Central Termica

Volumen I Memoria – Presupuesto

TRABAJO DE FINAL DE GRADO

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA

CENTRAL TÉRMICA DEMOSTRATIVA A

ESCALA REDUCIDA”

TFG presentado para optar al título de GRADO en INGIENERÍA Mecánica

por Jaume Morera Luque

Barcelona, 08 de Enero de 2013

Tutor proyecto: Joan Grau i Barceló Departamento de Mecánica de Fluidos (D729)

Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)

Sumario General



ESCALA REDUCIDA”

TFG presentado para optar al título de GRADO en INGENIERÍA Mecánica


Barcelona, 08 de Enero de 2013 Director: Joan Grau i Barceló

Departamento de Mecánica de Fluidos (D729) Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)

-1-

VOLUMEN I

SUMARIO GENERAL

Sumario General .............................................................................. 1

SUMARIO MEMORIA

Sumario Memoria ............................................................................. 1

Resumen .......................................................................................... 9

Resum ............................................................................................. 9

Abstract ........................................................................................... 9

Capítulo 1: Definición del proyecto ..................................................... 10

1.1. Introducción ............................................................................. 11

1.2. Objetivo ................................................................................... 12

1.3. Antecedentes ............................................................................ 13

1.4. Cálculos Termodinámicos............................................................ 14

1.4.1. Estudio de la Bomba ................................................................. 15

1.4.2. Estudio de la Caldera ................................................................ 16

1.4.3. Estudio de la Turbina ................................................................ 16

1.4.4. Estudio de la Torre de Refrigeración ............................................ 17

1.4.5. Conclusiones Ciclo Potencia ....................................................... 17

1.5. Modificaciones del ciclo .............................................................. 18

Capítulo 2: Introducción en el diseño ................................................. 19

2.1. Ubicación maqueta .................................................................... 19

2.2. Disposición edificios ................................................................... 21

2.2.1. Edificio contención .................................................................... 21

2.2.2. Edificio presión y bomba ............................................................ 25

2.2.3. Edificio entrada agua a torre de refrigeración ............................... 25

-2-

2.2.4. Edificio torre de refrigeración ..................................................... 27

2.2.5. Edificio depósito de combustible ................................................. 28

2.2.6. Edificios sistemas electrónicos .................................................... 28

2.2.7. Edificio cuadro de mandos ......................................................... 30

2.2.8. Zona de turbinas ...................................................................... 31

2.2.9. Zona circuitos de potencia ......................................................... 32

2.2.10.Zona submesa depósito reserva ................................................. 33

2.2.11. Zona submesa circuitos eléctricos ............................................. 34

2.2.12. Cajón submesa ....................................................................... 34

2.2.13. Vista general de la central ........................................................ 35

2.3. Sensores de la central ................................................................ 37

2.3.1. Sensores de temperatura .......................................................... 37

2.3.2. Sensores de nivel de agua ......................................................... 39

2.3.3. Sensores desborde de alcohol .................................................... 42

2.3.4. Sensores de presencia de fuego ................................................. 43

2.3.5. Sensor de presión ..................................................................... 44

2.3.6. Sensor de luminosidad .............................................................. 45

2.3.7. Reloj de presión ....................................................................... 46

Capítulo 3: Sistemas principales de la central .................................... 48

3.1. Sistema de bombeo ................................................................... 49

3.1.1. Introducción ............................................................................ 49

3.1.2. Diseño y cálculos ...................................................................... 49

3.1.3. Descripción circuito electrónico ................................................... 52

3.1.4. Lógica implementada circuito electrónico ..................................... 52

3.1.5. Esquema circuito, material y conectores ...................................... 53

3.2. Sistema Caldera ........................................................................ 54

3.2.1. Introducción ............................................................................ 54

3.2.2. Diseño edificio contención .......................................................... 55

3.2.3. Cálculo pérdidas térmicas edificio contención ............................... 55

3.2.4. Cálculo explosión ...................................................................... 58

3.2.5. Evaporador .............................................................................. 61

3.2.6. Introducción sobrecalentador ..................................................... 63

3.2.7. Diseño y materiales sobrecalentador ........................................... 64

3.2.8. Cálculo soldaduras del sobrecalentador ....................................... 67

-3-

3.2.9. Seguridad del sistema caldera .................................................... 68

3.3. Sistema turbinas ....................................................................... 70

3.3.1. Introducción ............................................................................ 70

3.3.2. Diseño y materiales .................................................................. 71

3.3.3. Cálculo a fatiga eje turbina pequeña ........................................... 72

3.3.4. Cálculo a fatiga eje turbina grande ............................................. 79

3.3.5. Cálculo rpm máximas turbina grande .......................................... 79

3.3.6. Cálculo tobera .......................................................................... 80

3.4. Sistema de condensación ........................................................... 83

3.4.1. Introducción ............................................................................ 83


3.4.3. Cálculo evacuación de calor ....................................................... 84

Capítulo 4: Sistema de tuberías .......................................................... 85

4.1. Tuberías de alcohol .................................................................... 86

4.2. Admisión de vapor ..................................................................... 87


4.2.2. Cálculo soldaduras .................................................................... 89

4.3. Escape de vapor ........................................................................ 90

4.4. Tuberías de agua del ciclo .......................................................... 91

4.5. Tuberías retorno de agua ........................................................... 92

Capítulo 5: Sistemas Auxiliares de la Central ...................................... 93

5.1. Sistema generadores eléctricos .................................................. 93

5.1.1. Introducción ............................................................................ 93

5.1.2. Dimensionado .......................................................................... 94



5.1.5. Esquema circuito,material y conectores ....................................... 96

5.2.Sistema de resistencia generadora de vapor ...................................... 97

5.2.1. Introducción ............................................................................ 97

5.2.2. Diseño circuito electrónico ......................................................... 98


5.3. Sistema de quemadores ............................................................. 99

5.3.1. Introducción ............................................................................ 99

5.3.2. Diseño y materiales ................................................................ 100

-4-

5.3.3. Resistencias de encendido ....................................................... 102

5.3.4. Introducción y lógica circuito resistencias de encendido ............... 103

5.3.5. Esquema circuito,material y conectores ..................................... 103

5.4. Sistema de alimentación de aire ................................................ 104

5.4.1. Introducción .......................................................................... 104

5.4.2. Diseño sistema alimentación aire .............................................. 104

5.4.3. Dimensionado ventilador ......................................................... 107

5.5. Sistema de alimentación de combustible .................................... 108

5.5.1. Introducción .......................................................................... 108

5.5.2. Diseño sistema alimentación de combustible .............................. 109

5.5.3. Sistema corte de combustible................................................... 110

5.5.4. Introducción y grafcet circuito corte de combustible .................... 111


5.6. Sistema de retorno de agua ..................................................... 113

5.6.1. Introducción .......................................................................... 113

5.6.2. Depósito ................................................................................ 113

5.6.3. Dimensionado de la bomba ...................................................... 114

5.6.4. Introducción y lógica circuito bomba retorno .............................. 114


5.6.6. Válvula anti retorno ................................................................ 116

5.6.7. Purgadores ............................................................................ 117

5.7. Sistema de filtrado de agua ...................................................... 118

Capítulo 6: Circuitos de potencia ...................................................... 119

6.1. Sistema batería ....................................................................... 119

6.1.1. Dimensionado batería ............................................................. 119

6.1.2. Diseño y lógica circuito batería ................................................. 120

6.1.3. Esquema circuito, material y conectores .................................... 121

6.2. Sistema generador externo....................................................... 122

6.2.1. Introducción y dimensionado ................................................... 122


6.3. Sistema regulador 13,5 volts .................................................... 123

6.3.1. Introducción y diseño .............................................................. 123

6.3.2. Diseño circuito electrónico ....................................................... 124


6.3.4. Dimensionado ventilador y disipador ......................................... 126

-5-

6.4. Sistema regulador 4,5 volts ...................................................... 127



6.4.3. Dimensionado disipador .......................................................... 129

6.5. Sistema condensadores ............................................................ 130



6.6. Sistema fuente externa ........................................................... 131



6.7. Circuito Unión ........................................................................ 134

6.7.1. Introducción y dimensionado fusible ......................................... 134

6.7.2. Esquema circuito,material y conectores .................................... 135

6.8. Circuito Clausor ...................................................................... 136



Capítulo 7: Iluminación .................................................................... 138

7.1. Conjunto alumbrado ................................................................ 138

7.1.1. Introducción .......................................................................... 138

7.1.2. Diseño y consumo farolas ........................................................ 139

7.1.3. Diseño circuito alumbrado, material y esquema .......................... 140

7.2. Circuito SOV ........................................................................... 141

7.2.1. Introducción .......................................................................... 141

7.2.2. Diseño circuito, material y esquema .......................................... 142

Capítulo 8: Circuitos electrónicos ..................................................... 144

8.1. Básculas botones .................................................................... 144



8.2. Amplificador sensor agua ......................................................... 146



8.3. Alarmas térmicas .................................................................... 148

8.3.1. Introducción .......................................................................... 148

8.3.2. Introducción,lógica y diseño circuito control 45ºC ....................... 149

8.3.3. Esquema circuito 45ºC, material y conectores ............................ 150

-6-



8.3.6. Introducción,lógica y diseño circuito control 110ºC ..................... 153

8.3.7. Esquema circuito 110ºC, material y conectores .......................... 154

8.4. Circuito de engrase .................................................................. 154

8.4.1. Introducción y lógica ............................................................... 154


8.5. Circuito desconexión relés ........................................................ 155



8.6. Amplificador sensor fuego ....................................................... 157



8.7. Circuito RPM turbinas .............................................................. 158



8.8. Zumbador ............................................................................. 159

Capítulo 9: Panel de mandos ............................................................ 160

9.1. Panel de mandos parte 1 .......................................................... 160

9.1.1. Introducción y consumo .......................................................... 160

9.1.2. Tabla equivalencias, ubicación y pictogramas ............................. 161







9.3.1. Introducción .......................................................................... 170



Capítulo 10: Circuito de control ........................................................ 173

10.1. Circuito de control parte 1 ........................................................ 173

10.1.1. Introducción y lógica ............................................................. 173

10.1.2. Esquema circuito, material y conectores .................................. 174

10.2. Circuito de control parte 2 ....................................................... 175

-7-



10.3. Circuito de test ....................................................................... 176



Capítulo 11: Medidas ........................................................................ 179

11.1. Muestreo de temperaturas ........................................................ 179

11.1.1. Introducción y diseño ............................................................ 179


11.2. Muestreo de voltajes ................................................................ 182



11.3. Muestreo amperajes ................................................................ 184

11.3.1. Introducción ......................................................................... 184

11.3.2. Proceso de medida de amperajes ............................................ 184


11.4. Alimentación multímetros ......................................................... 188



11.5. Selector posición multímetros ................................................... 189



Capítulo 12: Cableado ....................................................................... 191

12.1. Cable telefónico ...................................................................... 191

12.2. Cable blanco 4 Amperios .......................................................... 192

12.3. Cable rojo y negro 4 Amperios .................................................. 192

12.4. Cable blando 10 Amperios ........................................................ 193

12.5. Cable de datos ........................................................................ 193

Capítulo 13: Conexiones ................................................................... 196

13.1. Tipos de regletas ..................................................................... 196

13.2. Ubicación regletas ................................................................... 196

13.3. Conexionado regletas .............................................................. 197

Capítulo 14: Protocolos .................................................................... 200

14.1. Llenado depósito de combustible ............................................... 200

14.2. Llenado torre refrigeración ....................................................... 201

-8-

14.3. Llenado depósito reserva .......................................................... 202

14.4. Engrase ................................................................................. 202

14.5. Bombeo manual ...................................................................... 203

14.6. Encendido quemadores ............................................................ 204

14.7. Puesta en marcha .................................................................... 205

14.8. Desconexión ........................................................................... 206

Capítulo 15: Normativa ..................................................................... 207

Capítulo 16: Accesorios .................................................................... 210

16.1. Útil para el relleno de combustible ............................................. 210

16.2. Útil para el relleno de agua ....................................................... 211

16.3. Jeringa hipodérmica 2ml .......................................................... 211

16.4. Jeringa hipodérmica 50 ml ........................................................ 212

Capítulo 17: Estudio de mercado ...................................................... 213

Capítulo 18: Vídeos de funcionamiento. ........................................... 214

18.1. Simulación alarma térmica ....................................................... 214

18.2. Iluminación ............................................................................ 214

18.3. Estado de alarma .................................................................... 214

18.4. Torre refrigeración ................................................................... 215

18.5. Turbinas carga/libre ................................................................. 215

18.6. Funcionamiento general ........................................................... 215

18.7. Funcionamiento general con salida externa ................................. 215

Capítulo 19: Conclusiones................................................................. 216

Capítulo 20: Bibliografía ................................................................... 217

SUMARIO PRESUPUESTO

Sumario Presupuesto ....................................................................... 1

Capítulo 1: Presupuesto ....................................................................... 2

1.1. Elementos nueva construcción plásticos ......................................... 3

1.2. Elementos nueva construcción madera ........................................... 3

1.3. Elementos nueva construcción metal .............................................. 4

1.4. Elementos nueva construcción cerámicos ....................................... 5

1.5. Elementos comprados .................................................................. 5

-9-

1.6. Circuitos electrónicos ................................................................... 6

1.7. Elementos normalizados ............................................................... 8

1.8. Costes Pintura ............................................................................. 9

1.9. Costes ingeniería ......................................................................... 9

1.10. Presupuesto total ...................................................................... 10

VOLUMEN II

SUMARIO ANEXO

Sumario anexo ................................................................................. 3

31 mm DC motor .................................................................................... 4

Propiedades aceite lubricante JEJA .............................................................. 6

Propiedades acero inoxidable 430 ............................................................... 9

Propiedades agua destilada...................................................................... 10

Propiedades aluminio 6061 ...................................................................... 12

Balizas señalización objetos fijos .............................................................. 13

Cable interfono ...................................................................................... 15

Cable telefónico. ..................................................................................... 18

Codo riego 16mm 90º ............................................................................. 20

Propiedades alcohol etílico 96º ................................................................. 22

Wilesco D24 ........................................................................................... 27

42 mm DC motor ................................................................................... 31

Amperaje cables según diámetro .............................................................. 34

Jeringa Luer 2,5 ml ................................................................................. 38

Jeringa Luer 50 ml .................................................................................. 40

Material aportación soldadura Castolin ...................................................... 42

Nicrom Cr20Ni80-H ................................................................................. 67

Regleta 6A 12 contactos .......................................................................... 69

Regleta 10A 12 contactos ........................................................................ 70

-10-

Reloj de presión ..................................................................................... 71

Factores modificadores límite de fatiga ...................................................... 72

Té microrriego 16 mm ............................................................................. 75

Tubería polietileno 16 mm ...................................................................... 77

Tubo cobre Wieland ................................................................................ 79

Válvula seguridad sobrepresión .............................................................. 126

Vaporetta Poltti .................................................................................... 128

70 mm 12V Fan ................................................................................... 129

Cable 4 y 10 A ..................................................................................... 191

DATASHEETS COMPONENTES ELECTRÓNICOS.

Amplificador Operacional LM3900N ......................................................... 130

Báscula Flip Flop HEB4027 ..................................................................... 153

Batería Lead Acid 12V 4Ah ..................................................................... 159

Conversor frecuencia voltaje LM2917 ...................................................... 161

Diodo 6amperios P600G ........................................................................ 182

Diodo 14004L ...................................................................................... 185

Diodo Zener BZX79C18 ......................................................................... 187

Interruptor óptico TLP832(F) .................................................................. 193

Push button 8300 ................................................................................. 201

Resistencia LDR VT900 .......................................................................... 203

Medidor analógico SIFAM ...................................................................... 204

Microrruptor SBS 9700 TK ..................................................................... 208

Pulsador EVQPA/EVQPB ......................................................................... 209

Regulador de voltaje TS317 ................................................................... 222

Relé Finder .......................................................................................... 235

Relé 10A DPCO .................................................................................... 239

Conmutador rotativo Rohs Lorlin 11 pos .................................................. 247

Conmutador rotativo Rohs Lorlin 6 pos .................................................... 250

Miniature slide switches ......................................................................... 252

Sensor temperatura MCP9700A ............................................................. 264

Transformador lámpara halógena ........................................................... 284

Transistor NPN 2N3904 ......................................................................... 287

Transistor PNP BC327-25 ...................................................................... 293

-11-

Zumbador ........................................................................................... 298

VOLUMEN III

SUMARIO PLANOS

Sumario Planos ................................................................................ 1

Plano 1: Piezas accesorios ......................................................................... 1

Plano 2: Conjunto accesorios ..................................................................... 2

Plano 3: Piezas admisión aire ..................................................................... 3

Plano 4: Conjunto admisión aire ................................................................. 4

Plano 5: Piezas 1 cajón submesa ................................................................ 5

Plano 6: Piezas 2 cajón submesa ................................................................ 6

Plano 7: Conjunto cajón submesa ............................................................... 7

Plano 8: Piezas 1 quemadores. ................................................................... 8

Plano 9: Piezas 2 quemadores. ................................................................... 9

Plano 10: Conjunto quemadores ............................................................... 10

Plano 11: Conjunto sobrecalentador ......................................................... 11

Plano 12: Conjunto salida vapor ............................................................... 12

Plano 13: Piezas 1 conjunto caldera .......................................................... 13






Plano 19: Sondas caldera ........................................................................ 19


Plano 21: Conjunto conjunto caldera ......................................................... 21

Plano 22: Piezas corte combustible ........................................................... 22

Plano 23: Conjunto corte combustible ...................................................... 23

Plano 24: Piezas panel mandos ................................................................ 24

Plano 25: Panel parte 1 ........................................................................... 25


-12-


Plano 28: Conjunto panel de mandos ........................................................ 28

Plano 29: Piezas 1 depósito reserva .......................................................... 29




Plano 33: Conjunto depósito reserva ......................................................... 33

Plano 34: Piezas 1 edificio bomba ............................................................. 34



Plano 37: Conjunto bomba ...................................................................... 37

Plano 38: Edificio circuitos B .................................................................... 38

Plano 39: Piezas edificio circuito A ............................................................ 39

Plano 40: Conjunto edificio circuito A ........................................................ 40

Plano 41: Piezas 1 edificio depósito ........................................................... 41



Plano 44: Conjunto edificio depósito ......................................................... 44

Plano 45: Piezas 1 entrada TR .................................................................. 45

Plano 46: Piezas 2 entrada TR .................................................................. 46

Plano 47:Conjunto entrada torre refrig ...................................................... 47

Plano 48: Farolas grandes ....................................................................... 48

Plano 49: Farolas medianas ..................................................................... 49

Plano 50: Farolas pequeñas ..................................................................... 50

Plano 51: Piezas 1 mesa .......................................................................... 51

Plano 52: Piezas 2 mesa .......................................................................... 52

Plano 53: Soporte edificio contención ........................................................ 53

Plano 54: Edificio contención inferior ......................................................... 54

Plano 55: Conjunto mesa ........................................................................ 55

Plano 56: Piezas purgadores 1 ................................................................. 56

Plano 57: Purgador A .............................................................................. 57

Plano 58: Purgador B .............................................................................. 58

Plano 59: Piezas 1 torre refrigeración ........................................................ 59


Plano 61: Torre refrigeración ................................................................... 61

-13-


Plano 63: Conjunto torre refrigeración ..................................................... 63

Plano 64: Sensor de nivel torre refrigeración ............................................. 64

Plano 65: Piezas 1 turbinas ..................................................................... 65

Plano 66: Piezas 2 turbinas ...................................................................... 66








Plano 74: Piezas 10 turbinas .................................................................... 74

Plano 75: Piezas 11 turbinas .................................................................... 75

Plano 76: Ensamblaje tubo entrada turb G................................................. 76

Plano 77: Ensamblaje tubo entrada turb P ................................................. 77

Plano 78: Ensamblaje turbina grande ........................................................ 78

Plano 79: Ensamblaje turbina pequeña ..................................................... 79

Plano 80: Ensamblaje turbinas ................................................................. 80

Plano 81: Piezas generador externo .......................................................... 81

Plano 82: Circuito generador vapor ........................................................... 82

Plano 83: Circuitos exteriores 1 ................................................................ 83




Plano 87: Protectores .............................................................................. 87

Plano 88: Vista ensamblaje general 1 ....................................................... 88

Plano 89: Vista general 2 ........................................................................ 89

Plano 90: Esquema circuito ...................................................................... 90

CIRCUITOS ELECTRÓNICOS. DIN A3:

Plano 91: Circuito básculas botones .......................................................... 91

Plano 92: Circuito control temperaturas 70ºC ............................................ 92

Plano 93: Circuito panel mandos parte 2 ................................................... 93

-14-

Plano 94: Circuito voltímetros .................................................................. 94

Plano 95: Circuito control parte 1 ............................................................. 95

Plano 96: Circuito control parte 2 ............................................................. 96

Plano 97: Circuito tests ........................................................................... 97

Plano 98: Circuito amplificador sensores agua ............................................ 98

DIN A4:

Plano 99: Circuito amperímetros .............................................................. 99

Plano 100: Circuito bomba principal ........................................................ 100

Plano 101: Circuito resistencia generadora vapor ..................................... 101

Plano 102: Circuito batería .................................................................... 102

Plano 103: Circuito bomba retorno ......................................................... 103

Plano 104: Circuito cláusor .................................................................... 104

Plano 105: Circuito condensadores ......................................................... 105

Plano 106: Circuito control lumínico ........................................................ 106

Plano 107: Circuito control temperatura 45ºC .......................................... 107

Plano 108: Circuito control temperatura 110ºC ........................................ 108

Plano 109: Circuito corte combustible .................................................... 109

Plano 110: Circuito desconexión relé ....................................................... 110

Plano 111: Circuito engrase ................................................................... 111

Plano 112: Circuito generador externo .................................................... 112

Plano 113: Circuito panel mandos parte 1 ............................................... 113

Plano 114: Circuito rectificador 12 a 4,5 v ............................................... 114

Plano 115: Circuito regulador voltaje 13,5 v ............................................ 115

Plano 116: Circuito resistencias de encendido .......................................... 116

Plano 117: Circuito SOV ........................................................................ 117

Plano 118: Circuito unión alimentación ................................................... 118

Plano 119: Circuito generador turbinas ................................................... 119

Plano 120: Circuito panel mandos parte 3 ............................................... 120

Plano 121: Circuito selector posición multímetro ...................................... 121

Plano 122: Circuito RPM turbinas ............................................................ 122

Plano 123: Circuito amplificador termopar ............................................... 123

Memoria



ESCALA REDUCIDA”





Diseño y construcción de una central térmica demostrativa a escala reducida

-1-

SUMARIO MEMORIA

Sumario Memoria ................................................................................... 1

Resumen ............................................................................................... 9

Resum .................................................................................................. 9

Abstract ................................................................................................ 9

Capítulo 1: Definición del proyecto ..................................................... 10

1.1. Introducción ............................................................................. 11

1.2. Objetivo ................................................................................... 12

1.3. Antecedentes ............................................................................ 13

1.4. Cálculos Termodinámicos............................................................ 14

1.4.1. Estudio de la Bomba ................................................................. 15

1.4.2. Estudio de la Caldera ................................................................ 16

1.4.3. Estudio de la Turbina ................................................................ 16

1.4.4. Estudio de la Torre de Refrigeración ............................................ 17

1.4.5. Conclusiones Ciclo Potencia ....................................................... 17

1.5. Modificaciones del ciclo .............................................................. 18

Capítulo 2: Introducción en el diseño ................................................. 19

2.1. Ubicación maqueta .................................................................... 19

2.2. Disposición edificios ................................................................... 21

2.2.1. Edificio contención .................................................................... 21

2.2.2. Edificio presión y bomba ............................................................ 25

2.2.3. Edificio entrada agua a torre de refrigeración ............................... 25

2.2.4. Edificio torre de refrigeración ..................................................... 27

2.2.5. Edificio depósito de combustible ................................................. 28

2.2.6. Edificios sistemas electrónicos .................................................... 28

2.2.7. Edificio cuadro de mandos ......................................................... 30

2.2.8. Zona de turbinas ...................................................................... 31

2.2.9. Zona circuitos de potencia ......................................................... 32

2.2.10.Zona submesa depósito reserva ................................................. 33

2.2.11. Zona submesa circuitos eléctricos ............................................. 34

2.2.12. Cajón submesa ....................................................................... 34

Jaume Morera Luque

-2-

2.2.13. Vista general de la central ........................................................ 35

2.3. Sensores de la central ................................................................ 37

2.3.1. Sensores de temperatura .......................................................... 37

2.3.2. Sensores de nivel de agua ......................................................... 39

2.3.3. Sensores desborde de alcohol .................................................... 42

2.3.4. Sensores de presencia de fuego ................................................. 43

2.3.5. Sensor de presión ..................................................................... 44

2.3.6. Sensor de luminosidad .............................................................. 45

2.3.7. Reloj de presión ....................................................................... 46

Capítulo 3: Sistemas principales de la central .................................... 48

3.1. Sistema de bombeo ................................................................... 49

3.1.1. Introducción ............................................................................ 49

3.1.2. Diseño y cálculos ...................................................................... 49




3.2. Sistema Caldera ........................................................................ 54

3.2.1. Introducción ............................................................................ 54

3.2.2. Diseño edificio contención .......................................................... 55

3.2.3. Cálculo pérdidas térmicas edificio contención ............................... 55

3.2.4. Cálculo explosión ...................................................................... 58

3.2.5. Evaporador .............................................................................. 61

3.2.6. Introducción sobrecalentador ..................................................... 63

3.2.7. Diseño y materiales sobrecalentador ........................................... 64

3.2.8. Cálculo soldaduras del sobrecalentador ....................................... 67

3.2.9. Seguridad del sistema caldera .................................................... 68

3.3. Sistema turbinas ....................................................................... 70

3.3.1. Introducción ............................................................................ 70


3.3.3. Cálculo a fatiga eje turbina pequeña ........................................... 72

3.3.4. Cálculo a fatiga eje turbina grande ............................................. 79

3.3.5. Cálculo rpm máximas turbina grande .......................................... 79

3.3.6. Cálculo tobera .......................................................................... 80

3.4. Sistema de condensación ........................................................... 83


-3-

3.4.1. Introducción ............................................................................ 83


3.4.3. Cálculo evacuación de calor ....................................................... 84

Capítulo 4: Sistema de tuberías .......................................................... 85

4.1. Tuberías de alcohol .................................................................... 86

4.2. Admisión de vapor ..................................................................... 87


4.2.2. Cálculo soldaduras .................................................................... 89

4.3. Escape de vapor ........................................................................ 90

4.4. Tuberías de agua del ciclo .......................................................... 91

4.5. Tuberías retorno de agua ........................................................... 92

Capítulo 5: Sistemas Auxiliares de la Central ...................................... 93

5.1. Sistema generadores eléctricos .................................................. 93

5.1.1. Introducción ............................................................................ 93

5.1.2. Dimensionado .......................................................................... 94



5.1.5. Esquema circuito,material y conectores ....................................... 96

5.2.Sistema de resistencia generadora de vapor ...................................... 97

5.2.1. Introducción ............................................................................ 97

5.2.2. Diseño circuito electrónico ......................................................... 98


5.3. Sistema de quemadores ............................................................. 99

5.3.1. Introducción ............................................................................ 99

5.3.2. Diseño y materiales ................................................................ 100

5.3.3. Resistencias de encendido ....................................................... 102

5.3.4. Introducción y lógica circuito resistencias de encendido ............... 103


5.4. Sistema de alimentación de aire ................................................ 104

5.4.1. Introducción .......................................................................... 104

5.4.2. Diseño sistema alimentación aire .............................................. 104

5.4.3. Dimensionado ventilador ......................................................... 107

5.5. Sistema de alimentación de combustible .................................... 108

5.5.1. Introducción .......................................................................... 108

Jaume Morera Luque

-4-

5.5.2. Diseño sistema alimentación de combustible .............................. 109

5.5.3. Sistema corte de combustible................................................... 110

5.5.4. Introducción y grafcet circuito corte de combustible .................... 111


5.6. Sistema de retorno de agua ..................................................... 113

5.6.1. Introducción .......................................................................... 113

5.6.2. Depósito ................................................................................ 113

5.6.3. Dimensionado de la bomba ...................................................... 114

5.6.4. Introducción y lógica circuito bomba retorno .............................. 114


5.6.6. Válvula anti retorno ................................................................ 116

5.6.7. Purgadores ............................................................................ 117

5.7. Sistema de filtrado de agua ...................................................... 118

Capítulo 6: Circuitos de potencia ...................................................... 119

6.1. Sistema batería ....................................................................... 119

6.1.1. Dimensionado batería ............................................................. 119

6.1.2. Diseño y lógica circuito batería ................................................. 120


6.2. Sistema generador externo....................................................... 122



6.3. Sistema regulador 13,5 volts .................................................... 123


6.3.2. Diseño circuito electrónico ....................................................... 124


6.3.4. Dimensionado ventilador y disipador ......................................... 126

6.4. Sistema regulador 4,5 volts ...................................................... 127



6.4.3. Dimensionado disipador .......................................................... 129

6.5. Sistema condensadores ............................................................ 130



6.6. Sistema fuente externa ........................................................... 131



-5-


6.7. Circuito Unión ........................................................................ 134


6.7.2. Esquema circuito,material y conectores .................................... 135

6.8. Circuito Clausor ...................................................................... 136



Capítulo 7: Iluminación .................................................................... 138

7.1. Conjunto alumbrado ................................................................ 138

7.1.1. Introducción .......................................................................... 138

7.1.2. Diseño y consumo farolas ........................................................ 139

7.1.3. Diseño circuito alumbrado, material y esquema .......................... 140

7.2. Circuito SOV ........................................................................... 141

7.2.1. Introducción .......................................................................... 141

7.2.2. Diseño circuito, material y esquema .......................................... 142

Capítulo 8: Circuitos electrónicos ..................................................... 144

8.1. Básculas botones .................................................................... 144



8.2. Amplificador sensor agua ......................................................... 146



8.3. Alarmas térmicas .................................................................... 148

8.3.1. Introducción .......................................................................... 148





8.3.6. Introducción,lógica y diseño circuito control 110ºC ..................... 153

8.3.7. Esquema circuito 110ºC, material y conectores .......................... 154

8.4. Circuito de engrase .................................................................. 154



8.5. Circuito desconexión relés ........................................................ 155


Jaume Morera Luque

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8.6. Amplificador sensor fuego ....................................................... 157



8.7. Circuito RPM turbinas .............................................................. 158



8.8. Zumbador ............................................................................. 159

Capítulo 9: Panel de mandos ............................................................ 160










9.3.1. Introducción .......................................................................... 170



Capítulo 10: Circuito de control ........................................................ 173

10.1. Circuito de control parte 1 ........................................................ 173



10.2. Circuito de control parte 2 ....................................................... 175



10.3. Circuito de test ....................................................................... 176



Capítulo 11: Medidas ........................................................................ 179

11.1. Muestreo de temperaturas ........................................................ 179




-7-

11.2. Muestreo de voltajes ................................................................ 182



11.3. Muestreo amperajes ................................................................ 184

11.3.1. Introducción ......................................................................... 184

11.3.2. Proceso de medida de amperajes ............................................ 184


11.4. Alimentación multímetros ......................................................... 188



11.5. Selector posición multímetros ................................................... 189



Capítulo 12: Cableado ....................................................................... 191

12.1. Cable telefónico ...................................................................... 191

12.2. Cable blanco 4 Amperios .......................................................... 192

12.3. Cable rojo y negro 4 Amperios .................................................. 192

12.4. Cable blando 10 Amperios ........................................................ 193

12.5. Cable de datos ........................................................................ 193

Capítulo 13: Conexiones ................................................................... 196

13.1. Tipos de regletas ..................................................................... 196

13.2. Ubicación regletas ................................................................... 196

13.3. Conexionado regletas .............................................................. 197

Capítulo 14: Protocolos .................................................................... 200

14.1. Llenado depósito de combustible ............................................... 200

14.2. Llenado torre refrigeración ....................................................... 201

14.3. Llenado depósito reserva .......................................................... 202

14.4. Engrase ................................................................................. 202

14.5. Bombeo manual ...................................................................... 203

14.6. Encendido quemadores ............................................................ 204

14.7. Puesta en marcha .................................................................... 205

14.8. Desconexión ........................................................................... 206

Capítulo 15: Normativa ..................................................................... 207

Capítulo 16: Accesorios .................................................................... 210

16.1. Útil para el relleno de combustible ............................................. 210

Jaume Morera Luque

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16.2. Útil para el relleno de agua ....................................................... 211

16.3. Jeringa hipodérmica 2ml .......................................................... 211

16.4. Jeringa hipodérmica 50 ml ........................................................ 212

Capítulo 17: Estudio de mercado ...................................................... 213

Capítulo 18: Vídeos de funcionamiento. ........................................... 214

18.1. Simulación alarma térmica ....................................................... 214

18.2. Iluminación ............................................................................ 214

18.3. Estado de alarma .................................................................... 214

18.4. Torre refrigeración ................................................................... 215

18.5. Turbinas carga/libre ................................................................. 215

18.6. Funcionamiento general ........................................................... 215

18.7. Funcionamiento general con salida externa ................................. 215

Capítulo 19: Conclusiones................................................................. 216

Capítulo 20: Bibliografía ................................................................... 217


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RESUMEN

El objetivo del proyecto Diseño y construcción de una maqueta de una central térmica demostrativa a escala reducida consiste en diseñar y construir una maqueta totalmente operativa de una central térmica a escala 1:100. Esta central operará en ciclo Rankine, con sobrecalentamiento y economizador. Constará de dos turbinas de una sola etapa. El fluido de funcionamiento es agua destilada y como combustible usa etanol. La central está provista de autocontrol electrónico, un cuadro de mandos que permite interactuar con el usuario y salida a 230 volts de la corriente producida.

RESUM L' objectiu del projecte disseny i construcció d'una maqueta d'una central tèrmica demostrativa a escala reduïda consisteix en dissenyar i construir una maqueta totalment operativa d'una central tèrmica a escala 1:100. Aquesta central opera amb cicle Rankine, amb sobreescalfament y economitzador. Consta de dues turbines d'una sola etapa. El fluid de funcionament és aigua destil·lada i com a combustible utilitza etanol. La central té autocontrol electrònic, un quadre de comandaments que permet interactuar amb l'usuari i una sortida d'electricitat a 230 volts.

ABSTRACT The main concept of the project "design and construction of a model of a demonstrative power plant on a small scale" is to design and build a fully operational model of a thermal plant at 1:100. This plant will operate in Rankine cycle with superheat and economizer. Consist of two single-stage turbines. The working fluid is distilled water and ethanol used as fuel. The plant is equipped with electronic self-control, and a control panel that allows the user to interact with the power plant. This power plant have one output at 230 volts for the current produced.

Jaume Morera Luque

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CAPÍTULO 1:

DEFINICIÓN DEL

PROYECTO


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1.1. Introducción Este proyecto abasta el diseño de una central térmica en miniatura (Escala 1:100) totalmente operativa. Se decidió hacer una central térmica convencional siguiendo el ciclo de Rankine, con sobrecalentamiento y economizador, y con dos turbinas de acción de una sola etapa. La generación de calor se basa o en la quema de alcohol etílico, o bien mediante una resistencia eléctrica de 1500W . El fluido que operará en el ciclo es agua destilada. Se utilizó agua destilada ya que al ser agua no es tóxica ni peligrosa y es fácil de conseguir, y al ser destilada evitamos restos calcáreos que dañarían el sistema. El ciclo ideal a realizar es el siguiente:

Figura 1.1: Elementos básicos del Ciclo de Rankine

Tal y como podemos ver en la Figura 1.1 el ciclo de Rankine consta de 4 elementos:

• Bomba: Es la encargada de elevar la presión del agua hasta la presión de trabajo de la caldera.

• Caldera: Es el conjunto encargado de aportar el calor necesario para vaporizar el agua

• Turbina: Es la parte del ciclo en la cual obtenemos trabajo, transforma la reducción de entalpía del fluido en trabajo mecánico.

• Torre de Refrigeración: Para que una máquina térmica funcione necesita un sumidero de energía, en este caso es la torre de refrigeración, la que evacúa al medio exterior esta calor no necesaria.

Jaume Morera Luque

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Además de estos componentes básicos del ciclo de Rankine, enumeraremos a grandes rasgos, los sistemas auxiliares necesarios para el funcionamiento de estos cuatro componentes:

• Sistema de quemadores: Será el encargado de realizar la combustión necesaria para obtener un aporte de calor.

• Sistema de Alimentación de quemadores: Será el encargado de suministrar combustible y aire a los quemadores.

• Sistema de tuberías: serán las encargadas de transportar el agua y vapor durante el ciclo.

• Sistema de Alimentación Eléctrica: será el encargado de suministrar la corriente eléctrica necesaria para el funcionamiento de la central. en este sistema constan transformadores, generadores, reguladores de voltaje, y batería.

• Sistema de Control: será el encargado de gobernar el funcionamiento de la central.

• Paneles de Mandos: son los encargados de permitir interactuar al usuario con la central.

1.2. Objetivo El objetivo del proyecto consiste en crear una maqueta que sea funcional, estéticamente bonita, que sus componentes sean fiables, que se puedan realizar medidas, que tenga autocontrol y que produzca electricidad sobrante.

La meta es compleja y extensa, aunque ya que abarca muchos ámbitos de la ingeniería servirá como síntesis de los conocimientos aprendidos durante el grado, por lo que se convierte en un proyecto muy interesante.

Al realizar la construcción de un prototipo deberemos de solucionar problemas no previstos en el diseño, por lo que servirá de validación al diseño y como aprendizaje en la solución de problemas reales.


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1.3. Antecedentes Esta central tiene como referente unas pequeñas máquinas de vapor de colección de la empresa Wilesco. Wilesco es una empresa alemana fundada en 1912 y aún existente, la dispone de varios modelos de sobremesa, con un tamaño de apenas unos 40 x 30 cm. Estos modelos utilizan pastillas de alcohol sólido para realizar la combustión, funcionan con agua destilada, y operan a presiones del rango de 1 bar. (ver anexo apartado Wilesco D24)

Figura 1.2: Máquina de Vapor Wilesco D24

http://www.youtube.com/watch?v=jhUOZI6dx4c, el vídeo muestra la máquina de vapor de la Figura1.2 en funcionamiento. Esta central quiere ser un producto similar, ser una pequeña central montada encima de una mesa de 140 x 60 cm. Al ser una maqueta coleccionable debe de mantener una buena estética, ser fiel a las centrales reales pero permitiendo al usuario ver los componentes (ya que en una central real muchos estarían encerrados dentro de edificios). Las diferencias entre este producto y la máquina de vapor citada anteriormente es que la central llevará una serie de sensores (temperatura, voltajes producidos) que permitirán al usuario medir todos estos parámetros y con ellos realizar estudios de la central. Además de que la máquina Wilesco carece de control electrónico, y esta central sí que lo tiene. Por lo tanto la central está enfocada para coleccionistas que quieran tener una maqueta operativa de una central térmica y personas más técnicas que quieran ver qué efectos se producen en las distintas etapas de la central.

Jaume Morera Luque

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1.4. Cálculos Termodinámicos Para el estudio termodinámico del ciclo de la central, utilizaremos el ciclo ideal, ya que es muy complicado encontrar/calcular coeficientes de irreversibilidades en componentes de tan pequeño tamaño y tan poco comerciales.

Figura 1.3: Diferencias entre Ciclo Ideal y Ciclo Real

Tal y como podemos ver la Figura 1.3 nos muestra las diferencias entre el ciclo real y ideal. Nosotros estudiaremos el ciclo marcado en línea negra continua. A continuación comentaremos los puntos del ciclo:

1. Temperatura aproximada de 40 grados, presión ambiental, ya que en la torre de refrigeración el agua no está a 100 grados.

2. Este punto es variable según a la presión que operemos la central, ya que puede ir desde los 0 a2,8 bares. Un valor aconsejable es el de 2 bares (presión relativa), y temperatura algo superior al punto 1 debido al trabajo bomba.

3. Esta agua se calentará hasta empezar su ebullición en la caldera (dónde estará en forma de vapor húmedo). Posteriormente se calentará en el sobre calentador hasta convertirse en vapor


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sobrecalentado, este punto es difícil de acotar teóricamente ya que depende de la cantidad de calor absorbida.

4. En este punto el vapor se ha expandido a presión ambiente en la turbina de acción, por lo que ha perdido parte de su entalpía (esta pérdida de energía es la que permite obtener trabajo en la turbina). Ahora estudiaremos cada componente (Figura 1.1) según el diagrama de Figura 1.3.

1.4.1 Estudio de la Bomba

La bomba hace un proceso de compresión isoentrópica, proceso que va desde el punto 1 al punto 2 del ciclo. Por lo que tiene las siguientes características

• Entrada: (punto 1) Agua a 35 º C Presión absoluta 1 bar. ℎ1 =146.798/

• Salida: (punto 2) Agua a 3 bar (p. absoluta)

Ahora calcularemos el trabajo de bomba con la siguiente expresión:

ℎ2 = ℎ1 +1 = ℎ1 + ∗ = 146,798 + ∗ = 146,998/El calentamiento sufrido por el agua en la bomba es despreciable ya que consultando en tablas de liquido sub enfriado vemos en la figura 1.4 que para esa entalpia y presión la temperatura sigue siendo prácticamente 35 ºC.

Figura 1.4: Propiedades del agua.

Jaume Morera Luque

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1.4.2 Estudio de la Caldera

La caldera realiza un proceso de transmisión de calor hacia el flujo de trabajo a presión constante, proceso entre los puntos 2 y 3 del diagrama. Dividiremos el estudio de la caldera en el estudio del evaporador y el sobre calentador.

• Estudio Evaporador: Su función es evaporar el agua para conseguir vapor saturado.

Entrada (punto 2): Agua a = 3"# y $ = 35º' ℎ3 = 146,998/. Salida: Vapor saturado a = 3"# ($(")*#"+,ó. = 133,3º')

ℎ4 = 2725,3/

• Estudio Sobre calentador: Su función consiste en aumentar la temperatura del vapor, para evitar que debido a pérdidas térmicas en los conductos y al trabajo de turbina, el título de vapor a la salida de la turbina sea muy bajo.

Entrada: Vapor saturado a = 3"# ℎ5 = 2725,3/ Salida (punto 3): = 3"#, $ = 150º' ℎ6 = 2752,68/ (6 = 6.92835 0102∗3

Ahora estudiaremos el conjunto completo de la caldera formado por evaporador y sobre calentador. El siguiente paso es calcular el caudal másico de vapor de agua del ciclo, para ello fijamos como requisito de diseño una potencia térmica de 4)é#5,+" = 4, y según la expresión:

5 = 4)é#5,+"ℎ6 − ℎ3 = 42752,8 − 146,998= 1,5335 · 10/(

En los cálculos no tenemos en cuenta las diferencias de energías cinéticas ni de alturas de los fluidos a la entrada y salida de caldera. Debido a que en el Libro Central Térmica de Capítulo II pág. 37 nos autoriza a no tenerlos en cuenta, al ser despreciables.

1.4.3 Estudio de la Turbina

La turbina realiza una expansión isoentrópica, proceso entre los puntos 3 y 4 del diagrama. Hay que destacar que la turbina es el único elemento que produce trabajo mecánico.

Entrada: = 3"#, $ = 150º' ℎ7 = 2752,68/ (7 = 6.92835 0102∗3 Salida: (6 = (7 = 6.92835 0102∗3 p= 1 bar T= 99,63ºC

Como siguiente paso calculamos titulo vapor (x) 1 bar: s9:; = 1,3026 0102∗3 s<=> = 7,3594 0102∗3 (6 = ? ∗ 7,3594 + 1 − ? ∗ 1,3026 = 6,92835 → ? = 0.9288


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Obtenemos un valor aceptable de titulo de vapor, por lo que 150 grados es un buen de temperatura de salida del vapor en el recalentador. Ya que es suficientemente elevado para no obtener un título de vapor muy bajo, que ocasionarían problemas en la turbina, ni ser una temperatura excesiva que ocasione problemas en las soldaduras de estaño. Ahora calcularemos la entalpía de salida del fluido: 1 bar: h9:; = 417,46 0102 h<=> = 2675,5 0102

ℎ8 = ? ∗ ℎBC + 1 − ? ∗ ℎDEF = 0,9288 ∗ 2675,5 + 1 − 0,9288 ∗ 417,65 = 2514,74 G

Ahora Calculamos la potencia de turbinas:

4)*# = 5 ∗ ℎ7 − ℎ8 = 1,5335 · 10( ∗ H2752,68 G − 2514,74 GI = 0,3648= 364,8

No tenemos en cuenta las diferencias de energías cinéticas de los fluidos a la entrada y salida de las turbinas ya que en el Libro Central Térmica de Capítulo II pág. 36 nos autoriza a no tenerlos en cuenta, ya que son despreciables. 1.4.4 Estudio de la Torre de Refrigeración La Torre de refrigeración realiza un proceso de transmisión de calor del fluido al ambiente a presión constante, proceso entre los puntos 4 y 1 del diagrama. Entrada: (vapor saturado) J = 1"# $ = 99,63º'ℎ9 = 2514,74 0102 Salida (líquido sub enfriado) J = 1"# $ = 40º' (esta temperatura es un requisito de diseño ya que este modelo de bomba no puede bombear líquidos a temperatura mayor de 70 ºC, y dejamos un margen de seguridad para no hacer trabajar la bomba a su límite de trabajo). ℎ10 = 167,71 0102 Ahora calcularemos la potencia térmica que debe evacuar la torre de refrigeración con la siguiente expresión:

4)K##L = 5 ∗ ℎ9 − ℎ10 = 1,5335 · 10( ∗ H2514,74 G − 167,71 GI = 3,5991= 3599,1

1.4.5 Conclusiones Ciclo de Potencia Calcularemos el rendimiento teórico del ciclo termodinámico según la expresión:

M+,+NK = 4)*#4)é#5,+" = 0,36484 ∗ 100 = 9,122%

Vemos que este rendimiento termodinámico es bajo, para aumentarlo deberíamos subir más la relación de presiones entre entrada y salida de turbina. Al ser una maqueta de pequeñas dimensiones, tanto por la bomba

Jaume Morera Luque

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como por el calderín y el resto de tuberías de polipropileno, no podemos aumentar este valor. Cabe destacar que se hará operar a la central a 2 bares, pero es capaz de operar hasta 2,8 bares, por lo que el rendimiento ideal podría ser algo mayor. Otro aspecto importante a tener en cuenta es que se ha analizado el ciclo ideal con rendimientos isotrópicos de valor 1, por lo que en realidad el rendimiento real será menor.

1.5. Modificaciones del ciclo Para adaptar una central térmica a la maqueta se han hecho 2 modificaciones. La primera consiste en que la torre de refrigeración es un condensador abierto, el cual refrigera el agua tanto por evaporación como por conducción de las paredes. No se ha hecho un condensador cerrado ya que era complicado hacer un intercambiador de calor que fuera capaz de evacuar 3600W, tener unas dimensiones razonables y ser eficiente. La segunda modificación es que ya que la bomba es pulsante. Es decir se activa cuando el nivel de agua en la caldera es inferior a un cierto nivel, sigue en funcionamiento hasta que consigue llenar la caldera hasta un nivel superior. Y mientras el agua esté entre estos dos valores la bomba permanece parada.


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CAPÍTULO 2:

INTRODUCCIÓN

EN EL DISEÑO

Antes de comenzar a diseñar cada subsistema de la central, debemos hacer un diseño general, a grandes rasgos de la distribución de la central y de su ubicación.

2.1. Ubicación Maqueta El siguiente paso en el diseño de la maqueta fue tomar la decisión de como ubicarla. Es decir, si iría enclavada encima de un tablón de madera, alguna chapa de metal, si sería tipo mesa, o si sería una tabla con ruedas.

Se pensaron pros y contras de estos sistemas. Se descartaron tanto la chapa de metal y el tablón de madera portables. Ya que debido a que la central será grande y contará con el edificio de contención y torre de refrigeración de cemento (se hizo un cálculo rápido y se llegó a la conclusión que estos dos sistemas ya pesaban más de 15 kg), no era viable el transporte de la maqueta a mano. La siguiente decisión era si utilizar un tablón con ruedas, o una mesa. Se decidió utilizar una pequeña mesa ya que en un tablón con ruedas la maqueta quedaría demasiado baja, siendo incómodo su uso.

Tras una búsqueda de tablones de madera se adquirió un tablón de madera contrachapado de dimensiones 140x60 cm y 3cm de espesor, el cual se vio adecuado para la maqueta.

El siguiente paso fue hacer el armazón el cual llevaría las ruedas y estaría anclado al tabón de la maqueta. Se decidió hacer el armazón con tubo estructural cuadrado de 40x40 mm y 1 mm de espesor, con acabado galvanizado. Ya que no se disponía de soldador de electrodo o oxiacetilénico para la soldadura de estos tubos, en el prototipo anclaron mediante escuadras y tornillería. En una producción más en serie se pueden reemplazar estas escuadras por soldaduras. Luego se escogieron las ruedas

Jaume Morera Luque

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para la central, las cuales se escogieron ruedas locas con un soporte de 40x40 y unión mediante 4 tornillos.

Figura 2.1: Vista Solidworks del conjunto Mesa.

Figura 2.2: Vista Real del conjunto Mesa.


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2.2. Disposición edificios Los edificios de la central serán los que contendrán en el interior los sistemas de la central. Estos edificios están hechos de aglomerado de madera contrachapado y pintados con pintura OXIRON forja color gris y con tejado de madera natural barnizada con barniz Valentine Poliuretano brillante incoloro D0-2200000 A3. Se ha decidido realizar los edificios en madera aglomerada ya que es un material barato, fácil de cortar y taladrar, y estos edificios no reciben ningún tipo de esfuerzo remarcable. Todos estos elementos se unirán entre ellos con tornillos de rosca madera M3x25, y se unirán a la maqueta con escuadras de 12 mm, atornilladas con tornillos rosca madera M3x10 mm.La central se ha dividido en varios edificios:

2.2.1 Edificio Contención

En este edificio va alojado el recalentador y la caldera. Este edificio necesita reunir las cualidades de ser resistente a altas temperaturas, ser aislante térmico y resistir esfuerzos a tracción. El primer aspecto que estudiaremos es que el material sea aislante, es decir se bajo conductor térmico. Tal y como podemos ver en la figura 1.7 los mejores aislantes térmicos son el corcho y espumas poliméricas, polímeros ingenieriles, maderas. Estos grupos de elementos no podemos utilizarlos ya que no son resistentes térmicamente, por lo que al estar en contacto con altas temperaturas quemarían. Por lo que el primer grupo útil es el grupo de cerámicas porosas, dentro del cual utilizaremos el mortero refractario MH940 por su facilidad de moldeo.

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Figura 2.3: Tabla Ashby Expansión lineal/ Conductividad Térmica.

Este material es buen aislante y resistente a la temperatura de trabajo, pero no resiste a tracción, por lo que necesita un refuerzo para resistir a tracción. Este material de refuerzo debe resistir la temperatura de trabajo, tener una tensión de rotura a tracción elevada y una baja fragilidad. Tal y como vemos en la figura 1.8 el mejor material es el acero.


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Figura 2.4: Tabla Ashby K1C / σF.

Por lo que el edificio de la caldera se hará con cemento refractario y con un refuerzo de mallado de acero de tres capas de 0,25 mm de espesor, mediante un proceso de encofrado.

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Figura 2.5: Detalle del mallado durante la construcción del edificio de contención.

Figura 2.6: Vista Solidworks del conjunto Edificio de Contención.

Figura 2.7: Vista real del conjunto Edificio de Contención.


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2.2.2 Edificio Presión y Bomba

Este edificio es el encargado de alojar el manómetro de presión de la central y el sistema de bombeo encargado de realizar el ciclo Rankine. El frontal tal y como se aprecia en la figura 1.13 está dividido en dos partes (A y B) para facilitar su desmontaje y solución de posibles averías. Otro aspecto importante es que en la parte trasera del edificio de bomba hay unos orificios de ventilación, para eliminar el calor producido por la bomba.

Figura 2.8: Vista Solidworks del conjunto Bomba y presión.

Figura 2.9: Vista real del conjunto Bomba y presión.

2.2.3 Edificio entrada agua a torre de Refrigeración:

Este edificio tiene la función de hacer de entrada del agua a la torre de refrigeración, consta de una botella con una canalización de entrada a la torre de refrigeración. Este edificio no tiene ninguna solicitación especial ni de fuerza ni temperatura.

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Figura 2.10: Vista Solidworks del conjunto entrada agua a torre de refrigeración.

Figura 2.11: Vista real del conjunto entrada de agua a la torre de refrigeración .


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2.2.4 Edificio Torre de Refrigeración

Este edificio es el que consolida todo el conjunto de la torre de refrigeración. A grandes rasgos este conjunto está formado por la chimenea y el depósito de agua de la torre de refrigeración.

Figura 2.12: Vista Solidworks del conjunto torre de refrigeración.

Figura 2.13: Vista real del conjunto torre de refrigeración.

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2.2.5 Edificio Depósito de Combustible

Este edificio aloja el depósito de combustible, y tiene una altura suficiente para que este combustible llegue a los quemadores por gravedad. Tampoco tiene ningún requisito especial de temperatura o esfuerzo.

Figura 2.14: Vista Solidworks del conjunto depósito de combustible.

Figura 2.15: Vista real del conjunto depósito de combustible .

2.2.6 Edificios Sistemas Electrónicos

Estos edificios alojan los circuitos electrónicos y de control de la central, tampoco tienen ninguna solicitación especial de temperatura y/o resistencia. Tienen la peculiaridad de disponer ranuras de ventilación para evacuar el calor producido por los circuitos electrónicos. Se divide en parte A y parte B


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Figura 2.16: Vista Solidworks del edificio A de sistemas electrónicos.

Figura 2.17: Vista real del del edificio A de sistemas electrónicos.

Figura 2.18: Vista Solidworks del edificio B de sistemas electrónicos.

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Figura 2.19: Vista real del edificio B de sistemas electrónicos.

2.2.7 Edificio Cuadro de Mandos

Este edificio aloja los LED, pulsadores, multímetros, selectores, reóstatos, medidor analógico correspondientes al cuadro de mandos. Este edificio no tiene solicitaciones especiales. La parte del tejado donde van alojados todos los elementos consta de una fina lámina de madera de 5 mm.

Figura 2.20: Vista Solidworks del conjunto cuadro de mandos.

Figura 2.21: Vista real del conjunto cuadro de mandos .


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2.2.8 Zona de Turbinas

En esta zona hay alojadas las turbinas, los generadores de corriente, los transformadores y el circuito rectificador. Debido a que las turbinas producen un mínimo de agua líquida esta agua es recogida en un cuenco y canalizada al depósito inferior, para su posterior bombeo a la torre de refrigeración.

Figura 2.22: Vista Solidworks de la zona de turbinas.

Figura 2.23: Vista real de la zona de turbinas .

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2.2.9 Zona circuitos de potencia

En esta zona van posicionados los circuitos de potencia eléctrica, es decir, los circuitos que manejan intensidad elevada de la maqueta. Estos circuitos son, el circuito regulador de voltaje, el circuito unión y el circuito de condensadores.

Figura 2.24: Vista Solidworks de zona circuitos de potencia.

Figura 2.25: Vista real de zona de potencia.


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2.2.10 Zona submesa depósito de reserva

En esta zona van alojados el conjunto del depósito reserva. Este conjunto a grandes rasgos está formado por el depósito de reserva, su soporte, y la bomba de retorno.

Figura 2.26: Vista Solidworks del conjunto depósito sub mesa.

Figura 2.27: Vista real del conjunto depósito sub mesa .

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2.2.11 Zona sub mesa circuitos eléctricos.

En esta zona se hallan los circuitos eléctricos que hay debajo de la mesa. Estos circuitos son, generador externo y circuito de resistencias generadoras de vapor. marcados en la Figura 2.28 con las letras A B respectivamente.

Figura 2.28: Vista Solidworks de zona sub mesa circuitos eléctricos.

Figura 2.29: Vista real de zona submesa circuitos eléctricos .

2.2.12 Cajón submesa.

La central dispone de un cajón de dimensiones 95x40x17 cm para poder guardar los útiles de la central. Este cajón tiene topes para evitar que pueda ser extraído más de lo que debe y caiga el cajón al suelo.


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Figura 2.30: Vista Solidworks de cajón submesa.

Figura 2.31: Vista real de cajón submesa .

2.2.13 Vista general de la central

Figura 2.32: Vista Solidworks general de la central.

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Figura 2.33: Vista real general de la central .


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2.3. Sensores de la central Debido a la necesidad de controlar ciertos parámetros de la central surge la necesidad de emplear sensores. En la central se controlarán los siguientes parámetros:

• Temperatura • Nivel de agua • Desborde de alcohol • Presencia de fuego • Presión • Luminosidad

2.3.1 Sensores de temperatura

Para evitar Recalentamientos de componentes de la central, o de modo informativo necesitamos sensores que nos puedan dar de forma precisa el valor exacto de temperatura. En este caso se utiliza el semiconductor MCP 9700A (figura 2.35), el cual produce 10 mV por cada grado centígrado y es capaz de medir temperaturas en el rango de -40 a 125 ºC. Estos sensores van alimentados a 5volts. Estas temperaturas serán utilizadas o para ser mostradas mediante un display, o para que pasado un cierto valor consigna den una señal de corriente. Esta señal de corriente sirve para encender LED de alarma o hacer que el circuito de control tome las decisiones oportunas. La central dispone de 20 puntos de medida de temperatura. En el mapa de la figura 2.34 se muestran los 20 puntos de medida de temperatura y en la tabla 2.1 se muestra qué miden los sensores.

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Figura 2.34: Ubicación sensores de temperatura.

Tabla 2.1: Numeración Sensores de temperatura. Número Sensor Descripción 1 Sensor de temperatura de salida de humos.

2 Sensor de temperatura aire de admisión (una vez pasado por el economizador).

3 Sensor de temperatura vapor a la salida del sobre calentador.

4 Sensor de temperatura bomba de agua.

5 Sensor de temperatura agua en la torre de refrigeración.

6 Sensor de temperatura ambiente.

7 Sensor de temperatura batería.

8 Sensor de temperatura quemador 2.

9 Sensor de temperatura turbina 1 (grande).

10 Sensor de temperatura turbina 2 (pequeña).

11 Sensor de temperatura generador 1 (grande).

12 Sensor de temperatura generador 2 (pequeña).

13 Sensor de temperatura transformador fuente externa

14 Sensor temperatura pared edificio contención

15 Sensor de temperatura regulador de Voltaje.

16 Sensor de temperatura quemador 1.

17 Sensor de temperatura transformador 1 generador externo.

18 Sensor de temperatura transformador 2 generador externo.

19 Sensor de temperatura salida vapor.

20 Sensor temperatura regulador voltaje 4,5 volts.


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Figura 2.35: Sensor de temperatura MCP9700A

Además de estos 20 puntos de medida, hay 2 medidas de temperatura más. Estos sensores están en contacto con la caldera. Este hecho hace que al estar en el interior del edificio de contención haya más calor que el que resisten los sensores MCP9700A, por lo que aquí usaremos un diodo térmico y un interruptor térmico tarados a 150ºC. Estos sensores solo nos informan de que la temperatura está por debajo o por encima de ese valor, en la figura 2.1 marcados con las letras A y B.

2.3.2 Sensores de nivel de agua

Para el correcto funcionamiento de la central debemos controlar que los niveles de agua del calderín, torre de refrigeración y depósito reserva de agua estén dentro de los márgenes establecidos. Los sensores de nivel utilizados son sensores basados en el principio de la conductividad, pero ya que tratamos con agua destilada la conductividad de esta agua es muy baja por lo que debemos de usar un circuito amplificador electrónico. Además este circuito amplificador tiene la función de limpiar la señal proveniente de los sensores de nivel para ofrecer una señal limpia. En la figura 2.36 se muestra la ubicación de los sensores de nivel, y en la tabla 2.2 se explica qué miden los sensores y en la figura 2.37 se muestra el diseño de los mismos.

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Figura 2.36: Ubicación sensores de nivel de agua.

Figura 2.37: Vista Solid/Real sensor de nivel torre refrigeración.

Debido a que en el calderín la temperatura es más elevada que en la torre de refrigeración o depósito reserva y además es un recipiente presurizado, el sensor de nivel no puede ser del mismo tipo el de la figura 2.38. En el calderín el sensor de nivel utilizado consta de dos sensores utilizados en limpiadoras de vapor y planchas de vapor. Estos sensores constan de una varilla metálica la cual hace conductividad con el agua. Esta varilla lleva


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un aislante de plástico que la aísla eléctricamente de la pieza de rosca que llevan. Finalmente esta pieza va roscada al calderín haciendo hermética la unión. En esta central hay dos sensores cortados a 2 distancias distintas, para permitir mantener el agua entre estos dos rangos. En la figura 2.38 podemos apreciar estos sensores, dónde A es el sensor del nivel alto, y B el sensor del nivel mínimo.

Figura 2.38: Vista Sensor de nivel de calderín.

Tabla 2.2: Numeración Sensores de nivel de agua. Número Sensor Descripción SN1M Sensor de nivel mínimo de agua en caldera

SN1H Sensor de nivel alto de agua en caldera.

SN2 VMIN Sensor de agua superior a 2/3 en el depósito de reserva.

SN2 VL Sensor de agua superior a 1/3 en el depósito de reserva.

SN3H Sensor nivel agua superior a 3/4 en torre de refrigeración

SN3M Sensor nivel agua superior a 2/4 en torre de refrigeración

SN3L Sensor nivel agua superior a 1/4 en torre de refrigeración

SN4H Sensor de depósito lleno en depósito reserva.

SN4L Sensor de nivel mínimo de agua para funcionamiento de bomba de retorno en depósito reserva.

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2.3.3 Sensores de desborde de alcohol

Este sensor consta de un pequeño recipiente en el cual al caer alcohol desbordado de los quemadores cierra el circuito por continuidad. También necesita un circuito amplificador electrónico debido a la reducida continuidad del alcohol. Este sensor es extremadamente necesario para evitar desbordes de alcohol que pueden causar incendios. En la figura 2.6 se aprecia la ubicación de los sensores de desborde. El sensor de desborde 1 corresponde al quemador 1(SQ1) y el sensor de desborde 2 (SQ2) al quemador 2. En la figura 2.39 podemos apreciar la ubicación de los sensores, y en la figura 2.40 una vista Solidworks/real del sensor.

Figura 2.39: Ubicación sensores desborde de quemador.

Figura 2.40: Vista Solid/Real sensor de desborde.


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2.3.4 Sensor de presencia de fuego.

Solamente nos interesa diferenciar de un estado en el cual el quemador está apagado (ausencia de fuego) o encendido. No importa a que temperatura esté el fuego. Este circuito se basa en un termopar que está en contacto con el fuego, el cual cuando hay fuego produce una pequeña fem ( 1-4mv). Esta débil señal posteriormente es amplificada en el circuito de amplificación mediante la ayuda del amplificador operacional LM3900. Un aspecto interesante que se produce es que dependiendo de la intensidad del fuego el termopar produce más o menos corriente, y esto se traduce a que el LED brilla proporcionalmente a la cantidad de fuego que hay en el quemador. En la figura 2.41 apreciamos la ubicación de los sensores, los cuales se detallan en tabla 2.3 y se pueden ver físicamente en figura 2.42.

Figura 2.41: Ubicación sensores de presencia de fuego.

Figura 2.42: Vista Real sensor de presencia de fuego.

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Tabla 2.3: Numeración Sensores de presencia de fuego.

Número Sensor Descripción SF1 Sensor de presencia de fuego en calentador 1

SF2 Sensor de presencia de fuego en quemador 1

SF3 Sensor de presencia de fuego en quemador 2

SF4 Sensor de presencia de fuego en calentador 2

2.3.5 Sensor de presión.

Disponemos de un sensor de presión el cual manda señal de voltaje cuando la presión aumenta de 2,5 bares de presión, permitiendo así alertar al usuario de que si sigue aumentando la presión se producirá una descarga de presión por la válvula de sobrepresión. Además el circuito de control si este sensor informa de que la presión es superior a 2,5 bares corta el combustible o la electricidad de la resistencia de vapor para limitar la subida de presión. En la figura 2.43 podemos apreciar la ubicación de este sensor, y en la figura 2.44 ver físicamente el sensor.

Figura 2.43: Ubicación sensor de presión.


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Figura 2.44: Vista Solidworks/Real sensor de presión.

2.3.6 Sensor de luminosidad.

La central dispone de un sensor de luminosidad basado en una resistencia LDR VT900. Este sensor tiene la finalidad de encender el conjunto de farolas pequeñas y luces SOV cuando hay poca luminosidad en el ambiente de la central. Disponemos de un interruptor en el cuadro de mandos para desconectar el encendido automático. En la figura 2.45 apreciamos la ubicación del sensor de luminosidad, y en la figura 2.46 podemos apreciar el sensor en el montaje de la central.

Figura 2.45: Ubicación sensor de luminosidad.

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Figura 2.46: Montaje sensor de luminosidad.

2.3.7 Reloj de presión.

Para poder visualizar la presión del calderín, sobrecalentador y admisión de vapor la central dispone de un reloj de presión. Este reloj es un reloj marca itap 0-6 bar, con fijador de presión máxima y conexión trasera de 1/4 de pulgada, (Anexo apartado Reloj de Presión). En la figura 2.47 podemos observar la ubicación del sensor, y en la figura 2.48 podemos observar el sensor en su montaje final.

Figura 2.47: Ubicación del reloj de presión.


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Figura 2.48: Vista montaje Reloj de presión.

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CAPÍTULO 3:

SISTEMAS PRINCIPALES

DE LA CENTRAL

Los componentes principales de la central son los citados anteriormente en el cálculo termodinámico, estos son, Sistema de bombeo, Sistema de Caldera, Sistema de Turbina, Sistema torre de refrigeración. En la figura 3.0 podemos observar la ubicación de estos sistemas en el plano de la central. El número 1 consiste al sistema de bombeo, el número 2 al sistema de caldera, el número 3 al sistema de turbinas, y el número 4 al sistema torre de refrigeración.

Figura 3.0: Ubicación componentes principales ciclo Rankine.

A continuación explicaremos cada sistema detalladamente.


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Figura 3.1: Circulación real del fluido durante el ciclo Rankine.

3.1. Sistema de bombeo

3.1.1 Introducción

Este sistema es el encargado de elevar la presión del agua proveniente de la torre de refrigeración para introducirla a la caldera. Se aprecia de los cálculos termodinámicos que la bomba en el ciclo Rankine representa sólo un pequeño porcentaje en la energía consumida en el ciclo.

3.1.2 Diseño y cálculos

El sistema de bombeo de la central necesita una bomba la cual pueda impulsar agua a más de 3 bar de presión con un caudal relativamente pequeño comparado con bombas reales. Esta disparidad entre presión y caudal fue fuente de complicaciones. Además cabe destacar que la bomba debe ser alimentada a 12 volts DC, debe tener un consumo moderado y ser de pequeñas dimensiones. Para el Cálculo del caudal máximo que debe bombear limitaremos el rango máximo de la central en una potencia térmica de 4000 W, tal y como se acordó en los cálculos termodinámicos. Nos basaremos en el caudal calculado anteriormente: 5 = 1,5335 · 10/(

P = 5Q = 1,5335 · 10/(1000 53 ∗

= 1,5335 · 10R53/( P = 1,5335 · 10R53( ∗ 60(1 5,. ∗ 1000N1 53 = 0,09201N/5,.

Tras una búsqueda minuciosa se llegó a la conclusión que las bombas que reunían estas características son utilizadas en náutica, en pequeños barcos recreativos para disponer de agua corriente a bordo. Finalmente la bomba adquirida fue la de la figura 3.2, con características técnicas mostradas en

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la tabla 3.1. Esta bomba es una bomba de diafragma, por lo que es una bomba volumétrica ( es decir provoca el aumento de presión en el fluido haciendo variar el volumen de la cámara de compresión). El hecho de que sea volumétrica conlleva a que el caudal es pulsante. Y por requerimientos técnicos del fabricante no puede bombear fluidos más calientes de 70 ºC, esto crea la necesidad de disponer un sensor de temperatura en la torre de refrigeración, este hecho se explica en el apartado Torre de refrigeración.

Figura 3.2: Bomba principal central térmica.

Tabla 3.1: Características básicas bomba principal.

Marca y modelo Ag Sprayer Pump model WWB-09121.

Tensión Alimentación 12 Volts DC Consumo Eléctrico 2 Amperes Presión Máxima Bombeo 4,5 bar. Caudal máximo Disponible 2,4 L/min El caudal es bastante mayor que el necesario para el funcionamiento de la central, pero esto es favorable ya que así la bomba funcionara intermitentemente, con lo que evitaremos recalentamientos y alargaremos su vida útil. Una vez adquirida la bomba se diseñó el sistema de bombeo, el cual consta de 2 válvulas anti retorno y un purgador. Estas válvulas tienen la función de evitar que por acción de la presión de la caldera el agua retorne a la torre de refrigeración, ya que este fenómeno haría vaciar el agua de la caldera. Se hizo una búsqueda de componentes que puedan reunir las características de tamaño reducido, caudal pequeño, y coste moderado y resistir la presión de trabajo. El producto que se encontró que se acercaba más a los requisitos fueron válvulas anti retorno para peceras las cuales cumplían requisitos de tamaño y caudal pero no soportaban esa presión. Por lo que se decidió hacer las válvulas artesanalmente.


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Estas válvulas están compuestas por elementos de riego por goteo y la carcasa exterior de una jeringa hipodérmica. Llevan una pequeña esfera de caucho en el interior la cual actúa dejando pasar o no el agua. Estas válvulas van montadas verticales y con el flujo ascendente, para que la fuerza de la gravedad facilite la colocación de la bola sobre su asiento. Esta válvula tiene dos estados de funcionamiento, mostrados gráficamente en la figura 3.3. El estado A es el estado de corte, en el cual hay un flujo que intenta atravesar la válvula en sentido contrario, en la central sería el retorno de agua no deseado de la caldera a la torre de refrigeración. Podemos ver como la bola se acomoda en su asiento impidiendo que el agua atraviese la válvula. El estado B nos muestra el flujo ascendente deseado, el cual hace elevar la bola, la aleja de su asiento y la eleva hasta el tope superior. Este tope tal y como se puede ver en figura 3.3 deja pasar el agua por los laterales, por lo que la válvula no bloquea el flujo.

Figura 3.3: Funcionamiento válvula anti retorno Figura 3.4: Vista real Válvula anti retorno desmontada/montada. El último elemento que se tuvo que diseñar fue el purgador. Este elemento cumple dos funciones. La primera consiste en permitir al usuario cebar la bomba en caso de que esta bombee aire. Y la segunda función consiste en

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que en caso de un fallo de la bomba, poder extraer manualmente con una jeringa agua del depósito de reserva (dispone de un purgador habilitado para este efecto) y bombearla a la caldera desde este punto. Este procedimiento está explicado con más detalle en el apartado Protocolos, bombeo manual.

Este purgador consiste en un pequeño grifo de riego junto con una boquilla para jeringa hipodérmica. En la figura 3.5 podemos apreciarlo.

Figura 3.5: Vista real purgador bomba principal

3.1.3 Descripción Circuito Electrónico.

Es el encargado de manejar la bomba para que siempre mantenga el agua del calderín entre dos valores H(alto) y M (medio). La secuencia de funcionamiento es la siguiente: La bomba debe ponerse en funcionamiento cuando el agua no llegue al sensor SN1MO (deje de dar señal de voltaje), al subir el agua el sensor SN1MO vuelve a dar continuidad, pero la bomba debe seguir en marcha hasta que de señal el sensor SN1HO. Una vez parada y con el funcionamiento de la central el sensor SN1HO dejará de dar señal pero la bomba debe seguir parada, hasta que SN1MO deje de dar señal y se reinicie el ciclo. También dispondrá de un botón manual para su accionamiento, el cual con un solo pulso rellenará la caldera hasta el nivel superior. 3.1.4 Lógica implementada Circuito Electrónico Ya que este circuito es un circuito secuencial mostraremos lógica explicada anteriormente mediante un grafcet, ya que es la forma más clara. En la figura 3.6 podemos verlo.


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Figura 3.6: Grafcet de funcionamiento de la bomba principal. Además incluye la siguiente lógica para el encendido del led de funcionamiento de bomba: ST22U = SVWXVY Z[4'[ YTU 3.1.5 Esquema circuito, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en Plano num 100 . La tabla 3.2 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 3.7 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 1x Relé OJE-SS-112HMF,thro hole,10 A,30Vdc. • 1 x Diodo 1N4004L • 5x Transistor NPN ON 2N3904 • 2x Resistencia 1k2Ω 1/4 W • 4x Resistencia 5k6Ω 1/4 W • 1x 2 posiciones Regleta 380V 6A. • 1x Conector circuito impreso 5 posiciones paso 2mm

Tabla 3.2Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 CN1 BOMBA

PRINCIPAL+ +12V

CN2 SN1HO SN1MO B8 0V L22

Figura 3.7: Vista del circuito del prototipo.

3.1.6 Vistas real y Solidworks del conjunto.

En la Figura 3.8 podemos apreciar el conjunto de bomba real, y en la figura 3.9 la vista Solidworks del conjunto.

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Figura 3.8: Vista del sistema de bombeo del prototipo. Figura 3.9: Vista Solidworks del sistema de bombeo.

3.2. Sistema de Caldera

3.2.1 Introducción

La caldera es la encargada de absorber el calor procedente de los quemadores para vaporizar el agua. En esta maqueta dispone de evaporador y sobre calentador, para poder obtener vapor sobrecalentado.

En el diseño del sistema de caldera surgieron varios aspectos importantes. El primero fue que debido a que se alcanzan temperaturas altas y presiones, una posible fuga de vapor o rotura de la caldera pueden resultar muy peligrosas. Este hecho hizo la necesidad de dotar a la central con un edificio de contención similar al de una central nuclear


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3.2.2 Diseño Edificio de contención

En esta central el edificio de contención está formado por 3 subconjuntos para poder habilitar el desmontado para realizar reparaciones ( Figura 3.10). Todos ellos están construidos con cemento refractario reforzado con malla metálica. Se ha escogido este material debido a que el cemento resiste la temperatura de trabajo y es aislante térmico, por lo que si disminuimos las pérdidas térmicas aumentaremos el rendimiento de la central. Se necesita la disposición del mallado debido a que en el caso de una posible rotura de la caldera el edificio de contención trabajaría a tracción. Y cómo los materiales cerámicos tienen muy baja resistencia a tracción es necesario dotarlos del mallado, el cual al ser de acero sí que resiste la tracción. Dos aspectos muy importantes en el cálculo del edificio de contención son las pérdidas térmicas a través de las paredes y la simulación de una explosión en la caldera.

Figura 3.10: Vista explosionada del edificio de contención

3.2.3 Cálculo pérdidas térmicas edificio de contención. Para calcular las pérdidas energéticas a través del edificio de contención utilizaremos la simplificación de que la pérdida debida al suelo es 0, ya que todo el calor perdido por esa zona es reinyectado al interior por el ventilador de admisión. Por lo que para el cálculo del flujo de calor lo dividiremos en paredes y techo.

• Cálculo Paredes:

El flujo de calor perdido corresponde a la siguiente fórmula:

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\ = $1 − $2L1 ∗ Y1 + Z,1Y1 + ZL1Y1

(1) Siendo, A1: área perpendicular al flujo. Supondremos un flujo que atraviesa todas las paredes perpendicularmente, ya que va del interior al exterior. Dividiremos la pared en los segmentos marcados en rojo ( Figura 3.11)

Figura 3.11: División del perímetro del edificio de contención en segmentos. Y = Y" + Y + Y+ + Y] + YL + Y^ = _0,280 + 0,075 + 0,215 + 0,280 + 0,12 +0,075∗ℎ=0,280+0,075+0,215+0,280+0,12+0,075∗0,18=0,188152 h es la altura de la pared que en este caso son 0,18m. e1: Espesor de la pared, e= 0,02m K: conductividad del cemento refractario, utilizando arcilla refractaria 0,46 a3 T1: Temperatura en el interior del edificio de contención, aplicaremos el valor de 160 ºC ya que al haber la caldera con agua líquida tiende a que la temperatura no se eleve muy por encima del valor de ebullición del agua. Este dato es el más aproximado, pero lo verificaremos con el modo de Cálculo B T2: Temperatura ambiente, utilizaremos una temperatura básica de 23 ºC. Ri1: Resistencia debida a la convección interior, tomaremos un valor algo

inferior 0,10ab∗3` ya que en el interior hay ventilación forzada pero es de baja

velocidad.


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Re1: Resistencia debida a la convección exterior, tomamos el valor de 0,13ab∗3` , ya que es el valor de convección en el interior de una vivienda en

una pared vertical coeficientes extraídos de código técnico edificación 2006 punto 4.3.2.1 En la figura 3.12 se muestra un dibujo esquemático de el comportamiento de las temperaturas a lo largo de la pared, lado rojo el caliente, y lado azul el frío. Este esquema tiene posicionadas las variables utilizadas en las fórmulas, para una más fácil comprensión de ellas.

Figura 3.12: Esquema temperaturas en pared. Substituyendo valores en la expresión (1):

\ = 160 − 230,020,46 ∗ 0,1881 + 0,10,1881 + 0,130,1881 = 94,23

Ahora calcularemos la temperatura que hay en el lado exterior de la pared con la expresión:

\ = $L − $2ZL1Y1 → 94,23 = $L − 230,130,1881 → $L = 88,12º'

• Cálculo Techo:

El flujo de calor perdido corresponde a la siguiente fórmula:

\ = $1 − $2L2 ∗ Y2 + Z,2Y2 + ZL2Y2

(2) siendo, A2: área perpendicular al flujo. Supondremos un flujo que atraviesa el techo perpendicularmente. Y = 0,280 ∗ 0,255 + 0,075 ∗ 0,115 = 0,085 e2: Espesor del techo, e= 0,055m

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K: conductividad del cemento refractario, utilizando arcilla refractaria 0,46 a3 T1: Temperatura en el interior del edificio de contención, aplicaremos el valor de 160 ºC ya que al haber la caldera con agua líquida tiende a que la temperatura no se eleve muy por encima del valor de ebullición del agua T2: Temperatura ambiente, utilizaremos una temperatura básica de 23 ºC. Ri2: Resistencia debida a la convección interior, tomaremos un valor algo

inferior 0,08ab∗3` ya que en el interior hay ventilación forzada pero es de baja

velocidad. Re2: Resistencia debida a la convección exterior, tomamos el valor de 0,10ab∗3` , ya que es el valor de convección en el interior de una vivienda en

un cerramiento horizontal. Coeficientes extraídos de código técnico edificación 2006 punto 4.3.2.1 Substituyendo valores en la ecuación (2) obtenemos:

\ = 160 − 230,0550,46 ∗ 0,08 + 0,080,08 + 0,10,08 = 36,58

Por lo que el calor total disipado al ambiente por el edificio de contención es de \ = 94,23 + 36,58 = 130,81

3.2.4 Cálculo Explosión.

El segundo aspecto que hay que tener en cuenta es que presiones y fuerzas se darían en caso de explosión de la caldera. Para estudiar el efecto utilizaremos la hipótesis más desfavorable. En esta hipótesis tomaremos como que el calderín está totalmente vacío de agua ( por lo que cabe más vapor) y operando a la máxima presión relativa de funcionamiento (3 bar). El primer paso es calcular el volumen total que contiene vapor: c)K)"N = c+"N]L#" + c)*K],"5L)#K2255 + c)*K],"5L)#K12= 1300+5 + d ∗ #,22 ∗ N22 + d ∗ #,12 ∗ N12= 1300+5 + d ∗ 1 ∗ 10 + 24 + 18 + 30 + 35 + d ∗ 0,5∗ 20 + 20 + 20 + 35 = 1742,1+5 Ambos tubos tienen un espesor de 1mm por lo que #,22 = ∗ = 1055 =1+5 #,12 = ∗ = 555 = 0,5+5 Ahora calcularemos el volumen interior del edificio de contención, utilizaremos la hipótesis simplificativa de que los quemadores no ocupan volumen, ya que es muy complejo calcular su volumen. cL],^,+,K = 21,5 ∗ 28,0 + 7 ∗ 7 ∗ 0,18 = 11720+5


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Este proceso de explosión es un proceso isotrópico (adiabático reversible), es decir un proceso sin intercambio de calor ni trabajo producido por rozamiento. El hecho de que sea adiabático queda corroborado en el hecho de que al ser un proceso muy rápido no le da tiempo al fluido de absorber calor del exterior. Y el segundo condicionante, el hecho de ser reversible no es cierto ya que en caso de explosión sí que se produciría trabajo de rozamiento, pero es muy difícil de determinar, además estudiándolo como reversible dejamos un margen de seguridad. Por lo que la expresión que rige el proceso es la siguiente: ∗ c0 = ∗ c0 Aquí estamos tratando al vapor de agua como un gas ideal, y este no es un procedimiento 100% exacto, aunque en este caso que queremos hallar la presión final, haciéndolo del método exacto de tablas no es posible llegar a una solución. Tal y como vemos en la figura 3.13A en la cual nos muestra el porcentaje de error utilizado empleando el vapor de agua con las expresiones de gas ideal según Temperatura y volumen específico, podemos ver que en nuestro caso ( Temperatura 143,6ºC y punto de saturación de vapor, marcado con un punto verde) el error es del margen del orden del 5%. Error que al ser una pequeña instalación tomaremos como aceptable.

Figura 3.13A: Porcentaje de error de tratar al vapor de agua como gas ideal (Libro Yunus A.Cengel pag 140).

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Hay que destacar que dentro del edificio de contención hay aire, pero no lo tenemos en cuenta, ya que por presiones parciales: )K)"N = P"JK# + ",#L y esta presión del aire equivale a la presión atmosférica, y esta presión también afecta al edificio de contención por la parte externa, por lo que se anulan y no la tendremos en cuenta. Caso 1 Antes de la explosión: En este caso solo hay vapor saturado en el interior de la caldera y los tubos. La presión absoluta es de 1 = 4"# y $1)L5JL#")*#"(")*#"+,ó.P"JK#"J#L(,K."(KN*)"4"# = 143,6º' Sabemos T1 y P1 y en tablas de vapor hallamos el volumen específico en

estas condiciones P1 = 0,4625ae02

Además sabemos que es cierta la relación c)K)"N = P1 ∗ 51 Caso 2, Después de la explosión: En este caso el volumen de vapor es el volumen del edificio de contención, y este vapor sufre una expansión isoentrópica (adiabática reversible). De este punto queremos hallar su presión (P2). Además sabemos que se cumple cL],^,+,K = P2 ∗ 52 Al producirse la explosión hay dos parámetros que permanecen constantes, el primero es la masa de vapor 51 = 52. Combinando las expresiones que relacionan la masa hallamos que

P2 = cL],^,+,K52 = cL],^,+,Kc)K)"N ∗ P1 = 117201742,1 ∗ 0,4625 = 3,11655

El siguiente paso consiste en saber que exponente k debemos utilizar. De tablas obtenemos los siguientes valores: fg"100º' = 1,324

fg"200º' = 1,31 Interpolando para el valor de temperatura de trabajo hallamos la constante del coeficiente adiabático que utilizaremos, la cual es de: fg "143,6º' = 1,3179 Aplicando estos parámetros en la ecuación de la adiabática, y aislando la incógnita obtenemos:

= ∗ cc0 = 4"# ∗ 0,46253,1165,hi = 0,323"# Esta presión es presión relativa por los motivos expresados al principio de la hoja. Pasando este valor de bar a la unidad de kilogramo fuerza partido por centímetro cuadrado hallamos que:

0,323"# ∗ 1,01972 ^+521"# = 0,329j^+5


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Por lo que la tapa superior del edificio de contención recibiría una fuerza de empuje de

k = 2 ∗ Y)"J" = 0,329j^+5 ∗ 21,5 ∗ 28,0 + 7 ∗ 7+5 = 214,2j^ Este valor de fuerza teórico no se llegaría a dar ya que se escaparía parte de vapor por la chimenea y la entrada de quemadores. Aún así esta fuerza haría que la tapa superior saltara por los aires. Una solución sería atornillar la tapa. Para ver si es factible esta solución veremos en el caso de que el edificio de contención se comportara como un solo cuerpo y soportara toda la presión en su interior que tensiones se llevarían a cabo. Haciendo un estudio con Solidworks (figura 3.13B) obtenemos que se dan valores de tensión de l = 3,233X ".

Figura 3.13B: Distribución de tensiones en edificio de contención. Ya que el mortero tiene una l#L(,()L.)L~0X " Las unicas fibras que trabajarían a tracción es el mallado de acero, por lo que se debe garantizar que este mallado resista esta presión. En el caso del prototipo el cual no se puede garantizar la resistencia del mallado por su construcción artesanal se ha preferido no atornillar el conjunto del edificio de contención, ya que en caso de repentina explosión despresurizaría evitando que se creen las fuerzas calculadas. Por lo que en el diseño si que se prevé que el edificio de contención soporte una explosión, pero en el prototipo sólo sirve para evitar pérdidas térmicas o evitar que fugas de vapor puedan lastimar al usuario. 3.2.5 Evaporador. Es el encargado de transformar el agua líquida en vapor. Se ha utilizado una caldera de acero inoxidable de una máquina limpiadora a vapor modelo Poltti Vaporetto Flash, de 1,5 litros de capacidad y una presión máxima de 4,5 bares. Características técnicas en anexo apartado Vaporetta Poltti. Por lo que operando por debajo de esa presión el fabricante nos garantiza que no habrá problemas de resistencia ni de fatiga. Este calderín dispone de 5 agujeros, de los cuales solo utilizaremos 4. En la figura 3.14 observamos los orificios de la caldera. A es el orificio de la sonda de nivel alto; B el orificio de entrada de agua; C es el orificio a tapar ( ya que no tiene ningún uso); D el orificio de la sonda de nivel bajo; y E (situado en la parte inferior de la caldera) el orificio de salida de vapor, se ha escogido este orificio como salida de vapor ya que es el orificio de mayor diámetro.

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Figura 3.14: Vista caldera y orificios. Para tapar el orificio C se ha utilizado un recorte de 30 mm de tubo de cobre de diámetro 6mm soldado con soldadura de plata, para garantizar que resiste la temperatura y presión. Tal y como se muestra en la figura 3.15.

Figura 3.15: Detalle de la soldadura del orificio C. El otro problema a solucionar fue que debido a que el orificio escogido para extraer el vapor es el inferior debemos idear algún útil para extraer el vapor, ya que en la parte inferior hay agua. Y si no dispusiéramos de este útil por el orificio de vapor extraeríamos el agua de la caldera. El útil que se diseño fue un tubo de cobre de 10mm de diámetro soldado con soldadura de plata enfrentado a la pieza que va roscada en el orificio, tal y como se puede ver en la figura 3.16. En la figura 3.17 podemos ver el montaje de este útil (marcado con una elipse amarilla).

Figura 3.16: Útil salida de vapor.


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Figura 3.17: Vista entrada agua y salida de vapor. Otro aspecto importante es que el tubo de entrada de agua, marcado con una elipse roja en la figura 3.17, no llega hasta abajo de la caldera, si no que se queda por encima de la mitad. Esto es así ya que si el tubo llegara hasta abajo, si se produjera una rotura de alguna parte del sistema de bombeo, ( entre la entrada de agua y la última válvula anti retorno) durante el funcionamiento de la caldera por la presión de la caldera el agua escaparía por este tubo. Esto conllevaría al vaciado no deseado de la caldera, y ya que este vaciado proviene de una rotura en el tubo de entrada de agua no podríamos llenar otra vez la caldera. Esto conllevaría que en un momento la caldera se quedaría sin agua, se elevaría la temperatura y se dañaría el sistema. Para evitar este fatal efecto se deja el tubo corto. 3.2.6 Introducción Sobre calentador. El vapor sobrecalentado se crea por el sobrecalentamiento del vapor saturado o húmedo para alcanzar un punto mayor al de saturación. Esto quiere decir que es un vapor que contiene mayor temperatura y menor densidad que el vapor saturado en una misma presión. Tiene las siguientes ventajas para impulsar turbinas:

• Para mantener alto título de vapor ya que su rendimiento se ve afectado por la presencia de condensado.

• Para mejorar la eficiencia térmica y capacidad de trabajo , ej. Para lograr mayores cambios en el volumen especifico del estado sobrecalentado al estado de salida de la turbina.

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Otra ventaja de operar en turbinas con vapor sobrecalentado es que el condensado no se generara dentro de la turbina durante una operación normal, minimizando así el riesgo a daños ocasionados por la erosión o la erosión acido carbónica. Además, como la eficiencia térmica teórica de la turbina es calculada del valor de la entalpía a la entrada y a la salida de la turbina, incrementando el grado de sobrecalentamiento así como la presión incrementa la entalpía a la entrada de la turbina, aumentando el grado de sobrecalentamiento aumentamos rendimiento. 3.2.7 Diseño y materiales Sobre calentador. En la central el sobrecalentador consta de un sistema de tubos colindantes a la caldera (Figura 3.18).

Figura 3.18: Vista real/Solidworks sobre calentador. Estos tubos recogen el calor producido por los quemadores, ya que mediante las aletas laterales de aluminio se fuerza a que estos humos calientes procedentes de los quemadores estén en contacto con el sobre calentador. Aparte el hecho de que haya unas aletas marcadas con una A en la figura 3.18) hace que aumente la superficie de intercambio térmico. Otra característica importante es que este sobre calentador se eleva un trozo por el interior de la chimenea, lo que hace que aún se favorezca más el intercambio de calor. No se eleva durante toda la chimenea ya que en la parte externa es probable que los humos estén más fríos que el vapor, lo que resultaría contraproducente. En la figura 3.19 podemos observar un esquema del flujo de aire caliente bordeando el sobrecalentador dentro de la caldera.


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Figura 3.19: Esquema flujo de calor en la caldera. Para asegurarnos de que no salga ninguna proporción de agua líquida del sobrecalentador, en el tramo final del mismo disponemos de un redondo de latón con unas aletas que aumentan la superficie de intercambio de calor, figura 3.20.

Figura 3.20: Vista elemento anti humedad vapor.

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En cuanto al estudio de los materiales del sobrecalentador, debemos de enumerar las características de su trabajo. El material escogido debe:

• Resistir presión de 3 bar. • Ser de fácil soldadura. • Ser resistente a la corrosión. • Resistir temperaturas elevadas. • Ser buen conductor térmico.

El material que mejor se asemeja a estos requisitos es el cobre. Hay que destacar que el acero inoxidable también los cumple, pero presenta problemas en cuanto a soldadura. Se utilizará tubo de cobre Wieland o similar 22 x 1mm, el cual nos garantiza una presión máxima de funcionamiento de 54 bar, anexo apartado tubo cobre Wieland. Para soldar el cobre se utiliza soldadura fuerte, ya que debe resistir temperaturas que la soldadura blanda no aguanta. Utilizando varillas de aportación de Castolin 6111 BL - FL, varillas sin Cadmio con un contenido de 25% de plata. Para realizar correctamente la soldadura se debe utilizar un decapante 6103 FX-FP también de la marca Castolin. Como accesorios se ha utilizado:

• Codo cobre 22 mm. • Té cobre 22mm. • Tapón cobre 22mm.

Otro aspecto importante de diseño es el diseño de la unión entre el evaporador y el sobre calentador, el cual se ha diseñado para poder ser desmontable, por si surge la necesidad de reparar alguna avería. En la figura 3.21 se puede apreciar en la parte A, el conjunto dibujado en Solidworks sin el protector térmico, y en B el conjunto real con el protector térmico. Este protector tiene como función evitar que se caliente el conjunto por encima de la temperatura que resiste la junta. Hay que destacar que la unión soldada entre tubos se realiza con soldadura de plata.


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Figura 3.21: Vista Solidworks/Real Unión caldera y sobrecalentador. En el conjunto se han utilizado los siguientes materiales:

• Codo latón M-H 3/8.

• Enlace latón Contra rosca M-M 1/4 x 3/8.

• Entroque latón hembra soldar 12 3/8.

• Entroque latón macho soldar 12 3/8.

• Rácor 2 piezas soldar 12 - 3/8.

• Junta estrecha de 3/8.

El siguiente punto de estudio es si las soldaduras de plata aguantarán la presión de funcionamiento. 3.2.8 Cálculo de soldaduras del Sobre calentador. En las soldaduras de plata del recalentador (tuberías de 22x1mm) la penetración de la soldadura no es tan buena como en la soldadura de estaño. Utilizaremos una hipótesis conservadora en la cual la penetración es de 1 milímetro, aunque en la realidad este valor en la mayoría de casos es mayor, figura 3.22.

Figura 3.22: Esquema soldadura de plata La fuerza aplicada en la soldadura es la presión interior del tubo multiplicada por el área transversal de la tubería, ecuación 1.

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La fuerza resistente de la soldadura consiste en la resistencia de la soldadura de plata, (resistencia de la varilla de Castolin 6111 BL - FL dada por el fabricante) multiplicada por la superficie soldada, ecuación 2. Esta superficie soldada es el perímetro del tubo por el valor de la penetración. Ya que la soldadura trabaja a cortante y el dato de resistencia es a tracción uniaxial debemos aplicar Mohr y Von Misses

ln,nn = lo + lp2 ± rHlo + lp2 I + stuv = 0 + 02 ± rH0 + 02 I + stuv = ±stuv ltuv =wln + lnn + ln ∗ lnn = √3 ∗ stuv

1k"JN,+"]" = ∗ Y = ∗ d4 ∗ 0,022 2k#L(,()L.)L = stuv ∗ d ∗ y ∗ J = ltuv√3 ∗ d ∗ y ∗ J

siendo,

lDCzC = 43j55 = 421,4X " D: diámetro del tubo, 0,022 m. p: penetración de la soldadura, 0,001m. Por lo que la fórmula de la Fuerza resistente es:

k#L(,()L.)L = d ∗ 0,022 ∗ 0,001 ∗ 421,5√3 ∗ 10R = 16,824

Igualando las expresiones de F resistente y F aplicada obtenemos:

= 16820 ∗ 4d0,022 = 44,25X " = 442,5"# Con esto concluimos que no hay limitación de presión debida a la soldadura de plata. No hemos calculado a fatiga la soldadura, pero ya que disponemos de un factor de seguridad de k( = ,| = 110,6, es un valor muy grande el

cual nos garantiza que la soldadura está muy poco solicitada y no le afecta la fatiga. 3.2.9 Seguridad del sistema caldera Ya que es una zona peligrosa de la central debido a que hay altas temperaturas y altas presiones hay que asegurar que no haya posibles explosiones sobre presiones o excesos de temperatura. Hay que asegurar que siempre el agua se mantenga entre ciertos niveles, ya que si se quedara sin agua la temperatura subiría hasta rangos no


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aceptables. La primera medida de seguridad son las sondas de nivel A y B. En caso de falso positivo de las sondas (que indiquen que hay agua y no hay) la central dispone de un interruptor y un diodo térmicos, los cuales dejan de dar señal cuando la caldera supera los 150 grados. En la fotografía marcados con C y D respectivamente, figura 3.23.

Figura 3.23: Sistemas térmicos y de nivel de seguridad Caldera. En cuanto a posibles excesos de presión, que en caso de ser incontrolada podría llevar a cabo una explosión de la central, la central dispone de dos sistemas de seguridad.

• Válvula de sobrepresión 1/2 KRAMER PN10: Tarada a 3 bares, es una válvula de accionamiento mecánico la cual a partir de 3 bares descarga el exceso de vapor mediante una chimenea al exterior, en la figura 3.24 marcado con la letra A.

• Presostato 1/4 C/MICRO regulable 2-4bar, regulado a 2,5 bar: con esta regulación obtenemos que el presostato avisará del exceso de presión próximo a la obertura de la válvula de sobrepresión, en la figura 3.24 marcado con la letra B.

Figura 3.24: Sistemas de presión de seguridad Caldera. Hay que destacar que también la presión puede ser controlada por el usuario gracias a un reloj de presión visible desde la posición del usuario, figura 3.25.

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Figura 3.25: Sistemas de presión de seguridad Caldera.

3.3. Sistema de Turbinas 3.3.1 Introducción El funcionamiento de la turbina de vapor se basa en el principio termodinámico que expresa que cuando el vapor se expande disminuye su temperatura y se reduce su energía interna. Esta reducción de la energía interna se transforma en energía mecánica por la aceleración de las partículas de vapor, lo que permite disponer directamente de una gran cantidad de energía. Cuando el vapor se expande, la reducción de su energía interna en 400 calorías puede producir un aumento de la velocidad de las partículas a unos 2.900 km/h. A estas velocidades la energía disponible es muy elevada, a pesar de que las partículas son extremadamente ligeras. La forma más sencilla de turbina de vapor es la denominada turbina de acción, en la que los inyectores de la turbina están sujetos a un punto dentro de la carcasa de la turbina, y las palas están dispuestas en los bordes de rodetes que giran alrededor de un eje central. El vapor pasa a través de las toberas (alojadas en el interior de los inyectores) y alcanza las palas. Éstas absorben una parte de la energía cinética del vapor en expansión, lo que hace girar el rodete y con ella el eje al que está unida. Además de estos componentes básicos, las turbinas cuentan con una carcasa exterior que retiene el vapor dentro de la zona de la turbina, y un engrasador como dispositivo de lubricación. En la figura 3.26 se muestran las partes básicas de la turbina de acción.


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Figura 3.26: Partes básicas de la turbina de acción. 3.3.2 Diseño y materiales. Esta central consta de dos turbinas de acción, una turbina grande y otra pequeña. Ambas turbinas están fabricadas con cuerpos de aluminio, casquillos de cobre y ejes de acero inoxidable, y disponen de un orificio para engrase. Se decidió que el cuerpo fuera de aluminio ya que así no se oxida. Los elementos transmisores de potencia (engranajes) van alojados en un protector de plástico transparente, para evitar que el aceite manche la maqueta, y evitar que pueda saltar cualquier elemento al usuario, debido a la alta velocidad de rotación. Turbina pequeña: Formada por dos tomas de vapor, su rodete es un rodete de material plástico termoestable. Turbina Grande: consta de 4 tomas de vapor, su rodete está formado por un redondo de latón al cual se le han soldado las aspas también de latón. Se ha escogido el aluminio 6061 para el cuerpo y carcasa de la turbina ya que los aluminios de la serie 6000 son aluminios con buena resistencia a la corrosión y soldabilidad, (Tema 13 pag 13 Apuntes CEMII Aliatges no fèrrics). Es importante que tenga buena soldabilidad ya que las toberas de la turbina irán soldadas a la carcasa, y que sea resistente a la corrosión ya que trabajamos con vapor. Los inyectores están formados por tubo de aluminio de diámetro 6mm, para poder ser soldados a la carcasa. Para los casquillos se ha utilizado casquillos de fricción de cobre con ranurado interior para facilitar que se forme una pelicula de aceite entre el eje y el casquillo, rebajando la fricción entre ambos, figura 3.27.

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Figura 3.27: Fotografía del casquillo de fricción. Para el eje se ha utilizado Acero AISI 430, debido a que es un acero inoxidable y cumple los requisitos de resistencia que estudiaremos en el siguiente apartado. Para asegurar la lubricación la turbina tiene un dispositivo que permite lubricar fácilmente la turbina desde el exterior, aun estando en movimiento. Este aceite queda prisionero entre los dos cojinetes, asegurando que siempre haya un pequeño depósito de aceite en contacto con el eje. En cuanto al engrase utilizaremos aceite de silicona ESQUIM FS-100 (anexo apartado aceite lubricante JEJA), ya que es un aceite transparente, por lo que no ensucia las turbinas, y reune las siguientes características necesarias para el perfecto engrase de la turbina: • Excelente estabilidad a temperaturas elevadas, degrada a 300ºC, cuando en las turbinas como mucho alcanzaremos 150 ºC. • Poca variación de la viscosidad en función de la temperatura. • Químicamente inertes frente a la mayoría de agentes químicos. • Nula degradación por la acción de los agentes atmosféricos. • Inmiscible con la mayoría de materias orgánicas. 3.3.3 Cálculo a fatiga del eje de turbina pequeña. Un aspecto importante a tener en cuenta es el Cálculo del eje de la turbina a fatiga. Vamos a calcular para que fuerzas máximas el eje resiste a vida infinita. Para esto tendremos en cuenta las siguientes consideraciones: Las toberas de entrada de la turbina están enfrentadas tal y como se aprecia en la figura 3.28, para que las fuerzas del vapor (F) se contrarresten y no se produzcan momentos flectores en el eje, además evitaremos desgastes no uniformes en los cojinetes.


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Figura 3.28: Gráfico de fuerzas debidas a los chorros de vapor. Para la transmisión de potencia se utilizaran engranajes cilíndricos rectos con ángulo de presión = 20º. En los cuales con un giro a derechas del engranaje de la turbina, (en la figura 3.29 el engranaje pequeño). Engendra una Fuerza radial, marcada en rojo, y una fuerza tangencial, marcada en verde.

Figura 3.29: Fuerzas en los engranajes. El momento torsor en el eje equivale a X) = 2 ∗ k ∗ ~tuzu = 2 ∗ k ∗ ,| = 0,05k

Drodete es el diámetro efectivo del rodete ( el espacio que hay entre las dos toberas y#K]L)L = 5055. El coeficiente 2 que multiplica a la F proviene de que hay 2 toberas en la turbina. La Fuerza Tangencial equivale a k) = X) ∗ ~u2tCC1u = 0,05k ∗ , = 4,555k. Dónde Dengranaje es el diámetro del engranaje de la turbina, yL.#"."GL =2255 La Fuerza radial equivale a k# = k) ∗ ) = k) ∗ )20 = 4,55 ∗ k ∗ )20 =1,656k

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El eje de la turbina es de acero inoxidable según especificaciones figura 3.30.

Figura 3.30: Acero utilizado en el eje. Con unas características de lt = 450XJ" l = 270XJ" y un acabado rectificado. Dividiremos el eje en 4 secciones (figura 3.31), A B C y D.

Figura 3.31: Gráfico secciones candidatas a sección crítica. Calcularemos las reacciones en los rodamientos:

Figura 3.32: Fuerzas y reacciones en eje X k? → k# − Z? + Z+? = 0


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X' → 0,025Z? − 0,045k# = 0 Dónde hallamos: Z? = 1,8k# = 2,981kZ+? = 0,8k# = 1,325k

Figura 3.33: Fuerzas y reacciones en eje Y. k → k) − Z + Z+ = 0 X' → 0,025Z − 0,045k) = 0 Dónde hallamos: Z = 1,8k) = 8,199kZ+ = 0,8k) = 3,644k El siguiente paso es realizar los diagramas de esfuerzos

Figura 3.34: Diagramas esfuerzo cortante, eje X eje Y.

Figura 3.35: Diagrama momento torsor.

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Figura 3.36: Diagrama momento flector en X.

Figura 3.37: Diagramas momento flector en Y. Calculamos el Momento flector resultante X^#L( = X^? +X^ = k ∗0,06 + 0,164 = 0,175k45 Se puede apreciar que la sección crítica y más solicitada es la B. La A tiene entalla de chaveta pero tiene una solicitación mucho menor que la B. El siguiente paso es pasar a tensiones:

s+K#)".)L = 43 ∗ k)d4 ∗ yLGL =43 ∗ 4,55kd4 ∗ 0,006 = 0,214 ∗ 10Rk "

s)K#(,ó. = X) ∗ yLGL2d32 ∗ yLGL =0,05k ∗ 0,0062d32 ∗ 0,006 = 1,179 ∗ 10Rk "

l^NL?,ó. = X^#L( ∗ yLGL2d64 ∗ yLGL = 0,175k ∗ 0,0062d64 ∗ 0,006 = 8,253 ∗ 10Rk " Ya que los puntos máximos de tensión están distribuidos como la Figura 3.38, se puede observar que dónde hay Tmax Mfmax vale 0 y viceversa. Ya que la tensión debida a la cortadura es del orden de 5 veces menor, podemos concluir que el punto más solicitado es el punto en el cual se da


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Mfmax, y ya que el diagrama de Soderberg es más restrictivo en la zona traccionada escogeremos el punto sometido a tracción.

Figura 3.38: Puntos de máximo esfuerzo de la sección. Caracterización del ciclo de carga:

Figura 3.39: Caracterización del ciclo de carga. Tal y como podemos apreciar en la figura 3.39 la tensión debida a la torsión es constante en el tiempo, y la tensión debida a la flexión es alternante sinusoidal. Por lo que realizando un cambio de variables tenemos que s5L]," = 1,179 ∗ 10Rk " l"5JN,)*] = 8,253 ∗ 10Rk " El siguiente paso surge de la necesidad de expresar la tensión media ( cortante) en uniaxial, para ello utilizamos Mohr + Von Misses.

ln,nn = lo + lp2 ± rHlo + lp2 I + sauEC = 0 + 02 ± rH0 + 02 I + sauEC = ±sauEC lauEC =wln + lnn + ln ∗ lnn = √3 ∗ sauEC = 2,042 ∗ 10Rk "

Ahora calcularemos la Resistencia del eje: El primer paso es hallar la tensión de rotura a 1000 ciclos para lo que utilizaremos:

l = Hj" ∗ j ∗ j+ ∗ j] ∗ jL ∗ 1j^I ∗ 0,9 ∗ lt = H1 ∗ 1 ∗ 1 ∗ 1 ∗ 1 ∗ 11I ∗ 0,9 ∗ 450= 405XJ" Donde: Ka: factor de acabado superficial, , j" = 1, para 1000 ciclos siempre es 1.

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Kb: factor de tamaño, j = 1, para 1000 ciclos siempre es 1. Kc: factor de tipo de carga j+ = 1 ya que la tensión alternante es de flexión. Kd: factor de temperatura, j] = 1 temperatura menor a 300ºC. Ke: factor de confiabilidad, jL = 1 ( confiabilidad 50%) ya que no hay requisito especial. Kf: Factor de entalla, j^ = 1 ya que no hay entalla en la sección. Factores calculados según anexo apartado factores modificadores límite de fatiga El siguiente paso es hallar la tensión de vida infinita para lo que utilizaremos:

l = Hj" ∗ j ∗ j+ ∗ j] ∗ jL ∗ 1j^I ∗ 0,5 ∗ lt = H0,9 ∗ 1 ∗ 1 ∗ 1 ∗ 1 ∗ 11I ∗ 0,5 ∗ 450= 202.5XJ" Donde: Ka: factor de acabado superficial, , j" = 0,9 debido a acabado rectificado. Kb: factor de tamaño, j = 1, diámetro inferior a 10mm. Kc: factor de tipo de carga j+ = 1 ya que la tensión alternante es de flexión. Kd: factor de temperatura, j] = 1 temperatura menor a 300ºC. Ke: factor de confiabilidad, jL = 1 ( confiabilidad 50%) ya que no hay requisito especial. Kf: Factor de entalla, j^ = 1 ya que no hay entalla en la sección. El siguiente paso es hallar la tensión de Soderberg, utilizando el Diagrama de soderberg en el primer cuadrante, según fórmula:

l5( = ll"5JN,)*]l5L]," + l/l =202,5 ∗ 10R8,253 ∗ 10Rk2,042 ∗ 10Rk + 202,5 ∗ 10R270 ∗ 10R

= 42,26X " Utilizando un factor de seguridad k( = 1,5 utilizaremos la siguiente expresión para hallar el valor de la F máxima. l5L]," = l5(k( → 2,042 ∗ 10Rk = 42,26 ∗ 10R/1,5 De dónde hallamos una fuerza máxima k = 13,804 Ahora vamos a calcular suponiendo una velocidad de turbina de =3000#J5 ∗ R = 314,2#"]/(, la cual a la práctica será mayor pero así damos margen de seguridad. Por lo que el momento torsor del eje es:

X) = 2 ∗ k ∗ y#K]L)L2 = 2 ∗ 13,80 ∗ 0,052 = 0,6945

Ya que la potencia corresponde a la siguiente fórmula 4 = X) ∗ = 0,69 ∗ 314,2 = 216,80 Este valor nos lleva a la conclusión que teóricamente según los cálculos termodinámicos las turbinas son capaces de producir una 4 = 368, aunque en la realidad no se llega a ese valor ( se suele llegar a valores inferiores al 50%). Aún así para no salirnos de la zona de vida infinita del eje cuando la central opere a plena potencia se debe hacer funcionar ambas turbinas.


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3.3.4 Cálculo a fatiga eje de turbina grande El cálculo es el mismo que para la turbina pequeña, ya que el eje, engranaje, rodete, y distancia entre rodamientos es el mismo. La única diferencia es que tiene 4 toberas de entrada, por lo que la fuerza de entrada máxima de cada tobera debe ser la mitad que en la turbina pequeña. Aunque la potencia máxima es la misma ya que hay el doble de toberas. 3.3.5 Cálculo rpm máximas turbina grande. En la turbina grande los álabes de la turbina están soldadas mediante soldadura de estaño Castolin 3232 RTE al cuerpo. A medida que la turbina gire más deprisa debido al aumento de velocidad angular la fuerza centrípeta será mayor, hasta que llegue un punto que supere la resistencia de la soldadura y la turbina rompa. Este es el punto que calcularemos. Para ello hacemos una representación gráfica del álabe respecto su eje de giro (Figura 3.40).

Figura 3.40: Gráfico de álabe turbina grande. siendo, L: Longitud del álabe T = 4055 r1: Distancia de la parte inferior del álabe al eje de rotación #1 = 1255 r2: Distancia de la parte superior del álabe al eje de rotación #2 = 2555 dM: diferencial de masa en el cual la distancia respecto al eje es constante. a: distancia vertical soldada " = 255. b: distancia horizontal soldada = 1555. Además hay que tener en cuenta e: espesor del álabe L = 155 ρ: densidad del latón Q = 8400/5 σres: resistencia a tracción de la soldadura Castolin 3232 RTE ltuv =15 02aab = 147X " Por lo que la fuerza centrípeta equivale a:

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k+L.)# = − ∗ # ∗ ]X =− # ∗ ]X = − Q ∗ T ∗ L ∗ # ∗ ]# = − ∗ Q ∗ T ∗ Lt

ttt #]#t

t= − ∗ Q ∗ T ∗ L ∗ [#2 − #1/2]= − ∗ 8400 ∗ 0,001 ∗ 0,04 ∗ 0,025 − 0,015/2 = −80,81 ∗ 10R4 Ahora calcularemos la fuerza resistente de la soldadura: Ya que el dato de resistencia de la soldadura de estaño está dado en ensayo de tracción uniaxial y es debemos aplicar Mohr y Von Misses para relacionar sigma y tau.


La formula de la fuerza resistente es:

k#L( = stuv ∗ " ∗ ∗ 2 = ltuv√3 ∗ " ∗ ∗ 2 = 147 ∗ 10R√3 ∗ 0,001 ∗ 0,015 ∗ 2 = 25464

El coeficiente 2 es debido a que el álabe esta soldado por ambos lados. Ahora igualando ambas expresiones obtenemos 2546 = −80,81 ∗ 10R → = 5613#"]/(

= 5613#"]( ∗ 602d = 53600#J5

Definiendo el Factor de seguridad de la turbina k( = 2 La velocidad permitida de rotación de la turbina será v = |R = 26800#J5 3.3.6 Cálculo tobera. En este apartado vamos a calcular que diámetro de tobera teórico sería el ideal para que el rendimiento de la turbina sea el máximo. Como veremos más adelante estos cálculos son a modo orientativo, ya que dan velocidades supersónicas, las cuales se deberían de tratar con otros cálculos. Aunque ya que este cálculo es aproximado lo seguiremos tratando con las ecuaciones convencionales. Estudiaremos la tobera (figura 3.41) en los puntos 1 y 2 aplicando Bernouilli sin perdidas.

1 + 12 ∗ Q1 ∗ +1 + Q ∗ ∗ ℎ1 = 2 + 12 ∗ Q ∗ +2 + Q2 ∗ ∗ ℎ2 (1)


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Figura 3.41: Sección tobera. Punto 1: en este punto tenemos vapor sobre calentado a 160ºC y 3 bar de presión absoluta y haremos la simplificación de que la velocidad es aproximable a 0, ya que el diámetro es mayor que la tobera, y la mayor parte de energía del fluido es debido a la presión y no a la velocidad. Por lo que: 1"(KN*)" = 3"# = 3 ∗ 10| " +1 ≈ 05/(

(1 = 7,12176 ∗ j

Punto 2: En este punto el fluido queremos que tenga presión ambiente y el diámetro de este conducto es el que queremos calcular. 1"(KN*)" = 1"# = 1 ∗ 10| "

(2P"JK#1"# = 7,3594 ∗ j

(2Ní*,]K1"# = 1,3026 ∗ j

P2P"JK#1"# = 1,6945

P2Ní*,]K1"# = 1,0432 ∗ 105

Ambos puntos están situados a la misma altura. por lo que ℎ1 = ℎ2. Particularizando la ecuación (1) con los datos de este caso queda:

1 − 2 = 12 ∗ Q2 ∗ +2 = 12 ∗ +2

P2

Hemos substituido el término densidad por el término volumen relativo ya que al trabajar con tablas de vapor facilita el cálculo. En la tobera se produce una expansión isoentrópica de 3bar a 1 bar de presión absoluta, por lo que la entropía permanece constante. Con esta

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entropía a la salida apreciamos que es inferior a la del vapor saturado, por lo que tendremos parte líquida y parte vapor. Por lo que procedemos a calcular el título de vapor: 7,12176 = ? ∗ 7,3594 + 1 − ? ∗ 1,3026 → ? = 0,9607 con este título de vapor calcularemos el volumen específico del fluido. P2 = 0,9607 ∗ 1,694 + 1 − 0,9607 ∗ 1,0432 ∗ 10 = 1,6275/

substituyendo este valor en la ecuación X2 y reordenando incógnitas obtenemos:

+2 = 2 ∗ 1 − 2 ∗ P2 = 2 ∗ 2 ∗ 10| ∗ 1,627 = 806,725/( En este punto vemos que tal y como se ha comentado antes caemos en flujo supersónico, pero ya que este cálculo es aproximado seguiremos analizando el flujo con las ecuaciones convencionales. Por otro lado calculamos anteriormente que el caudal másico de fluido que operaba en la central cuando esta funcionaba a 4000 W térmicos era de 1,53 g/s. Por lo que por tobera funcionando ambas turbinas a plena potencia el caudal que atravesará será de 5)KL#" = ,|R = 0,255/( Sabiendo que el caudal másico equivale a:

5)KL#" = cP2 = +2 ∗ d4 ∗ y2/P2 obtenemos

0,255 ∗ 10 = 806,72 ∗ d4 ∗ y21,627 → y2 = 8,13 ∗ 105 = 0,81355

Concluimos en que esta aproximación nos sirve ya que como está diseñada la turbina para que las toberas sean intercambiables, el usuario tendrá toberas de 0,75 (azul) , 1(verde) , 1,5 (amarilla) , 2 (naranja) , 2,5 (roja) , 3 (gris) , 3,5 (negra) mm de diámetro, figura 3.42. Para poder utilizar la que desee, y estudiar rendimientos con las distintas toberas.

Figura 3.42: Toberas disponibles. Estas toberas estarán realizadas de material plástico termoestable.


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3.4. Sistema de condensación. 3.4.1 Introducción La torre de refrigeración tiene como función evacuar el calor sobrante del vapor para que este vuelva a su estado líquido. En esta torre de refrigeración el calor es evacuado mediante las paredes de la torre de refrigeración y a costa de evaporar una pequeña cantidad de agua. Con la evaporación de esta cantidad de agua conseguimos evacuar la calor correspondiente a la cantidad de masa de agua evaporada por su calor de vaporización. El sistema de condensación consta de una chimenea superior y un depósito de agua. Esta torre de refrigeración es de flujo abierto ya que no hay un intercambiador de calor entre el fluido del ciclo Rankine y el fluido refrigerante, ya que ambos son el mismo fluido. 3.4.2 Diseño y materiales Se diseñó la torre de refrigeración para que pudiera ser desmontable su chimenea, para poder solucionar averías en el sensor de nivel o en los tubos de entrada/salida de agua. La chimenea se diseñó de cemento, ya que es un material fácilmente moldeable, característica necesaria debido a su forma compleja. Esta forma es una forma de hiperboloide (es la superficie de revolución generada por la rotación de una hipérbola alrededor de uno de sus dos ejes de simetría), por lo que es muy complicado realizarla por alguna técnica de conformado. Para evitar cualquier progresión de grieta, o rotura por algún golpe accidental la torre de refrigeración dispone de un mallado de acero interior.

Figura 3.43: Torre de refrigeración. En cuanto al depósito de agua es un depósito de material plástico, debido a que no tiene ningún requisito esencial de temperaturas altas, o fuerzas elevadas, y es complicado/caro hallar en el mercado un recipiente metálico de este tamaño y características. Aunque en el caso de conseguir un

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recipiente metálico favoreceríamos el intercambio térmico a través del recipiente y disminuiríamos el consumo de agua de evaporación.

Figura 3.44: Vista Solidworks/real depósito torre refrigeración. En cuanto a la unión de ambos conjuntos se utilizan pasadores embebidos en la torre de refrigeración, los cuales encajan en los orificios del edificio de la torre de refrigeración. Para asegurar la estanqueidad y evitar fugas de agua y humedad se interpone una junta de goma entre las dos piezas. 3.4.3 Cálculo evacuación calor Tal y como se calculó en el apartado de cálculos termodinámicos la torre de refrigeración debe ser capaz de disipar una potencia de 4 = 3599. Parte de esta calor será disipada por las paredes, suponiendo que en el interior de la torre hay 99.63 ºC ( ya que es la temperatura de entrada del vapor) y en el exterior hay una temperatura promedio de 23 ºC . Y haciendo la simplificación de que la torre de refrigeración es un cilindro de radio interior #, = 0,165 radio exterior #L = 0,185 y espesor L = 0,015 y altura ℎ = 0,35 Tomaremos un valor de: K: conductividad del mortero de cemento, 1,4 a3 T1: Temperatura en el interior de la torre, 99,63 ºC T2: Temperatura ambiente, utilizaremos una temperatura básica de 23 ºC. Ri: Resistencia debida a la convección interior, , tomamos el valor de 0,13ab∗3` , ya que es el valor de convección en el interior de una vivienda en

una pared vertical. Re: Resistencia debida a la convección exterior, tomamos el valor de 0,13ab∗3` , ya que es el valor de convección en el interior de una vivienda en

una pared vertical


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Ai: área interior de la torre de refrigeración simplificada Y = 2 ∗ d ∗ #, ∗ T = 2 ∗d ∗ 0,16 ∗ 0,3 = 0,3025 Ae: área exterior de la torre de refrigeración simplificada Y = 2 ∗ d ∗ #L ∗ T =2 ∗ d ∗ 0,18 ∗ 0,3 = 0,3395 Ap: área promedio de la torre de refrigeración simplificada YJ = Eu =,,i = 0.3215 hvap: entalpia de vaporización del agua a presión absoluta de 1 bar ℎP"J = 2258,0/

\ = $1 − $2ln#L/#,2 ∗ d ∗ ∗ YJ + Z,Y, + ZLYL= 99,83 − 23

ln0,180,162 ∗ d ∗ 1,4 ∗ 0,321 + 0,130,302 + 0,130,339= 89,79

Por lo que el resto de potencia térmica debe disiparse gracias a la evaporación de agua. El caudal de agua que debemos evaporar es:

5 = \ℎP"J =3599 − 89,79 (2258,0 ∗ 10[ ] = 1,550 ∗ 10( = 1,550/(

Si el depósito de agua de la torre de refrigeración tiene una capacidad útil de 3 litros Se deberá rellenar el depósito (suponiendo que la central opera a plena potencia) cada ) = a/ = D,||/ = 1935( = 32,35,.

CAPÍTULO 4:

SISTEMA DE TUBERÍAS

Este sistema se encarga de canalizar los flujos de alcohol, admisión vapor, escape vapor, agua del ciclo y agua de retorno. Dividiremos el capítulo en 5 apartados según el fluido.

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4.1. Tuberías de alcohol. Estas tuberías son las encargadas de transportar el alcohol desde el depósito de combustible hasta los quemadores (Figura 4.1). Estas tuberías no necesitan soportar presión ya que el alcohol va muy ligeramente presurizado. Por el contrario deben de garantizar que no se produce ninguna fuga de combustible.

Figura 4.1: Ubicación tubería de alcohol. Por tema de costes se ha utilizado en la mayor parte del tramo ( tramo señalado con naranja fuera del círculo morado) tubería combinada de material plástico. Esta tubería está formada por 3 capas tal y como se puede ver en la figura 4.2.

Figura 4.2: Tubería de transporte de alcohol.


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La capa interna está formada por tubo de multigoteo de precisión System S&M 6 mm de diámetro exterior REF:8413380 010822. Esta es la capa que está en contacto con el alcohol La capa intermedia está formada por tubo Neoplast Ultravinil C6 AI. Esta segunda capa tiene como función reforzar la primera para evitar fugas por pinchazos o cortes del tubo. La capa externa está formada por Refuerzo para Cables de fibra de vidrio con acabado de silicona roja de diámetro 8 mm. Esta capa tiene como función actuar de aislante térmico, para evitar que cualquier fuente de calor puntual (cortocircuito) pueda derretir las dos capas interiores y provocar una fuga y combustión del alcohol. En el tramo final del conducto (marcado con un círculo morado en figura 4.1) se ha utilizado tubo de cobre de 6mm de diámetro. Se ha utilizado tubo de cobre porqué la temperatura es demasiado elevada para poder utilizar tubos de material plástico. Además se han utilizado los siguientes accesorios:

• Codos para multigoteo de precisión System S&M 4 mm de diámetro REF:8413380 544330.

• Tés para multigoteo de precisión System S&M 4 mm de diámetro REF:8413380 542533.

• Grifos para multigoteo 1 atm 77 l/h 2,5m 180º REF: 8413380 543814.

• Llave de paso GARDENA riego multigoteo 6mm

Para asegurar que no se produzcan fugas en esos empalmes se ha utilizado cinta Teflón en las uniones, y además se han afianzado con trenzado de alambre.

4.2. Admisión de Vapor 4.2.1 Diseño y materiales Este sistema de tuberías es el encargado de transportar el vapor desde la salida del recalentador hasta el inyector de las turbinas siguiendo el recorrido de la figura 4.3.

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Figura 4.3: Plano tubería admisión de vapor. Para este tramo, excluyendo la entrada a las turbinas, se ha utilizado tubería de cobre de 12 mm. Esta tubería se ha soldado con estaño-plomo, ya que por tema de costes y por tema visual ( ya que la soldadura de plata al soldar a alta temperatura envejece los tubos) se ha creído conveniente. Para la zona de entrada de turbinas de ha utilizado tubo de cobre de 6 mm y tubo Neoplast Ultravinil C6 AI y reforzado con Refuerzo para Cables de fibra de vidrio con acabado de silicona roja de diámetro 8 mm. Se ha tenido que utilizar este tubo de material plástico para poder hacer que sea desmontable la turbina de la tubería. Ya que si fuera todo de una pieza de cobre no podría serlo. Para asegurar estas uniones se han utilizado bridas. En el tramo de las llaves de paso se ha instalado un protector de material plástico, para evitar que el usuario se pueda quemar, y para aminorar pérdidas térmicas.

Figura 4.4: Vista Solidworks/real de parte de la tubería de admisión de vapor. En la parte inicial de este sistema de tuberías va instalada la válvula de sobrepresión, el presostato y el reloj de presión. Dispone de 2 llaves de paso para poder anular el flujo de vapor a las turbinas. Como accesorios se han utilizado:


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• Codo cobre 90 HH 5090 diámetro 12 mm.

• Té cobre diámetro 12 mm.

• Tapón 1/2 ( hay que taladrarlo para montar la chimenea de vapor).

• Codo latón MH 1/2.

• Entroque latón macho soldar 12 1/2.

• Aro Red LT 1/4 x 1/8 C/Valona hexagonal.


• Entroque latón hembra soldar 12 3/8.

• Té 12 mm roscado H 1/2


• Rácor 12 1/2.

• Aro Red LT 1/2 x 1/2 hexagonal.

• Llave de paso M-H 1/2 con maneta corta.

4.2.2 Cálculo Soldaduras Calculamos la resistencia de las soldaduras de estaño del sistema de admisión, en ellas la penetración de la soldadura se puede garantizar que J = 855, ya que en las soldaduras de estaño hay muy buena capilaridad y se suele rellenar por completo el espacio que hay entre tubo y accesorio, que son 10 mm. En el cálculo hemos utilizado un valor de 8mm para ser conservadores, La forma de cálculo es idéntica al caso de las soldaduras de plata, ya que hay la misma distribución de fuerzas.

Figura 4.5: Esquema soldadura de estaño plomo. La fuerza aplicada en la soldadura es la presión interior del tubo multiplicada por el área transversal de la tubería. k"JN,+"]" = ∗ Y = ∗ d4 ∗ 0,012 La fuerza resistente de la soldadura consiste en la resistencia de la unión estaño plomo Castolin 3232 RTE luvzCñ = |32aab = 147,15X " multiplicada por la superficie soldada, esta superficie es el perímetro del tubo por el valor de la penetración. Ya que la soldadura trabaja a cortante y el dato de resistencia es a tracción uniaxial debemos aplicar Mohr y Von Misses


Por lo que la fórmula de la Fuerza resistente es:

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k#L(,()L.)L = stuv ∗ d ∗ y ∗ J = ltuv√3 ∗ d ∗ y ∗ J= d ∗ 0,012 ∗ 0,008 ∗ 147,15√3 ∗ 10R = 25,624

Igualando las expresiones de F resistente y F aplicada obtenemos:

= 25622 ∗ 4d0,012 = 226,54X " = 2265"# Tampoco hay limitación de presión debida a la soldadura de estaño. No hemos calculado a fatiga la soldadura, pero ya que disponemos de un factor de seguridad de k( = R| = 755, es un valor muy grande el cual nos garantiza que la soldadura está muy poco solicitada y no le afecta la fatiga. La tubería está garantizada por el fabricante para 104 bares. Por lo que no hay ningún problema por la presión.

4.3. Escape de Vapor. Es el tramo de tuberías encargado de transportar el vapor desde el escape de las turbinas hasta la torre de refrigeración (tramo marcado en morado en figura 4.6.

Figura 4.6: Ubicación tuberías escape de vapor. A través de estas tuberías pasa vapor a presión casi atmosférica. Interesa que estas tuberías tengan un diámetro grande para que no ofrezcan resistencia al paso del vapor, y este pueda fluir libremente. Debido a que no deben resistir presión elevada se ha utilizado tubo de polietileno de micro riego de 16 mm de diámetro. Como accesorios para realizar las conexiones se ha utilizado:

• Codo 90º 16 mm.

• Té micro riego 16 mm.

Este circuito lleva un purgador para que la parte líquida del escape derive al depósito de reserva y no entorpezca el flujo de vapor a la torre de refrigeración. Ya que si no estuviera este purgador como la tubería tiene que subir para poder entrar en la torre de refrigeración, haría un sifón por


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lo que se acabaría inundando todo el colector de agua, dificultando el paso del vapor y produciendo borboteo. En la figura 4.7 podemos observar este purgador.

Figura 4.7: Purgador escape de vapor.

4.4. Tuberías de agua del ciclo. Este sistema es el encargado de transportar el agua desde la torre de refrigeración hasta la caldera, pasando por la bomba, según el plano marcado en la figura 4.8.

Figura 4.8: Esquema tubería agua del ciclo. Esta tubería desde la torre de refrigeración hasta la primera válvula anti retorno no debe soportar presión ni temperatura, por lo que se ha utilizado tubo de polietileno de 6mm. Una vez pasado esta válvula el tubo ya debe resistir presión por lo que se ha utilizado tubo de polietileno de 6 mm reforzado con tubo Neoplast Ultravinil C6 AI. En el tramo final de entrada a la caldera se necesita un material que resista presión y temperatura, por lo que este tramo de tubería se ha realizado con tubo de cobre de 6 mm.

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4.5. Tuberías de retorno de agua Estas tuberías tienen la función de hacer retornar el agua recolectada por la válvula de seguridad, recipientes de turbinas, purgador de escape de vapor, y entrada de depósito inferior. Este agua es recolectada en el depósito inferior y bombeada mediante la bomba de retorno a la torre de refrigeración. En la figura 4.9 podemos ver el recorrido del sistema, hay que destacar que el sistema va por debajo de la mesa.

Figura 4.9: Esquema tubería retorno de agua. Estas tuberías no están solicitadas ni a gran temperatura, exceptuando el purgador de escape de vapor y válvula de seguridad, ni tampoco a presión. Para este sistema de tuberías se ha utilizado tubo Neoplast Ultravinil C5 AI, ya que es de mayor diámetro que el tubo de riego de 6 mm, y nos interesa que pueda pasar bastante caudal a través de la bomba de retorno. Como accesorios se han utilizado:

• Codo 90º Tropf Blumat 8mm Nº 3513. • Té Tropf Blumat 8mm Nº 3516.


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CAPÍTULO 5:

SISTEMAS AUXILIARES

Estos sistemas son los encargados de permitir el funcionamiento de los sistemas principales del Ciclo de Rankine. Estos sistemas son los siguientes:

• Sistema de generadores eléctricos. • Sistema resistencia generadora de vapor. • Sistema de quemadores. • Sistema de alimentación de aire. • Sistema de alimentación de combustible. • Sistema de retorno de agua. • Sistema de filtrado de agua.

A continuación explicaremos cada sistema por separado.

5.1. Sistema de generadores eléctricos. 5.1.1 Introducción Una vez las turbinas han convertido la energía térmica del fluido en trabajo mecánico debemos de transformar este trabajo en algún tipo de trabajo o energía útil. En esta como en todas las centrales Térmicas esta forma de energía es la corriente eléctrica. Para esto se necesitan los generadores eléctricos, los cuales transforman esta energía mecánica en eléctrica. Utilizaremos motores eléctricos a modo de dinamos, el problema que surge es que la corriente que producen es corriente alterna, y la central y sus circuitos electrónicos operan con corriente continua. Para ello disponemos de un circuito rectificador. El siguiente problema radica en que el voltaje producido depende de la velocidad de rotación del motor. Para solucionar este problema disponemos de 2 elementos. El primero consiste en un regulador de voltaje el cual regula la corriente de salida al valor fijo de 13.5 volts, eliminando en forma de calor la corriente sobrante. Y el segundo consiste en un medidor analógico en el cual podemos comprobar si el voltaje producido es superior al necesario, permitiendo así el ajuste de la velocidad de la turbina, para no producir un voltaje que luego

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se deba eliminar. En la figura 5.1 podemos observar dónde se encuentra este conjunto dentro de la maqueta (marcado con un recuadro amarillo).

Figura 5.1: Ubicación generadores. 5.1.2 Dimensionado. En los cálculos termodinámicos vimos como la potencia ideal máxima de turbinas era de 364 W. Esta potencia es ideal. Rescatando la práctica 4 De Ingeniería Térmica ( Central térmica), ya que la turbina utilizada es similar en cuanto tamaño y funcionamiento a la de esta central, vemos que estas turbinas tienen un rendimiento real de un 10 a un 15% del teórico. Suponiendo que estas turbinas tengan un rendimiento real del 15 % el trabajo real producido será de 45L+á.,+"#L"N = 4)LK#,+" ∗ ZL.],5,L.)K#L"N = 364 ∗ 0,15 = 54,6. Por lo que por cada tobera debemos de producir:

4)KL#" = 4#L"N)KL#"()K)"NL( = 54,66 = 9,1

A partir de este dato calculamos qué generadores necesitamos para cada turbina.

• Turbina pequeña: Esta turbina tiene 2 toberas, por lo que la potencia

mecánica producida es de 18,2 W. Tras una búsqueda para hallar el motor adecuado para esta turbina se ha utilizado DC motor diámetro 31 mm (figura 5.2) , con las siguientes características técnicas mostradas en la tabla 5.1:


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Figura 5.2: Fotografía generador. Tabla 5.1: Características técnicas generador turbina pequeña.

Product Description 31mm DC motor Rated voltage: 3-36V No load speed: 1000-10000r/min Torgue: 50-500g. Cm Output power: 2-30W Motor length: 51mm Se ha escogido este motor ya que cumple con el requisito de potencia y supera este requisito en 12 W para que no haya limitación de producción por culpa del generador.

• Turbina grande: Esta turbina tiene 4 toberas, por lo que la potencia mecánica producida es de 36,4 W. Para esta turbina se ha escogido un motor 42 mm figura 5.3, con características técnicas expuestas en tabla 5.2.

Figura 5.3: Fotografía generador. Tabla 5.2: Características técnicas generador turbina pequeña.

Product Description 42 mm DC motor Rated voltage: 3-36V speed: 4050/min Output power: 20-50W Se ha escogido este generador ya que deja un margen de potencia, igual que en el caso anterior. Del Datasheet de este segundo motor observamos que su rendimiento es del 64%, aplicaremos este mismo rendimiento al primero, ya que no hemos encontrado su rendimiento. Por lo que la potencia eléctrica producida por los generadores esperamos que sea de : 4LNé+)#,+" = 45L+á.,+"#L"N ∗ ZL.],5,L.)K5K)K# = 54,6 ∗ 0,64 = 34,95

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5.1.3 Descripción Circuito Electrónico.

Este circuito es el encargado de rectificar la corriente alterna proveniente de los generadores a corriente continua utilizada en la central. En el circuito de turbinas irán conectados los generadores 1 y 2, La función de este circuito es rectificar la corriente alterna proveniente de los generadores. Tiene relés para desconectar los generadores, tanto mediante pulsador como por alarmas térmicas. Además consta de conexión para medir voltajes y amperajes de los generadores. 5.1.4 Lógica implementada Circuito Electrónico Incluye la siguiente lógica S$ ZV1U = SL.L#"]K#1J#K]*+LPKN)"GLU S$ ZV2U = SL.L#"]K#2J#K]*+LPKN)"GLU Estos pulsos de corriente permitirán saber si las turbinas están o no en funcionamiento, para encender su LED de funcionamiento en el cuadro de mandos, y además servirán para el funcionamiento del circuito de engrase. 5.1.5 Esquema circuito, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 119. La tabla 5.3 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 5.4 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 1x Relé12V 10A DPCO 44.62 SERIES REL • 10 x Diodo TSC P600 • 1x Transistor NPN ON 2N3904 • 4x Resistencia 5k6Ω 1/4 W • 2 x Diodo Zener BZX79C2V4 • 4 x Pinza porta fusible 5mm. • 2 x Fusible cristal 4A 5mm • 1x11 posiciones Regleta 380V 10A. • 2x 4 posiciones Regleta 380V 6A.

Tabla 5.3Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). CN1 CN2 CN3 1 G 1 BREL G 1 T 13 Y T14

GND 2 G 1 BREL G 2 T13 Y T14

V IN 3 G 2 0 V T13 VOUT 4 G 2 G1 Y G2 + T14 VOUT 5 TURB 1


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6 TURB 2 7 AMP Y

VOLT G1

8 AMP G1 9 AMP Y

VOLT G2

10 AMP G2 11 PROD

CENTRAL

12


5.2. Sistema de resistencia generadora de vapor. 5.2.1 Introducción Este sistema es el encargado de producir vapor mediante energía eléctrica exterior de la red. Disponemos de este sistema ya que es una alternativa a la quema de combustible, tanto por comodidad, para pruebas de la central en las cuales no queramos estar pendientes de la regulación de los quemadores, y para cálculo de rendimientos, ya que sabemos con precisión la cantidad de calor aportada al sistema. Estas resistencias marca Poltti Flash funcionan a 230 volts y tienen una potencia de 1500 W (Figura 5.5).

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Figura 5.5: Resistencia generadora de vapor. 5.2.2 Diseño Circuito Electrónico Este circuito por protección debe llevar un fusible para que en caso de cortocircuito accidental se funda el fusible evitando roturas mayores. Para calcular la intensidad del fusible Utilizaremos la siguiente fórmula aplicando un Factor de Seguridad de 1.2

[^*(,NL = K)é.+,"PKN)"GL ∗ k( = 1500230 ∗ 1,2 = 7,8 ≅ 8Y

Ya que el circuito debe ser capaz de conectar y desconectar las resistencias necesitamos un relé capaz de manejar una corriente de 8 Amperios o superior. 5.2.3 Esquema circuito, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 101. La tabla 5.4 muestra los pins de conexión del circuito, en la figura 5.7 podemos observar la ubicación y en la figura 5.6 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 1 Fusible 230V 8 A 5mm • 2 x Pinza porta fusible 5mm. • 1x Relé12V 10A DPCO 44.62 SERIES REL • 1 x 6 Posición regleta 380V 10A • 1 x 3 Posición regleta 380V 6A

Tabla 5.4Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 CN1 ~230

v A ~230 v A

~230 v A

~230 v B

~230 v B

~230 v B

+ 12v

0 v Relé conexión Gen Vap


-99-


Figura 5.7: Ubicación del circuito.

5.3. Sistema de quemadores. 5.3.1 Introducción El sistema de quemadores es el sistema encargado de producir calor mediante la combustión de etanol con aire. Estos quemadores deben ser capaces de dar una potencia térmica de 4000W. En esta central disponemos de 2 quemadores (figura 5.8 letra B), los cuales funcionan mediante evaporación, y ya que estos quemadores necesitan estar a una temperatura superior a 78ºC para su correcto funcionamiento necesitamos 2 pre calentadores (Figura 5.8 A).

Jaume Morera Luque

-100-

5.3.2 Diseño y materiales. Se diseñaron los quemadores para que funcionaran por evaporación. Es decir el alcohol llega a los quemadores a través de unos tubos. Este alcohol es almacenado en los quemadores y hierve. Este vapor producido sale al exterior mediante unos pequeños orificios y se produce la combustión. Este principio de ebullición obligó a construir unos pequeños pre calentadores de llama abierta. La función de estos pre calentadores es la de calentar los quemadores principales hasta la temperatura necesaria para que haya suficiente evaporación como para producir una llama estable. Esto se da a la temperatura de ebullición del alcohol, la cual es de 78 ºC, En la figura 5.8 podemos apreciar el conjunto de quemadores tanto en vista Solidworks como real.

Figura 5.8: Quemadores y pre calentadores. Tabla 5.5 Tabla de propiedades del etanol( procedente de anexo apartado Alcohol etílico).


-101-

Para dimensionar los quemadores hemos de calcular cual va a ser el caudal de alcohol que deben quemar. Para ello vamos a basarnos nuevamente en una tasa máxima de producción de calor de 4000 W de la central. Para calcular el caudal consultamos el PCI del alcohol: 23800 kJ/kg. Y calculamos el caudal con la siguiente expresión:

¢ = 4Q ∗ '[ = 4(81053 ∗ 23800= 2,07£ − 753( = 0,00021 N( = 12,785N/5,.

Ya que la eficiencia de los quemadores nunca es del 100% el caudal para mantener una tasa de 4000 W será algo mayor ya que no todo el alcohol que entrara en los quemadores quemará correctamente. Este rendimiento al ser un quemador artesanal es muy complicado de calcular, hallar en tablas, sin experimentar. Vemos que el caudal que deben ir quemando es relativamente pequeño por lo que con dos quemadores de este tamaño serán suficientes. La experimentación nos corroborará o no la suposición. Graficando esta fórmula obtenemos la siguiente gráfica de consumo de alcohol (figura 5.9).

Jaume Morera Luque

-102-

Figura 5.9: Gráfico potencia térmica producida y consumo de etanol.

5.3.3 Resistencias de Encendido. Ya que el acceso al interior de la caldera una vez está montada no es posible, el encendido de los quemadores debe ser automático, por lo que debemos de disponer de resistencias de encendido, las cuales podamos encenderlas apretando un botón del cuadro de mandos. Estas resistencias están hechas con hilo de 0,4 mm de diámetro de aleación de Nicrom Cr20Ni80-H, (propiedades en Anexo apartado Nicrom). Se ha escogido este material ya que cumple los siguientes requisitos:

• -Buena resistencia a la formación de cascarilla de óxido y la fatiga térmica a temperaturas superiores a 1200 ° C.

• Las propiedades eléctricas son constantes. • De alta resistencia al calor a altas temperaturas.

En el propio anexo de condiciones técnicas del Nicrom lo recomiendan para resistencias eléctricas como estas, y para nuestro diámetro de hilo este anexo del fabricante nos garantiza un mínimo de 1000 horas en servicio a temperatura de 1050ºC. Estas resistencias se bobinaran en diámetro 4mm con 8 espiras, asegurando que su consumo es inferior a 3 Amperios a 13,5 volts. Si por algún aspecto que difiera del prototipo el consumo fuera superior a 3 Amperios, se debe modificar el diámetro y las espiras, para que sea capaz de ponerse incandescente y encender el alcohol, pero consumiendo menos de 4 Amperios. Estas resistencias van montadas en la parte inferior del edificio de contención, el cual ya incorpora unos orificios para pasar el cableado, tal y como se puede ver en la figura 5.10.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Ca

ud

al

[mL/

min

]

PT neta [W]

Caudal V/ Potencia termica neta


-103-

Figura 5.9: Soporte resistencias de encendido. 5.3.4 Introducción y lógica circuito resistencias de encendido. Este circuito se encarga de subministrar la electricidad necesaria para el encendido de las resistencias incandescentes que producirán la combustión de alcohol. Estas resistencias se ponen en funcionamiento mediante los botones B1 B2 B3 B4, y debemos de tener el OK del circuito de control de la central para poder encenderlas. En este circuito se aplica la siguiente lógica: ST1Y4y Z£1U = SV1U ST2Y4yZ1U = SV2U ST3Y4yZ2U = SV3U ST4Y4y Z£2U = SV4 5.3.5 Esquema circuito, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 116. La tabla 5.6 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 5.10 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 4x Relé OJE-SS-112HMF,thro hole,10 A,30Vdc. • 4x Transistor NPN ON 2N3904 • 2x Transistor PNP ON BC 32725 • 1x Resistencia 1k2Ω 1/4 W • 5x Resistencia 5k6Ω 1/4 W • 1x 5 posiciones Regleta 380V 6A. • 1x Conector circuito impreso 6 posiciones paso 2mm • 1x Conector circuito impreso 4 posiciones paso 2mm

Tabla 5.6Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 CN1 B1 B2 B3 B4 C

CONTROL OK

0 V

CN2 + 12V R1 R2 PRE1 PRE2

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-104-

CN3 L1 L2 L3 L4


5.4. Sistema de alimentación de aire 5.4.1 Introducción Para producir una combustión limpia eficiente y sin producción del venenoso gas CO, debemos de quemar el combustible con exceso de aire. Este aire debido al diseño del edificio de contención, por circulación natural no es posible suministrarlo. Por este motivo disponemos de un ventilador y un sistema de conductos para poder introducir una circulación forzada de aire para que nunca haya escasez de aire.

5.4.2 Diseño sistema alimentación de aire En esta central el sistema consta de una zona de precalentamiento de aire, una rejilla para evitar la incursión de partículas, un ventilador y unos orificios en el suelo de la central. el esquema de funcionamiento es el siguiente: El aire entra por la parte superior del conjunto de alimentación de aire, marcado con flechas amarillas en la figura 5.11. y es precalentado aprovechando las pérdidas de los conductos de transporte de vapor.


-105-

Figura 5.11: Vista real/solidworks conjunto admisión de aire. Este aire precalentado es aspirado por el ventilador e introducido a la zona inferior del edificio de contención. Esto está pensado para que en esta zona el aire se caliente aún más, aprovechando las pérdidas térmicas del suelo del edificio de contención, flujo de aire mostrado en figura 5.12. Además en esta figura se observa que esta parte está protegida con una chapa de metal para evitar que cualquier partícula ardiendo que cayera a esta zona consiguiera hacer arder la madera de la mesa.

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-106-

Figura 5.12: Esquema flujo de aire en zona inferior de edificio de contención. Finalmente entra a la zona de combustión mediante unos orificios inferiores que dispone el suelo, figura 5.13.

Figura 5.13: Esquema flujo de aire en zona de combustión.


-107-

5.4.3 Dimensionado ventilador Para seleccionar el ventilador debemos calcular el caudal de aire que debe introducir. Ya que quemamos etanol la reacción que se producirá será la siguiente: '¤RW + 3 · W → 2 · 'W +3 · ¤W propiedades: Etanol: X"("5KN"# = 46,07 2aD ]L.(,]"] = 0,789/+53 Oxígeno: X"("5KN"# = 32 2aD Aire: K#+L.)"GL5á(,+KW?íL.K = 20,946% ]L.(,]"] = 1.18/+53 Utilizamos el caudal de etanol quemado calculado en el apartado de quemadores:

¢uzCD = 2,13£ − 75( = 0.213+5/(

Basandonos en el porcentaje de oxígeno del aire, figura 5.14, el caudal volumétrico de aire será: P",#LL()L*,K5é)#,+K

→ 0.213 +5'¤RW( ∗ 0,789'¤RW1+5'¤RW ∗ 15KN'¤RW46,07'¤RW ∗ 35KNW15KN'¤RW∗ 32W15KNW ∗ 1",#L0,20964W ∗ 1+5",#L1,18 ∗ 10",#L ∗ 15",#L10R+5",#L= 1,4156 ∗10 5

( ",#L

Figura 5.14: Porcentaje oxígeno en el aire. El ventilador seleccionado es el de la figura 5.15, el cual es de 70 mm de diámetro, alimentación a 12 volts, 50 mA de consumo eléctrico a 12 volts y capaz de suministrar 16,5 CFM. A continuación justificaremos porqué se ha escogido este ventilador.

Jaume Morera Luque

-108-

Figura 5.15: Ventilador Admisión. El valor del caudal de aire nos lo expresan en pies cúbicos por minuto, por lo que deberemos pasarlo a m3 por segundo:

16,5'kX ∗ .hi|¥¦e

§¨ ∗ aeae = 0.007795/(

k"+)K#(L = P#L"NPL()L*,K5é)#,+K = 0.007791,4156 ∗ 10 = 5,50 El caudal que puede suministrar el ventilador a plena potencia es 5,50 veces superior al caudal estequiométrico, este valor es adecuado por 3 aspectos:

• El caudal necesario es mayor al estequiométrico debido a las pérdidas en la conducción de aire, aquí incluimos también el hecho de poner una rejilla anti polvo, que genera pérdidas en el flujo de aire.

• El ventilador llevará un potenciómetro para poder trabajar en todos los rangos de velocidad, por lo que funcionando a menos de media potencia ya es capaz de suministrar el caudal estequiométrico.

• Según Libro central térmica capítulo XII.-337:

“Exceso de aire.- Es el aire suministrado para la combustión y refrigeración, siendo superior al requerido teóricamente para la combustión del combustible. El aire exceso compensa las imperfecciones propias del sistema de suministro de aire que origina una mala distribución del mismo entre los diversos quemadores de la planta. A plena presión, con todos los quemadores en servicio al 100% de su capacidad, el aire exceso requerido para quemar gases y fuelóleos, expresado como porcentaje del total de aire estequiométrico, se sitúa entre un 5÷ 10% según sea el tipo de combustible y la técnica del sistema de combustión.” Por lo que también cubrimos este margen.

5.5. Sistema de alimentación de combustible 5.5.1 Introducción Este sistema es el encargado de suministrar el combustible a los quemadores. Para almacenar el alcohol disponemos de un depósito de 1 litro de capacidad, el cual tiene un dispositivo para poder realizar su llenado de manera cómoda precisa y eficaz. Para la alimentación de combustible tal y como veremos posteriormente se hace por gravedad desde el depósito


-109-

hasta los quemadores. Disponemos de un dispositivo automático para cortar el alcohol en caso de que el circuito de control lo crea conveniente.

5.5.2 Diseño sistema alimentación de combustible. Estéticamente queda razonable un depósito de 1 litro ya que depósitos mayores desentonan bastante con la maqueta. Debemos calcular cuánto durará este depósito ya que si dura un tiempo muy breve deberemos de buscar alguna solución. Para el cálculo de la duración mínima del depósito nos basaremos en el caudal anteriormente calculado y calcularemos la duración con la siguiente fórmula:

),L5JK]*#"+,ó. = cKN*5L.]LJó(,)K¢ = 1£ − 3532,13£ − 753( = 4964( = 1,30ℎ

Aceptamos una duración de depósito de 1,30 horas como mínimo, ya que esta duración está calculada con la tasa máxima de la central. Graficando esta fórmula para el rango de tasas de producción obtenemos:

Figura 5.15: Duración depósito dependiendo de la tasa de producción térmica. El siguiente aspecto consiste en calcular si el suministro de alcohol se puede hacer por gravedad sin la ayuda de bombas. Para verificar que podamos utilizar el depósito sin bombas calcularemos la presión que se genera en el depósito por gravedad. Medimos las alturas de quemadores y depósito con el depósito totalmente lleno y casi vacío: Depósito lleno: 18 cm Depósito casi vacío: 12 cm. Altura de entrada de quemadores: 8,5 cm. Ahora calculamos las presiones en las dos condiciones anteriores:

• Con depósito lleno:

© = Q · · ©ℎ = H780 5I · H9,815( I · 0,18 − 0,0855 = 726.92 "= 0.0072"#

Con Depósito casi vacío:

0

2

4

6

8

10

12

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Tie

mp

o [

h]]

PT neta [W]

Duración depósito/ Poténcia térmica

Jaume Morera Luque

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© = Q · · ©ℎ = H780 5I · H9,815( I · 0,12 − 0,0855 = 267.8 "= 0.0027"#

Ya que para que funcionen los quemadores el alcohol no hace falta que salga a presión y vemos que hay presión positiva por lo que el alcohol llegará a los quemadores y funcionarán. 5.5.3 Sistema corte de combustible. El circuito de control de la central necesita disponer de un elemento que pueda cortar automáticamente el paso de alcohol. La primera opción fue buscar una electroválvula para realizar este trabajo. Tras una búsqueda no se encontró ninguna que cumpliera estos requisitos, ya que las encontradas para este caudal soportaban hasta 15 bares de presión. Al soportar esta presión tenían un electroimán fuerte, el problema era que este electroimán tenía un consumo inasumible por la central. Este hecho hizo que se tuviera que diseñar un dispositivo que cortara el flujo, que resista la presión baja de funcionamiento, y que consuma poca electricidad. Este dispositivo consta de un electroimán de baja potencia, el cual lleva en el vástago un imán de neodimio de alta fuerza; y una válvula idéntica a las de la bomba principal, con la diferencia que esta lleva una bola de acero. Esta bola por fuerza magnética sigue el movimiento del imán de neodimio, y este imán se mueve a las órdenes del electroimán. Con lo que conseguimos controlar el flujo de alcohol mediante un pulso eléctrico. En la figura 5.16 observamos el conjunto cuando no está activado el electroimán. En este caso la bola no está apoyada contra su asiento permitiendo el paso de combustible.

Figura 5.16: Dispositivo corte de combustible desbloqueado. El caso de la figura 5.17A es el contrario, en el cual el dispositivo corte de combustible ha recibido el pulso del circuito de control o del botón del cuadro de mandos conforme debe cortar el alcohol. En este caso el electroimán mueve al imán de neodimio forzando a la bola metálica contra su asiento, haciendo que esta corte el paso de combustible. En la figura 5.17 B se puede apreciar el conjunto en vista real.


-111-

Figura 5.17A: Dispositivo corte de combustible en bloqueo.

Figura 5.17B: Dispositivo corte de combustible vista real 5.5.4 Introducción y Grafcet Circuito corte de combustible. El circuito tiene la función de hacer funcionar al electroimán. El electroimán necesita una intensidad de corriente elevada (2A) para realizar el movimiento. Pero una vez situado al final de su carrera es suficiente una intensidad menor (100 mA). Por lo que para ahorrar corriente eléctrica y evitar sobrecalentamiento del electroimán este circuito realizará el siguiente patrón de funcionamiento. El electroimán puede ser activado tanto por un relé (el cual permite que pasen 2A), y un transistor en serie con una resistencia de 120Ω por lo que por esta rama solo pueden pasar 100 mA. Una vez el circuito reciba la señal de ponerse en marcha se pondrán ambas ramas en marcha. Transcurridos unos segundos (con lo que el electroimán ya habrá llegado al final de carrera) se desactivará la rama del relé, por lo que por el electroimán solo pasarán 100 mA.

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-112-

• Grafcet:

Figura 5.18: Grafcet funcionamiento. Además se ha implementado la siguiente lógica: ST17U = S'WZ$£'WXVU 5.5.5 Esquema circuito, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 109. La tabla 5.7 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 5.19 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 6x Transistor NPN ON 2N3904 • 1x Transistor PNP ON BC 32725 • 1x Resistencia 120 Ω 1 W • 7x Resistencia 5k6 Ω 1/4 W • 1 x Condensador Electrolítico 47µF • 1 x Diodo 1N4004L • 1x Relé OJE-SS-112HMF,thro hole,10 A,30Vdc. • 2 x Conector circuitos impresos 8 posiciones paso 2mm

Tabla 5.7Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 CN1 Ccontrol

C comb BB8 L17 Corte

comb tests

CN2 12 V E Imán +

E Imán -

0 V


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5.6. Sistema de retorno de agua 5.6.1 Introducción Este sistema es el encargado de recoger el agua líquida que expulsan las turbinas, el sistema de tuberías de escape y la derivación de agua líquida de la válvula de seguridad; y almacenarlo en un depósito instalado debajo de la mesa. Una vez almacenado debemos disponer de una bomba para poder bombear esta agua a la torre de refrigeración, para reincorporarla al ciclo. Para el correcto cebado de la bomba necesitamos una válvula anti retorno y un purgador. Además disponemos de otro purgador para extraer agua de este depósito fácilmente y proceder al protocolo de bombeo manual. A continuación explicaremos cada uno de los sistemas. 5.6.2 Depósito Es el encargado de almacenar el agua, se ha dispuesto de un depósito de plástico de 1,7 litros de capacidad marca IKEA. Este depósito se sujeta mediante un soporte de madera a la mesa, conjunto que se puede ver en la figura 5.20.

Figura 5.20: Vista del conjunto del depósito sin atornillar.

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-114-

5.6.3 Dimensionado de la bomba La bomba debe cumplir los siguientes requisitos: Consumo inferior a 2 Amperios, no necesita ser capaz de producir presiones superiores a 0,3 bares, ser de tamaño reducido, alimentación a 12 DC volts. Estos requisitos lo cumplieron las pequeñas bombas de limpia brisas de automóviles, figura 5.21. La bomba comprada fue una bomba genérica compatible con vehículos SEAT, de diámetro 35mm por 65 mm de longitud.

Figura 5.21: Vista de la bomba de retorno. 5.6.4 Introducción y lógica circuito bomba retorno. Este circuito tiene como entradas los sensores SN3LO SN3HO (torre de refrigeración) y SN4LO SN4HO (depósito subsuelo agua), y el pulsador de accionamiento manual. El circuito debe evitar que la bomba funcione sin agua en el depósito ya que trabajar en vacío acorta la vida de la bomba. El pulsador manual solo debe de estar activo si hay un mínimo de agua en el depósito, y el nivel de agua de la torre de refrigeración esté por debajo del máximo. Automáticamente debe de ponerse en marcha:

• Si se llena el depósito inferior (SN4H on) y debe pararse trascurridos 15 segundos o si se llena antes la torre de refrigeración (SN3H on). El hecho de parar el motor una vez pasado un breve periodo de tiempo y no hasta vaciar el depósito tiene la función de tener una reserva de agua de emergencia.

• Si se vacía la torre de refrigeración (SN3L off), así podemos solucionar un problema de escasez de agua. Debido a esta acción en el punto superior no hacemos funcionar la bomba hasta vaciar el depósito para que siempre haya bastante reserva de agua.

Este funcionamiento se expresa mediante el grafcet de la figura 5.22


-115-

Figura 5.22: Grafcet funcionamiento circuito bomba retorno. Además el circuito lleva la siguiente lógica incorporada: ST16U = Sª44¤WU ST17U = SVWXVY#L)K#.KU 5.6.5 Esquema circuito, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 103. La tabla 5.8 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 5.23 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 1x Relé OJE-SS-112HMF,thro hole,10 A,30Vdc. • 8x Transistor NPN ON 2N3904 • 1 x Diodo 1N4004L • 2x Resistencia 1k2Ω 1/4 W • 6x Resistencia 5k6Ω 1/4 W • 1x 2 posiciones Regleta 380V 3A. • 1 x Condensador electrolítico 100µF • 1x Conector circuito impreso 8 posiciones paso 2mm

Tabla 5.8 Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 7 8 CN2 +12V BOMBA

retorno+

CN3 B13 SN4L0 SN3H0 0V SN4H0 SN3L0 L16 L17

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-116-


5.6.6 Válvula anti retorno. Tal y como se aprecia en la figura 5.24 para llegar el agua a la entrada de la bomba debe subir por encima del depósito. Esto se ha diseñado así para no tener que realizar un orificio en el depósito con la unión pegada que conllevaría, ya que las uniones pegadas son fuente de problemas. La bomba escogida si tiene la tubería llena de agua puede superar fácilmente esta altura en la admisión, pero si está llena de aire no consigue crear la suficiente depresión para cebarse. Por lo que necesitamos disponer de un purgador, para que manualmente podamos cebar la bomba en caso de que esté llena de aire.

Figura 5.24: Vista de la entrada de agua a bomba de retorno. Para realizar el cebado dispondremos de un purgador, que explicaremos en el siguiente apartado conectado a la tubería B. A partir de este purgador extraeremos el aire del interior de la bomba, obligando la entrada de agua desde la tubería A conectada al interior del depósito. Para que esto se produzca necesitamos la presencia de la válvula anti retorno D la cual no permite el flujo en la dirección de la flecha azul tachada. Necesitamos esta válvula ya que si no al realizar la purga absorberíamos el aire de C, ya que esta tubería estaría vacía de agua y no realizaríamos el cebado de la bomba. Al disponer de esta válvula anti retorno conseguimos que siempre que cebemos desde B extraigamos el aire de la bomba. Letras referidas a la figura 5.25.


-117-

Figura 5.25: Esquema funcionamiento cebado de bomba de retorno. La válvula utilizada es una válvula VÁLVULA ANTIRETORNO CO2 P/ ACUARIO

Figura 5.26: Fotografía válvula anti retorno 5.6.7 Purgadores Estos purgadores constan de una conexión para jeringa hipodérmica. Esta conexión hace que sea fácil y fiable de utilizar. En la central disponemos de 2 purgadores. El primero está situado a la izquierda de la zona de turbinas, y sirve para poder extraer agua del depósito de reserva para poder realizar el protocolo de bombeo manual de emergencia, figura 5.27.

Figura 5.27: Ubicación purgador para bombeo de emergencia.

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-118-

El segundo purgador está situado a la derecha de la zona de turbinas, y sirve para realizar el cebado de la bomba de retorno. Este purgador dispone de un grifo. Este grifo cuando no se vaya a purgar la bomba debe estar cerrado, ya que si no por presión de agua de la bomba saldría agua a través de él. Este conjunto del purgador de la bomba de retorno lo podemos ver en la figura 5.28.

Figura 5.28: Ubicación purgador para bombeo de emergencia. 5.7. Sistema de filtrado de agua Para evitar que entren partículas sólidas tanto en la bomba de retorno como en la bomba principal se han diseñado unos filtros, los cuales irán ubicados en el depósito de la torre de refrigeración y en el depósito de reserva. Estos filtros consisten en un recipiente de material plástico, en los cuales en un lado tienen el orificio de salida de agua filtrada, y en el otro el agujero de entrada de agua. Entre esos dos orificios se interpone un material filtrante, en este caso consiste en malla de material plástico entrelazada. Finalmente para asegurar que el filtro esté siempre en el fondo del depósito y no flote se ha dotado a los filtros de unos pesos de cobre. En la figura 5.29 podemos apreciar, en A la vista Solidworks del filtro, en B la vista real del filtro con el material filtrante semi-extraído, y en C la vista real del filtro acabado.

Figura 5.29: vistas del conjunto filtro.


-119-

CAPÍTULO 6:

CIRCUITOS DE

POTENCIA

6.1. Sistema Batería. 6.1.1 Dimensionado Batería. Queremos como requisito que la batería dure al menos 1 hora de funcionamiento sin generación de turbinas. Los principales consumos de la central son debidos a la bomba principal, ( la cual se activa a intervalos), cuadro de mandos ventilador admisión y LEDS. Ya que la gran mayoría de los relés están diseñados para que en su estado de funcionamiento normal no estén activados (se consigue utilizando el contacto NC de los relés). El consumo de las resistencias de encendido es muy elevado, pero sólo es un breve periodo de tiempo. Para calcular el consumo de la bomba principal calcularemos que porcentaje del tiempo esta la bomba funcionando, con la siguiente fórmula.

%^*.+,K."5,L.)K = 100 ∗ P#L"NK5L"]KP.K5,."N = 100 ∗ 0,092012,4 = 3,83%

siendo, vnominal: caudal nominal de la bomba , 2,4T/5,.. vreal bombeado: el calculado anteriormente, 0,09201T/5,.

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Ahora con este porcentaje calcularemos el amperaje equivalente, es decir el amperaje que equivale al mismo consumo pero actuando durante todo el tiempo. Para esto utilizaremos la siguiente expresión. [L*,P"NL.)L = [.K5,."N ∗ %^*.+,K."5,L.)K = 2Y ∗ 0,0383 = 76,65Y siendo, Inominal: intensidad nominal de la bomba, 2 A. Aquí nos damos cuenta de que el consumo de la bomba es bastante insignificante. Utilizaremos valores de consumo de los paneles de datos, y sistema de alumbrado que están calculados y expresados en apartados posteriores. [)K)"NJ"#)L1 = 0,159Y. [)K)"NJ"#)L2 = 0,62035Y. ["N*5#"]K = 0,4Y El Sumatorio de estos consumos da un total de 1,65 Amperios. Tomando un factor de seguridad de 2 (ya que no hemos tenido en cuenta ningún consumo de circuitos electrónicos). Por lo que el consumo de la central se tomará como 3,3 Amperios. Si queremos que la batería dure al menos una hora, la batería debe ser de 3,3 Ah. Tras una búsqueda de baterías la batería escogida es la batería RS 4Ah 12 volts Ref: 698 8091. En la figura 6.1 podemos observar la batería. Por lo que la duración de la batería es de como mínimo

]*#"+,ó. = +"J"+,]"]+K.(*5K = 43,3 = 1,20ℎK#"(.

Figura 6.1: Batería. 6.1.2 Diseño y lógica circuito Batería. Es el encargado de desconectar batería mediante botón o exceso de temperatura , y mostrar en qué estado se encuentra la batería, si en carga o descarga.


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Para saber en qué estado se encuentra apreciamos que la batería estando totalmente cargada da 12,78 volts, y descargada da valores inferiores. Y el regulador de voltaje da un voltaje de 13,45 volts. Por lo que si el voltaje en la batería es superior a 12,8 esta batería estará recibiendo corriente por lo que estará en carga, y si es menor es que la batería está suministrando energía por lo que está en descarga. Para dar un cierto margen al circuito tomaremos como valor de referencia para cambiar carga o descarga 13,15 volts. Basaremos el funcionamiento de este circuito en un zener de 12 volts en polarización inversa en serie con una resistencia R1. Este montaje se dispone para que con voltajes superiores a 13,15 le lleguen 12 volts al zener y este conduzca en polarización inversa, y para valores inferiores a este voltaje no conduzca. Ahora calculamos el valor de esta resistencia según ley de ohm.

[ = 13,155600 + Z1 1,15 = [ ∗ Z1 Resolviendo: [ = 2,1325YZ1 = 541«Ya que no tenemos resistencia de este valor probamos con varias resistencias de 1K2 y 5K6 1ZL = 11200 + 11200 + 15600 ZL = 542«Valor correcto por lo que la disposición serán de 2 resistencias 1k2 y 1 5k6 en paralelo. En este circuito se ha implementado la siguiente lógica. SZLNL]L(+")U = S$ 7WZVV12U ST53YU = SZLNL]L(+")¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬U ST50U = ScKN)"GLL.L#"N > 13,15cU ST51U = ScKN)"GLL.L#"N < 13,15cU 6.1.3 Esquema circuito, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 102. La tabla 6.1 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 6.2 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 4x Relé OJE-SS-112HMF,thro hole,10 A,30Vdc. • 7x Transistor NPN ON 2N3904 • 1 x Diodo Zener BZX79C2V4 • 3x Resistencia 1k2Ω 1/4 W • 8x Resistencia 5k6Ω 1/4 W • 1x Conector circuito impreso 8 posiciones paso 2mm

Tabla 6.1Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 7 8 CN1 Relé

des B BB12 L53A L50 L51 +12v 0v TP7

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6.2. Sistema generador externo. 6.2.1 Introducción y dimensionado. El sistema de generador externo es el encargado suministrar energía a la central procedente de un enchufe doméstico. Este sistema convierte los 230 voltios en alterna de la red a 16 volts de continua. Esta circuito es necesario para la puesta en marcha de la central en caso de que la batería este descargada, o para cargar la batería cuando no se utilicen las turbinas. Consta de dos transformadores para luces halógenas los cuales tienen una potencia de 50 W y dan una señal de salida de 12 volts de corriente alterna. Estos transformadores van protegidos por fusible, y por sensor de temperatura que darán señal de alarma cuando el transformador supere los 70 grados centígrados. Además consta de un dos puentes de diodos para rectificar la señal de alterna a continua, dos condensadores electrolíticos para suavizar la señal y un relé para poder desconectar el generador.

6.2.2 Esquema circuito, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 112. La tabla 6.2 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 6.3 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 1x Relé12V 10A DPCO 44.62 SERIES REL • 1x Transistor NPN ON 2N3904 • 10 x Diodo TSC P600 • 2 x Pinza porta fusible 5mm. • 2 x Fusible cristal 4A 5mm • 1x Resistencia 5k6Ω 1/4 W • 2 x Transformador ELT TR 5/23-01-SC • 1x Condensador Electrolítico 4700µF • 1x Condensador Electrolítico 2200µF • 2 x Sensor Temperatura MCP9700A • 2x 2 posición regleta 380V 10 A


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• 1x6 posiciones Regleta 380V 6A.

Tabla 6.2Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 CN1 ~ 230v ~ 230v CN2 0 V +12V CN3 BRELE+ L61 T17vout T18vout +5v


6.3. Sistema regulador 13,5 voltios. 6.3.1 Introducción y diseño Es el encargado de estabilizar la corriente en 13,5 volts necesarios para el funcionamiento general de la central y permitir la carga de la batería. Para el diseño de este circuito hemos tenido los siguientes requisitos. Debe ser capaz de rectificar 12 Amperios. Este valor ha sido determinado ya que el generador externo es capaz de suministrar 8 Amperios y a este valor debemos sumar el valor de las turbinas (aproximadamente 4 Amperios). Y además estabilizar la tensión a unos 13,5 volts. Este valor de tensión es un valor adecuado para que la batería pueda cargarse, pero tampoco excesivo. “El voltaje de carga debería ser de entre 13,8 y 14,4 V a una temperatura de entre 15 y 25 °C. Si el voltaje de carga es superior a 2,4 V por célula (en el caso de baterías de 12 V son en total max. 14,4V) entonces hay peligro de corrosión de la malla, cosa que se puede observar visualmente por la emisión de gases. Es por ello que la batería no debe cargarse hasta el máximo con corrientes altas. Un dispositivo de carga rápida puede recargar

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una vacía de plomo rápidamente, pero solo hasta el 70%, a partir de ese momento se debería cargar con corrientes más reducidas para evitar la corrosión de la malla.” Para cumplir las siguientes necesidades se optó por la colocación de 8 reguladores de voltaje modelo TS317 en paralelo. Cada regulador es capaz de regular 1.5 Amperios, por lo que en total es capaz de regular los 12 Amperios deseados.

Figura 6.4: Montaje reguladores de voltaje y sensor de temperatura. Debido a que este circuito necesita evacuar mucho calor se han montado los 8 reguladores de voltaje atornillados sobre un disipador de aluminio (figura 6.4), el cual lleva un ventilador. Este ventilador podrá ponerse en marcha manualmente o automáticamente (sistema de seguridad) cuando se superen los 45 grados. Esta temperatura se mide gracias al sensor de temperatura instalado (se aprecia en el centro de la imagen). Como medida adicional de seguridad y para poder medir el amperaje este circuito tendrá un relé que permite su desconexión. 6.3.2 Diseño del circuito electrónico. En este modelo de reguladores de voltaje el voltaje de salida es función del cociente entre R2 y R1 según el siguiente montaje figura 6.5, (Datasheet Regulador Voltaje). Despreciamos el termino de I adj ya que en el datasheet nos lo autorizan en caso de no ser aplicaciones de extrema precisión.


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Figura 6.5: Fragmento datasheet esquema de funcionamiento del regulador de voltaje. Además debemos de cumplir otro requisito indispensable de intensidad mínima de ajuste

Figura 6.6: Fragmento datasheet intensidad mínima de regulación. Escogeremos el valor de 10 mA para cada regulador, para dar margen de seguridad. En nuestro circuito hay 8 reguladores de voltaje, y aplicando un factor de seguridad de 1.25, la intensidad que debe pasar por el circuito de ajuste es de: [5,.)K)"N = k( ∗ [5,. ∗ .*5L#K]L#L*N"]K#L( = 1,25 ∗ 105Y ∗ 8 = 1005Y. Ya que por ley de ohm c = [ ∗ Z Podemos montar el siguiente sistema de ecuaciones:

13,5 = 1,25 ∗ H1 + Z2Z1I 13,5 = 0,1 ∗ Z1 + Z2 Dando como resultado: Z1 = 12,5ΩZ2 = 122,5ΩPor cuestiones de disponibilidad utilizamos R1= 10 Ω y R2= 100 Ω. La condición de intensidad mínima la verificamos ya que hay menos resistencia total que con los valores teóricos. Recalculamos el voltaje de salida y da cK*)J*) = 13,7cKN)(. Aunque por temas de haber despreciado el término de I adj en la práctica da 13,48.


• 1x Relé12V 10A DPCO 44.62 SERIES REL • 1 x Sensor Temperatura MCP9700A • 2x 2 posición regleta 380V 10 A • 1x10 posiciones Regleta 380V 6A. • 8x Regulador Voltaje TS317 • 1x Resistencias 1/2W 10Ω • 1x Resistencia 1/2W 100 Ω • 1x Ventilador 12 volts 0.15 A

Tabla 6.3Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 7 8 9

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CN1 Fan+ 5V 0 V T15vout BRELE AMPRegv REGV +

GENEXT +

T1 y T2 +


6.3.4 Dimensionado ventilador y disipador. Para calcular el calor evacuado debemos de suponer los siguientes parámetros:

• El regulador de voltaje puede transformar 12 Amperios. • El regulador de voltaje regula la corriente a 13,5 volts de salida. • El voltaje de entrada que recibe del generador externo es de 18,9

volts. • El voltaje de las turbinas se fijará para que no sea superior a ese

valor, para evitar desperdiciar la electricidad. Por lo que para calcular la potencia térmica a disipar en el refrigerador utilizaremos: 4 = [ · ©c = 12 · 18,9 − 13,5 = 64.8 El conjunto del disipador y ventilador utilizados, es un disipador de ordenador para procesador Pentium IV 3.0 GHz, el cual disipa una potencia térmica de 84 W. Por lo que sin entrar en el detalle del cálculo de disipación del conjunto ventilador y disipador, podemos concluir que si estaba diseñado para disipar como mínimo 84 W disipará los 64,8 W de este circuito sin ningún problema.


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6.4. Sistema regulador 4,5 voltios. 6.4.1 Introducción y diseño Debido a que hay componentes electrónicos que deben funcionar a menos de 5 volts (sensores de temperatura y básculas y resistencias de alarmas térmicas) ha surgido la necesidad de crear un circuito que a partir de los 12 volts generales los transforme a un rango cercano a 4,5 volts. Menos de 4 volts no es un voltaje aceptable ya que se ha comprobado experimentalmente en protoboard que las básculas dan comportamientos anómalos. Debemos calcular que intensidad debe ser capaz de suministrar. La intensidad máxima se dará en el caso de que estén todas las básculas y sensores de temperatura encendidos. Los sensores de temperatura según su datasheet consumen de 6 a 12 microamperios Las básculas según su datasheet tienen un consumo despreciable ya que su potencia de disipación es de unos pocos micro vatios. El caso de las resistencias de alarmas térmicas se explicará posteriormente en su apartado con más detalle, pero consiste en que dependiendo el estado de carga de la batería el voltaje general de 12 voltios varía desde 11,5 a 13,5 (con el generador externo conectado) y esto hacía variar el valor de consigna de los circuitos de alarmas térmicas. Ya que el voltaje de 4,5 voltios permanece constante independientemente del voltaje general, se utiliza este voltaje para estos circuitos. Para no complicar el cálculo englobaremos este consumo aumentando el factor de seguridad. Por lo que adoptando factor de seguridad de 4 la intensidad total será la siguiente: [)K)"N = k( ∗ [(L.()L5J ∗ 4*5(L.(K#L( = 4 ∗ 12£ − 6 ∗ 20 = 48£ − 3Y = 965Y Ya que cada regulador de voltaje es capaz de rectificar 1,5 A con uno sólo es más que suficiente (trabajara al 6,4% de su capacidad). Igual que para el regulador de voltaje de 13,5 volts debemos calcular que valor de resistencias R1 y R2 debemos aplicar para conseguir este voltaje de 4,5 volts. Utilizando ley de ohm:

4,5 = 1,25 ∗ H1 + Z2Z1I tras numerosas pruebas para que R1 de un valor aplicable fijamos Z2 = 2400« Dando como resultado: Z1 = 923Ω Ahora calcularemos alguna asociación de resistencias para hallar un valor cercano a 923Ω.

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Z1L = Z1 ∗ Z4Z1 + Z4 = 1200 ∗ 56001200 + 5600 = 988Ω

Damos por bueno este valor, el cual surge agrupando una resistencia de 1k2 en paralelo con una resistencia 5k6.Ahora finalmente calcularemos el voltaje con esta resistencia.

cK*) = 1,25 ∗ H1 + Z2LZ1LI = 1,25 ∗ H1 + 2400988 I = 4,28PKN)( Experimentalmente se comprueba que el circuito da 4,38 volts, valor aceptable. El último paso consiste en decidir que fusible utilizaremos. El regulador es capaz de producir 1,5 amperios, lo que utilizaremos un fusible más pequeño. Esto es debido a que interesa tener un fusible sensible para que si hay un cortocircuito en los circuitos electrónicos alimentados a 4,5 volts no deban pasar más de 10 A para que se funda el fusible principal y cese ese cortocircuito. Por lo que un valor de este fusible correcto son 200 mA, valor mayor que el de consumo ( para evitar que cualquier pico de corriente en arranque funda el fusible). Pero lo suficientemente bajo como para que a la que haya un mínimo corto circuito se funda fácil, evitando daños en los circuitos. 6.4.2 Esquema circuito, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 114. La tabla 6.4 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 6.8 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 1x Regulador Voltaje TS317 • 3x Resistencias 1/4W 1K2 Ω • 1 x Sensor Temperatura MCP9700A • 4 x Pinza porta fusible 5mm. • 1 x Fusible cristal 200mA 5mm • 1x Resistencia 1/4W 5K6 Ω • 1 x 3 Posición regleta 380V 6A

Tabla 6.4Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 CN1 0v +5V +12V CN2 T20

vout T20 Vin


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6.4.3 Dimensionado disipador. El primer paso consiste en calcular el calor producido por el regulador de voltaje con la siguiente fórmula. 4 = [ · ©c = 0,096 · 13,5 − 4,5 = 0,864

Por lo que el disipador necesario debe ser capaz de evacuar esa cantidad de calor. Tras una búsqueda se optó por un disipador de placa base para Chipset intel Z77. Sin entrar en cálculos del disipador, este disipador debe ser capaz de disipar la potencia térmica que produce el chip. Este chip tal y como podemos ver en la figura 6.9 produce 6,7 W, por lo que el disipador como mínimo es capaz de evacuar este valor.

Figura 6.9: Datos técnicos intel Z77. El regulador de voltaje produce 0,864 W de calor, y el disipador es capaz de disipar 6,7, por lo que cumple con su funcionamiento, dejando un factor de seguridad de R,h,±R = 7,75

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6.5. Sistema Condensadores. 6.5.1 Introducción y dimensionado Este circuito tiene la función de hacer que la señal del voltaje de la central cuando está conectada únicamente al generador externo o turbinas sea lo más continua posible. La segunda función que tiene también es suministrar corriente en el intervalo de tiempo que se desconecta la toma general para hacerla pasar por el amperímetro para medir el amperaje general. Este intervalo tiene la duración del tiempo que tarda en conectar el relé. Ya que sin los condensadores la central tendría una pérdida temporal de potencia por lo que dejaría de funcionar. Para dimensionar los condensadores hemos hecho una simulación en la que disponemos el circuito de condensadores en paralelo con una resistencia de 3 ohm, para conseguir un consumo de 4 Amperios ( el doble del consumo habitual de la central). En esta prueba apreciamos que el condensador tarda 30 milisegundos a descargarse hasta 6 voltios y suministrar una intensidad de 2A. En el datasheet del relé de consulta de amperios generales de la central hallamos que el tiempo de conexión son 15 ms. Por lo que con los 16700 microfaradios del conjunto de condensadores es suficiente para que no haya una pérdida de potencia en la central. El siguiente paso consiste en calcular el rizado de la señal de la central, es decir, la variación de voltaje de la señal continua de la central cuando de alimente exclusivamente del generador externo y tenga la batería desconectada. Para calcular este rizado utilizamos la siguiente expresión:

c#,²"]K = [)K)"N^ ∗ '

siendo, Itotal: Intensidad total consumida por la central, tal y como calculamos en el apartado 6.1, 1,65 Amperios. f: frecuencia de oscilación de la señal sin condensadores. En este caso al utilizar un rectificador de onda completa equivale a dos veces la frecuencia de red, en este caso 100 Hz. C: capacidad del conjunto de condensadores, en este caso 16700 µF de este circuito más 6900 µF del generador externo, lo que hacen un total de 23600µF. Substituyendo estos valores en la expresión anterior hallamos que el rizado es de

c#,²"]K = 1,65100 ∗ 23600 ∗ 10R = 0,70PKN)( Es un valor suficientemente pequeño y aceptable, además que estando conectada la batería este valor sería menor. La experimentación en el prototipo nos corrobora que no hay ningún problema de funcionamiento en los circuitos electrónicos debido a este valor de rizado.


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6.5.2 Esquema circuito, material y conectores. En la figura 6.10 podemos observar el esquema del circuito.La tabla 6.5 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 6.11 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 1x 2 Posiciones regleta 10 A • 1 x Condensador electrolítico 4700µF • 2 x Condensador electrolítico 3300µF • 2x Condensador electrolítico 2200µF • 1 x Condensador electrolítico 1000µF

Figura 6.10: Esquema eléctrico. Tabla 6.5Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 CN1 +12V 0V


6.6. Sistema Fuente externa. 6.6.1 Introducción y diseño El sistema fuente externa consiste en el dispositivo que convierte la corriente de la central 12 volts de corriente continua a 230 volts de corriente alterna a 50hz. Este conjunto debe ser capaz de convertir cómo mínimo 45 W de potencia, ya que es el valor aproximado que producirá la central descontando el consumo propio.

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El conjunto está formado por un oscilador, el cual generará un pulso de corriente alterna de baja intensidad a 12 volts y 50 Hz. Un circuito de potencia, el cual se encargará de amplificar esta señal para conseguir una señal alterna de varios amperios y 12 volts. Un transformador, el cual se encargará de elevar esta señal procedente del circuito de potencia a 230 volts y 50 Hz. Finalmente dispondremos de una toma europea de enchufe para conectar fácilmente los dispositivos consumidores. Debido a que es un circuito de electrónica compleja, se ha utilizado un conversor 12 V DC a 230 V AC 75 W utilizado para automóvil. Este conversor se ha adaptado a la central, eliminando su carcasa y cambiando la toma de mechero de automóvil a conexionado de la central.

Figura 6.12: Vista de la fuente externa antes y después de la adaptación. Como protección frente a sobre intensidades se protegerá el primario con un fusible, este fusible debe ser de:

[^*(,NL = K)L.+,"cKN)"GL = 7512 = 6,25Y

6.6.2 Esquema circuito, material y conectores Este circuito se ha creado para poder iluminar el led del cuadro de mandos de fuente externa (L37) y para poder conectar y desconectar el sistema. El esquema del circuito se muestra en la figura 6.13. La tabla 6.5 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 6.13 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 1x Relé12V 10A DPCO 44.62 SERIES REL • 2 x Pinza porta fusible 5mm. • 1 x Fusible cristal 6,25A 5mm • 7x 12 posición regleta 380V 10 A • 2x Transistor NPN ON 2N3904 • 2x Resistencia 5k6Ω 1/4 W • 1 x Condensador electrolítico 10µF


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• 1x Resistencia 1k2Ω 1/4 W • 1x Bascula FLIP FLOP HEB4027B

Figura 6.13: Vista del esquema del circuito. Tabla 6.5Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 7 8 CN1 T8 T9 T10 T16 L14 TP8 L34 TP9

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6.7. Circuito unión. 6.7.1 Introducción y dimensionado fusible Es el encargado de unir los circuitos de alimentación, tanto regulador de voltaje como batería, dispone de fusibles para que en caso de sobre intensidad ningún componente de la central resulte dañado. Además disponen de relés para desconectar la batería y tomar medida de amperaje general y batería. Para calcular la intensidad de los fusibles tendremos en cuenta que este fusible debe ser capaz de resistir el consumo de la central, y no hace falta que sea tan preciso como el del clausor o regulador a 4,5 volts, ya que a este fusible no van conectados circuitos electrónicos. Por bloques y a grandes rasgos las principales intensidades de la central vienen dadas por:

• Resistencias de encendido, 4 A. • Bomba principal 2A. • Circuitos y panel de mandos 1A. • Bomba retorno 1,5 A. • Iluminación 0,5 A

Por lo que la intensidad total es de 9 A. Para calcular la intensidad del fusible Utilizaremos la siguiente fórmula aplicando un Factor de Seguridad de 1.1. Este factor de seguridad es tan pequeño debido a que es muy difícil que se dé la totalidad de consumos.


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[^*(,NL = [ ∗ k( = 1,1 ∗ 9 = 9,9Y Por lo que los fusibles a utilizar serán de 10 amperios. 6.7.2 Esquema circuito, material y conectores Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 118. La tabla 6.6 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 6.15 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 3x Relé12V 10A DPCO 44.62 SERIES REL • 4 x Pinza porta fusible 5mm. • 2 x Fusible cristal 10A 5mm • 1x 12 posición regleta 380V 10 A • 1x4 posiciones Regleta 380V 10A.

Tabla 6.6Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). CN1 y 2 CN3 1 Bobina Relé amperímetro general. (-) Salida general (+). 2 Conexión 1 Amperímetro general. Salida general (-). 3 Conexión 2 Amperímetro general. Generador externo (-). 4 Bobina Relé desconexión batería. (-) Transformador 1 y

Transformador 2 (-). 5 Regulador de voltaje (+). 6 Carga batería 1. 7 Carga batería 2. 8 Batería (-). 9 Bobina Relé amperímetro batería. (-) 10 Batería (+). 11 Conexión 1 Amperímetro batería. 12 Conexión 2 Amperímetro batería.

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6.8. Circuito Clausor 6.8.1 Introducción y lógica Este circuito tiene la finalidad de cortar la corriente a los circuitos electrónicos y cuadro de mandos en caso de que no esté en ON el interruptor general de la central. Utilizaremos el contacto NC del relé para que este sólo este encendido en el paso de tiempo que colocamos los fusibles General y Batería de la central y pulsamos el interruptor general, con el ahorro de 0,1 Amperios durante el funcionamiento de la central. Este circuito incorpora un fusible de 1,6 Amperios para que en caso de cortocircuito o sobre intensidad accidental de los circuitos, no deba llegar a 10 Amperios para que el fusible general se rompa (evitando daños a los circuitos electrónicos). Además lleva incorporada la siguiente lógica: SV14U = S'TY ªWZU 6.8.2 Esquema circuito, material y conectores El circuito está basado en dos transistores en montaje Darlington, con el cual cuando tenemos entrada positiva el circuito no conduce, y cuando no hay entrada el circuito sí que conduce. En la figura 6.16 podemos observar el esquema del circuito.La tabla 6.7 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 6.17 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 1x Relé Finder TYPE 30.22 2 CO. • 2x Transistor NPN ON 2N3904 • 2 x Pinza porta fusible 5mm. • 1 x Fusible cristal 1A 5mm


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• 1x Resistencia 5k6Ω 1/4 W • 2x Resistencia 1k2Ω 1/4 W • 1x2 posiciones Regleta 380V 6A. • 1 x Conector circuitos impresos 2 posiciones paso 2mm

Figura 6.16: Esquema eléctrico. Tabla 6.7Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 CN1 B14 0V CN2 +12V +12

CLAUSOR


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CAPÍTULO 7:

ILUMINACIÓN

7.1. Conjunto alumbrado 7.1.1 Introducción El conjunto de alumbrado es el encargado de iluminar la central. Consta de 2 focos grandes y 2 focos medianos del tipo estadio de fútbol (corresponderían a los focos grandes de la figura 7.1). Y de 8 farolas pequeñas (pie de 12 metros con 4 focos, que se pueden observar en la figura 7.1). Estas farolas se pueden encender automáticamente cuando haya poca luz ambiental, en caso de que el modo AUTO esté encendido, o manual desde el cuadro de mandos. Además disponemos de 3 micro interruptores en el panel de mandos para poder seleccionar las farolas que queremos encender. En la figura 7.2 podemos apreciar la central con el sistema de iluminación conectado. En la figura 7.3 podemos apreciar la ubicación de las farolas en la maqueta, en azul celeste marcadas las farolas pequeñas, en azul marino las farolas medianas, y en morado las farolas grandes.

Figura 7.1: Fotografía de la central Nuclear de Vandellòs iluminada al anochecer.


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Figura 7.2: Vista de la maqueta con el sistema de iluminación conectado.

Figura 7.3: Ubicación farolas.

7.1.2 Diseño y consumo farolas La iluminación se basa en LED blancos de 5 mm de diámetro, 3,2 volts de alimentación, 20mA de consumo y una intensidad lumínica de 16000 mcd. Los LED de las farolas están agrupados en serie en grupos de 4, para que se puedan conectar al voltaje de 12 volts directamente sin necesidad de resistencia. Las farolas pequeñas constan de un solo grupo de 4 LED montadas en un mástil metálico, figura 7.4.

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Figura 7.4: Farolas pequeñas. Las farolas medianas constan de 2 grupos de 4 LED (figura 7.5 B), y las farolas grandes constan de 4 grupos de 4 LED (figura 7.5 A). Ambas farolas medianas y grandes van montadas en un mástil de mayor tamaño que las pequeñas.

Figura 7.5: Farolas medianas y grandes.

Cada grupo de 4 LED en serie consume 20 mA según las especificaciones técnicas. Por lo que cada farola pequeña consume 20 mA, cada farola mediana 40 mA y cada farola grande 80 mA. Analizando este consumo por conjuntos, hay 8 farolas pequeñas por lo que en total estas farolas consumen 20?8 = 1605Y. Hay 2 farolas medianas por lo que en total su consumo es de 40?2 = 805Y. Finalmente hay 2 farolas grandes, por lo que su consumo total es de 80?2 = 1605Y. Ahora analizando el total del sistema de iluminación, sumamos el total de consumo de los tres conjuntos, con lo que obtenemos un conjunto total del sistema de iluminación de 400 mA. 7.1.3 Diseño circuito alumbrado, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 106. La tabla 7.1 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 7.6 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 4x Transistor NPN ON 2N3904 • 3x Transistor PNP ON BC 32725 • 12x Resistencia 5k6Ω 1/4 W • 2x Resistencia 470K Ω 1/4 W • 2x Resistencia variable 100K Ω 1/4 W • 2 x Conector circuitos impresos 4 posiciones paso 2mm

Las resistencias variables se han utilizado para poder graduar la intensidad lumínica ambiental a la cual queremos que se enciendan las farolas en modo automático. Tabla 7.1Tabla de los pines de conexión (arriba abajo).


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1 2 3 4 CN1 +12

CLAUSOR B23 LDR 0 V

CN2 BB25 FP + BB26 FG Y FM+

Figura 7.6: Vista del circuito del prototipo. En el circuito se ha implementado la siguiente lógica. SFP +U = SVV25WZV23Y4yTyZU SFGANDFM +U = SVV26U Inicialmente el circuito al probarlo en la central presentaba unos falsos positivos débiles, es decir, cuando debía estar apagado completamente las farolas lucían débilmente. Esto fue debido a la presencia de pequeñas corrientes no deseadas en las bases de los transistores, ya que al contar con dos transistores en serie uno NPN y el siguiente PNP las amplificaban hasta el punto que fueran pulsos sensibles. Esto se solucionó poniendo resistencias en esas bases conectadas al polo opuesto para que eliminaran estas señales. Las resistencias que cumplen esa función son R4 R5 R12 R13 R14.

7.2. Conjunto SOV 7.2.1 Introducción La central dispone de lo que son en una central real las luces para evitar que aviones colisionen con la central durante la noche. Estas luces son las llamadas balizas para la señalización de objetos fijos, las cuales se utilizan según el anexo apartado señalización de objetos fijos: " Las balizas para la señalización de obstáculos fijos (SOV) son dispositivos destinados a reducir el peligro para las aeronaves mediante la señalización de la presencia de obstáculos. Los objetos altos, fijos o móviles, deben ser señalizados cuando se encuentren en determinadas condiciones susceptibles de provocar un riesgo de colisión en las proximidades de aeropuertos y helipuertos. Las balizas para la señalización de obstáculos fijos tienen que ser colocadas en todos los obstáculos de gran altura como antenas de radio y TV, chimeneas, líneas de alta tensión, y cualquier otro objeto con estructura

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abierto u opaca al fin de señalizar estos objetos a las aeronaves y helicópteros. Las balizas tienen que señalizar los obstáculos tanto de día como de noche. Las balizas para la señalización de obstáculos fijos son de diferentes modelo y tipo, según el obstáculo que se quiere señalizar."

Figura 7.7: Fotografía de central Nuclear con Luces SOV. En esta central hay dos grupos de luces. Un primer grupo de luces fijo en la torre de refrigeración (SOVF), y un segundo bloque intermitente en la chimenea(SOVI), ya que es el punto más alto.

Figura 7.8: Fotografía luces SOV maqueta. 7.2.2 Diseño circuito, material y conectores. Este circuito es el que permite tanto conectar las SOVF como producir el pulso intermitente necesario para el funcionamiento de las SOVI. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 117.


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La tabla 7.2 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 7.9 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 4x Transistor NPN ON 2N3904 • 4x Resistencia 5k6Ω 1/4 W • 1x Resistencia 1k2 Ω 1/4 W • 1x Condensador electrolítico 470µF • 1x Condensador electrolítico 1000µF • 1 x Conector circuitos impresos 5 posiciones paso 2mm

Tabla 7.2Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 CN1 +12

CLAUSOR 0 V SOVI SOVF BB24


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CAPÍTULO 8:

CIRCUITOS

ELECTRÓNICOS

8.1. Básculas Botones. 8.1.1 Introducción y diseño. Ya que en el cuadro de mandos los pulsadores son pulsadores sin enclave, y hay aplicaciones en las cuales interesa que funcionaran a modo de interruptor surge la necesidad de este circuito. Los pulsadores del cuadro de mandos no se han substituido por interruptores ya que estéticamente quedan mejor los pulsadores ya que dan aspecto de cuadro de mandos más real. La función deseada es que con un pulso del pulsador la señal de salida pase a nivel alto hasta que con otro pulso del mismo pulsador la señal vuelva a nivel bajo. Este comportamiento se consigue mediante básculas flip-flop. En este caso utilizamos básculas JK de flanco de subida, alimentadas a 4,5 volts modelo PHILIPS HEF 4027B. En las cuales ponemos las entradas J yK a 1 lógico y CD y SD a 0. Y el botón pulsador lo conectamos a la entrada de clock. Debido a que los pulsadores no son perfectos, tal y como podemos apreciar en la figura 8.1, vemos que antes de pasar a estado alto se producen una serie de pulsos. Los cuales confunden a la báscula ya que los interpreta como flancos de clock por lo que el resultado era que a veces funcionaba el circuito pero otras veces no.


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Figura 8.1: Comportamiento señal eléctrica al pulsar un pulsador. Este problema se solucionó poniendo una resistencia y un condensador en paralelo con el pulsador para que así se atenúen estos rebotes del pulsador.

8.1.2 Esquema circuito, material y conectores Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 91. La tabla 8.1 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 8.2 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 5x Bascula FLIP FLOP HEB4027B • 10 x Resistencia 1k2 Ω 1/4 W • 10x Condensador electrolítico 10µF • 3 x Conector circuitos impresos 7 posiciones paso 2mm • 1 x Conector circuitos impresos 2 posiciones paso 2mm

Tabla 8.1Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 7 CN1 BB6 BB7 BB9 BB10 BB11 BB12 CN2 B7 B6 B8 B10 B11 B12 B22 CN3 BB22 B24 BB24 B25 BB25 B26 BB26 CN4 + 5V 0 V Llamaremos a la señal Bx la señal del pulsador antes de su paso por la báscula, y BBx la señal del pulsador una vez ha pasado por el circuito de básculas.

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8.2. Amplificador sensor agua 8.2.1 Introducción y diseño Los sensores de nivel de agua son sensores basados en el principio de conductividad, pero ya que tratamos con agua destilada la conductividad de esta agua es muy baja por lo que debemos de usar un circuito amplificador electrónico. Este circuito amplificador tiene la función de limpiar y aumentar la señal proveniente de los sensores de nivel para ofrecer una señal fuerte y limpia. La señal sin pasar por el circuito amplificador consiste en un estado bajo, cuando el sensor no está en contacto con el agua en el cual el sensor da 6,3 volts y una intensidad inferior al microamperio. Este residuo de voltaje es debido a la humedad presente en el sensor, y en el ambiente de trabajo del sensor. Esto hace que las bases de los transistores de los circuitos de control se polaricen cuando no deben, con el consiguiente fallo en LED de nivel y circuitos de control y bombas. En el estado alto la señal consiste en 10,5 volts y corriente superior a 1 miliamperio , esta señal es débil para que sea utilizada directamente en las bases de los transistores de los circuitos de control y encendido de LED del cuadro de mandos, ya que se observa que las luces LED del cuadro de mandos no lucen con intensidad, y también puede conllevar fallos en el circuito de control. La señal una vez ha pasado por el circuito es una señal limpia, ya que obtenemos 0 volts y 0 amperios en el estado bajo, y 12 volts 200 mA en el estado alto. Señal adecuada para hacer que tanto circuito de control, bombas y LED del panel de mandos luzcan adecuadamente. Este circuito no se conecta a clausor ya que si no al desconectar el botón de encendido de la central las señales de niveles caen todas a 0 y las bombas se ponen en funcionamiento.


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• 9x Transistor NPN ON 2N3904 • 9x Transistor PNP ON BC 32725 • 18x Resistencia 5k6Ω 1/4 W • 36x Resistencia 1k2 Ω 1/4 W • 2 x Conector circuitos impresos 8 posiciones paso 2mm • 1 x Conector circuitos impresos 4 posiciones paso 2mm

Tabla 8.2Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 7 8 CN1

SN3L SN3M SN2vmin SN3H SN2vl SN4L SN4H SN1M

CN2

SN3LO

SN3MO

SN2vminO

SN3HO

SN2vlO

SN4LO

SN4HO

SN1MO

CN3

SN1H SN1HO

12 V 0 V

Llamaremos XXXX a las señales de los sensores de nivel antes de pasar por el circuito amplificador, y XXXXO a las señales una vez han pasado por el circuito amplificador.


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8.3. Alarmas térmicas. 8.3.1 Introducción A partir de los sensores de temperatura citados anteriormente, de todos ellos los sensores T4 T5 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 T16 T17 T18 tienen control de temperaturas. Este control consiste en que superado un cierto valor consigna de temperatura, se informará a la central. Con esta señal se tomarán las decisiones pertinentes dependiendo del sensor. Esta señal se llamará TPx, dónde x es el nombre del correspondiente sensor de temperatura. Por ejemplo la señal del sensor T4 será TP4. Estos circuitos basan su funcionamiento en el chip cuádruple amplificador operacional LM3900. Estas puertas amplificadoras se conectaran en modo comparador de voltaje, por lo que cuando el valor de voltaje del sensor de temperatura (V1) supere el valor prefijado (V2) la salida del chip pasara a dar idealmente +12v. Tal y como se muestra en la figura 8.4:

Figura 8.4: Comportamiento A.O como comparador. Estas señales de alarma se subdividirán en 3 alarmas: 45ºC, 70ºC y 110 ºC. Debido a que en esta central se utilizan los microchips MCP9700A como sensores de temperatura. Los cuales dan el voltaje de salida siguiente:

cK*) = 0,5PKN)( + 0,01PKN)(º' "J"#),#]L0º' Por lo que el voltaje de salida del sensor que debemos entender como alarma es: 0,95 volts para el control de 45ºC. 1,20 volts para el control de 70ºC y 1,60 volts para el control de 110 ºC. A la entrada de los amplificadores se aplica una resistencia de muy alto valor e igual para las dos entradas, para que circule una corriente muy baja y no modifique el valor del sensor. Esta resistencia se ha comprobado experimentalmente que si no se aplica modifica sustancialmente el valor del sensor. Para poder utilizar el amplificador operacional como comparador debemos crear un punto de voltaje (V2).Experimentalmente se comprueba que el punto de voltaje debe estar 0,2 volts más alto que el voltaje del sensor de temperatura, este efecto no sé bien porqué se da pero se aprecia. Otro aspecto que se observa es que la señal de salida del amplificador en la realidad cuando debería ser 0 no llega a ser 0 exactamente. Este efecto se elimina mediante la colocación de un diodo y dos resistencias, una para la señal TP de 5k6 y otra de 1k2 para la base del transistor que conecta el LED de alarma, todas ellas conectadas a negativo.


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8.3.2 Introducción, lógica y diseño circuito control 45ºC. A este circuito van conectados los siguientes sensores de temperatura: T4 T5 T7 y T15. Por lo que para el comparador de 45 ºC el punto a hallar son 1,15 volts. Igual que cuando se calculó el punto de voltaje del multímetro se utilizará el voltaje de 4,5 volts ya que este permanece constante, ya que si no el valor de alarma no se mantendría estable. Para realizar de una forma más precisa los cálculos se tomará el valor experimental de 4,38 volts. El montaje será el expresado en la figura 8.5.

Figura 8.5: Montaje resistencias en punto de voltaje de referencia. Aplicando las siguientes ecuaciones: [ = 4,38/Z1 + Z2 1,15 = [ ∗ Z2 y fijando el valor de R1 a un valor disponible Z1 = 1200 Con lo que los resultados fueron los siguientes: [ = 2,695YZ2 = 427,24« Ya que no disponemos de una resistencia de este valor, calcularemos a partir de los valores disponibles una asociación en paralelo para dar ese valor: 1ZL = 31200 ZL = 400« El valor hallado no es exactamente el teórico necesario, pero debido a que las resistencias tienen una tolerancia del 5% el valor no tiene porqué ser realmente ese valor. En el ajuste experimental se consigue que la alarma térmica se dispare a 46 ºC añadiendo una resistencia en paralelo a R1 de 20kΩ, valor que damos por aceptable. La lógica implementada en el circuito es la siguiente: S$ 4Y4yT23U = S$4 > 0,95cU S$ 5Y4yT32U = S$5 > 0,95cU S$ 7Y4yT49U = S$7 > 0,95cU S$ 15Y4yT45U = S$15 > 0,95cU

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8.3.3 Esquema circuito 45ºC, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 107. La tabla 8.3 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 8.6 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 1 x Amplificador Operacional LM3900 • 4x Transistor NPN ON 2N3904 • 16x Resistencia 1k2 Ω 1/4 W • 12x Resistencia 5k6 Ω 1/4 W • 1x Resistencia 20K Ω 1/4 W • 8x Resistencia 4M7 Ω 1/4 W • 4 x Diodo 1N4004L • 2 x Conector circuitos impresos 8 posiciones paso 2mm • 1 x Conector circuitos impresos 2 posiciones paso 2mm

Tabla 8.3Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 7 8 CN1 T4 T5 T7 T15 L23 TP4 L32 CN2 TP5 L49 TP7 L45 TP15 +12

CLAUSOR 0 V

CN3 + 5V + 5V


8.3.4 Introducción, lógica y diseño circuito control 70ºC. A este circuito van conectados los siguientes sensores de temperatura: T8 T11 T12 T13 T14 T16 T17 T18. Por lo que para el comparador de 70 ºC el punto a hallar son 1,40 volts. Igual que cuando se calculó el punto de voltaje del multímetro se utilizará el voltaje de 4,5 volts ya que este permanece constante, ya que si no el valor de alarma no se mantendría estable.


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Para realizar de una forma más precisa los cálculos se tomará el valor experimental de 4,38 volts. El montaje será el de la figura 8.7.

Figura 8.7: Montaje resistencias en punto de voltaje de referencia. Aplicando las siguientes ecuaciones: [ = 4,38/Z1 + Z2 1,40 = [ ∗ Z2 y fijando el valor de R1 a un valor disponible Z1 = 1200 Con lo que los resultados fueron los siguientes: [ = 2,485YZ2 = 563,75« Ya que no disponemos de una resistencia de este valor, calcularemos a partir de los valores disponibles una asociación en paralelo para dar ese valor: 1ZL = 21200 + 15600 ZL = 541.93« El valor hallado no es exactamente el teórico necesario, pero debido a que las resistencias tienen una tolerancia del 5% el valor no tiene porqué ser realmente ese valor, por lo que el ajuste fino para que el valor sea exactamente 1,15 volts se realizará experimentalmente añadiendo resistencias de valor óhmico grande en paralelo. Experimentalmente de comprueba que la alarma se activa a 70 grados, por lo que no se necesita ningún ajuste. En el circuito se ha implementado la siguiente lógica: S$ 16Y4yT12U = S$16 > 1,20cU S$ 8Y4yT11U = S$8 > 1,20cU S$ 12Y4yT42U = S$12 > 1,20cU S$ 11Y4yT44U = S$11 > 1,20cU S$ 13Y4yT38U = S$13 > 1,20cU S$ 20Y4yT40U = S$20 > 1,20cU S$ 17Y4yT62U = S$17 > 1,20cU S$ 18Y4yT63U = S$18 > 1,20cU

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8.3.5 Esquema circuito 70ºC, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 92. La tabla 8.4 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 8.8 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 2 x Amplificador Operacional LM3900 • 8x Transistor NPN ON 2N3904 • 27x Resistencia 1k2 Ω 1/4 W • 25x Resistencia 5k6 Ω 1/4 W • 16x Resistencia 4M7 Ω 1/4 W • 8 x Diodo 1N4004L • 3 x Conector circuitos impresos 8 posiciones paso 2mm • 1 x Conector circuitos impresos 2 posiciones paso 2mm

Tabla 8.4Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 7 8 CN1 L12 TP8 L11 TP16 L44 TP11 L42 TP12 CN2 L38 TP13 L40 TP20 L62 TP17 L63 TP18 CN3 T16 T8 T12 T11 T13 T20 T17 T18 CN4 +12

CLAUSOR 0 V

CN5 5V 5V



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8.3.6 Introducción, lógica y diseño circuito control 110ºC. A este circuito van conectados los siguientes sensores de temperatura T8 T9 T10 T16 Por lo que para el comparador de 110 ºC el punto a hallar son 1,80 volts. Igual que cuando se calculó el punto de voltaje del multímetro se utilizará el voltaje de 4,5 volts ya que este permanece constante, ya que si no el valor de alarma no se mantendría estable. Para realizar de una forma más precisa los cálculos se tomará el valor experimental de 4,38 volts. El montaje será el de la figura 8.9.

Figura 8.9: Montaje resistencias en punto de voltaje de referencia. Aplicando las siguientes ecuaciones: [ = 4,38/Z1 + Z2 1,80 = [ ∗ Z2 y fijando el valor de R1 a un valor disponible Z1 = 1200 Con lo que los resultados fueron los siguientes: [ = 2.155YZ2 = 837.21« Ya que no disponemos de una resistencia de este valor, calcularemos a partir de los valores disponibles una asociación en paralelo para dar ese valor: 1ZL = 11200 + 25600 ZL = 840« El valor hallado no es exactamente el teórico necesario, pero debido a que las resistencias tienen una tolerancia del 5% el valor no tiene porqué ser realmente ese valor, por lo que el ajuste fino para que el valor sea exactamente 1,60 volts se realizará experimentalmente añadiendo resistencias de valor óhmico grande en paralelo Experimentalmente se ajusta esta alarma poniendo una resistencia de 10K y otra de 150K tal y como se indica en el plano. En el circuito se ha implementado la siguiente lógica: S$ 8VY4yT14U = S$8 > 1,60cU S$ 9Y4yT34U = S$9 > 1,60cU

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S$ 10Y4yT36U = S$10 > 1,60cU S$ 16VY4yT13U = S$16 > 1,60cU 8.3.7 Esquema circuito 110ºC, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 108. La tabla 8.5 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 8.10 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 1 x Amplificador Operacional LM3900 • 4x Transistor NPN ON 2N3904 • 14x Resistencia 1k2 Ω 1/4 W • 14x Resistencia 5k6 Ω 1/4 W • 1x Resistencia 10K Ω 1/4 W • 1x Resistencia 150K Ω 1/4 W • 8x Resistencia 4M7 Ω 1/4 W • 4 x Diodo 1N4004L • 2 x Conector circuitos impresos 8 posiciones paso 2mm

Tabla 8.5Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 7 8 CN1 T8 T9 T10 T16 L14 TP8 L34 TP9 CN2 L36 TP10 L13 TP16 +12

CLAUSOR 0 V 5 V


8.4. Circuito de Engrase. 8.4.1 Introducción y lógica. Este circuito es el encargado de avisar al usuario cuando debe proceder al engrase de las turbinas. El circuito muestra que se deben engrasar las


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turbinas con la iluminación de un LED amarillo (LED L52). El engrase se efectuará manualmente, tal y como se enseña en el protocolo. Una vez engrasadas se procederá a resetear el circuito de engrase mediante el botón B5. Este circuito tiene en cuenta si las turbinas están o no en funcionamiento para pedir su engrase, y el tiempo que han estado funcionando sin ser engrasadas. En el circuito se ha implementado la siguiente lógica: ST52U = S£41WZ£42Y4y$ > 455,.U Dónde T es un temporizador que se pone en funcionamiento cuando se ponen en funcionamiento gen1 o gen 2, y que se resetea mediante B5. 8.4.2 Esquema circuito, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 111. La tabla 8.6 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 8.11 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 5x Transistor NPN ON 2N3904 • 2x Transistor PNP ON BC 32725 • 2x Resistencia 4M7 Ω 1/4 W • 8x Resistencia 5k6 Ω 1/4 W • 1 x Diodo 1N4004L • 1x Condensador electrolítico 470 µF • 3 x Conector circuitos impresos 2 posiciones paso 2mm

Tabla 8.6Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 CN1 +12clausor 0V CN2 B5 L52 CN3 Gen1 Gen2


8.5. Circuito desconexión relés. 8.5.1 Introducción y lógica.

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Es el encargado de controlar el funcionamiento de los relés de Corte resistencia generadora de vapor y generador externo de corriente. Además se encarga de controlar las luces de estos dos circuitos del panel de control, sus respectivos botones y las alertas térmicas. El circuito lleva implementadas las siguientes decisiones lógicas: ºRELÉGENVAPÀ= S'W4$ZWT'WZ$£cY ¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬Y4yV15Y4y'TY ªWZY4y'W4$ZWTWjU ST60U = SRELÉGENVAPU ST61Y4y£4£Á$U = SBB22¬¬¬¬¬¬¬Y4y$ 17¬¬¬¬¬¬¬Y4y$ 18¬¬¬¬¬¬¬U


• 9x Transistor NPN ON 2N3904 • 2x Transistor PNP ON BC 32725 • 12x Resistencia 5k6Ω 1/4 W • 1 x Conector circuitos impresos 2 posiciones paso 2mm • 1 x Conector circuitos impresos 3 posiciones paso 2mm • 1 x Conector circuitos impresos 8 posiciones paso 2mm

Tabla 8.7Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 7 8 CN1 TP17 TP18 BB22 CONTROL

CORTE GVAP

B15 BREL GEN EXT

L61 L60

CN2 RELÉ GEN VAP

+12 CLAUSOR

0 V

CN3 CONTROL OK

CONTROL OK

El pin de Control OK está duplicado ya que sirve para puente para otro circuito.



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8.6. Amplificador sensor fuego. 8.6.1 Introducción y lógica. Este circuito es el encargado de encender los LED de presencia de fuego en quemadores (L5,L6,L7,L8) del panel de mandos, cuando haya fuego en el quemador. Gracias a este circuito podemos saber si el quemador está o no encendido. En el circuito se ha implementado la siguiente lógica: ST5U = Sªk1U ST6U = Sªk2U ST7U = Sªk3U ST8U = Sªk4U 8.6.2 Esquema circuito, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 123. La tabla 8.8 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 8.13 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 4x Transistor NPN ON 2N3904 • 1x LM3900N • 4x Resistencia 4M7 Ω 1/4 W • 4x Resistencia 1k2 Ω 1/4 W • 8x Resistencia 5k6 Ω 1/4 W • 2 x Conector circuitos impresos 8 posiciones paso 2mm

Tabla 8.8Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 7 8 CN2 SF1+ SF1- SF2+ SF2- SF3+ SF3- SF4+ SF4- CN3 L5 L6 L7 L8 12V 0V

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8.7. Circuito RPM turbina. 8.7.1 Introducción y lógica. Este circuito es el encargado de convertir los pulsos generados por las turbinas (estos pulsos corresponden a su frecuencia de rotación) a un voltaje correspondiente a esta frecuencia. Posteriormente mostraremos en las posiciones 21 y 22 de los sensores de temperatura este voltaje que corresponde a las rpm de la turbina, y lo visualizaremos a través del multímetro. 8.7.2 Esquema circuito, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 122. La tabla 8.9 muestra los pins de conexión del circuito y en la figura 8.11 se muestra el circuito del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 2x LM2917 • 2x Resistencia 10K Ω 1/4 W • 2x Resistencia 100K Ω 1/4 W • 1 x Foto interruptor TLP832 • 2x Condensador 1 µF • 2x Condensador 0,1 µF • 1x Conector circuitos impresos 8 posiciones paso 2mm

Tabla 8.9Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 7 8 CN1 Medida

rpm Turb 1

12 V 0 V Pulso rpm Turb 1

Medida rpm turb 2

Pulso rpm turb 2



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8.8. Zumbador. Para alertar al usuario cuando la central esté en situaciones críticas dispone de un zumbador. Este zumbador modelo Zumbador continuo/discontinuo 1-13Vcc 20-30 mA y 105 dB, emite dos tipos distintos de pitidos, un pitido intermitente y otro fijo. El pitido intermitente indica situaciones de menos gravedad, y el pitido continuo situaciones de más gravedad. El comportamiento del zumbador lo dirige el Circuito de control, tanto parte 1 como parte 2. En la figura 8.15 podemos apreciar este zumbador.

Figura 8.15: Vista del zumbador.

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CAPÍTULO 9:

PANEL DE MANDOS

El panel de mandos s el encargado de permitir al usuario interactuar con la central. Para mayor comodidad de fabricación y reparaciones se dividió en 3 partes. Por facilidad de fabricación se fabricó el panel en madera contrachapada de 10 mm de espesor para la parte 1 y 5 mm para la parte 1 y 2. Luego se pintará esta madera con OXIRON TITAN liso color 4524 Burdeos. Los LED se montarán encajados, y los pulsadores encolados con cola blanca a la madera.

9.1. Panel mandos parte 1. 9.1.1 Introducción y consumo. En esta parte se alojan los pulsadores y LED correspondientes a los test, el LED de test OK, el interruptor de encendido general, el interruptor de encendido de las resistencias de generación de vapor, el botón y LED del generador de corriente externo y el botón y LED correspondientes a la fuente externa. El siguiente aspecto a calcular es el consumo de esta parte del panel de control. Para el amperaje de cada LED utilizaremos ley de ohm. Cada LED lleva en serie una resistencia de 1k2 ohm por lo que:

[NL] = cZ = 13,51200 = 0,01125Y

Los pulsadores B6, B7, B11,B9,B10,B12, B25, B26, B24 están conectados a básculas, por lo estos tienen un consumo del orden de microamperios. Estos pulsadores no los tendremos en cuenta en el cálculo. Los pulsadores B1, B2, B3, B4,B7,B5, B13, B23,B27,B28 van conectados a la base de transistores, en serie con una resistencia de 5k6 ohm, por lo que:

[K)K. = cZ = 13,55600 = 0,00241Y [)K)"N = 12 ∗ [NL] + 11 ∗ [K)ó. = 0,160Y Contabilizando el total de consumo hallamos que el consumo es de 0,16 amperios.


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9.1.2 Tabla equivalencias, ubicación y pictogramas. Para la denominación de los LED y pulsadores se ha utilizado el siguiente código para simplificar su nombrado. Las tablas de equivalencias son las mostradas en la tabla 9.1 para LED y tabla 9.2 para pulsadores. Tabla 9.1Tabla equivalencias LED parte 1. Color: R (rojo), V (verde), A ( amarillo). Número LED

Color Función/Descripción

L53 V Indicador test 1 correcto L54 V Indicador test 2 correcto L55 V Indicador test 3 correcto L56 V Indicador test 4 correcto L57 V Indicador test 5 correcto L58 V Indicador test 6 correcto L59 V Indicador test superados L60 A Indicador resistencia generador vapor ON L61 V Indicador conexión generador externo L62 R Indicador temperatura excesiva en transformador 1

del generador externo L63 R Indicador temperatura excesiva en transformador 2

del generador externo L64 v Indicador fuente externa ON Tabla 9.2Tabla equivalencias pulsadores parte 1. Numero Pulsador

Función/Descripción

B14 Botón encendido general B15 Botón encendido generador de vapor B16 Botón test 1 B17 Botón test 2 B18 Botón test 3 B19 Botón test 4 B20 Botón test 5 B21 Botón test 6 B22 Botón desconexión/conexión generador externo B28 Botón desconexión/conexión fuente externa En la figura 9.1 podemos apreciar la ubicación de estos led y pulsadores en el panel de mandos parte1.

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Figura 9.1: Ubicación LED y pulsadores en cuadro de mandos parte 1. Para comodidad y facilidad de manejo de la central por parte del usuario no se han inscrito en el cuadro de mandos los códigos de los elementos, ya que si no el usuario debería de tener una tabla con las equivalencias o sabérselo de memoria. Se han inscrito mediante los pictogramas que podemos apreciar en la figura 9.2, los cuales intentan hacer más intuitivo el uso del panel de mandos.


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Figura 9.2: Pictogramas parte 1. 9.1.3 Esquema circuito, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 113. La tabla 9.3 muestra los pins de conexión del circuito. En la figura 9.3 se puede ver el conjunto real del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 9x LED verde translúcido KEMO 5mm • 1x LED amarillo translúcido KEMO 5mm • 2x LED rojo translúcido KEMO 5mm • 12x Resistencia 1k2 Ω 1/4 W • 6 x Micro pulsador Panasonic 5N Type Light Touch Switches EVQPB • 1 x Micro pulsador Panasonic 5N Type Light Touch Switches EVQPA • 1 x Micro pulsador Text Tactile Switch – B3F 1000 • 2x Interruptor 8303 On Of with light single pole. • 1 x Conector circuitos impresos 10 posiciones paso 2mm • 1 x Conector circuitos impresos 9 posiciones paso 2mm • 2 x Conector circuitos impresos 2 posiciones paso 2mm

Tabla 9.3 Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 CN1

+12 CLAUSOR

B14 B15 B16 B17 B18 B19 B20 B21 B22

CN2

L53 L54 L55 L56 L57 L58 L59 L60 L61

CN3

L62 L63

CN4

B28 L64


Jaume Morera Luque

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9.2. Panel mandos parte 2. 9.2.1 Introducción y consumo. En esta parte se alojan los pulsadores y LED correspondientes a las resistencias de encendido, sensores de fuego, temperatura quemadores, desborde quemadores, corte de combustible, ventilador admisión, bomba principal, caldera, nivel torre refrigeración y depósito reserva, turbinas, generadores, regulador 13.5v y 4,5v, batería, engrase, bomba retorno, sistema alumbrado, SOV y selector temperaturas. Ya que hay multitud de elementos (LED y pulsadores) conectados al cuadro de mandos calcularemos el amperaje que pasa a través del conector de +, ya que van todos los elementos conectados a él. En el cuadro de mandos parte 2 hay 53 LED 18 pulsadores, 1 potenciómetro y un medidor analógico (este elemento no se debe contar en el consumo ya que no se alimenta a través del positivo común). Para el amperaje de cada LED utilizaremos ley de ohm. Cada LED lleva en serie una resistencia de 1k2 ohm por lo que:

[NL] = cZ = 13,51200 = 0,01125Y

Los pulsadores B6, B7, B11,B9,B10,B12, B25, B26, B24 están conectados a básculas, por lo estos tienen un consumo del orden de microamperios. Estos pulsadores no los tendremos en cuenta en el cálculo. Los pulsadores B1, B2, B3, B4,B7,B5, B13, B23,B27 van conectados a la base de transistores, en serie con una resistencia de 5k6 ohm, por lo que :

[K)K. = cZ = 13,55600 = 0,00241Y

Finalmente el potenciómetro también va conectado también a la base de un transistor con resistencia en serie de 5k6. El potenciómetro es una resistencia variable de 0-50k ohm, por lo que el consumo máximo se dará cuando el potenciómetro valga 0 ohm de resistencia. Y en este momento su amperaje será el mismo que un pulsador ( ya que ambos están en serie con una resistencia de 5k6). [JK)L.+,ó5L)#K = [K)ó. = 0,00241Y Por lo que el amperaje total es: [)K)"N = 53 ∗ [NL] + 9 ∗ [K)ó. + 1 ∗ [JK)L.+,ó5L)#K = 0,62035Y. Este amperaje es el amperaje máximo, este valor no se da nunca ya que este amperaje se daría en el caso de que todos los LED estuvieran encendidos, pero por la lógica programada en los circuitos esto es imposible. 9.2.2 Tabla equivalencias, ubicación y pictogramas. Para la denominación de los LED, pulsadores y otros elementos se ha utilizado el siguiente código para simplificar su nombrado. Las tablas de equivalencias son las mostradas en la tabla 9.4 para LED y tabla 9.5 para pulsadores y la tabla 9.6 para otros elementos. Tabla 9.4Tabla equivalencias LED parte 2.


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Color: R (rojo), V (verde), A ( amarillo). Número LED

Color Función/Descripción

L1 A Indicador Resistencia R1 ON L2 A Indicador Resistencia R2 ON L3 A Indicador Resistencia PRE1 ON L4 A Indicador Resistencia PRE2 ON L5 V Indicador llama quemador 1 L6 V Indicador llama quemador 2 L7 V Indicador llama precalentador 1 L8 V Indicador llama precalentador 2 L9 R Indicador desborde combustible quemador 1 L10 R Indicador desborde combustible quemador 2 L11 V Indicador temperatura correcta precalentador 1 L12 V Indicador temperatura correcta precalentador 2 L13 R Indicador temperatura excesiva quemador 1 L14 R Indicador temperatura excesiva quemador 2 L15 A Indicador bomba retorno ON L16 R Indicador depósito reserva lleno L17 A Indicador corte de combustible activado L18 V Indicador ventilador admisión ON L19 V Indicador estado correcto caldera L20 R Indicador presión excesiva caldera L21 R Indicador nivel bajo de agua en caldera L22 V Indicador bomba principal ON L23 R Indicador temperatura excesiva en bomba principal L24 R Indicador fallo de bomba principal L25 A Indicador nivel agua superior a 3/4 en torre de

refrigeración L26 V Indicador nivel agua entre 2/4 a 3/4 en torre de

refrigeración L27 A Indicador nivel agua entre 1/4 a 2/4 en torre de

refrigeración L28 R Indicador nivel agua inferior a 1/4 en torre de

refrigeración L29 V Indicador nivel agua superior a 2/3 en depósito

reserva L30 A Indicador nivel agua entre 1/3 a 2/3 en depósito

reserva L31 R Indicador nivel agua inferior a 1/3 en depósito

reserva L32 A Indicador temperatura excesiva agua torre de

refrigeración L33 V Indicador turbina 1 ON L34 R Indicador temperatura excesiva turbina 1 L35 V Indicador turbina 2 ON L36 R Indicador temperatura excesiva turbina 2 L37 V Indicador transformador F externa 1 ON L38 R Indicador temperatura excesiva transformador fuente

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externa. L39 V Indicador regulador 4,5 V ON L40 R Indicador temperatura excesiva regulador 4,5 V L41 V Indicador generador 1 ON L42 R Indicador temperatura excesiva generador 1 L43 V Indicador generador 2 ON L44 R Indicador temperatura excesiva generador 2 L45 A Indicador temperatura superior a 45 grados en

regulador de voltaje L46 V Indicador ventilador regulador de voltaje ON L47 R Indicador temperatura excesiva regulador de voltaje L48 R Indicador temperatura excesiva en caldera L49 R Indicador temperatura excesiva en batería L50 V Indicador de carga de batería L51 A Indicador de descarga de batería L52 A Indicador de bomba de retorno ON L53A V Indicador de batería conectada Tabla 9.5 Tabla equivalencias pulsadores parte 2. Numero Pulsador


B1 Botón Resistencia de encendido quemador 1 B2 Botón Resistencia de encendido quemador 2 B3 Botón Resistencia encendido pre calentador 1 B4 Botón Resistencia encendido pre calentador 2 B5 Botón reset engrase B6 Botón conexión/desconexión corte de combustible B7 Botón conexión/desconexión ventilador de admisión B8 Botón bomba principal ON B9 Botón desconexión/conexión transformador 1 B10 Botón desconexión/conexión transformador 2 B11 Botón conexión/desconexión ventilador regulador de voltaje B12 Botón conexión/desconexión batería B13 Botón bomba de retorno ON B23 Interruptor conexión/desconexión luces automáticas B24 Botón conexión/desconexión luces SOV B25 Botón conexión/desconexión farolas pequeñas B26 Botón conexión/desconexión farolas grandes Tabla 9.6 Tabla equivalencias otros elementos parte 2. Número Componente

Función/ Descripción

REO Potenciómetro de ajuste de velocidad de ventilador de admisión

PRODCENTR Indicador analógico de producción eléctrica de la central B27 Selector grupo temperaturas CR1 o CR2 MR1 Microinterruptor selector de farolas pequeñas

encendidas/apagadas MR2 Microinterruptor selector de farolas medianas

encendidas/apagadas


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MR3 Microinterruptor selector de farolas pequeñas encendidas/apagadas

CR1 Conmutador rotativo 11 posiciones, selector de temperaturas A

CR2 Conmutador rotativo 11 posiciones, selector de temperaturas B

En la figura 9.4 podemos apreciar la ubicación de estos pulsadores y otros elementos, y en la figura 9.5 la ubicación de los LED.

Figura 9.4: Ubicación pulsadores y otros elementos.

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Figura 9.5: Ubicación LED. Para comodidad y facilidad de manejo de la central por parte del usuario no se han inscrito en el cuadro de mandos los códigos de los elementos, ya que si no el usuario debería de tener una tabla con las equivalencias o sabérselo de memoria. Se han inscrito mediante los pictogramas que podemos apreciar en la figura 9.6, los cuales intentan hacer más intuitivo el uso del panel de mandos.

Figura 9.6: Pictogramas parte 2. 9.2.3 Esquema circuito, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 93. La tabla 9.3 muestra los pins de conexión del circuito. En la figura 9.7 se puede ver el conjunto real del prototipo terminado y en la figura 9.8 se aprecia el cableado trasero. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 20x LED verde translúcido KEMO 5mm • 13x LED amarillo translúcido KEMO 5mm • 20x LED rojo translúcido KEMO 5mm • 53x Resistencia 1k2 Ω 1/4 W • 12 x Micro pulsador Panasonic 5N Type Light Touch Switches EVQPA • 4 x Micro pulsador Text Tactile Switch – B3F 1000 • 2x Selector 2 posiciones MFP 120 • Resistencia variable 50K Ω 1/4 W • 1x Indicador analógico Anders Electronics ST7S Rectangular VU

indicator,0-200uA • 2x Rohs Lorlin Conmutador rotativo 11 posiciones • 4 x Conector circuitos impresos 10 posiciones paso 2mm • 8 x Conector circuitos impresos 8 posiciones paso 2mm • 1 x Conector circuitos impresos 4 posiciones paso 2mm


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• 1 x Conector circuitos impresos 2 posiciones paso 2mm • 1x Faston 5mm. • 2x Embellecedor conmutador rotativo plateado diámetro 25.

Tabla 9.7 Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 CN1 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L1

0 CN2 L11 L12 L13 L14 L15 L16 L17 L18 L1

9 L20

CN3 L21 L22 L23 L24 L25 L26 L27 L28 L29

L30

CN4 L31 L32 L33 L34 L35 L36 L37 L38 L39

L40

CN5 L41 L42 L43 L44 L45 L46 L47 L48 CN6 L49 L50 L51 L52 L53A B2 B3 B4 CN7 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 CN8 B13 REO PRO

D CENTR

B1 B23 B24 B25 B26

CN9 T1M T2M T3M T4M T5M T6M T7M T8M CN10 T16M T9M T10

M T11M T12M T13M T14M T15M

CN11 T17M T18M T19M

T20M RPM1 RPM2 FP1M FP2M

CN12 FP7M FP8M FM1M

FM2M

FG1M FG2M FP FG

CN13 FP3M FP4M FP5M

FP6M

CN14 B27 CN15 + 12

V CLAUSOR

FxxM simboliza el pin de conexión del cuadro de mandos de la farola FxxM TxM simboliza el selector en el cuadro de mandos del sensor de temperatura Tx.

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Figura 9.7: Vista frontal del panel parte 2 del prototipo.

Figura 9.8: Vista trasera del circuito del prototipo.

9.3. Panel mandos parte 3 9.3.1 Introducción Esta parte del panel de mandos es la parte dónde se alojan los componentes para realizar las medidas de la central. Para medir las temperaturas utilizamos un multímetro, y para medir voltajes y amperajes utilizamos otro. Estos multímetros han sido desmontados y modificados para que se alimenten del circuito externo de alimentación, y que cambien la posición y escala automáticamente según la magnitud a medir (se explicará posteriormente). Físicamente en esta parte se encuentran los 3 conmutadores rotativos de voltajes DC AC y amperios, los dos multímetros, y el selector de posición DC AC amperios. 9.3.2 Tabla equivalencias, ubicación y pictogramas. Para la denominación de los conmutadores rotativos y selector de posición se ha utilizado el siguiente código para simplificar su nombrado. Las tablas de equivalencias son las mostradas en la tabla 9.8.


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Tabla 9.8Tabla equivalencias pulsadores parte 1. Numero Pulsador


CL1 Conmutador lineal DC AC amperios CR3 Selector posición medidas DC CR4 Selector posición medidas AC CR5 Selector posición medidas amperajes En la figura 9.9 podemos apreciar la ubicación de estos elementos en el panel de mandos parte3.

Figura 9.9: Ubicación elementos en cuadro de mandos parte 3. Para comodidad y facilidad de manejo de la central por parte del usuario no se han inscrito en el cuadro de mandos los códigos de los elementos, ya que si no el usuario debería de tener una tabla con las equivalencias o sabérselo de memoria. Se han inscrito mediante los pictogramas que podemos apreciar en la figura 9.10, los cuales intentan hacer más intuitivo el uso del panel de mandos.

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Figura 9.10: Pictogramas parte 3. 9.3.3 Esquema circuito, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 120. La tabla 9.9 muestra los pins de conexión del circuito. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 3 x Rohs Lorlin Conmutador rotativo 6 posiciones • 3x Embellecedor conmutador rotativo plateado diámetro 25. • 1x Selector 7 posiciones MFP 170 • 2 x Multímetro 3 dígitos y medio, 19 rangos, miniatura.

Tabla 9.9 Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 7 8 CN1

Alim tester 1 +

Alim tester 1 -

CL2 OF

CL2 A

CL2 B

CL2 C

Tester 1 medida temp.

Alim tester 2 +

CN2

CR31 CR32 CR33

CR34

CR35

CR36

CR41 CR42

CN3

CR43 CR44 CR45

CR46

CR51

CR52

CR53 CR54

CN4

CR3 CR4 CR5 +12V

0 V CR55

CR56 Alim tester 2 -

CN5

Medida AMP

Medida AMP


-173-

y V y V

CAPÍTULO 10:

CIRCUITO DE CONTROL

Estos circuitos son los encargados de dotar a la central de capacidad de decisión, es decir, dotar a la central capacidad de interpretar el estado de funcionamiento según los parámetros de sus sensores, y tomar las decisiones pertinentes. Dividiremos los circuitos de control en 3 partes, parte 1, parte 2 y test.

10.1. Circuito de control parte 1 10.1.1 Introducción y lógica Esta parte del circuito es la encargada de controlar los LED de la parte de sensores de nivel de agua, LED fallo de bomba, corte combustible, resistencias generadoras de vapor, resistencias de encendido, sensor de presión y sensor de quemadores. La lógica implementada es la siguiente:

Ã ÄÅÆÇÈÉÊËËÌÍÎÏËÌÆÇÐÌÍÎÏÑÏÒÓÔÕÖ= º×ØÙÚÛ¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬ÛÜ×ØÝÞÛ > 15×ßà¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬ÛÜáâãÛÜ×âÛÜ×äÝÛÜ×äåÛÜ×áÛÜæáÀ SÜß×ç×áßØÐßØÐçæÛèàßØéêâ¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬U= Sáß×áÛë¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬ÛÜ×ØÝÞÛ¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬ÛÜ×ØåÓÆìÒ¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬ÛÜ×ØÞÚ¬¬¬¬¬¬¬¬¬ÛU SÜß×ç×áßØÐßØÐçæÛèàßØéêâU= Sáß×áÛëêØæ×ØÝÞÛêØæ×ØåÓÆÉÒÛêØæ×ØÞÚÛU SÙåãU = S×ØÚÙÛêØæ×ØÝÞÛ > 15(L¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬U SÙåÝU = º×ØÝÞÛ > 15(L¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬À

Jaume Morera Luque

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SÙåíU = S×âU SÙÝîU = S×â¬¬¬¬êØæ×ØÝÞÛêØææáU SÙîU = S×äÝU SÙÝíU = S×äåU SÙãïU = Sæá¬¬¬¬ÛÜ×á¬¬¬¬U SÙåîU = S×ØåéÞçØÛU SÙÚíU = S×ØåéÞçØÛ¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬êØæ×ØåéÙÛU SÙÚÝU = S×ØåéÙÛ¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬U SÙåðU = S×ØÚñÛU SÙåòU = S×ØÚñÛ¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬êØæ×ØÚÞÛU SÙåóU = S×ØÚÞÛ¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬êØæ×ØÚÙÛU SÙåïU = S×ØÚÙÛ¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬U SÐÐÛØáÜÛÙÛëU = S×ØÝÞÛêØæáß×áÛëêØæ×ØåéÞçØÛêØæ×ØÚÞÛU

10.1.2 Esquema circuito, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 95. La tabla 10.1 muestra los pins de conexión del circuito. En la figura 10.1 se puede ver el conjunto real del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 37x Transistor NPN ON 2N3904 • 2x Transistor PNP ON BC 32725 • 13x Resistencia 1k2 Ω 1/4 W • 19x Resistencia 5k6 Ω 1/4 W • 1 x Condensador Electrolítico 470µF • 8 x Diodo 1N4004L • 1x Relé OJE-SS-112HMF,thro hole,10 A,30Vdc. • 4 x Conector circuitos impresos 8 posiciones paso 2mm • 1 x 3 Posiciones Regleta 380V 6A


L24 L21 L20 L19 L9 L10 L48 ZUMBDISC

CN2

CCONTROL OK

L29 L30 L31 L25 L28 L26 L27

CN3

SN3LO SN1MO TESTOK

SP SQ1 SQ2 ST DT

CN4

TP4 SN2vminO

SN3M SN2LO

SN3HO

Dtest3

Dtest4

ZUMB -

CN5

+12 CLAUSOR

RELÉ corte comb y gen vap

0 V


-175-


10.2. Circuito de control parte 2. 10.2.1 Introducción y lógica Esta parte del circuito es la encargada de controlar el funcionamiento del regulador de voltaje, generadores turbinas, ventiladores tanto de admisión como de regulador de voltaje, y a los LED de estos elementos. La lógica implementada es la siguiente: ôÄõÞöÐÛØáÜßàéÛÙá¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬ ÷ = SáâÝð > 25(LU SÜßàéøêØêØæÙãòU = ºáâÝðÛÜáâÝð¬¬¬¬¬¬¬¬ÈÅÍÔÒÎÏÚíÊÏÑÛÜööÝÝÀ SàßØÝ¬¬¬¬¬¬¬¬U = SáâÝÝÛÜööîU SàßØå¬¬¬¬¬¬¬¬U = SáâÝåÛÜööÝíU SÙãóU = SáâÝð > 25(LU SÙãÝU = SáõÜöÝêØæàßØÝU SÙãÚU = SáõÜöåêØæàßØåU SÙÚÚU = SáõÜöÝU SÙÚðU = SáõÜöåU SÙÝïêØæêæÞøêØU = SööóU


• 21x Transistor NPN ON 2N3904

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• 7x Transistor PNP ON BC 32725 • 4x Resistencia 1k2 Ω 1/4 W • 38x Resistencia 5k6 Ω 1/4 W • 1 x Condensador Electrolítico 470µF • 1 x Condensador Electrolítico 220µF • 2 x Diodo 1N4004L • 4 x Conector circuitos impresos 8 posiciones paso 2mm


TP15

TP11 TP13 BB9 TP12 TP14 BB10

BB11

CN2

L47 Relé desc REGV

ZUMB CONT

BB7 Relé desc gen 1

TURB1 L41 L37

CN3

L33 L18 POTENC

Relé desc gen 2

TURB2 L43 L39 L35

CN4

FANADM-

L46 FANREGV+

+12 CLAUSOR

+12 CLAUSOR

0V 0V

Hay pines dobles de conexión ya que así hay mas superficie de contacto para hacer pasar más amperaje.


10.3. Circuito de test 10.3.1 Introducción y lógica


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Para llevar a cabo la puesta en marcha de la central primero se debe verificar que funcionan todos sus sistemas de seguridad. Esta es la función del circuito de test. El circuito de test consiste en 6 test que el usuario pedirá mediante los pulsadores. Estos test comprobarán distintos puntos clave de los sistemas de seguridad de la central. Hasta que estos test no se superen la central no podrá ser puesta en marcha. Por cada test superado se enciende una luz verde la cual permanecerá todo el rato encendida hasta que la central sea parada. Una vez parada y vuelta a encender los test deberán volverse a pasar. El Indicador Lógico TESTx indica que el test se ha pasado correctamente. Test 1: k"N(L"#ª43TW¬¬¬¬¬¬¬¬¬5L],".)LV16 → S$£ª$1U =S'WZ$£'WXVY4y'WZ$££4cY Y4yù XV'W4$Y4yV16U Test2: k"N(L"#ª41X > 15(L5L]ú".)LV17 → S$£ª$2U¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬= S'WZ$£'WXVY4y'WZ$££4cY Y4yù XV'W4$Y4yV17U Test 3: k"N(L"#ª ¬¬¬¬5L],".)LV18 → S$£ª$3U =S'WZ$£'WXVY4y'WZ$££4cY Y4yù XV'W4$Y4yV18U Test 4: k"N(L"#ª\¬¬¬¬5L],".)LV19 → S$£ª$4U =S'WZ$£'WXVY4y'WZ$££4cY Y4yù XV'W4$Y4yV19U Test 5: YJN,+"#*.PKN)"GL(*JL#,K#"N")L5JL#")*#"+K.(,."L.$17$18$155L],".)LV20→ S$£ª$5U = S$ 17Y4y$ 18Y4y$ 15Y4yù XVy[ª'Y4yV20U Test 6: k"N(L"#y$¬¬¬¬Y4yª$¬¬¬¬5L],".)LV21 → S$£ª$6U =S'WZ$£'WXVY4y'WZ$££4cY Y4yù XV'W4$Y4yV21U Además lleva implementada la siguiente lógica: S$£ª$1U = ST53U S$£ª$2U = ST54U S$£ª$3U = ST55U S$£ª$4U = ST56U S$£ª$5U = ST57U S$£ª$6U = ST58U ST59Y4y$£ª$WjU= S$£ª$1Y4y$£ª$2Y4y$£ª$3Y4y$£ª$4Y4y$£ª$5Y4y$£ª$6U


• 32x Transistor NPN ON 2N3904 • 7x Transistor PNP ON BC 32725

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• 10x Resistencia 1k2 Ω 1/4 W • 59x Resistencia 5k6 Ω 1/4 W • 2 x Diodo 1N4004L • 4 x Conector circuitos impresos 8 posiciones paso 2mm • 2 x Conector circuitos impresos 2 posiciones paso 2mm

Tabla 10.3 Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 7 8 CN1 ZUMB

CONT ZUMB DISC

CORTE COMB

GEN VAP

CONTROL SQ1

CONTROL SQ2

TP15 TP17

CN2 TP18 B16 B17 B18 B19 B20 B21 TEST OK

CN3 L53 L54 L55 L56 L57 L58 L59 CN4 0V 12 V CN5 SQ1 SQ2 SP DTEST3 D TEST 4 T17 T18 T15 CN6 DT ST



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CAPÍTULO 11:

MEDIDAS

Tal y como se ha mencionado en el apartado de panel de mandos parte 3, la central puede mostrar digitalmente 20 medidas de temperatura, 6 voltajes DC, 6 voltajes AC, y 6 amperajes.

11.1. Muestreo de Temperaturas 11.1.1 Introducción y diseño. Mediante los selectores CR1 y CR2 podemos seleccionar que temperatura queremos muestrear. El muestreo de temperaturas se lleva a cabo mediante un multímetro insertado en el cuadro de mandos, puesto en posición fija en la escala de 20 volts. De esta manera el valor que se observará en pantalla es directamente el valor de grados del sensor. Los sensores utilizados son sensores modelo MCP9700A los cuales dan el valor de voltaje proporcional a la temperatura con la fórmula citada anteriormente: cK*) = 0,5PKN)( + 0,01 BDzv

º§ "J"#),#]L0º') Por lo que si queremos medir el valor real de temperatura debemos poner el terminal negativo de medida del multímetro en un punto de voltaje de 0,5 volts. Este punto de voltaje se creará mediante resistencias, tomando la simplificación (ya que en este caso es muy precisa ya que la intensidad que pasa a través del multímetro es muy cercana a 0) de que la corriente a través del multímetro es 0. Inicialmente se calculó conectando estas resistencias a la corriente general de la central. Pero surgió el problema que la corriente es variable, ya que si sólo alimentamos la central con batería va de los 12,7 volts totalmente cargada a 11,7 volts con la batería parcialmente cargada. Y si alimentamos la central con el generador externo el voltaje varía desde 12,4 con la batería muy descargada hasta los 13,10 con la batería muy cargada o 13,45 con la batería desconectada. Este rango de voltajes hacia que el punto de voltaje

Jaume Morera Luque

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que debería ser de 0,5 oscilara entre 0,45 y 0,55 volts, con el consiguiente error de medida que conlleva. Por lo que finalmente se decidió a tomar el punto de voltaje a partir del rectificador a 4,5 volts ( experimentalmente se mide que son 4,38 volts). Se comprobó y este valor era constante independientemente del estado de la batería y de la conexión o no del generador externo. Por lo que los cálculos que se mostrarán serán los de este voltaje. Para realizar de una forma más precisa los cálculos se tomará el valor experimental de 4,38 volts. El montaje será el de la figura 11.1.

Figura 11.1: Punto de voltaje. Aplicando las siguientes ecuaciones: [ = 4,38/Z1 + Z2 0,5 = [ ∗ Z2 y fijando el valor de R1 a un valor disponible Z1 = 5600 Con lo que los resultados fueron los siguientes: [ = 0,6925YZ2 = 721,65« Ya que no disponemos de una resistencia de este valor, calcularemos a partir de los valores disponibles una asociación en paralelo para dar ese valor: 1ZL = 11200 + 35600 ZL = 730,43« Por lo que para R2 se utilizará una asociación en paralelo de 3 resistencias 5k6 y 1 de 1k2. El valor hallado no es exactamente el teórico necesario, pero debido a que las resistencias tienen una tolerancia del 5% el valor no tiene porqué ser realmente ese valor, por lo que el ajuste fino para que el valor sea exactamente 0,5 volts se realizará experimentalmente añadiendo resistencias de valor óhmico grande en paralelo.


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Experimentalmente tal y como se puede apreciar en la Figura 11.2 debido a estas tolerancias el valor del punto es exactamente 0,5 volts por lo que no hay que añadir ninguna resistencia correctora.

Figura 11.2: Prueba punto de voltaje. 11.1.2 Esquema circuito, material y conectores. El esquema del circuito se muestra en la figura 11.3. La tabla 10.3 muestra los pins de conexión del circuito. En la figura 10.3 se puede ver el conjunto real del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 1x Resistencia 1k2 Ω 1/4 W • 4x Resistencia 5k6 Ω 1/4 W • 1 x Conector circuitos impresos 2 posiciones paso 2mm

Figura 11.3: Prueba punto de voltaje. Tabla 11.1 Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 CN1 5 V 0 V

Jaume Morera Luque

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11.2. Muestreo Voltajes. 11.2.1 Introducción y diseño. Este circuito se encarga de seleccionar el voltaje que debemos medir y mandar únicamente este al multímetro para que sea medido. En esta central se podrán ver 6 voltajes de corriente Continua y 6 voltajes de corriente alterna. Corriente continua: 1. DC rectificador generador 1 (DCRECT1) 2. DC rectificador generador 2 (DCRECT2) 3. DC Batería (DCBAT) 4. DC rectificador generador externo (DCGENEXT) 5. DC Voltaje General 12 V (DC12V). 6. DC circuito rectificador 5 volts (DC5V) Corriente alterna: 1. Generador 1 (ACGEN1). 2. Generador 2 (ACGEN2). 3. Generador externo, salida del transformador, (ACGENEXT). 4. Fuente externa, señal de enchufe( una vez pasado por el transformador),(ACFUENTEXT). 5. Fuente externa, señal de amplificador( una vez pasado por el amplificador),(ACAMPEXT). 6. Fuente externa, señal de oscilador( una vez pasado por el oscilador),(ACOSCEXT). Para la medida de los voltajes DC, ya que son corriente continua y ninguno supera los 45 volts ( límite de trabajo del transistor), así ahorramos relés ya que estos son más caros. En los voltajes AC nos vemos obligados a utilizar relés ya que al ser voltajes alternos un transistor no podría transmitir toda la onda, además que varios voltajes superan los 45 volts. Otro aspecto importante es el relé que hay conectado en serie con los transistores. Ya que al conectar cualquier relé de corriente alterna esta corriente llegaría a los transistores por lo que al ser superior a 45 volts los destruiría. Una primera solución sería poner un diodo para evitar que la corriente llegara a los transistores, pero esa no es la solución, ya que este diodo alteraría las medidas de DC en 0,7 volts. Por este motivo está el relé el cual está desconectado cuando medimos corriente AC evitando que la corriente llegue a los transistores.


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• 6x Transistor PNP ON BC 32725 • 6x Resistencia 5k6Ω 1/4 W • 6 x Relé Finder TYPE 30.22 2 CO • 4 x Conector circuitos impresos 8 posiciones paso 2mm • 2 x Conector circuitos impresos 2 posiciones paso 2mm


DCRECT1

SEL RECT1 DC

DCRECT2

SEL DCRECT2

DCBAT SEL DCBAT

PULSO SELECTOR DC

CN2

DCGENEXT

SEL DCGEN EXT

DC12V SEL DC12V

DC5V SELDC5V

ACOSCEXT

AC OSCEXT

CN3

SEL ACGEN1

SEL ACGEN2

SEL ACGENEXT

SEL ACFUENTEXT

SEL ACAMPEXT

SEL ACOSCEXT

ACGEN1

ACGEN1

CN4

ACGEN2

ACGEN2

ACGENEXT

ACGENEXT

ACFUENTEXT

ACFUENTEXT

ACAMPEXT

ACAMPEXT

CN5

12 V 0 V

CN6

TERMINAL + TESTER

TERMINAL - TESTER

Los conectores con el nombre SELxxx, corresponden a la posición del selector rotativo que habilita la medida de ese voltaje.

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11.3. Muestreo amperajes. 11.3.1 Introducción. Con el fin de poder calcular potencias para poder estudiar rendimientos, consumos y corriente producida, la central dispone de un circuito para poder seleccionar estas medidas de amperios para que el multímetro las mida. En la central se medirán los siguientes 6 amperajes: 1. Amperaje Batería (AMPBAT). 2. Amperaje Generador externo (AMPGENEXT). 3. Amperaje General (AMP12V). 4. Amperaje Generador 1 una vez pasado por el rectificador (AMPGEN1). 5. Amperaje Generador 2 una vez pasado por el rectificador (AMPGEN2). 6. Amperaje Fuente Externa (AMPFUENTEXT). 11.3.2 Proceso de medida amperaje. Para medir un amperaje debemos de colocar el amperímetro en serie con la medida que debemos tomar, para automatizarlo lo que hacemos es desconectar el relé de ese componente (como si fuéramos a desconectar el componente) y conectar los relés necesarios para que la corriente pase a través del amperímetro. Una explicación más detallada es la siguiente, en la cual vamos a medir el amperaje de un motor: Caso 1. La figura nos muestra el funcionamiento del circuito cuando no estamos midiendo su amperaje, vemos en la figura 11.6 como alimentamos el motor mediante el Relé 1 y el amperímetro no marca ninguna corriente.


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Figura 11.6: Caso circulación directa corriente (caso 1). Caso 2: En este caso hemos accionado el interruptor medir, y tal y como muestra la figura 11.7 el relé 1 desconecta el motor, y los relés 2 y 3 se conectan para que pase la corriente a través del amperímetro. Realizando así la medida del amperaje.

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Figura 11.7: Caso circulación de corriente a través de amperímetro (caso 2). Este comportamiento se puede ver animado en el circuito: Demostración Medida Amperaje.lvw 11.3.3 Esquema circuito, material y conectores. Debido al tamaño del circuito, el esquema del circuito se muestra en plano 99. La tabla 11.3 muestra los pins de conexión del circuito. En la figura 11.8 se puede ver el conjunto real del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 2 x Relé Finder TYPE 30.22 2 CO • 8x Relé OJE-SS-112HMF,thro hole,10 A,30Vdc. • 2 x Conector circuitos impresos 8 posiciones paso 2mm • 1 x 12 posiciones regleta 10 A

Tabla 11.3 Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 7 8 CN Relé AMP Relé Relé AMP Relé Relé Relé Relé Relé


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1 BAT desconexión BAT

GENEXT Desconexión GENEXT

AMP 12V

Desconexión 12 V

AMP GEN1

Desconexión GEN1

CN2

Relé AMP GEN2

Relé desconexión GEN2

Relé AMP FUENTEXT

Relé desconexión FUENTEXT

12 V 12V

CN4

TERMINAL + TESTER

TERMINAL - TESTER

CN3 1 AMP BAT 2 AMP BAT 3 AMP GEN EXT 4 AMP GEN EXT 5 AMP 12V 6 AMP 12V 7 AMP GEN1 8 AMP GEN1 9 AMP GEN2 10 AMP GEN2 11 AMP FUENTEXT 12 AMP FUENTEXT


Jaume Morera Luque

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11.4. Alimentación multímetros. 11.4.1 Introducción y diseño. Inicialmente se optó por alimentar los multímetro directamente de la electricidad de la central, concretamente del borne +12 volts. Ya que en la central este valor oscila entre 11,8 y 13,45 y la pila original del multímetro daba un voltaje de 12,7 volts. Al conectarlo se comprobó que el multímetro hacia comportamientos no deseados ni lógicos. La primera solución fue ajustar el voltaje a 12,7 volts por si la causa era que el multímetro necesitaba un voltaje más preciso. Tampoco dio resultado. Después de una búsqueda de información se llegó a la conclusión que los multímetros no pueden medir la propia corriente de la cual se alimentan ya que necesitan una pequeña corriente de referencia a partir de la cual por comparación miden los voltajes. De este hecho surge la necesidad de seguir alimentando a los multímetros con sus propias baterías pero disponerlas en un lugar fácilmente accesible para que no sea una tarea complicada su reposición. Para que esta pila no se agote necesitamos un interruptor para poder desconectarla cuando no estén en funcionamiento los multímetros. 11.4.2 Esquema circuito, material y conectores. En la figura 11.9 se muestra el esquema del circuito. La tabla 11.4 muestra los pins de conexión del circuito. En la figura 11.10 se puede ver el conjunto real del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 1x Transistor NPN ON 2N3904 • 1x Resistencia 5k6Ω 1/4 W • 2 x Porta pilas para pila 23A • 2x Pila 23A 12v • 2 x Conector circuitos impresos 2 posiciones paso 2mm • 1 x conmutador deslizante 2C-2P CI

Figura 11.9: Esquema del circuito.


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Tabla 11.4 Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 CN1 Alimentación

multímetro 1 + Alimentación multímetro 1 -

CN2 Alimentación multímetro 2+

Alimentación multímetro 2 -


11.5. Selector posición multímetros. 11.5.1 Introducción y diseño. Este circuito es el encargado de seleccionar automáticamente la posición que debe adoptar el multímetro entre las 3 posiciones que se utilizarán. Estas posiciones son las siguientes:

• Posición medida voltaje continuo 200 v. • Posición medida voltaje alterno 500 v. • Posición medida amperaje 10 A.

Según lo que se vaya a medir este circuito debe de colocar al multímetro en la posición adecuada. Por motivos de seguridad este circuito también hace una segunda función, que es la de retrasar la medida. Es decir, una vez seleccionamos una medida este circuito pone el multímetro en la posición deseada y retrasa la conexión de esta medida 2 segundos para que dé tiempo al multímetro a posicionarse, ya que si no diéramos ese margen de tiempo podrían haber problemas en el multímetro. Este circuito tiene como entradas las posiciones OF, A, B,C del conmutador lineal

Jaume Morera Luque

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11.5.2 Esquema circuito, material y conectores. Por motivos de tamaño del circuito este se muestra en plano 121. La tabla 11.5 muestra los pins de conexión del circuito. En la figura 11.11 se puede ver el conjunto real del prototipo terminado. En este circuito se ha utilizado el siguiente material:

• 3x Transistor NPN ON 2N3904 • 5x Resistencia 5k6Ω 1/4 W • 2x Transistor PNP ON BC 32725 • 1x Resistencia 1k2 Ω 1/4 W • 1 x Condensador Electrolítico 22µF • 1 x Conector circuitos impresos 8 posiciones paso 2mm • 1 x Conector circuitos impresos 2 posiciones paso 2mm

Tabla 11.5 Tabla de los pines de conexión (arriba abajo). 1 2 3 4 5 6 7 8 CN1 CL2 OFF CL2 A CL2

B CL2 C

CR 3

CR 4

CR 5

CN2 + 12 V 0 V



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CAPÍTULO 12:

CABLEADO

En la central hay mucha disparidad de consumos, desde pocos miliamperios de las señales de control hasta 10 Amperios en el cableado general. Además hay multitud de cables que sólo trasladan intensidades del orden de miliamperios. Por estos motivos se han dividido el cableado en 5 distintos tipos de cableado:

• Cable telefónico. • Cable blanco 4 Amperios. • Cable rojo y negro 4 Amperios. • Cable blanco 10 amperios. • Cable de datos.

A continuación explicaremos cada uno de los tipos de cableado.

12.1. Cable telefónico. Este cable se utilizará para transmitir señales de los sensores y demás aplicaciones que tengan una intensidad menor a la que se calculará a continuación. Según sus características técnicas del anexo apartado cable telefónico es un cable de sección 0,51 mm2. Ya que la tabla nos da valores de diámetro convertimos el valor de la sección a diámetro con la expresión:

y = 4 ∗ (L++,ó./d = r4d ∗ 0,51 ∗ 10R = 0,80555

Jaume Morera Luque

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Buscando este valor en la tabla Anexo Intensidad cables según sección, hallamos que este cable tiene una intensidad admisible de 1,5 Amperios. En la figura 12.1 se muestra este cable.

Figura 12.1: Vista de cable telefónico. 12.2 Cable blanco 4 Amperios. Este cable se utilizará para transmitir voltajes de 12 voltios y intensidades inferiores a 4 amperios. Buscando en la tabla del anexo apartado cable 4 y 10 Amperios de características técnicas cableado, hallamos que para transmitir esta potencia necesitamos un cable de sección de 0,75 mm2. En la figura 12.2 se muestra este cable.

Figura 12.2: Vista de cable blanco 4 Amperios. 12.3. Cable rojo y negro 4 Amperios. Este cable tiene la misma sección que el cable del apartado anterior, se diferencia por el color. El anterior es cable blanco y este es cable con un conector rojo y otro negro. Esta diferenciación es debida a que por el cable anterior sólo pasan 12 voltios, y por este cable pasarán los voltajes de 230v. Se ha decidido hacerlo así por seguridad, para identificar fácilmente que cables pueden producir electrocución al reparar una avería de la central. Concluimos el apartado dando la advertencia de si hay que desmontar un cable de este color, o trabajar en la regleta de estos cables, utilizar sumo cuidado y preferentemente guantes aislantes para evitar electrocutarse. En la figura 12.3 se muestra este cable.


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Figura 12.3: Vista de cable rojo y negro 4 Amperios. 12.4. Cable blanco 10 Amperios. Este cable tiene la función de pasar intensidades de 10 amperios y voltajes de 12 voltios. Es de color blanco debido a que pasan voltajes no peligrosos para el usuario o reparador. Según la tabla del anexo apartado cable 4 y 10 Amperios de características técnicas el cable debe tener una sección de 1 mm2. En la figura 12.4 se muestra este cable.

Figura 12.4: Vista de cable blanco 10 Amperios. 12.5. Cable de datos. Ante la gran cantidad de cables que hay en la central surge el problema de cómo ubicarlos sin ocupar demasiado espacio. La mayoría de estos cables son cables que transmiten señales de muy baja intensidad (menor a 0,3 amperios), estos son los cables que se han agrupado en cables de datos. Estos cables de datos son cables utilizados en la instalación de interfonos en comunidades de vecinos. Como se puede apreciar en el anexo apartado Cables interfono estos cables tienen una sección de 0,51 mm2, la misma sección que los cables telefónicos, por lo que pueden pasar una intensidad de 1,5 A. En la central hay dos tipos de cables de datos, unos de 8 hilos y otros de 10, figura 12.5. Cable datos 8 cables Cable datos 10 cables

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Figura 12.5: Vista de cable de datos 8 y 10 cables. Estos cables están identificados con un número y cada conector está conectado según la tabla de equivalencias 11.4. Tabla 11.4 Tabla de pines conectados a los cables de datos. CD1 CD2 CD3 CD4 CD5 Negro TMP1H SQ1 T1vout FanAdm + BREL

GENVAP Amarillo TMP1C SQ2 T4vout SN3H DT Rojo TMP2H SOVI T5vout T2vout ST Verde TMP2C SPNA T9vout T3vout SN1H Gris TMP3H SN3L T10vout T8vout LDR out Blanco TMP3C SN3M T11vout T14vout Marrón TMP4H SN2vmin T12vout T16vout Azul TMP4C SN2VL T13vout T19vout CD7 CD14 CD15 Negro 0 V B1 FM1 Amarillo 0 V B2 FM2 Rojo 5 V B3 FP1 Verde T6vout B4 FP2 Gris T7vout L1 FP3 Blanco FP8 + L2 Libre Marrón FG2+ L3 Libre Azul FG1+ L4 CControl ok CD8 CD9 CD10 CD11 CD12 Negro B14 L63 L24 L25 L37 Amarillo B15 L54 L21 L28 L33 Rojo B16 L55 L20 L26 L18 Gris B17 L56 L19 L27 L43 Blanco B18 L57 L9 B9 L39 Marrón B19 L58 L10 B10 L35 Azul B20 L59 L48 B11 L46 Rosa B21 L60 L29 L47 L42 Lila B22 L61 L30 B7 L44


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Naranja L53 L62 L31 L41 L45 CD13 CD16 CD17 CD18 CD19 Negro L50 L13 L52 B24 T1M Amarillo L23 L5 L53A B25 T2M Rojo L32 L6 B5 B26 T3M Gris L12 L7 B6 FP1M T4M Blanco L11 L8 B8 FP2M T5M Marrón L38 L15 B12 FP3M T6M Azul L40 L16 B13 FP4M T7M Rosa L14 L17 REO FP5M T8M Lila L34 L22 PRODCENT FP6M T10M Naranja L36 L51 B23 FP7M T11M CD20 CD21 CD22 CD 23 CD Negro T12M FP8M T4 T15 Amarillo T13M FM1M T5 T16 Rojo T14M FM2M T7 T17 Gris T15M FG1M T8 T18 Blanco T16M FG2M T9 Marrón T9M RPM1 T10 Azul T17M RPM2 T11 Rosa T18M FP ON T12 Lila T19M L49 T13 Naranja T20M FG ON T14 FPxM va conectado a FPx ( ya que m simboliza que proviene del cuadro de mandos) TxM va conectado a Tx ( ya que es el conector de temperaturas de cuadro de mandos).

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CAPÍTULO 13:

CONEXIONES

Para realizar las conexiones de forma fácilmente desmontable, para poder reparar con facilidad los elementos, pero a la vez segura, se han utilizado regletas de conexión.

13.1. Tipos de regletas. Para minimizar costes de la maqueta, las regletas se han subdividido en 2 tipos de regletas.

• Regletas de 6 Amperios paso 8 mm sección 1,4 mm2, con características técnicas Anexo apartado Regleta 6 A

• Regletas de 10 Amperios paso 10 mm sección 2,5 mm2, con características técnicas Anexo apartado Regleta 10 A, en el apartado de conexionado están marcadas en la tabla con azul.

Los tipos de regleta utilizados ya se han especificado en cada circuito.

13.2. Ubicación regletas. Las regletas han sido atornilladas a los distintos puntos de la central. Estos distintos puntos se expresan en la figura 13.1 para las regletas que están encima de la mesa, y en la figura 13.2 en las regletas sub mesa.


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Figura 13.1: Ubicación regletas Central.

Figura 13.2: Ubicación regletas sub mesa central. 13.3. Conexionado regletas. En las regletas mostradas en el apartado anterior se conectan los pins mostrados en la tabla 13.1. (Los pines se cuentan de izquierda a derecha y de arriba a abajo), además las regletas llevan marcadas el punto de inicio del contaje para evitar confusiones. Tabla 11.4 Conexionado regletas. Regleta 1 Regleta 2 Regleta 3 Regleta 4 Regleta 5 1 FAN ADM - BOMBA

PRINCIPAL +

T5 GND T9 VIN 12V

2 T1 VIN T4 VIN T10 VIN 12v 3 T2 VIN T4 VOUT SN3 + T11 VIN 12v 4 T3 VIN SN2 V+ T5 VIN T12 VIN 12v

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5 FAN ADM +

BOMBA PRINCIPAL -

T5 VOUT T9 GND 0v

6 T1 GND T4 GND SN3H T10 GND 0v 7 SN1 V+ SN2vmin SN3M T11 GND 0v 8 T2 GND SN2vl SN3L T12 GND 0v 9 T3 GND FM2 - LAA+ T9 VOUT 0v 10 T1 VOUT FM2 + LAB+ T10 VOUT 11 T2 VOUT LAAB - T11 VOUT 12 T3 VOUT T12 VOUT 13 SOVI + T13 VOUT 14 SPNA T14 VOUT 15 SN1H T19 VOUT 16 SN1M 17 SOVI - FP2 - 18 DT FP3 - 19 ST FP4 - 20 FP2 + 21 LDR + FP3 + 22 LDR OUT FP4 + 23 T13,14,19

VIN

24 T13,14,19 GND

Regleta 6 Regleta 7A Regleta 7B Regleta 8 Regleta 9A 1 T6 VIN PRE1+ FP1+ BRELE

AMP GEN SOVF -

2 T7 VIN TP1H FP1- AMP GEN SOVF + 3 T6 VOUT PRE- FM1+ AMP GEN REGV FAN

+ 4 T7 VOUT TP1C FM1- BREL

DESCBAT 0 V

5 FP8 + SQ V+ REGV + T15 VIN 6 FG2 + R1 + T15 VOUT 7 FG1 + R1 - BREL

REGV DESC

8 T6 GND SQ1 BAT - AMP REGV 9 FP8 - TP2 H BREL AMP

BAT REGV +

10 T7 GND TP2 C BAT+ GENEXT+ 11 FG2 - R2+ AMP BAT T1 Y T2 + 12 FG1 - R2 - AMP BAT 13 TP3 H GENERAL

+

14 TP3 C GENERAL - 15 TP4 H GEN EXT - 16 TP4 C T1 Y T2 - 17 SQ2


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18 PRE2 + 19 PRE2 - 20 T8 Y T16

VIN

21 T8 GND 22 T8 VOUT 23 T16 GND 24 T16 VOUT Regleta 9B Regleta 10 Regleta 11 Regleta 12

A Regleta 12 B

1 0 V ENCHUFE ~230 V

BOMBA RETORNO +

FP4 - 5 V

2 5 V GEN EXT ~230 V

BOMBA RETORNO -

FP5 - 5 V

3 12 V GENVAP ~230 V

SN4 H FP6 - 5 V

4 ENCHUFE ~230 V

SN2vmin FP7 - 5 V

5 GEN EXT ~230 V

SN2vl FP4 + 5 V

6 GENVAP ~230 V

SN4L FP5 +

7 +12 V 12 V FP6 + 8 0 V FP7 + 9 BREL GEN

VAP

Regleta

13A Regleta 13 B

1 0 V +12 CLAUSOR 2 0 V +12 CLAUSOR 3 0 V +12 CLAUSOR 4 0 V +12 CLAUSOR 5 0 V +12 CLAUSOR 6 0 V +12 CLAUSOR 7 0 V +12 CLAUSOR 8 0 V +12 CLAUSOR 9 0 V +12 CLAUSOR 10 0 V +12 CLAUSOR 11 0 V +12 CLAUSOR 12 0 V +12 CLAUSOR Se han utilizado 154 terminales de regleta de 6A y 45 terminales de regleta de 10 A. Se han marcado en azul las regletas que son de 10 Amperios y en negro las de 6 Amperios.

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CAPÍTULO 14:

PROTOCOLOS

Los protocolos son los pasos estipulados para el correcto funcionamiento de la central. Estos protocolos son los siguientes:

• Llenado depósito combustible. • Llenado torre de refrigeración. • Llenado depósito reserva. • Engrase. • Bombeo manual. • Encendido de quemadores. • Puesta en marcha • Desconexión.

A continuación explicaremos detalladamente estos protocolos.

14.1. Llenado depósito de combustible. Para proceder al llenado del depósito de combustible hay que cerciorarse que la llave de paso C esté cerrada, tanto si la central está parada o en funcionamiento. Ya que si no el alcohol por el efecto de la presión producida en el llenado saldría por los quemadores produciéndose un desborde de alcohol. El siguiente paso consiste en quitar el tapón B para poder permitir la salida de aire que se produce en el llenado. Finalmente hemos de abrir el grifo A e introducir el útil de llenado en D. Rellenar el depósito con cuidado de no rebosar. Una vez lleno se procede a tapar el tapón B, y si la central está en funcionamiento se deja abierto el grifo A para que pueda entrar el aire, y si no está en funcionamiento cerrar el grifo A.


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Figura 14.1: Protocolo llenado de combustible.

14.2. Llenado torre de refrigeración Para proceder al llenado de la torre de refrigeración es obligatorio que la central esté con el botón de clausor encendido, para que el indicador de nivel de agua esté activo. El siguiente paso consiste en quitar el tapón marcado con una A en la figura 14.2. Y rellenar hasta que se encienda la luz verde del sensor. Una vez llenado cerrar el tapón A.

Figura 14.2: Protocolo llenado de torre de refrigeración.

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14.3. Llenado depósito reserva. Para proceder al llenado del depósito de reserva es obligatorio que la central esté con el botón de clausor encendido, para que el indicador de nivel de agua esté activo. El siguiente paso consiste en quitar el tapón marcado con una A en la figura 14.3. Y rellenar hasta que se encienda la luz verde del sensor. Una vez llenado cerrar el tapón A.

Figura 14.3: Protocolo llenado de depósito reserva. 14.4. Engrase. Antes de poner en marcha las turbinas se deben engrasar, y una vez puestas en marcha se deben realizar OBLIGATORIAMENTE todos los engrases que pida el circuito de engrase, ya que una falta de lubricación en las turbinas puede tener efectos nefastos. El engrase se realiza abriendo el tapón del botellín A, succionando 1ml de aceite con la jeringa hipodérmica de 2ml. Quitando los tapones de B y C, introduciendo 0,5 ml en cada orificio y volviendo a tapar los orificios B y C. Este tapón está para que debido a la presión interna que se genera durante su funcionamiento no se salga el aceite.


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Figura 14.4: Protocolo engrase turbinas.

14.5. Bombeo manual. En caso de encenderse el LED de fallo de bomba y estar la central en funcionamiento, se debe proceder al protocolo de bombeo manual de agua para impedir que la caldera se quede sin agua. Para ello debemos utilizar la jeringa de 50 ml con el aplicador para uniones hipodérmicas. El primer paso consiste en quitar el tejado marcado con la letra B, el cual está preparado para que salga tirando de él, ya que lleva unos pasadores. Está diseñado así para que en caso de necesitar realizar este protocolo no perder tiempo desatornillando el tejado. Una vez extraído el tejado abrimos la válvula de seguridad de presión de la central, para eliminar toda la presión y facilitar el bombeo. El siguiente paso consiste en extraer 50 ml del purgador A. Una vez extraídos insertamos la jeringa en el purgador marcado con una C. Abrimos el grifo de C e introducimos los 50 ml de agua. Una vez introducidos cerramos el grifo C y quitamos la jeringa. Y repetimos el proceso para asegurarnos que no se encienda la luz de nivel bajo de agua en calderín.

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Figura 14.5: Protocolo bombeo manual. 14.6. Encendido de quemadores Ya que los quemadores principales tal y como se ha explicado anteriormente necesitan estar a una temperatura de 78ºC para su correcto funcionamiento necesitan ser precalentados. Para el encendido de los quemadores primero debemos cerciorarnos que la llave de combustible general está abierta, y el grifo del depósito de combustible (figura 14.1 marcado con una A) está abierto para permitir la entrada de aire. Una vez realizados estos pasos procedemos a abrir el grifo del alcohol del pre calentador a encender 5 segundos. Pasado este tiempo cerramos el grifo y procedemos a pulsar 5 segundos el botón de la resistencia de encendido. Pasado este tiempo soltamos el botón de la resistencia de


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encendido y miramos si se ha encendido el LED indicador de fuego. Si no se ha encendido volvemos a pulsar otros 5 segundos la resistencia de encendido. Si no se ha encendido volvemos a abrir el grifo otros 5 segundos. Y así repetimos un máximo de 4 veces o hasta que se encienda el pre calentador. Más de 4 veces no se puede desbordar el alcohol. Una vez el precalentador está encendido esperamos a que la luz de temperatura correcta del quemador nos indique que hemos llegado a la temperatura de 78 ºC. Una vez hemos llegado procedemos a abrir el grifo del quemador al 100% y pulsamos la resistencia de encendido del quemador 5 segundos. Tras este periodo de tiempo debería de haberse encendido el quemador, en caso de que no se encendiera volver a abrir al 100% el grifo del quemador otros 5 segundos y pulsar el botón de encendido de la resistencia. Una vez encendido el quemador regular el paso de alcohol con el grifo según la potencia deseada.

14.7. Puesta en marcha Para la correcta puesta en marcha de la central se deben de seguir una serie de pasos:

• Insertar los fusibles del circuito de unión, (el circuito de unión se encuentra enfrente de la torre de refrigeración), ver figura 14.6 rodeados con círculo rojo.

Figura 14.6: Fusibles circuito unión.

• En caso de estar la batería descargada enchufar la central a una toma de corriente externa y verificar en el cuadro de mandos que esté conectado el generador externo.

• Conectar el botón de encendido general de la central B14, (figura 14.7 rodeado con un círculo azul).

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Figura 14.7: Botón encendido general.

• Comprobar/rellenar el depósito de combustible según su protocolo. • Comprobar/rellenar la torre de refrigeración según su protocolo. • Comprobar/rellenar el depósito de reserva según su protocolo. • Realizar el engrase de las turbinas según su protocolo. • Realizar los test. • Abrir el grifo de turbina que va a ser puesta en funcionamiento, ( o

ambas). • Proceder al encendido de quemadores según su protocolo, o al

encendido de la resistencia generadora de vapor.

14.8. Desconexión. Para proceder a la desconexión se debe realizar según el siguiente protocolo. El primer paso consiste en quitar el botón de resistencia generadora de vapor, o proceder al corte de combustible. Mantener el paso de vapor a las turbinas abierto, y vigilar los niveles de agua y el cuadro de mandos como si la central estuviera en funcionamiento. Esto es debido a que aún hay calor residual dentro del edificio de contención, y fuego ya que los quemadores no dejan de quemar al instante de cortarles el flujo de alcohol. JAMÁS desconectar la alimentación eléctrica, ya que si no la central no controlaría los parámetros de temperatura y niveles de agua, ni sería capaz de bombear agua en caso de falta de agua. Mantener la central así 30 minutos. Una vez pasado este tiempo, ya se puede desconectar el botón cláusor, (se apagará el cuadro de mandos, pero la central tiene la capacidad de bombear agua en caso de necesidad). Finalmente después de 1 hora ya se puede cerrar el flujo de vapor a las turbinas y quitar los fusibles del circuito de unión.


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CAPÍTULO 15:

NORMATIVA

En el estudio de nuestra central nos afectan las siguientes normativas de la tabla 15.1. Tabla 11.4 Normativas a cumplimentar.

Jaume Morera Luque

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Nos afecta la ley BOE A 2009 1964 (es la que substituye a la Directiva Europea 97/23/CE) ya que se ven obligadas a cumplirla todas las instalaciones/ maquinarias que operen con una presión superior a 0,5 bar (Artículo 1.2). En el artículo 4.3 nos obligan a que la descarga de las válvulas de seguridad estén en un lugar seguro, nuestra válvula está dotada de una chimenea de descarga para tal efecto. Anexo II. Debido a que el volumen de la caldera es muy pequeño no llegamos a las especificaciones que nos piden los puntos 1.a y 1.b, por lo que quedamos exentos de realizar memoria obligatoria por ley. El punto 1a pide que el producto de presión por volumen de caldera sea inferior a 25000, y el punto 1.b que sea inferior a 10000, y tal y nuestra caldera tiene un valor de 4,5. No debemos de hacer pruebas hidrostáticas ya que no entramos a las especificaciones del Anexo II. ITC EP1 Según el ITC EP1( substituye al ITC MIE AP1) Capítulo 1 Artículo 1 punto e están exentas de cumplir el ITC las calderas con: "Las de fluido térmico con Pms x Vi < 200 si Tms >120 ºC o con Pms x Vi < 2.000 si Tms £ 120 ºC (Pms: presión máxima de servicio en la instalación expresada en bar, Vi: volumen total en litros de la instalación y Tms: temperatura máxima de servicio") Nuestra caldera tiene una temperatura superior a 120ºC pero el producto 5(?c, = 3 ∗ 1,5 = 4,5 Por lo que quedamos exentos de su cumplimiento. UNE 9001 Nos explica los estándares de calidad que debe tener el diseño del producto, es una norma muy genérica. UNE 9075 El agua del fluido debe estar en disposición de cumplimentar esta normativa, aunque en esta central no disponemos de elementos para saber concentraciones de contaminantes. Por lo que se utilizará agua destilada de calidad, y se irá renovando a la que se aprecie un mínimo de suciedad o cambio de tonalidad en el agua. UNE 9-100 En cuanto a la norma UNE 9-100 habla del diseño de válvulas de seguridad, al haber comprado una válvula homologada todos estos requisitos ya han sido estudiados por parte del fabricante y superados. En cuanto a la cumplimentación de Dispositivos vigentes de combustión, previo a la comercialización se debería de estudiar si hay legislación para tan baja potencia, y en el caso de que la hubiera hacer un estudio de contaminantes de la combustión.


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ITC EP2 ITC EP2( substituye al ITC MIE AP2) es de obligado cumplimiento para centrales generadoras de electricidad de más de 50 MW, obviamente no llegamos a rebasar ese requisito. Hay que destacar que la normativa es bastante ambigua en el diseño, ya que nos obliga a utilizar factores de seguridad los cuales permitan el correcto funcionamiento del elemento, pero no nos especifica cuáles. Aunque tal y como se ha comprobado en los cálculos de los distintos apartados utilizamos factores de seguridad muy elevados, con lo que la instalación funciona muy poco solicitada. Además de la válvula de sobrepresión esta central dispone de sensores de nivel, presostato, sensores de temperatura, y un edificio de contención. Todos estos elementos hacen que la seguridad de la central esté sobredimensionada, ya que hay muchos sistemas redundantes de seguridad. Aunque esta sobre seguridad viene dada del hecho de que no se pueden apagar los quemadores instantáneamente y que debido a la presencia del edificio de contención hay gran cantidad de calor acumulado dentro que hace que la ebullición del vapor no cese instantáneamente desde que cortamos el flujo de entrada de calor. En cuanto a electricidad como la central opera a 12 voltios no nos afecta ninguna normativa.

Jaume Morera Luque

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CAPÍTULO 16:

ACCESORIOS

Se suministraran los siguientes accesorios junto a la central, estos accesorios sirven para facilitar, o para poder hacer las funciones anteriormente nombradas en los protocolos. Estos accesorios irán guardados en el cajón de la central. Los accesorios que se proveen son:

• Útil para el relleno de combustible. • Útil para el relleno de agua. • Jeringa hipodérmica 2 ml. • Jeringa hipodérmica 50 ml.

A continuación se detallarán estos accesorios.

16.1. Útil para el relleno de combustible. Este útil consta de una botella de 500 ml de capacidad, con un adaptador para permitir el rellenado fácil del depósito de alcohol de la central. Este conjunto puede verse en la figura 16.1.

Figura 16.1: Útil para el relleno de alcohol, vista real y Solidworks.


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16.2. Útil para el relleno de agua. Este útil consta de una botella de 1L de capacidad, con un adaptador para permitir el rellenado fácil del depósito de reserva de agua y de la torre de refrigeración. Este conjunto puede verse en la figura 16.2.

Figura 16.2: Útil para el relleno de agua, vista real y Solidworks. 16.3. Jeringa hipodérmica 2ml. Este accesorio se utilizará tal y como se ha expresado en el apartado 14.4 para el engrase de las turbinas, consta de una jeringa sin aguja 2ml Luer Central. En la figura 16.3 se puede apreciar.

Figura 16.3: Jeringa hipodérmica 2ml.

Jaume Morera Luque

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16.4. Jeringa hipodérmica 50ml. Este accesorio se utilizará tal y como se ha expresado en el apartado 14.5 para el bombeo manual, consta de una jeringa sin aguja 50ml Luer Lock. En la figura 16.4 se puede apreciar.

Figura 16.4: Jeringa hipodérmica 50ml.


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CAPÍTULO 17:

ESTUDIO DE MERCADO

Este producto es un producto de tirada muy corta, ya que tal y como se ha comentado en el apartado de definición del producto. Se prevén hacer 10 unidades de esta central, por lo que los gastos de ingeniería se dividirán en estas 10 centrales. Debido a que es una tirada muy corta el fabricado es bastante artesanal, ya que no es rentable automatizar la producción para tan pocas unidades. En un caso posterior que se reclamaran más cantidad de unidades sí que se automatizaría la producción para reducir costes. Tal y como se puede ver en el presupuesto la partida de electrónica encarece mucho la maqueta ya que cuesta 4300 euros de los 20113 que vale la maqueta. Esto es debido a que es muy caro producir circuitos electrónicos para pocas unidades, ya que la parte más cara es preparar la maquinaria para hacer un circuito determinado, pero luego producir muchas unidades de un mismo circuito es más económico. En el diseño aunque la parte de electrónica tenga un peso importante no se han eliminado circuitos ya que son esenciales para el funcionamiento de la central, ya que gran parte de ellos son de seguridad. Y en caso de que no los hubiera la central podría convertirse en peligrosa. Para promocionar el producto ya que es un producto de tirada corta se utilizarán métodos gratuitos. Se utilizaran tres métodos. El primer método será colgar videos de su funcionamiento en Youtube para que se dé a conocer el producto, y al verlo en funcionamiento sea más atractivo al comprador. El segundo método consistirá en hacer publicaciones en foros de ingeniería o foros técnicos, ya que en estos foros es habitual el registro de gente a la cual le puede interesar esta maqueta. Finalmente el tercer método consiste en la creación de una pequeña página web interactiva dónde se muestren videos de la central, y además el usuario pueda ver un pequeño resumen de qué consta la central y especificaciones técnicas.

Jaume Morera Luque

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CAPÍTULO 18:

VÍDEOS

FUNCIONAMIENTO

18.1. Simulación alarma térmica. En este vídeo, nombrado simulación alarma térmica, se comprueba el funcionamiento de las alarmas térmicas. En el vídeo se observa que calentando el sensor de temperatura del regulador de voltaje, una vez superamos el valor consigna (70 ºC), se enciende el LED de exceso de temperatura. Además gracias al circuito de control este enciende automáticamente el ventilador del regulador de voltaje para enfriar el componente.

18.2. Iluminación. En este vídeo, nombrado iluminación, se comprueba el funcionamiento de la iluminación de la central. Se aprecia el funcionamiento de las luces SOV, tanto fijas como intermitentes, farolas grandes y medianas y pequeñas. También se muestra que estos grupos de farolas pueden ser conectados y desconectados independientemente.

18.3. Estado de alarma. En este vídeo, nombrado estado de alarma, se muestra la central en un estado de alarma por fallo en caldera. Este vídeo fue grabado durante una de las pruebas de funcionamiento que se han hecho a la central. En esta prueba hubo una avería por la cual el calderín se quedó sin el nivel mínimo de agua, por lo que la central entró en estado de alerta, ( cortando generación de vapor, flujo de combustible y emitiendo pitidos). Este video se muestra para ilustrar la central cuando entra en estado de alarma.


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18.4. Torre refrigeración.

En este vídeo, nombrado torre refrigeración, se muestra la torre de refrigeración emitiendo vapor durante el funcionamiento de la central.

18.5. Turbinas carga/libre.

Las turbinas son el aspecto que se debe mejorar de la maqueta. El hecho de haber sido hechas artesanalmente hace que no sean tan precisas como en el diseño ( ya que no se ha podido disponer de fresa y torno). Este hecho hace que haya fugas de vapor a través de la carcasa y el cuerpo de la turbina. Además el rendimiento de las turbinas de la maqueta no es el esperado ya que producen poca potencia. Este hecho será mejorado en la maqueta para que sea más fiel al diseño y por lo tanto con mayor rendimiento. Por ahora a falta de esta mejora se observa que la turbina en el video turbina en carga, como no es capaz de mover al generador durante mucho tiempo, esto es debido a que consume más vapor del que puede generar, por lo que la presión desciende y se acaba parando la turbina. En cambio en el video turbina libre se muestra la turbina girando sin el generador, en este video se observa que la turbina gira adecuadamente y es estable con el tiempo, es decir, por mucho tiempo que pase conectada no cae la presión y la turbina no se acaba parando.

18.6. Funcionamiento general.

En este vídeo, nombrado funcionamiento general, se muestra la central durante el funcionamiento habitual, y se intentan enfocar todos los sistemas en funcionamiento que constan la central.

18.7. Funcionamiento general con salida

externa.

En este vídeo, nombrado funcionamiento general con salida externa, se muestra la central durante el funcionamiento habitual y se muestra un consumo de electricidad, el cual es un tren de escala 1:87 Märklin. Se destaca que en la maqueta a falta de mejoras en la turbina que consigan acercar el rendimiento al rendimiento del diseño, la corriente producida no es la suficiente para poder alimentar los 30W que consume el tren. Este aspecto se solucionará en la maqueta para que sea capaz de producir los 54 W de diseño. En el video se aprecia que el tren no se pone en funcionamiento hasta que no se conecta la salida externa de la central, una vez conectada la velocidad del tren es lenta por la falta de potencia citada anteriormente, y el tren se para al desconectar la salida externa.

Jaume Morera Luque

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CAPÍTULO 19:

CONCLUSIONES

El hecho de haber construido la central físicamente nos verifica que el diseño de la central es bueno. Ya que comprobamos que funciona sin que se produzcan efectos no contemplados en el diseño que hagan que la central sufra averías. También verificamos que la decisión en cuanto a materiales es correcta ya que ninguno colapsa, o se produce una rotura por efecto de la temperatura. El aspecto que se debe mejorar en la maqueta son las turbinas, ya que se han hecho de manera artesanal, con lo que no han sido fabricadas igual de precisas que en el diseño, por lo que tienen fugas de vapor y bajo rendimiento. Con un presupuesto mayor y pudiendo haber hecho las turbinas con la misma precisión que en el diseño el problema de las fugas de vapor podría evitarse y ganar rendimientos.


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CAPÍTULO 20:

BIBLIOGRAFÍA DE

CONSULTA

Atkins Jones. Principios de Química. Ed: Panamericana 3ª Edición. Yunus A. Cengel Michael A. Boles. Termodinámica. Ed: Mc Graw Hill 6ª Edición. Paul A. Tipler Gené Mosca. Física para la cienca y la tecnología Vol I. Ed: Reverté 5ª Edición. Paul A. Tipler Gené Mosca. Física para la cienca y la tecnología Vol II. Ed: Reverté 5ª Edición. Frank M. White. Mecánica de Fluidos. Ed: Mc Graw Hill 6ª Edición. William D. Callister Jr. Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales Vol I . Ed: Reverté William D. Callister Jr. Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales Vol II . Ed: Reverté Pedro Fernández Díez. Libro Centrales Térmicas. (libro digital http://es.libros.redsauce.net/index.php?folderID=3).

Presupuesto



ESCALA REDUCIDA”





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SUMARIO PRESUPUESTO

Sumario Presupuesto .............................................................................. 1

Capítulo 1: Presupuesto ....................................................................... 2

1.1. Elementos de nueva construcción plásticos ..................................... 3

1.2. Elementos de nueva construcción madera ...................................... 3

1.3. Elementos nueva construcción metal .............................................. 4

1.4. Elementos nueva construcción cerámicos ....................................... 5

1.5. Elementos comprados .................................................................. 5

1.6. Circuitos electrónicos ................................................................... 6

1.7. Elementos normalizados ............................................................... 8

1.8. Costes Pintura ............................................................................. 9

1.9. Costes ingeniería ......................................................................... 9

1.10. Presupuesto total ...................................................................... 10

Jaume Morera Luque

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CAPÍTULO 1:

PRESUPUESTO

En este capítulo explicaremos el presupuesto de la maqueta. Para facilitar la comprensión se ha dividido en diez puntos, los puntos son los siguientes:

• Elementos nueva construcción plástico. • Elementos nueva construcción madera. • Elementos nueva construcción metal. • Elementos nueva construcción cerámicos. • Elementos comprados. • Circuitos electrónicos. • Elementos normalizados. • Pintura. • Ingeniería. • Presupuesto total

Disseny i construcció d'una maqueta d'una central tèrmica demostrativa a escala reduïda

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1.1. Elementos de nueva construcción plástico

En los precios se incluye la parte proporcional de mano de obra

Elemento Unidades Precio/Ud. (€) Precio (€)

Conjunto rellenador alcohol 1 3,40 3,40

Conjunto rellenador agua 1 8,00 8,00

Depósito Reserva 1 24,00 24,00

Entrada depósito reserva 1 12,00 12,00

Filtro 2 22,50 45,00

Sensor de Nivel DR 1 15,00 15,00

Depósito Combustible 1 12,00 12,00

Depósito entrada reserva 1 9,50 9,50

Junta Torre refrigeración 1 35,00 35,00

Sensor Nivel Torre refr 1 20,00 20,00

Depósito aceite 1 8,00 8,00

Protector tubo vapor 1 39,60 39,60

Protector turbina 2 35,00 70,00

Tapones depósito 4 2,00 8,00

TOTAL 309,50

1.2. Elementos de nueva construcción madera

En los precios se incluye la parte proporcional de mano de obra


Conjunto admisión 1 20,00 14,00

Conjunto cajón submesa 1 115,00 115,00

Conjunto corte combustible 1 35,00 35,00

Edificio cuadro mandos 1 600,00 600,00

Conjunto depósito reserva 1 40,00 40,00

Edificio bomba 1 85,00 85,00

Edificio Circuitos B 1 50,00 50,00

Edificio circuito A 1 60,00 60,00

Edificio depósito combustible 1 115,00 115,00

Entrada torre de 1 50,00 50,00

Jaume Morera Luque

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refrigeración

Purgador 2 20,00 40,00

Zona turbinas 1 140,00 140,00

Soportes circuitos externos 1 225,00 225,00

Soporte Generador externo 1 35,00 35,00

Soporte circuito vapor 1 15,00 15,00

Conjunto mesa 1 175,00 175,00

TOTAL 1800,00

1.3. Elementos de nueva construcción metal

En los precios se incluye la parte proporcional de mano de obra.


Conjunto quemadores 1 55,00 55,00

Conjunto sobrecalentador 1 45,00 45,00

Eliminador vapor líquido 1 12,00 12,00

Protector antifuego 1 4,00 4,00 Conjunto intercambiador térmico calderín 1 50,00 50,00

Soportes Caldera 1 35,00 35,00 Soportes sensor temperatura 20 1,10 22,20

Tuberías Edificio Bomba 1 27,50 27,50

Farola grande 2 25,00 50,00

Farola mediana 2 15,00 30,00

Farola pequeña 8 10,00 80,00

Soportes mesa 7 15,00 107,5

Soporte edificio contención 1 98,00 98,00

SOV 2 25,00 50,00

Turbina pequeña 1 500,00 500,00

Turbina grande 1 800,00 800,00

Entrada vapor turb grande 1 60,00 60,00

Entrada vapor turb pequeña 1 40,00 40,00

Salida vapor caldera 1 150,00 150,00

Escape vapor 1 44,00 44,00

TOTAL 2260,20


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1.4. Elementos de nueva construcción cerámicos

En los precios se incluye la parte proporcional de mano de obra.


Edificio contención parte superior

1 75,00 75,00

Edificio contención parte inferior

1 65,00 65,00

Paredes Laterales edificio contención 1 90,00 90,00

Torre refrigeración 1 200,00 200,00

TOTAL 430,00

1.5. Elementos comprados.


Sonda calderín 2 20,00 40,00

Calderín Poltti 1 65,00 65,00

Imán neodimio 1 3,00 3,00

Electroimán CC 1 12,00 12,00

LED 5 mm translúcido 66 0,10 6,60

LED 5 mm blanco 78 0,20 15,6

Micropulsador 22 0,30 6,60

Ventilador 70 mm 2 23,38 46,76

Multímetro 2 6,50 13,00

Interruptor general 2 2,50 5,00

Selector Rotativo 5 4,50 22,5

Embellecedor selector 5 2,00 10,00

Reloj presión 1 32,00 32,00

Grifo 1/2 2 14,00 28,00

Bomba principal 1 44,00 44,00

Bomba retorno 1 18,00 18,00

Escuadra 20 1,50 30,00

Generador 1 1 25,00 25,00

Generador 2 1 45,00 45,00

Transformador fuente 1 40,00 40,00

Transformador gen ext 2 12,00 24,00

Jaume Morera Luque

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Disipador Reg V 13,5 1 27,00 27,00

Disipador Reg V 4,5 1 9,50 9,50

Regleta 6 A 20 1,10 22,00

Regleta 10 A 10 1,75 17,5


Cable telefónico (m) 90 0,30 27,00

Cable 4 A 30 0,50 15,00

Cable 10 A 10 1,00 10,00

Cable datos 40 0,40 16,00

Cable resistencias encendido 1 1,50 1,50

Protector cable ignífugo 12 0,50 6,00

TOTAL 683,56

1.6.Circuitos electrónicos

El precio incluye el precio de los componentes, la construcción del circuito impreso y el ensamblado de componentes. Los precios de los circuitos son elevados ya que la tirada es corta, en caso de hacer mayor tirada de circuitos esta partida se puede rebajar notablemente.


Amperímetro 1 150,00 150,00

Voltímetro 1 115,00 115,00

Circuito Bomba 1 70,00 70,00 Circuito resistencia generadora 1 80,00 80,00

Amplificador sensor agua 1 120,00 120,00

Báscula Botones 1 120,00 120,00

Batería 1 55,00 55,00

Bomba retorno 1 85,00 85,00

Cláusor 1 45,00 45,00

Condensadores 1 95,00 95,00

Control lumínico 1 80,00 80,00

Circuito Control parte 1 1 300,00 300,00

Circuito de control parte 2 1 250,00 250,00

Circuito control 1 80,00 80,00


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temperaturas 45 ºC

Circuito control temperaturas 70 ºC 1 160,00 160,00 Circuito control temperaturas 110 ºC 1 80,00 80,00

Corte combustible 1 75,00 75,00

Desconexión relé 1 65,00 65,00

Engrase 1 65,00 65,00

Generador externo 1 105,00 105,00 Circuito panel control parte 1 1 130,00 130,00 Circuito panel control parte 2 1 270,00 270,00 Circuito panel control parte 3 1 190,00 190,00

Circuito rectificador 13,5 V 1 175,00 175,00

Circuito rectificador 4,5 V 1 75,00 75,00


Circuito resistencias encendido

1 80,00 80,00

Circuito SOV 1 75,00 75,00

Circuito Bomba 1 70,00 70,00

Circuito unión alimentación 1 80,00 80,00

Fuente corriente externa 1 220,00 220,00

Generador turbinas 1 140,00 140,00

Punto 0,5 v 1 15,00 15,00

Tests 1 185,00 185,00

Tacómetro 1 145,00 145,00

Amplificador sensor fuego 1 95,00 95,00

Selector multímetro 1 90,00 90,00

Preparación multímetro 1 75,00 75,00

Total partida circuitos 4305,00

Jaume Morera Luque

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1.7. Elementos normalizados


Válvula sobrepresión 1 12,000 12,000

Presostato 1 17,000 17,000 Tornillo ISO - M4 x 25 rosca madera 50 0,025 1,25 Tornillo ISO - M3 x 25 rosca madera 147 0,023 3,38 Tornillo ISO - M3 x 10 rosca madera 175 0,015 2,62 Tornillo ISO - M4 x 40 rosca madera 8 0,035 0,228 Tornillo ISO - M4 x 40 + tuerca hexagonal ISO M4 16 0,050 0,8 Tornillo ISO - M3 x 10 + tuerca hexagonal ISO M3 22 0,025 0,55 Tornillo ISO - M4 x 15 + tuerca hexagonal ISO M4 36 0,040 1,44 Tornillo ISO - M4 x 30 + tuerca hexagonal ISO M4 12 0,045 0,54 Tornillo ISO - M4 x 10 + tuerca hexagonal ISO M4 4 0,035 0,14 Tornillo ISO - M2,5 x 16 rosca madera 90 0,020 1,8

TOTAL 41,75


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1.8.Pintura

En los costes debidos a mano de obra vienen incluidos el material necesario para realizar el pintado, brochas, pinceles, disolventes de limpieza, plásticos de enmascarado y protectores.


Pintura OXIRON forja 1 19,00 12,000

Pintura OXIRON liso 4524 burdeos 1 17,00 17,000 Pintura TITANLUX verde mayo 559 1 6,25 6,25 Barníz Valentine poliuretano brillante incoloro 1 10,20 10,20 Pintura TITANLUX azul marino 551 1 6,25 6,25

Mano de obra pintura (h) 40 30,00 1200

TOTAL 1751,70

1.9.Costes de ingeniería

Concepto Horas Precio hora (€) Coste (€)

Diseño y cálculo de elementos 300 25,00 7500,00 Diseño y verificación circuitos electrónicos 350 25,00 8750,00

Diseño Solidworks 100 25,00 2500,00 Decisión y búsqueda elementos comprados 50 25,00 1250,00

Licencia Solidworks 0,1 9000 900,00

Licencia Livewire 1 45,00 45,00

Ejecución de planos 25 20,00 500,00

Redacción del proyecto 40 20,00 800,00

TOTAL 22245,00 Este presupuesto total de ingeniería se dividirá entre las 10 maquetas que se esperan hacer, por lo que el total de presupuesto por maqueta será de 2224,5€.

Jaume Morera Luque

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1.10.Presupuesto total

Concepto Coste (€)

Elementos de nueva construcción plásticos

309,5

Elementos de nueva construcción metal

1800,00

Elementos de nueva construcción cerámicos

2260,2

Elementos comprados 430,00

Circuitos electrónicos 4305,00

Elementos normalizados 41,75

Montaje 1000,00

Pintura 1751,70

Ingeniería prorrateado 2224,50

Beneficio por maqueta 2500,00

21% IVA 3519,84

TOTAL 20113,38

El presupuesto total del proyecto asciende a veinte mil ciento trece con treinta y ocho céntimos.

Central Termica

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