REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

POLITCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL

NCLEO COJEDES

CONSTRUIR CALDERA DIDACTICA PARA LA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA DE LA FUERZA ARMADA, NUCLEO COJEDES

TINAQUILLO 2014

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El incremento de la demanda social de educacin que se ha originado en todo el mundo en las ltimas dcadas, da origen a la masificacin de los centros educativos, donde en aulas convencionales se transmite el conocimiento de acuerdo a las formas y mtodos de enseanza tradicionales; dicho aumento, en parte se debi al crecimiento importante de la poblacin a nivel mundial, denominado explosin demogrfica.

La situacin actual que vive Venezuela en estos momentos, demanda con urgencia cambios fundamentales en el sector educativo, por ser ste el componente intelectual de mayor importancia en la formacin de la fuerza laboral, social y poltica. Es por ello que la educacin en todos sus niveles, especialmente en el universitario, debe plantearse reformas que conlleven una alta calidad y pertinencia de los procesos de enseanza y aprendizaje, para generar respuestas adecuadas a las exigencias sociales.

La Educacin Superior no puede limitarse a una simple preparacin profesional, sino que debe ir hacia una formacin integral que estimule la creatividad y la libertad de pensamiento. Si se desea transformar el sistema educativo para adecuarlo a las exigencias actuales y futuras de la sociedad, es necesario comenzar por cambiar la concepcin de la educacin tradicional y actualizar la formacin del personal docente, no slo en su desempeo sino tambin en su actitud hacia la promocin y estimulacin de un verdadero pensamiento creativo.

Es necesario que los docentes implementen la actividad creadora a travs de la planificacin de mtodos y tcnicas de enseanza que permitan la comprensin, transformacin, innovacin e invencin para asumir de manera diferente los problemas relacionados con un aprendizaje verdadero, significativo y humanstico. La formacin del pensamiento creador en los estudiantes es una tarea compleja y, para su logro, es imprescindible el perfeccionamiento de la planificacin de estrategias acordes con el contexto educativo y social.

Todaaccinformativa persigueel aprendizajede determinados contenidos y la consecucin de unosobjetivos. Sin embargo, no todas lasaccionesconsiguen la misma eficacia. Esto es porque cada accin formativa persigue unos objetivos distintos y requiere la puesta en prctica de unametodologadiferente.

La Universidad Nacional Experimental Politcnica de la Fuerza Armada (UNEFA), especficamente en el Ncleo Cojedes no escapa de esta realidad, por lo cual los alumnos, en vista de carecer de herramientas didcticas para facilitar el aprendizaje, decidieron construir una CALDERA DIDACTICA con la finalidad de utilizarlo en las prcticas de laboratorio y as aprovecharla como material de aprendizaje en diferentes asignaturas.

JUSTIFICACION

Desde el punto de vista educativo este trabajo se considera valioso e importante por constituir un apoyo a la utilizacin de los mtodos didcticos de aprendizaje. Unmtododeaprendizajepuede considerarse como unplanestructurado que facilita y orienta elprocesode enseanza. Podemos decir, que es un conjunto de disponibilidades personales e instrumentales que, en la prctica formativa, deben organizarse para promover el aprendizaje.

Ahora bien, desde al mbito tecnolgico implica un avance en las prcticas de laboratorio, en las cuales los alumnos en lugar de visualizar o imaginar el comportamiento y funcionamiento de una caldera podr verlo en vivo y comprender con mayor facilidad los conceptos, postulados y teoras cientficas.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Construir una caldera didctica para la Universidad Experimental Politcnica de la Fuerza Armada

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Realizar revisiones bibliogrficas que permitan conocer el principio de las calderas

Elaborar el presupuesto de los materiales necesarios para la construccin de la caldera didctica.

Aplicar conocimientos adquiridos para la construccin de la caldera

Realizar los clculos correspondientes para el diseo y construccin de la caldera didctica.

Ensamblar las piezas para la construccin de la caldera didctica.METASRealizar revisiones bibliogrficas que permitan conocer el principio y funcionamiento de las calderas.

Elaborar el presupuesto de los materiales necesarios para la construccin de la caldera didctica.

Efectuar los clculos correspondientes para el diseo y construccin de la caldera didctica.

Ensamblar las piezas que conforman la caldera didctica.Construir la caldera de uso didctico para la Universidad Nacional Experimental Politcnica de la Fuerza Armada, para este fin se dispondr del periodo acadmico en curso

COBERTURA GEOGRFICA Y POBLACIONAL

A razn de este proyecto se beneficiaran los alumnos de la Universidad Nacional Experimental Politcnica de la Fuerza Armada (UNEFA), ubicada en la Avenida Len Miski, Antigua Hilandera, Zona Industrial Textil Buenos Aires, Tinaquillo, Municipio Tinaquillo, pertenecientes a la carrera de Ingeniera Mecnica y alumnos de otras carreras que se encuentren cursando asignaturas que contengan prcticas de laboratorio que tengan competencia con el tema debido a que son escasas las prcticas de laboratorios realizadas por los alumnos.

MARCO TEORICOLas calderas de tubos de agua tuvieron su origen a finales del siglo xviii. la empresa steinmller dise la primera caldera acuotubular, era una caldera con presin de 3 bar y una superficie de calefaccin de 2,5 m. desde entonces, el desarrollo de las calderas acuotubulares ha sufrido un espectacular cambio de rumbo en lo que se refiere a presin y capacidad. en 1927 entr en servicio la primera caldera benson con una capacidad de 30 t/h a 180 bar y 450 c. en los aos sesenta, se disearon calderas supercrticas, con una presin superior a 350 bar y temperaturas de ms de 600 c. en 1970 se consigui una produccin mxima de 1000 t/h. slo 5 aos ms tarde fue posible fabricar calderas de tubos de agua con capacidades de vapor de ms de 2000 t/h. (industriales, 2013)CALDERA La caldera es una mquina o dispositivo de ingeniera diseado para generar vapor. Este vapor se genera a travs de una transferencia de calor a presin constante, en la cual el fluido, originalmente en estado lquido, se calienta y cambia su fase.Una caldera es todo aparato de presin donde el calor procedente de cualquier fuente de energa se transforma en energa utilizable, a travs de un medio de transporte en fase lquida o vapor. La caldera es un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas un set de intercambiadores de calor, en la cual se produce un cambio de fase. Adems, es recipiente de presin, por lo cual es construida en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.las calderas, en sus vertientes de vapor y agua caliente, estn ampliamente extendidas tanto para uso industrial como no industrial, encontrndose en cometidos tales como, generacin de electricidad, procesos qumicos, calefaccin, agua caliente sanitaria, etc. (caballano, 2013)CLASIFICACIN DE LAS CALDERAS clasificacin de calderasegn la presin de trabajo: baja presin : de 0 - 2.5 kg./cm2 media presin : de 2.5 - 10 kg./cm2 alta presin : de 10 - 220 kg./cm2 supercrticas: ms de 220 kg./cm2.segn se generacin: de agua caliente de vapor: -saturado (hmedo o seco) recalentado.segn la circulacin de agua dentro de la caldera: circulacin natural: el agua se mueve por efecto trmico circulacin forzada: el agua se hace circular mediante bombas.Segn la circulacin del agua y los gases calientes en la zona de tubos de las calderas. segn esto se tienen 2 tipos generales de calderas:Pirotubulares o de tubos de humo.Acuotubulares o de tubos de agua.

CALDERAS PIROTUBULARESEn este tipo, el fluido en estado lquido se encuentra en un recipiente atravesado por tubos, por los cuales circulan gases a alta temperatura, producto de un proceso de combustin. el agua se evapora al contacto con los tubos calientes productos a la circulacin de los gases de escape.CALDERAS ACUOTUBULARESson aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza por tubos durante su calentamiento. son las ms utilizadas en las centrales termoelctricas, ya que permiten altas presiones a su salida y tienen gran capacidad de generacin.FUNCIONAMIENTO GENERALFuncionan mediante la transferencia de calor, producida generalmente al quemarse un combustible, al agua contenida o circulando dentro de un recipiente metlico. En toda caldera se distinguen dos zonas importantes: zona de liberacin de calor o cmara de combustin: es el lugar donde se quema el combustible. puede ser interior o exterior con respecto al recipiente metlico. interior: la cmara de combustin se encuentra dentro del recipiente metlico o rodeado de paredes refrigeradas por agua. exterior: cmara de combustin constituida fuera del recipiente metlico. est parcialmente rodeado o sin paredes refrigeradas por agua. la transferencia de calor en esta zona se realiza principalmente por radiacin (llama-agua). zona de tubos: es la zona donde los productos de la combustin (gases o humos) transfieren calor al agua principalmente por conveccin (gases-aguas). esta constitutiva por tubos, dentro de los cuales pueden circular los humos o el agua.RIESGOS DE UNA CALDERA Aumento sbito de la presin:Esto sucede generalmente cuando se disminuye el consumo de vapor, o cuando se descuida el operador y hay exceso de combustible en el hogar o cmara de combustin. Descenso rpido de la presin:se debe al descuido del operador en la alimentacin del fuego. Descenso excesivo del nivel de agua:Es la falla ms grave que se puede presentar. si este nivel no ha descendido ms all del lmite permitido y visible , bastar con alimentar rpidamente, pero si el nivel ha bajado demasiado y no es visible, en el tubo de nivel, deber considerarse seca la caldera y proceder a quitar el fuego, cerrar el consumo de vapor y dejarla enfriar lentamente. Antes de encenderla nuevamente, se deber inspeccionarla en forma completa y detenida. Explosiones:Las explosiones de las calderas son desastres de gravedad extrema, que casi siempre ocasionan la muerte a cierto nmero de personas. la caldera se rasga, se hace pedazos, para dar salida a una masa de agua y vapor; los fragmentos de la caldera son arrojados a grandes distancias.MEDIDAS DE PREVENCIONProcedimiento de trabajo seguro en la manipulacin y operacin de calderas:1.-Los operadores de caldera solo podrn hacer abandono de la sala al trmino de su turno. En caso de que alguno requiera ausentarse solo ser con previo aviso y autorizacin del jefe directo.2.-Los operadores debern tener una observacin permanente del funcionamiento de las calderas. para ello debern ubicarse en tal posicin de no perder de vista los controles y elementos de observacin, tales como el nivel del agua y manmetro.3.-Debern ser controlados permanentemente los siguientes elementos: chequear y observar el funcionamiento de las bombas de alimentacin de agua revisar el funcionamiento de quemadores, y estar atentos a cualquier anomala observar presin indicada en los manmetros, teniendo presente que en ningn momento debe sobrepasar la presin mxima de trabajo. chequear la temperatura de los gases de combustin, as como tambin la temperatura del agua de alimentacin. estar atento a cualquier ruido u olor extrao a los normales.4.- Se le prohbe estrictamente al operador dejar fuera de funcionamiento, bloquear o deteriorar los sistemas de alarma y/o controles de nivel de agua de las calderas. Obligaciones del operador de turno: Accionar vlvulas de seguridad Accionar grficos de pruebas con el objeto de descartar los niveles de agua falsos. Purgar columna del control automtico del agua. Realizar anlisis qumico de alimentacin y el agua de la caldera. Mantener sala de calderas en perfectas condiciones de aseo y orden. Dosificar productos qumicos: anticrustante, neutralizante y secuestrador de oxgeno.5.- Eliminar cualquier ingreso de aire que no intervenga en la combustin y solo contribuir a diluir los contaminantes.TIPOS DE COMBUSTIBLES USADOS PARA LA CALDERALos combustibles ms comnmente usados son:combustibles slidos: carbn de piedra carboncillo lea basuras o desperdicio domestico

combustibles lquidos: petrleos kerosn alquitrn combustible

combustibles gaseosos: gas licuado ( de petrleo) gas de alumbrado (de carbn).

ELEMENTOS, TRMINOS Y COMPONENTES DE UNA CALDERA Agua de alimentacin: es el agua de entrada que alimenta el sistema, generalmente agua de pozo o agua de red con algn tratamiento qumico como la desmineralizacin. Agua de condensado: es el agua que proviene del estanque condensador y que representa la calidad del vapor. Vapor seco o sobresaturado: vapor de ptimas condiciones. Vapor hmedo o saturado: vapor con arrastre de espuma proveniente de un agua de alcalinidad elevada. Condensador: sistema que permite condensar el vapor. Estanque de acumulacin: es el estanque de acumulacin y distribucin de vapor. Des aireador: es el sistema que expulsa los gases a la atmsfera. Purga de fondo: evacuacin de lodos y concentrado del fondo de la caldera. Purga de superficie: evacuacin de slidos disueltos desde el nivel de agua de la caldera. Fogn u hogar: alma de combustin del sistema, para buscar una mejora continua de los recipientes y circuitos establecidos por la caldera. Combustible: material que produce energa calrica al quemarse. Agua de calderas: agua de circuito interior de la caldera, cuyas caractersticas dependen de los ciclos y del agua de entrada. Ciclos de concentracin: nmero de veces que se concentra el agua de caldera respecto del agua de alimentacin. Alcalinidad: nivel de salinidad expresada en ppm de caco3 que confiere una concentracin de iones carbonatos e hidroxilos que determina el valor de ph de funcionamiento de una caldera, generalmente desde 10,5 a 11,5. Desoxigenacin: tratamiento qumico que elimina el oxgeno del agua de calderas. Incrustacin: sedimentacin de slidos con formacin de ncleos cristalinos o amorfos de sulfatos, carbonatos o silicatos de magnesio que merman la eficiencia de funcionamiento de la caldera. Dispersante: sistema qumico que mantiene los slidos des cohesionados ante un evento de incrustacin. Antiincrustante: sistema qumico que les permite a los slidos permanecer incrustantes en solucin. Anticorrosivo: sistema qumico que brinda proteccin por formacin de filmes proyectivos ante iones corrosivos presentes en el agua. Corrosin: es el deterioro de la caldera y componentes debido a diferentes factores (humedad, uso entre otros) ndice de vapor/combustible: ndice de eficiencia de produccin de vapor de la caldera.COMPARACIN ENTRE LOS DOS GRANDES GRUPOS DE CALDERAS

MARCO METODOLGICOLa caldera didctica diseada para esta proyecto es acuotubular de tipo serpentn.Estas calderas son en forma de tubo de agua con el agua contenida en un conjunto de serpentines. la llama del quemador va por el interior y centro del serpentn, los productos pasan alrededor de las capas externas de los serpentines, estas calderas se denominan a veces generadores de vapor o vaporizacin de vapor.Son calderas de baja capacidad de agua y producen pequeas cantidades de vapor rpidamente, en menos de 5 minutos.

Para fines didcticos se utilizaron los siguientes materiales y equipos:Para la carcasa o acumulador de vapor se seleccion un cilindro de 0,005m con una capacidad mxima de trabajo de 8 baresPara el hogar un tubo de 0,0889 m de dimetroPara el serpentn una tubera de cobre de 0.005m de dimetroEl combustible es una bombona de gas propano de 0,465 kgEl quemador es atmosfrico con una salida de 0,05 de dimetroLa chimenea es tubera de cobre de 0,001m de dimetroLa vlvula de seguridad esta calibrada es de con un rango de trabajo de 2 bar-8 bar La vlvula para descarga del vapor es de paso rpido de 1/8Para la vlvula de purga se utiliz un codo de 90 con tapa en bronceEl manmetro para la medida de presin es de tipo Bourdon de 1/8 con un rango de medida de 0- 34 bares

El suministro de agua es por circulacin normal y agua no tratadaBalance de energa para una caldera QentH1 H2H1+Qent= H2Qent = h2 h1h1 es liquid sub-enfriado y lo encontramos en la tabla de liquid saturado aproximando con la temperatura de 25 CH1 = Hf = 104,89 KJ/ KgPara encontrar H2 se considera la siguiente notacin:A medida que la presin aumenta tambin lo hace el punto de ebullicin del agua. Pues a dos bar el punto de ebullicin del agua se sita aproximadamente en 120 C en lugar de los 100 C en condiciones de presiones atmosfrica normalesTrabajando con una presin de diseo = 5 bar2 bar________________120 C5 bar_________________xCTemperatura de ebullicin del agua a 5 bar = 300 CCon p= 5 bar 0,5 MPas y t = 300 C entramos en tablas de vapor sobrecalentado para buscar H2H2 = 3064, 6 KJ/ KgQent = H2 H1Qent = 3064, 6 104, 89 Qent = 2959, 71 KJ / KgCalculando la eficiencia de la caldera: (Nc)

Calor suministrado por el combustible = poder calorfico del gas (pc)Pc propano = 3,765 mj/lb = 8366,66 kj/ kgAsumiendo que el calor de entrada es igual al calor del vapor de salida tenemos:

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

GENERACION DE POTENCIA; SISTEMAS

ELABORACION DE UNA CALDERA DIDACTICA

OBJETIVOACTIVIDADTAREADURACINMETASRECURSOSRESPONSABLES

Conocer los principios y funcionamiento de una calderaBsqueda de informacin Revisar sitios web, revistas, libro, etc.6 horasConocer la mayor informacin acerca de las calderas Computadora, lpiz, papel, revistas, librosSnchez Jess

Campos Ignacia

Silva Jorge

Delgado Freddy

Rivero FranciscoLamas jacobo

obtener precio de los materiales a utilizar Elaborar presupuesto de los materiales a utilizarBuscar presupuesto en las ferreteras y tiendas a fines6 horasConsignar presupuest de los materialesPapel, lpiz, calculadoraSnchez Jess

Campos Ignacia

Silva Jorge

Decena Carlos

Rivero Francisco

Realizar clculos correspondientes

Plantear ecuaciones y formulas Calcular mediante conocimientos previos clculos pertinentes24 horas

Conocer la capacidad de la calderaPapel, lpiz, calculadoraSnchez Jess

Campos Ignacia

Elaboracin de informe escrito del proyecto

Detallar claramente mediante un informe escrito los pasos seguidos para la construccin de la caldera didcticaRedactar todos los avances que se lograron

96 horas

Elaboracin del informe escrito

Computadora, lpiz, papel, impresora

.

Snchez Jess

Campos Ignacia

Silva Jorge

Len Albert

Parada MaraGodoy yose

Elaborar una caldera didctica

Construir una caldera didctica

Ensamblar las materiales para construir la caldera didctica

96 horas

Construccin total de la caldera didctica

Mquina de soldar, alicate, destornilladores, tuercas, tornillos, pinturaSnchez Jess

Campos Ignacia

Delgado FreddyLamas Jacobo

DIAGRAMA DE GANTNACTIVIDADES (PROYECTO)SEMANA

12345678910111213141516

1Bsqueda de informacin acerca de las calderas

2Consignar presupuesto

3Realizar clculos correspondientes a la construccin de una caldera didctica

4Elaboracin de informe escrito

5Construccin de una caldera didctica

6Entrega del proyecto

ACTIVIDADES Y TAREAS

ACTIVIDADESTAREAS

Realizar revisiones bibliogrficas que permitan conocer el principio de las calderas Investigacin en la web Revisin de revistas de innovacin

Revisin de bibliografa

Incrementar el uso materiales didcticos para facilitar y potenciar los procesos educativos. Fomentar la creacin de prototipos que puedan ser utilizados con fines educativos

Aplicar conocimientos adquiridos para la construccin de la caldera didctica. Estudio de las teoras de la generacin de vapor

Efectuar los clculos correspondientes para el diseo y construccin de la caldera didctica Estudio de los distintos clculos necesarios para la construccin de la caldera didctica

Elaborar el presupuesto de los materiales necesarios para la construccin de la caldera didctica Bsqueda de los elementos que componen la caldera didctica en tiendas de artculos electrnicos y ferretera.

Ensamblar las piezas de la caldera didctica Colocar de forma ordenada y sistematizada las piezas hasta obtener el producto final

ANEXOS

MATERIALES PARA CONSTRUIR LA CALDERA ACUOTUBULAR

(DE TIPO SERPENTN)

CONSTRUCCION DE LA CALDERA ACUOTUBULAR (SERPERTIN)

BIBLIOGRAFIA Operadores de calderas industriales. Mutual de Seguridad: Cmara Chilena de la Construccin.

Manual para el alumno Seguridad Industrial. Manuel Cceres Gallardo - Ingeniero en Prevencin de Riesgos.Nc QUOTE

Nc = 35,37 % QUOTE

6

COMBUSTIBLE GAS PROPANO

BOMBONA O CARCASA PARA LA CALDERA

QUEMADOR ATMOSFRICO CON VALVULA PARA REGULAR EL GAS

SERPENTN DE COBRE

MANOMETRO

PERNO PARA UNIR LA CARCASA

SECCIONANDO LA CARCASA

FLANCHE PARA LA CARCASA

RECTIFICANDO FLANCHE PARA LA CARCASA

PERFORACION DE FLANCHE PARA COLOCACION DE PERNO

COLOCANDO FLANCHE CON LA CARCADA SELECCIONADA