CAPITULO 1. GENERALIDADES

ING. PETROLERA EMI SANTA CRUZ

1.1. INTRODUCCIN

Unamquina de vapores unmotor de combustin externaque transforma laenerga trmicade una cantidad deaguaenenerga mecnica. En esencia, el ciclo de trabajo se realiza en dos etapas:

Primera Etapa: Se generavapor de aguapor el calentamiento en unacalderacerrada hermticamente, lo cual produce la expansin del volumen de uncilindro empujando unpistn. Mediante un mecanismo de biela - manivela, el movimiento lineal alternativodel pistn del cilindro se transforma en un movimiento de rotacinque acciona, por ejemplo, las ruedas de unalocomotorao el rotor de ungenerador elctrico. Una vez alcanzado el final de carrera el mbolo retorna a su posicin inicial y expulsa el vapor de agua utilizando laenerga cinticade unvolante de inercia.

Segunda Etapa: El vapor a presin se controla mediante una serie devlvulasde entrada y salida que regulan la renovacin de la carga; es decir, los flujos del vapor hacia y desde el cilindro.

1.2. ANTECEDENTES

En la mquina de vapor se basa laPrimera Revolucin Industrialque, desde fines del siglo XVIII en Inglaterra y hasta casi mediados del siglo XIX, aceler portentosamente el desarrollo econmico de muchos de los principales pases de la Europa Occidentaly de losEstados Unidos. Solo en la interfase que medi entre 1890 y 1930 la mquina a vapor impulsada porhulladej lugar a otrosmotores de combustin interna: aquellos impulsados porhidrocarburosderivados delpetrleo.

Muchos han sido los autores que han intentado determinar la fecha de la invencin de la mquina de vapor atribuyndola a tal o cual inventor; intento que haba sido en vano, ya que la historia de su desarrollo estaba plagada de nombres propios. Desde la recopilacin de Hern hasta la sofisticada mquina deJames Watt, son multitud las mejoras que en Inglaterra y especialmente en el contexto de una incipienteRevolucin Industrialen los siglos XVII y XVIII condujeron sin solucin de continuidad desde los rudimentarios primeros aparatos sin aplicacin prctica a la invencin del motor universal que lleg a implantarse en todas las industrias y a utilizarse en el transporte, desplazando los tradicionalesmotores, como el animal de tiro, el molino o la propia fuerza del hombre.Jernimo de Ayanz y Beaumont, militar, pintor, cosmgrafo y msico, pero, sobre todo, inventor espaol registr en 1606 la primera patente de una mquina de vapor moderna, por lo que se le puede atribuir la invencin de la mquina de vapor.

El hecho de que el conocimiento de esta patente sea bastante reciente hace que este dato lo desconozca la gran mayora de la gente.

La historia de los primeros pasos de la mquina de vapor nos exige algunas aclaraciones previas sobre los principios en que est basada y en particular sobre la evolucin de las ideas referentes a la presin atmosfrica.

En 1644 Torricelli enunci que la presin de la atmsfera era igual a la ejercida por una columna de mercurio de unos 760 milmetros de altura aproximadamente.

En 1654, Von Guericke, con su famoso experimento de Magdeburgo, hizo una espectacular demostr de la inmensa fuerza que la atmsfera poda ejercer. Mostr que cuando dos hemisferios de 50 centmetros de dimetro perfectamente ajustados eran unidos de manera que formasen una esfera y se haca el vaco en su interior, dos tiros de ocho caballos cada uno no podan separarlos. En otro experimento ms inmediatamente relacionado con la historia de la mquina de vapor mostr que cuando se creaba un vaco parcial bajo un mbolo de grandes dimensiones introducido en un cilindro, la fuerza sumada de cincuenta hombres no poda evitar que la presin atmosfrica llevase el mbolo al fondo del cilindro.

Tales experimentos dieron vida a la idea de que si se pudiese encontrar algn medio sencillo para crear el vaco repetidas veces se podra utilizar la presin atmosfrica como una ventajosa fuente de energa. En ello se basan las mquinas de vapor llamadas atmosfricas.

MQUINAS ATMOSFRICASLas primeras mquinas de vapor fueron llamadas con bastante frecuencia mquinas atmosfricas, puesto que era la presin de la atmsfera la que proporcionaba la fuente motriz. Despus de varios intentos con distintos sistemas para conseguir el vaco necesario, el primero en utilizar el vapor de agua para este fin fue Denis Papn (1647-1714). En 1687 publica la Descripcin y empleo de la nueva mquina para elevar el agua, obra en la que describe el funcionamiento bsico de sumquina neumtica, consistente en un cilindro vertical en el que se mueve un pistn como consecuencia del vapor del agua calentada en el fondo del cilindro. El vapor hace ascender el pistn, el cual era sostenido en el punto ms alto de su recorrido. A continuacin se enfriaba el cilindro con lo que el vapor condensaba, soltndose a continuacin el pistn que es empujado haca el fondo por la presin atmosfrica.

La mquina de Papin no tena demasiada importancia prctica, pero estableci el principio vitalmente importante de que se poda utilizar el vapor para mover un mbolo hacia arriba y hacia abajo en el interior de un cilindro.

En 1698, el mecnico ingls Thomas Savery (1650-1715) construye una mquina para bombear el agua de las minas de Cornualles, siendo esta la primera vez que se emplea la presin del vapor como fuerza motriz para un uso industrial. La mquina de Savery fue perfeccionada por Thomas Newcomen (1663-1729) con su mquina atmosfrica, que en 1712 estaba ya en funcionamiento, y que durante casi un siglo se emple para achicar agua de las minas.

LA MQUINA DE WATT

El rendimiento de la mquina de Newcomen era poco satisfactorio, ms que nada porque el vapor se enfriaba en el propio cilindro. De ello se dio cuenta un mecnico escocs llamado James Watt (1736-1819), quien al reparar una mquina de Newcomen introduce en lla importante modificaciones. Hace que el vapor se condense en un recipiente especial, el condensador, que conecta con un tubo al cilindro al que, adems, cierra por sus dos extremos. De esta forma se poda mantener siempre caliente el cilindro, ahorndose una importante cantidad de combustible. Adems introducira otros adelantos en su mquina , como un mecanismo para regular la distribucin del vapor,mquina de doble efecto, y una varilla que une el mbolo con un balancn articulado, la biela, por lo cual el movimiento rectilneo se hace circular.

1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.3.1. Identificacin del Problema

La necesidad de demostrar el funcionamiento exacto de una mquina de vapor para la ptima enseanza de los estudiantes.

1.3.2. Formulacin del Problema

Cmo deber ser el desarrollo, diseo y construccin de una mquina de vapor a escala para la demostracin y enseanza de su funcionamiento?

1.4. DELIMITACIN DE LA INVESTIGACIN

1.4.1. Temtica

La presente investigacin analiza las estrategias para la construccin de una mquina de vapor a escala para la demostracin exacta de su funcionamiento.

1.4.2. Espacial

El presente proyecto es realizado para la Escuela Militar de Ingeniera Unidad Acadmica Santa cruz.

ANEXO 1.1 ESCUELA MILITAR DE INGENIERAElaboracin propia

1.4.3. Alcance Temporal

El presente trabajo de investigacin es exploratorio pero tendr una orientacin demostrativa, para la enseanza de su funcionamiento

1.5. PREGUNTAS DE INVESTIGACIN

Cul las principios cientficos que se deben seguir para el funcionamiento de la mquina de vapor?Cul ser el diseo para la construccin de una mquina de vapor?Cul ser la adecuacin al diseo para la resistencia de la presin del vapor?Cules los materiales ms resistentes para soportar la presin hidrosttica de la maquina?Cul ser la modificacin necesaria de la estructura de la mquina para su ptimo funcionamiento?

1.6. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN

1.6.1. Objetivo General

Elaborar un proyecto que sustenten los procedimientos cientficos de funcionamiento de una mquina de vapor para la explicacin en la Escuela Militar de Ingeniera Unidad Acadmica Santa Cruz

1.6.2. Objetivos Especficos

Realizar un estudio cientfico para el anlisis del funcionamiento de la mquina de vapor. Realizar un diseo estructural para la construccin de la maquina a vapor. Realizar cambios adecuados para la resistencia hidrosttica a la estructura de la maquina Realizar un estudio general de los materiales ms adecuados para la construccin de la mquina de vapor. Realizar una reestructuracin a la mquina para su optimo y adecuado funcionamiento

CUADRO 1.1 Preguntas y Objetivos EspecficosPREGUNTASOBJETIVOS ESPECIFICOS

1.- Cul las principios cientficos que se deben seguir para el funcionamiento de la mquina de vapor?1.- Realizar un estudio cientfico para el anlisis del funcionamiento de la mquina de vapor.

2.- Cul ser el diseo para la construccin de una mquina de vapor?2.- Realizar un diseo estructural para la construccin de la maquina a vapor.

3.- Cul ser la adecuacin al diseo para la resistencia de la presin del vapor?3.- Realizar cambios adecuados para la resistencia hidrosttica a la estructura de la mquina.

4.- Cules los materiales ms resistentes para soportar la presin hidrosttica de la maquina?4.- Realizar un estudio general de los materiales ms adecuados para la construccin de la mquina de vapor.

5.- Cul ser la modificacin necesaria de la estructura de la mquina para su ptimo funcionamiento?5.- Realizar una reestructuracin a la mquina para su optimo y adecuado funcionamiento

1.7. JUSTIFICACIN

1.7.1. Originalidad

El desarrollo del presente proyecto es importante, para demostrar el funcionamiento cientfico de uno de los inventos ms fundamentales de la historia mundial.

1.7.2. Relevancia

El presente proyecto es relevante, puesto que mejorara mucho el prestigio, imagen y concepto que tiene la ciudadana en general acerca de la Escuela Militar de Ingeniera. Ya que demostrara que se promueve la igualdad de las personas sin ningn tipo de discriminacin, la igualdad de oportunidades y no discriminacin de ningn tipo.

1.7.3. Inters

El presente trabajo muestra un alto inters, ya que aumentara los ingresos en la Escuela Militar de Ingeniera, tambin se concientizara y recuperar los valores ticos y morales de los alumnos enseando a la no discriminacin, a que todas las personas tienen los mismos derechos, y oportunidades.

1.6.4. Factibilidad

El presente proyecto es factible, pues se cuenta con los recursos financieros y administrativos para el mejoramiento de la infraestructura en general, implementacin, equipamiento didctico de las aulas y laboratorios de la Escuela Militar de Ingeniera Unidad Acadmica Santa Cruz.

CAPITULO 2. MARCO TERICO

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