sus moléculas está en forma gaseosa, al equilibrase, la cantidad de materia gaseosa. Vapor Saturado: Se presenta a presiones y temperaturas en las cuales el vapor (gas) y el agua (liquido) pueden coexistir juntos. En otras palabras, esto ocurre cuando el rango de vaporización del agua es igual al rango de condensación. Ventajas de usar vapor saturado para calentamiento El vapor saturado tiene varias propiedades que lo hacen una gran fuente de calor, particularmente a temperaturas de 100 °C (212°F) y más elevadas. Algunas de estas son: Propiedad Calentamiento equilibrado a través de la transferencia de calor latente y Rapidez La presión puede controlar la temperatura Elevado coeficiente de transferencia de calor

Se origina del agua

Ventaja Mejora la productividad calidad del producto

y

la

La temperatura puede establecerse rápida y precisamente Área de transferencia de calor requerida es menor, permitiendo la reducción del costo inicial del equipo Limpio, seguro y de bajo costo

Carro a vapor: Fue una máquina construida por Sir. Isaac Newton en 1670. Consiste en una caldera simple montada sobre cuatro ruedas, la cual se desplaza debido a la reacción que ejerce un chorro de vapor que sale a presión sobre el aire. Pero se esperó hasta 1771 en Francia, para la aparición de un automóvil que funcionaba a vapor, construido por Josep Cugnot, se han logrado algunas modificaciones, pero con la aparición del motor de combustión interna se lo dejo desplazado.

17. Metodología y Equipamiento

a. Metodología Tras recolectar la información necesaria sobre calderas y su funcionamiento, sobre el movimiento gracias a la producción de vapor saturado por una caldera, proponemos la siguiente metodología de diseño de construcción y diseño del proyecto, lo que realizaremos primero será diseñar una caldera herméticamente cerrada que constará con un manómetro para verificar el aumento de presión dentro de la misma, una salida con una llave de bola que será la encargada de liberar el vapor saturado, en la parte baja en otro recipiente debemos colocar la fuente de calor de la caldera, para esto debemos analizar la distancia adecuada a la que debe colocarse la fuente de calor (fuego) de la parte de la parte que contiene agua en la caldera. Cuando esta distancia sea correctamente determinada, procedemos a diseñar la estructura que sostendrá a la caldera, debemos ser conscientes que la estructura debe también constar con el tipo de mecanismo que tras la salida del vapor saturado esté en capacidad de mover a al vehículo, para esto usaremos un engrane que mientras salga el vapor se mueva y transmita este movimiento hacia las ruedas y comience a mover el vehículo. Se instalará la caldera en la estructura y con esto se realizará las primeras pruebas, a partir de esto seleccionaremos los materiales para la carcasa, recordando siempre que al estar sometido a fuego constante los materiales tienden a calentarse y deben ser resistentes al mismo.

b. Equipamiento

Materiales para el vehículo Parte , material Condiciones Recipiente contenedor de agua Debe estar herméticamente cerrado y

Manómetro Llave de Bola Manguera de desfogue de vapor

Engrane para convertir la salida de vapor en movimiento. Estructura Llantas Armazón Un par de rodamientos pequeños

Equipos necesarios Suelda Autógena

Alambre

Macilla

resistir altas presiones internas, resistente al calor. Será el encargado de medir las presiones dentro del tanque. Debe ser metálica Será la encargada de conducir al vapor al engrane, diámetro pequeño para producir aumento de velocidad de salida. Debe tener un paso amplio para transmitir el vapor a movimiento. Liviana pero a la vez resistente al calor y a la carga de la caldera Deben ser livianas y facilitar el movimiento del vehículo Debe ser resistente al calor y liviano. Para la parte que transmite el movimiento y la salida del vapor

Para cerrar herméticamente el recipiente contenedor de agua, para el armazón Para asegurar las partes del armazón correctamente y construir la estructura. En caso que existan fugas pequeñas

Plan analítico Capítulo I 1.- Introducción. Capítulo II 2. Estudio y descripción del auto con motor a vapor. Capítulo III 3.- Consideraciones técnicas para el diseño y construcción de un auto con motor a vapor Capítulo IV

4.- Determinación de los parámetros para el diseño y construcción del chasis y motor. Capítulo V 5.- Construcción del chasis y motor. Capítulo VI 6.- Estudio experimental del prototipo. Capítulo VII 7.- Conclusiones y recomendaciones. Referencias bibliográficas   “William R. Martini”. Stirling Engine Design Manual. National Aeronautics and Space Administration. USA. 1978.   “Termodinámica”, Kenneth Wark and D. E. Richards; 6ta. Ed., Mc GrawHill, 2001.    “Termodinámica”, Yunus Cengel and M. Boles; 4ta. Ed., Mc Graw-Hill, 2002.

Anexos 



Presupuesto INGRESOS $ recursos propios

EGRESOS $ 100 libros y papelería materiales ferrosos materiales poliméricos transporte otros gastos

total ingresos

100 total egresos

Misceláneos Grafico1: Esquema motor a vapor.

15 50 20 5 10 100

Grafico1

Cronograma de actividades Duración(meses) - Inicio 22 de Noviembre del 2015 Actividad 1 2 3 4 ----------1 Presentación perfil del proyecto ----------- ------------2 Recoger información ------------- ------------3 Diseño y construcción --Estudio experimental del ------------ ------------4 prototipo --Elaborar y redactar informe -----------5 final ------------6 Competencia ------------7 Entrega del informe final -Firmas de responsabilidad

Pedro David Maldonado Tapia Loya C.C 1724746548

Edgar Santiago Loachamin C.C 1723408793

Francisco Xavier Vaca Sierra Guayasamín Carrera C.C 1716623259

Esteban Santiago C.C 1726026436