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Diseño y elaboración de una caldera pirotúbular didáctica como primera etapa para establecer un futuro laboratorio de ciencias térmicas

dc.contributor.advisorLópez M., Germán
dc.contributor.authorCardozo Ortiz, Carolina
dc.date.accessioned2025-10-07T01:50:30Z
dc.date.available2025-10-07T01:50:30Z
dc.date.issued2011
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14329/1631
dc.descriptionDigital
dc.description.abstractLas calderas forman parte de la industria, así como parte de los laboratorios en instituciones Educativas; dada la importancia de comprender su funcionamiento, diseño y pautas de fabricación, se tratara el tema de forma práctica y sencilla con los conceptos requeridos en el área de calderas, a través de procedimientos explicados en cuadros se realiza el diseño de una caldera pirotubular vertical de 3 BHP estándar a las fabricadas y comercializadas actualmente, con la ayuda de los procedimientos encontrados en la norma ASME sección I Power Boilers, medio del cual se extraen los apartados y temas fundamentales involucrados en el diseño, así como parámetros estandarizados empleados en la industria
dc.description.tableofcontentsCONTENIDO LISTAS ESPECIALES LISTA DE TABLAS 11 LISTA DE FIGURAS 12 LISTA DE CUADROS 15 LISTA DE ANEXOS 17 GLOSARIO 18 RESUMEN 24 INTRODUCCIÓN 25 TÍTULO DEL PROYECTO 26 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 26 1.1 ANTECEDENTES (ESTADO DEL ARTE) 26 1.1.1 Calderas didácticas en la Escuela Tecnológica Instituto Técnico Central 26 1.1.2 Calderas didácticas comerciales 27 1.1.3 Competencias de formación 35 1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 35 1.3 JUSTIFICACIÓN 35 1.4 OBJETIVOS 35 1.4.1 Objetivo general 35 1.4.2 Objetivos específicos 35 1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO 36 MARCO TEORICO 38 2. TRANSFERENCIA DE CALOR Y TERMODINAMICA 38 2.1 FUENTE DE CALOR 38 2.2 CANTIDAD DE CALOR 38 2.3 CALOR ESPECÍFICO 39 2.4 TRANSFERENCIA DE CALOR 39 2.4.1 Tipos de transferencia de calor 39 2.4.1.1 Conducción 40 2.4.1.2 Convección 40 2.4.1.3 Radiación 40 2.4.2 Conductividad térmica 41 2.4.3 Ecuación general de transferencia de calor 42 2.4.4 Coeficiente total de transferencia de calor (U) 42 2.4.5 Diferencia de temperatura (LMTD) 43 2.4.6 Barreras en la transferencia de calor 44 3. SISTEMAS CON VAPOR 3.2 VAPOR 46 3.2.1 Ciclo Abierto 47 3.2.2 Ciclo Rankine 48 4. GENERALIDADES DE LAS CALDERAS 51 4.1 DEFINICIÓN DE CALDERA 51 4.1.1 Capacidad ó potencia de caldera (BHP) 52 4.1.2 Capacidad real de una caldera 52 4.1.3 Capacidad de producción de vapor de las calderas 52 4.1.4 Superficie de calefacción 53 4.1.5 Presión de trabajo 54 4.1.6 Presión máxima de trabajo 54 4.1.7 Presión de diseño 54 4.1.8 Temperatura máxima de trabajo 54 4.1.9 Temperatura de trabajo 54 4.2 PARTES DE UNA CALDERA 54 4.3 TIPOS DE CALDERAS 56 4.3.1 Calderas Pirotubulares 56 4.3.1.1 Cámara trasera seca 57 4.3.1.2 Cámara trasera húmeda 58 4.3.1.3 Parrilla viajante interna 59 4.3.1.4 Parrilla viajante externa 60 4.3.2 Calderas Acuatubulares 61 4.3.3 Aceite Térmico 62 4.4 ELEMENTOS DE FUNCIONAMIENTO DE UNA CALDERA 63 4.4.1 Fuego 63 4.4.2 Agua para calderas 64 4.5 TEORIA DE LA COMBUSTION 64 4.5.1 Poder Calorífico 67 4.5.2 Combustibles 67 4.5.2.1 Gas natural 67 4.6 QUEMADORES 68 4.6.1 Quemadores atmosféricos 68 4.6.2 Quemadores mecánicos 70 4.6.2.1 De una marcha 70 4.6.2.2 De varias marchas 70 4.6.2.3 Modulantes 70 4.7 CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD 70 4.7.1 Controles para manejo y seguridad de agua (Calderas pirotubulares) 70 4.7.2 Controles para manejo y seguridad de combustible 72 4.7.3 Controles para manejo y seguridad en la atomización aire-vapor 72 4.7.4 Controles para manejo y seguridad aire combustión 72 4.7.5 Controles para manejo y seguridad de calderas moduladas 72 4.7.6 Que es un sistema modulado 4.7.8 Controles para manejo y seguridad de llama 73 4.7.9 Controles para manejo y seguridad de tanques de condensados 73 4.7.10 Controles para manejo y seguridad en el tanque diario de combustible 73 4.7.11 Control para seguridad de gas en chimenea 73 4.7.12 Control para manejo y seguridad de vapor de la caldera 74 4.7.13 Control para manejo y seguridad ignición a Gas o ACPM 74 4.7.14 Válvulas de seguridad 74 4.7.15 Purgas 74 4.8 AISLAMIENTO TERMICO 74 4.8.1 Selección de aislamiento 74 4.8.2 Tipos aislamientos 75 4.8.2.1 Aislamiento fibroso 75 4.8.2.2 Aislamiento celular 75 4.8.2.3 Aislamiento granular 75 4.8.3 Criterios a tener en cuenta en la selección del aislamiento 76 4.8.3.1 Incombustibilidad 76 4.8.3.2 Conductividad térmica 76 4.8.3.3 Calidad de fibra 76 4.8.3.4 Diámetro y longitud de fibra 76 4.8.3.5 Resistencia a la corrosión 76 4.8.4 Criterios de cálculo de espesor de aislamientos 76 4.9 EFICIENCIA 76 4.9.1 Eficiencia térmica 76 4.9.2 Eficiencia de combustión 77 4.1O MANTENIMIENTO Y FALLAS EN CALDERAS 77 4.10.1 Conceptos básicos de seguridad en calderas 77 4.10.1.1 Tipos de explosiones en calderas 77 4.10.1.2 Causas de los accidentes en las calderas 77 4.10.1.3 Recomendaciones generales de seguridad 77 4.10.2 Mantenimiento en calderas 78 4.10.2.1 Mantenimiento diario 78 4.10.2.2 Mantenimiento mensual 78 4.10.2.3 Mantenimiento semestral 79 4.10.2.4 Mantenimiento anual 79 4.10.3 Análisis de Fallas típicas presentadas en calderas 79 4.10.3.1 Fallas en el arranque 79 4.10.3.2 Fallas en el encendido 79 4.10.3.3 Fallas en los materiales 80 5. CODIGOS Y NORMAS USADAS EN CALDERAS 81 5.1 NORMAS DE DISEÑO 81 5.2 A.S.M.E. (American Society of Mechanical Engineers) 81 5.2.1 Fabricación de calderas 82 5.2.2 Clasificación del Código A.S.M.E 82 5.3 A.W.S. (American Welding Society) 82 5.4 A.I.S.C. (American Institute of Steel Construction) 82 5.5 A.N.S.I. (American National Standars Institute 5.6 A.S.T.M. (American Society for Testing and Materials) 83 5.7 NFPA. (Asociación Nacional de Protección contra Incendios) 83 5.8 NORMAS DE CALIDAD ISO 83 5.8.1 ISO 9001. Sistema de calidad 83 5.8.2 ISO 9002. Sistema de calidad - modelo para aseguramiento de calidad en producción, instalación y servicio 83 5.8.3 ISO 9003. Sistema de calidad - modelo para aseguramiento de calidad en prueba de inspección final 83 5.9 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA 84 6. METODOLOGÍA 84 7. DISEÑO PREUMINAR 85 7.1 ANALISIS DE ALTERNATIVAS 85 7.2 SELECCIÓN DE LA MEJOR ALTERNATIVA 87 8. DISEÑO DE LA CALDERA 89 8.1 PARÁMETROS DE DISEÑO 89 8.2 CÁLCULOS TÉRMICOS 90 8.2.1 Capacidad de la Caldera 90 8.2.1.1 Calculo de la capacidad de la caldera a condiciones estándar caldera 90 8.2.1.2 Potencia de la caldera 3BHP 90 8.2.1.3 Calculo de la capacidad de la caldera a condiciones reales en Bogotá 91 8.2.1.4 Estimación de la Superficie de Transferencia 92 8.3 DEFINICIÓN DE LA GEOMETRÍA DEL EQUIPO 94 8.4 SELECCIÓN DE MATERIALES DEL CUERPO DE LA CALDERA 97 8.4.1 Requerimientos para la selección de Materiales de las partes del Cuerpo de la Caldera de acuerdo a la Norma ASME Sección 1, Partes PG y PFT 97 8.4.1.1 Materiales para las placas Tubulares (Espejos) de acuerdo al Numeral PG-6 PLACA 97 8.4.1.2 Materiales para las Tubos acuerdo al Numeral PG-9 TUBERIAS, TUBOS Y PARTES SOMETIDAS A PRESIÓN 98 8.5 CÁLCULOS PARTES CALDERA 8.5.1 Cálculo del cuerpo 8.5.2 Cálculo de las placas tubulares 8.5.3 Cálculo de tubería 8.5.4 Cálculo de las válvulas de seguridad 8.5.5 Cálculo de aislamiento 8.5.6 Cálculo del quemador 8.5.7 Cálculo de la chimenea 8.5.8 Cálculo del diámetro de la conexión de salida de vapor 8.3 SELECCIÓN DE ELEMENTOS DE CONTROL 8.3.1 Equipos sistema seguridad de llama 8.3.1.1 Control de seguridad de llama 8.3.1.2 Electrodo de ignición westwod 8.3.1.3 Electrodo sensor 8.3.1.4 Control de presión L404F1078 Honeywell 8.3.1.5 Válvula para gas VR8305M4801 Honeywell 8.3.1.6 Control de nivel de Agua 8.3.1.7 Válvula de seguridad 8.4. PLANOS 8.4.1 Espejo 8.4.2 Cuerpo 8.4.3 Tubería 8.4.4 Ensamble 8.4.5 Explosión 8.4.6 Vista General Equipo Terminado 8.4.7 Equipo Terminado 8.4.8 Diagrama eléctrico General 8.4.9 Esquema General Caldera 8.4.10 Listados de Materiales 9. PROCESO DE FABRICACION 9.1 Cuerpo 9.2 Placa tubular (Espejo) 9.3 Tubería 9.4 Ensamble cuerpo - espejo - tubería 9.5 Tapa Chimenea 9.6 Pruebas de funcionamiento 9.6.1 Prueba Hidrostática 9.6.2 Encendido General del Equipo 9.6.3 Registro de Pruebas 10. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS EQUIPO TERMINADO 11. RECOMENDACIONES 12. ESTUDIO DE COSTOS 13. CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA ANEXOS 10
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dc.subject.armarcDiseño en ingeniería
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