Turbocompresor Proyecto

1. TÍTULO DEL PROYECTO

CARACTERIZACIÓN GEOMÉTRICA Y TÉCNICA DE UN TURBOCOMPRESOR DE UN VEHÍCULO MAZDA 4.5 T.

2. ANTECEDENTES

Desde los años 60 algunos países industrializados construyen y comercializan microturbinas a gas para distintas aplicaciones como transporte, generación de energía, aeronáutica, entre otras. En nuestro país el desarrollo de este tipo de tecnología es muy limitado y se conocen pocos estudios relacionados con el tema, en la Universidad Tecnológica de Pereira el Grupo de Investigación en Sistemas Térmicos y Potencia Mecánica de la Facultad de Ingeniería Mecánica actualmente desarrolla el proyecto de investigación: “Diseño y construcción de una cámara de combustión para una microturbina de gas de generación de potencia en el Laboratorio de Térmicas”.

3. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

3.1 Planteamiento del Problema.

Atendiendo a la realidad nacional evidenciada por la crisis energética de los años 90, que se caracterizó por los problemas a nivel de generación y prestación del servicio de energía eléctrica; se ha dado pie a que las políticas gubernamentales referentes al tema de la energía eléctrica entren a replantearse en torno a las nuevas alternativas para la generación y distribución de energía. Dichas alternativas se emplearán en gran medida para respaldar las centrales hidroeléctricas, que debido a diversos factores, entre los cuales se encuentran la dependencia del clima, no logran satisfacer la demanda nacional, especialmente en aquellas poblaciones más apartadas de la geografía, además de los problemas de orden público, los altos costos en las tarifas y la falta o el mal estado de la infraestructura energética, que agravan la situación en la prestación del servicio.

3.2 Formulación del Problema.

Se empleará el turbocompresor de un vehículo Mazda 4.5 T para analizarlo geométrica y técnicamente con el fin de conocer todas sus características.

Debido a que nuestro medio carece de las tecnologías apropiadas para la construcción de la turbina y el compresor se emplearán los componentes de un turbocompresor de un vehículo Mazda 4.5 T.

El trabajo de grado comprende principalmente la caracterización del turbocompresor, con lo cual se levantarán sus planos geométricos los cuales incluirán los diámetros del rotor, ángulos de entrada y salida de los álabes, espesor de los álabes y otros, y aplicando la teoría o leyes de similitud se elaborará una predicción del comportamiento del turbocompresor para diferentes puntos de operación, relaciones de compresión, revoluciones y caudales.

Posteriormente, de acuerdo con los resultados obtenidos en el trabajo se elaborarán las características que en términos de generación puede ofrecer la turbina del turbocompresor. De igual forma la caracterización del turbocompresor ofrecerá las características iniciales demandadas para el compresor y la cámara de combustión de la microturbina que se desea diseñar para el laboratorio de térmicas de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad Tecnológica de Pereira.

4. JUSTIFICACIÓN

Actualmente en Colombia se ve la necesidad de desarrollar investigaciones y adaptaciones tecnológicas en el campo del sector energético debido a que la capacidad del sistema eléctrico colombiano no satisface la demanda total de la población, viéndose la necesidad de encontrar soluciones a la falta de energía eléctrica sobretodo en las regiones más apartadas de la geografía nacional donde es poco factible la cobertura del Sistema Interconectado Nacional.

Una de las soluciones a dicho problema es el desarrollo de microturbinas de generación que si bien no se han desarrollado completamente, ya empiezan a comercializarse. Las microturbinas o turbogeneradores son pequeñas turbinas de combustión de eje único capaces de generar electricidad y calor; pueden ser propulsadas por medio de diferentes combustibles como gas natural, diesel, biogás, entre otros.

Los elementos principales de una microturbina son un compresor, una cámara de combustión, una turbina, el sistema de generación de energía eléctrica, el sistema de control y sistema eléctrico.

De igual manera las microturbinas cuentan con una serie de características importantes tales como mayor confiabilidad, bajos costos de instalación, operación y mantenimiento, son silenciosas y compactas, ofrecen altas temperaturas a la salida para procesos de cogeneración y de recuperación de calor, tienen un quemado limpio (cuando usan gas natural), proveen eficiencias térmicas competitivas mayores al 30% cuando se implementan procesos de regeneración y recuperación, por lo cual constituyen una opción muy atractiva para su investigación, desarrollo e implementación.

5. OBJETIVOS

5.1 Objetivo General

Caracterizar el turbocompresor de un vehículo Mazda 4.5 T para implementarlo al desarrollo de una microturbina para generación de potencia eléctrica.

5.2 Objetivos Específicos

• Medir y obtener las características del compresor (difusor y rotor).

• Medir y obtener las características de la turbina (alojamiento y rotor).

• Elaborar los planos geométricos del turbocompresor para determinar las características geométricas y aplicarlas a la teoría de turbomáquinas.

• Analizar los parámetros del turbocompresor a diferentes regímenes de operación con el fin de observar su comportamiento empleando el concepto de números adimensionales.

• Obtener las características que en términos de generación puede ofrecer la turbina del turbocompresor.

• Definir las bases para el diseño de la cámara de combustión y la elección del compresor de la microturbina.

6. MARCO REFERENCIAL

6.1 MARCO CONCEPTUAL

Calor: Es una forma de energía que se transfiere entre dos sistemas debido a una diferencia de temperatura.

Combustible: sustancia que reacciona químicamente con otra sustancia para producir calor, o que produce calor por procesos nucleares. El término combustible se limita por lo general a aquellas sustancias que arden fácilmente en aire u oxígeno emitiendo grandes cantidades de calor.

Combustión: proceso de oxidación rápida de una sustancia, acompañado de un aumento de calor y frecuentemente de luz. En el caso de los combustibles comunes, el proceso consiste en una reacción química con el oxígeno de la atmósfera que lleva a la formación de dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) y agua, junto con otros productos como el dióxido de azufre, que proceden de los componentes menores del combustible.

Compresor: Es un dispositivo que genera un vacío que permite aspirar aire atmosférico, una vez allí, el aire se acelera y pasa a la voluta del donde transforma la energía de velocidad en energía de presión y calor.

Difusor: Dispositivo que transforma la energía de velocidad de un fluido en energía de presión, se caracteriza por el aumento en su sección transversal.

Energía: capacidad de un sistema físico para realizar un trabajo.

Gas Natural: combustible hidrocarburo gaseoso, que es una mezcla de metano y cantidades pequeñas de otros gases, algunas veces se trata como metano CH4, por simplicidad.

Gases De Escape: Son los gases producto de la combustión en la cámara de combustión del motor.

Múltiple De Escape: Conducto que recibe los gases de escape provenientes del cilindro y los transporta al exterior.

Presión: en mecánica, fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o gas perpendicularmente a dicha superficie.

Reacción Química: proceso en el que una o más sustancias (reactivos) se transforman en otras sustancias diferentes (productos de reacción).

Sobrealimentación: Proceso en el cual el motor es alimentado con una carga de aire de una densidad mayor, para lograr un exceso de oxígeno en el cilindro con el fin de lograr una combustión completa del combustible.

Tobera: dispositivo que aumenta la velocidad de un fluido a expensas de la presión. Se caracteriza por la disminución en su sección transversal.

Transferencia De Calor: en física, proceso por el que se intercambia energía entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante convección, conducción o radiación.

Turbina: dispositivo que aprovecha la energía que poseen los gases provenientes de un proceso de combustión para producir potencia mecánica.

Vacío: espacio absolutamente libre de materia.

Volumen: en una figura tridimensional, es el número que indica la porción de espacio que ocupa. Se expresa en unidades cúbicas.

6.2 MARCO TEÓRICO

6.2.1 Definición de Turbocompresor

Un turbocompresor es básicamente un dispositivo que aprovecha los gases de escape de un motor de combustión interna para soplar aire dentro de los cilindros y así incrementar la potencia y el par motor hasta en un 35 %. En un motor, la cantidad de potencia que se produce depende de cuanto combustible

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