DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE CALDERA QUE USA COMO COMBUSTIBLE CÁSCARA DE JATROPHA CURCA

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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE CALDERA QUE USA COMO COMBUSTIBLE CÁSCARA DE JATROPHA CURCA

JULIO CÉSAR BETANCOURT PRISCO JUAN ESTEBAN OSPINA BERRÍO

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE CALDERA QUE USA COMO COMBUSTIBLE CÁSCARA DE JATROPHA CURCA

JULIO CÉSAR BETANCOURT PRISCO JUAN ESTEBAN OSPINA BERRÍO

PROYECTO DE GRADO PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO

ASESOR: CAROLINA MIRA HERNÁNDEZ

INGENIERA MECÁNICA

DEDICATORIA

El desarrollo de este proyecto está dedicado a todas aquellas personas que durante toda nuestra vida han contribuido a nuestra formación personal y académica.

Por supuesto, este proyecto está muy dedicado a nuestros padres y familiares que con sus enseñanzas y su constancia han logrado educarnos para convertirnos en las personas que hoy en día somos.

AGRADECIMIENTOS

Un especial agradecimiento a la ingeniera Carolina Mira Hernández, y al ingeniero Luis Santiago Paris que con sus conocimientos técnicos en muchas de las áreas de la ingeniería mecánica guiaron el desarrollo de nuestro proyecto para llevarlo a feliz término.

Un agradecimiento muy grande para todas aquellas personas que con su participación directa o indirecta ayudaron a que la idea de nuestro proyecto se materializara.

Finalmente, queremos darle un sincero a agradecimiento a todos nuestros familiares y amigos que estuvieron al lado de nosotros durante el desarrollo del proyecto, y por supuesto durante nuestra formación como ingenieros mecánicos.

CONTENIDO

pág.

INTRODUCCION        14

1. OBJETIVOS        17

1. GENERAL        17
2. ESPECIFICOS        17

1. OBJETIVO 1        17
2. OBJETIVO 2        17
3. OBJETIVO 3        17
4. OBJETIVO 4        17
5. OBJETIVO 5        17

1. METODOLOGIA        19
2. ALCANCE        20
3. ESTADO DEL ARTE        21

1. CALDERAS        21

1. Clasificación de calderas        21
2. Partes y accesorios de una caldera        24

1. CALDERAS DE BIOMASA        26
2. BIOMASA        30
3. TUBOS DE CALOR        34
4. JATROPHA        36

1. DISEÑO CALDERA        39

1. CONFIGURACION BASICA DEL EQUIPO        39

1. Proceso de diseño        40
2. Portadores de funciones        45
3. Arquitectura final del producto        49

1. MODELO DE CÁLCULO        50

1. Cálculos térmicos        50
2. Poder calorífico del combustible        62
3. Cálculos mecánicos        64
4. Tubería de cobre        64
5. Análisis de esfuerzos en la placa de los tubos        66
6. Análisis de esfuerzos en la cámara de vapor        68

1. DISEÑO DE DETALLE        70

1. Empaque Cámara de Vapor        71
2. Datos de entrada        72
3. Resultados        73

1. CONSTRUCCION        74

1. PROVEEDORES Y LISTA DE MATERIALES        74
2. MANUFACTURA TUBOS DE CALOR        76
3. COSTOS FINALES DEL PROYECTO        80

1. PRUEBAS DE OPERACIÓN BÁSICA        82

1. PRUEBAS DE ESTANQUIEDAD        82
2. DESEMPEÑO TERMICO DE UN TUBO DE CALOR        83

1. Elementos necesarios        84
2. Procedimiento        85
3. Realización de la prueba        86
4. Resultados        88

1. DESEMPEÑO TÉRMICO DE LA CALDERA        89

1. Elementos necesarios        89
2. Procedimiento        89
3. Adquisición de datos        91
4. Resultados        92

1. CONCLUSIONES        111
2. RECOMENDACIONES        115
3. BIBLIOGRAFIA        117
4. ANEXOS        122

LISTA DE FIGURAS

pág.

Ilustración 1. Árbol de objetivos        18

Ilustración 2. Caldera Pirotubular        22

Ilustración 3. Caldera de Biomasa KWB Easy Fire        23

Ilustración 4. Caldera de llama invertida        28

Ilustración 5. Caldera de astillas        29

Ilustración 6. Funcionamiento de un tubo de calor asistido por gravedad        35

Ilustración 7. Caldera pirotubular        39

Ilustración 8. Convenciones estructura funcional        43

Ilustración 9. Caja negra        43

Ilustración 10. Estructura funcional        44

Ilustración 11. Portadores de funciones        45

Ilustración 12. Control de nivel        48

Ilustración 13. Indicador de nivel de agua        48

Ilustración 14. Válvulas de alivio de presión        49

Ilustración 15. Modelo del prototipo de caldera        50

Ilustración 16. Resistencias equivalentes alrededor de la cámara de vapor        59

Ilustración 17. Propiedades del aislamiento térmico        60

Ilustración 18. Resistencias equivalentes por la tapa de la cámara de vapor        61

Ilustración 19. Variación Temperatura vs Tiempo        63

Ilustración 20. Asignación de restricciones y malla        67

Ilustración 21. Resultados de la simulación        68

Ilustración 22. Restricciones y generación de la malla cámara de vapor        69

Ilustración 23. Resultados de la simulación        70

Ilustración 24. Propiedades del Asbesto        71

Ilustración 25. Diagrama de flujo manufactura de tubos de calor        76

Ilustración 26. Corte y limpieza de los tubos de calor        77

Ilustración 27. Lavado de los tubos de calor        78

Ilustración 28. Tubo de calor ensamblado        78

Ilustración 29. Estación de carga        79

...