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Diseño de un motor rotativo por expansión de vapor
dc.contributor.advisor | Bayona Roa, Camilo Andrés | |
dc.contributor.author | López, Alcides Camelo | |
dc.date.accessioned | 2021-03-17T13:50:44Z | |
dc.date.available | 2021-03-17T13:50:44Z | |
dc.date.issued | 2021 | |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ecci.edu.co/handle/001/924 | |
dc.description | Caracterización de una planta térmica piloto, selección por medio de herramientas estadísticas y diseño de experimentos de un tipo especifico de motor a diseñar, ubicación del motor en la planta térmica para su optimo funcionamiento con el vapor generado en dicha planta , modelo matemático del motor, programación en Matlab de una herramienta computacional para establecer parámetros dimensionales del motor, modelado en software CAD del prototipo resultante, y estudio de viabilidad para la fabricación del motor con las maquinas instaladas en la universidad | |
dc.description.abstract | Spa. El proyecto planteado en este documento está enmarcado dentro del Grupo de Investigación de Aprovechamiento Tecnológico de Materiales y Energía, GIATME, de la Universidad ECCI y hace parte de un macro proyecto aprobado dentro de una convocatoria interna de la universidad, el cual busca contar con otra máquina térmica conectada a la planta térmica ECCI-1, en la que se puedan variar las condiciones de entrada y determinar el comportamiento del proceso ocurrido al interior del equipo. El objetivo general del proyecto es diseñar un motor que funciones por expansion volumétrica y evaluar la viabilidad para la fabricación, funcionamiento y ubicación del mismo para que funcione eficientemente bajo los parámetros de salida de la caldera ECCI–1 del laboratorio de máquinas térmicas de la sede J de la Universidad, para la cual se realiza: En primera instancia se realiza la evaluación de cada una de las tipologías existentes de motores rotativos que están en la capacidad de ser modificados para convertirlos de motores rotativos de combustión a motores rotativos de expansión volumétrica, que funcionen con el vapor de agua producido en la planta térmica de la universidad, empleando una matriz de Pugh para determinar la tipología del motor. Por otro lado, se caracteriza la calidad del vapor desde la salida de la caldera hasta antes de la turbina en la planta y así, por medio de la aplicación del modelo estadístico de diseño de experimentos (DOE) se evalúa la mejor ubicación del motor. Adicionalmente, el DOE también permite determinar qué tipos de plantas sirven como fuente primaria de alimentación para el motor. Cabe resaltar que el modelamiento matemático del motor se desarrolla a partir de la tipología seleccionada, por lo cual, se plantean las ecuaciones que gobiernan y describen todo el proceso ocurrido al interior del motor durante su funcionamiento. De este modo dicha información sirve para programar una herramienta computacional en MATLAB® que da solución a dichas ecuaciones asignando valores a las variables por medio de diferentes métodos numéricos mediante iteraciones en el software programado. Posterior a esto, se modela en CAD un prototipo a partir de los datos generados en la herramienta computacional, por medio de la aplicación de SOLID WORKS®, y así poder dimensionar el prototipo planteado y generar un paquete de planos del modelo desarrollado. Por último, se realiza un estudio de viabilidad técnico-económico del motor diseñado, evaluando si con las máquinas con las que cuenta la universidad se puede fabricar y el costo aproximado para la fabricación del mismo. | |
dc.description.abstract | The project proposed in this document is framed within the research group of technological use of materials and energy, GIATME, of the ECCI University and is part of a macro project approved within an internal call of the university, which seeks to have another thermal machine connected to the ECCI-1 thermal plant, in which the input conditions can be varied and the behavior of the process occurring inside the equipment can be determined. The general objective of the project is to design a motor that functions by volumetric expansion and to evaluate the feasibility for the manufacture, operation and location of the same so that it works efficiently under the output parameters of the ECCI1 boiler of the thermal machines laboratory of the headquarters. J of the University, for which it is carried out: In the first place, an evaluation of each of the existing types of rotary engines is carried out, which are capable of being modified to convert them from rotary combustion engines to rotary engines with volumetric expansion. A Pugh matrix is applied to determine the type of engine to be designed. On the other hand, the characterization of the steam quality from the outlet of the boiler to before the turbine of the plant aids to locate the best motor position, through the application of a Design Of Experiments (DOE) technique. It should be noted that the mathematical modeling of the motor is developed from the selected typology, therefore, the equations that govern and describe the entire process that occur inside the motor during its operation are stated. This is used to create a computational tool in MATLAB®, by solving these equations through different iterations of the programmed software. By means of the SOLID WORKS application, a prototype is modeled in CAD from the data generated in the computational tool, and thus the proposed prototype and it’s the planes of the model are developed. 19 “Diseño de un motor rotativo por expansión de vapor” Finally, a technical-economic feasibility study is carried out to determine if the designed motor can be manufactured, evaluating whether it can be manufactured with the machines that the University has and the approximate cost for its manufacture. | |
dc.description.tableofcontents | LISTA DE FIGURAS 9 LISTA DE TABLAS 12 LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS 13 Símbolos con letras latinas 13 Símbolos con letras griegas 14 Subíndices 14 Superíndices 15 Abreviaturas 15 TÍTULO - 16 – RESUMEN - 16 - PALABRAS CLAVE: - 17 - ABSTRACT 18 KEYWORDS 19 1 INTRODUCCIÓN 20 2 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN - 28 - 2.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA - 28 - 2.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA - 30 - 3 OBJETIVOS - 31 - 3.1 OBJETIVO GENERAL - 31 - 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS - 31 - 4 JUSTIFICACIÓN Y DELIMITACIÓN 33 4.1 JUSTIFICACIÓN 33 4.2 DELIMITACIÓN 33 4.3 ALCANCE 34 5 MARCOS DE REFERENCIA 36 - 7 - Diseño de un motor 5.1 ESTADO DEL ARTE 36 5.2 MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL 47 5.2.1 Tipología de Motores 47 5.2.2 Matriz de Pugh 50 5.2.3 Motor Radmax 50 5.2.4 Plantas térmicas 52 5.2.5 Ciclo Rankine 54 5.2.6 Diseño de experimentos 57 5.2.7 Estudio de viabilidad 57 6 MARCO METODOLÓGICO DE LA INVESTIGACIÓN 59 6.1METODOLOGIA 59 6.1.1 Paradigma 59 6.1.2 Método 59 6.1.3 Tipo de investigación 60 6.1.4 Fases de la investigación 61 6.2 RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN 63 6.2.1 Fuentes primarias: 63 6.2.2 Fuentes secundarias 63 6.2.3 Fuentes terciarias 64 6.3 ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN 65 7 MÉTODOS 66 7.1 FASE 1: SELECCIÓN Y UBICACIÓN DE LA TIPOLOGÍA DEL MOTOR A DISEÑAR 66 7.1.1 PRÁCTICA GUIADA CON PLANTA TÉRMICA ECCI 67 7.1.1.1 Descripción de la practica en la planta térmica 67 7.1.1.2 Datos obtenidos 69 7.1.2 TIPOLOGÍAS DE MOTORES 73 7.1.3 MATRIZ DE DECISIÓN 75 7.1.4 APLICACIÓN DE DISEÑO DE EXPERIMENTOS DOS FACTORES CON DOS NIVELES 3 80 7.2 FASE 2 MODELAMIENTO MATEMÁTICO 85 7.2.1 ECUACIONES GOBERNANTES 85 7.2.1.1 Cálculo de áreas 87 7.2.1.2 Calculo volumétrico cada una de las cámaras 94 TABLA DE CONTENIDO 7.2.1.3 Presión ejercida en cada una de las paletas 95 7.2.1.4 Fuerza ejercida en cada una de las paletas 98 7.2.1.5 Torque ejercido en cada una de las paletas 99 7.2.1.6 Torque de carga 102 7.2.1.7 Momento de inercia del motor 102 7.2.1.8 Aceleración angular del motor 103 7.2.1.9 Velocidad angular del motor 104 7.2.1.10 Potencia entregada por el motor 107 7.2.2 PROGRAMACIÓN EN MATLAB® 108 7.3 FASE 3 MODELADO Y SIMULACIÓN CAD 120 7.3.1 PARTES DEL PROTOTIPO 121 7.3.2 EXIGENCIAS PARA MODELADO CAD 122 7.3.3 DATOS DIMENSIONALES DEL PROTOTIPO 125 7.3.4 PLANOS DE PIEZAS DISEÑADAS 126 7.4 FASE 4 VIABILIDAD PARA LA FABRICACIÓN 128 7.4.1 SITUACIÓN ACTUAL PARA FABRICACIÓN DEL PROTOTIPO CON LAS MAQUINAS DE LA ECCI 128 7.4.2 PROCESO DE FABRICACIÓN GENERALIZADO 130 7.4.3 COSTOS DE FABRICACIÓN 131 7.4.4 VALOR AGREGADO DE LLEVAR A CABO LA FABRICACIÓN DEL DISEÑO PROPUESTO 134 8 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 135 8.1 CONCLUSIONES 135 8.2 RECOMENDACIONES136 9 ANEXOS 139 ANEXO A. PROTOCOLO PLANTA TÉRMICA. 139 ANEXO B. CÓDIGO DE PROGRAMACIÓN EN MATLAB 146 ANEXO C. PLANOS MOTOR DISEÑADO 169 10 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y WEB GRAFÍA 182 | |
dc.format.extent | 188 p. | spa |
dc.format.mimetype | application/pdf | spa |
dc.language.iso | spa | spa |
dc.rights | Derechos Reservados - Universidad ECCI, 2021 | |
dc.title | Diseño de un motor rotativo por expansión de vapor | |
dc.type | Trabajo de grado - Maestría | spa |
dcterms.audience | Estudiantes técnicos, pregrado y maestría Profesores técnicos y tecnologos Profesores universitarios de pregrado, especializaciones y maestrías Comunidad científica colombiana Jovenes investigadores Semilleros de investigacion Grupos de investigacion | |
dc.contributor.researchgroup | Grupo de Investigación en Materiales y Energía (GIATME) GIATME es un grupo abierto a trabajar interdisciplinariamente, de acuerdo a la Convocatoria 833 de 2018 de COLCIENCIAS, está en categoría B, contando con 4 investigadores asociados y 5 investigadores junior. El grupo ha sido fundamental para sustentar la apertura de programas de posgrado como las Maestría en Ingeniería y la Maestría de Materiales y Procesos, así como también en el pregrado de Ingeniería Química, y la renovación de registro calificado en los programas de la dirección de Ingeniería Mecánica. GIATME fue pionero en la organización de eventos científicos en la ECCI cuando junto a la Universidad Santo Tomas, la Universidad Libre y la ONG Akuaippa celebraron el “Primer Congreso de Energía Sostenible 2012”. Además se participa en la red Prideras, la red Energias y la de Bioenergía. | spa |
dc.description.technicalinfo | Diseño a detalle de un motor de vapor tipo rotativo de expansión volumétrica, por medio de la generación de una herramienta computacional, siendo ubicado en la planta térmica ECCI-1 del laboratorio de máquinas térmicas de la sede J de la Universidad para que funcione eficientemente, y evaluación de la viabilidad para su fabricación con las máquinas instaladas en los laboratorios de mecanizado de la misma universidad. | |
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dc.rights.accessrights | info:eu-repo/semantics/openAccess | spa |
dc.subject.proposal | Motor de vapor | |
dc.subject.proposal | Steam Engine | eng |
dc.subject.proposal | Volumetric expansion | eng |
dc.subject.proposal | Expansión volumétrica | |
dc.subject.proposal | Thermal plants. | eng |
dc.subject.proposal | Plantas térmicas | |
dc.type.coar | http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc | spa |
dc.type.content | Text | spa |
dc.type.driver | info:eu-repo/semantics/masterThesis | spa |
dc.type.redcol | https://purl.org/redcol/resource_type/TM | spa |
dc.type.version | info:eu-repo/semantics/updatedVersion | spa |
dc.description.degreelevel | Maestría | spa |
dc.description.degreename | Maestría en Ingeniería | spa |
dc.description.researcharea | Materiales y energía Diseño mecánico Procesos de manufactura | spa |
dc.publisher.faculty | Posgrado | spa |
dc.publisher.program | Magíster en Ingeniero en | spa |
dc.type.coarversion | http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 | spa |
dc.rights.coar | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 | spa |
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