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Generamos electricidad con una caldera y te lo muestro




Advertencias: 

-Las siguientes imágenes corresponden al diseño de un proceso industrial a pequeña escala. Si te interesa realizar un proceso parecido, te recomendaría tomar en cuenta algunos consejos mencionados en el presente post. De lo contrario, pueden ocurrir catástrofes, y me libro de cualquier responsabilidad
-Este experimento se llevó a cabo entre los días 19 y 26 de junio del presente año, en la ciudad de Cochabamba, Bolivia en los ambientes de la Universidad Privada Boliviana con un estricto control de seguridad.
-Quiero agradecer a mis compañeros, a mi docente de la materia de "Máquinas Térmicas" y al demás plantel de la Universidad Privada Boliviana (UPB) que me han guiado a comprender más cosas fascinantes en este fantástico mundo de la ingeniería.
-Cualquier duda o cualquier aporte que deseas realizar, eres libre de hacerlo en los Comentarios.

Bueno, amigos. Me encuentro hoy queriendo compartirles una experiencia muy agradable que tuve con mis compañeros y el docente en la clase correspondiente a la asignatura de "Máquinas Térmicas".
Para quienes no lo sepan, tras los correspondientes estudios en materias previas como "Termodinámica" e "Intercambiadores de Calor" es que se puede tener una idea de como idear procesos similares.

Bueno todo empieza con el inicio de un diseño de un ciclo Rankine...


Esta bien, creo que me adelanté un poco. Si no conocen de que se trata este concepto, déjenme explicarles, estimados linces.

Un ciclo Rankine es, básicamente, una serie de maquinas instaladas en línea de modo que manejando unidades como Temperatura, Presión y Entropía (grado de desorden de las moléculas en un cuerpo). 

No, no es ese tipo de desorden que estás pensando. Sino uno relacionado con las fuerzas entre ellas que hacen colisionarlas entre sí.

Si todavía no logras ubicarte en un plano de referencia. En este caso hay cuatro máquinas. Dos de ellas se enfatizan en la manipulación de la temperatura.
-La caldera
-El condensador

Y las otras dos actúan principalmente en el movimiento de fluidos. (El aire cuenta como fluido)
-La turbina
-La bomba


Para generar electricidad necesitaremos solamente dos de estos artefactos: La turbina y un caldero.

Por desgracia, no podremos generar 1.21 GigaWatts de Potencia con este método

Por supuesto, claro está, que la potencia generada no será muy alta. Pero será suficiente para echar a andar un circuito electrónico, lo cual puede ser muy útil para proyectos de automatización.
Es en industrias más grandes, como las que se encargan de generación eléctrica, en donde que se usan equipos más eficientes (los que menos dejen escapes de calor y energía en sus salidas)

Volviendo al tema de los equipos a usarse vamos a especificar como resolvimos este tema:


La Caldera.-


Bueno, no es esta la idea que se tenía cuando estaba hablando de una caldera en este proceso. Pero este aparato común es muy útil para ejemplificarnos como funciona el intercambio de calor. Al calentar agua, deja un poco de vapor generado que sale en su escape.
Lo importante es que si bien suele ser despreciado en la vida diaria puede tener mucha utilidad.
Sí, ese vapor puede servir para mover objetos. (Osea, energía mecánica)



Una caldera muy eficiente para este proceso necesitamos conseguir un contenedor que pueda resistir temperaturas altas y tenga cierto grado de resistencia mecánica.
Este contenedor, de preferencia con forma cilíndrica, debe tener tres orificios: Uno que sirva para la instalación de una salida del vapor (con una válvula estranguladora que se gire), otra que sirva para instalar un manómetro (quizá, lo más complicado. Puesto que estos equipos suelen ser muy costosos) y otra que sirva para instalar una salida de seguridad.

Observen como al final del experimento, esta válvula queda recubierta con masilla epoxi, esto es porque la debilidad y facilidad hizo que la presión de vapor haga explotarla haciendo que la reforcemos. Por esta razón es una válvula de seguridad, para que el vapor tenga un lugar donde escapar en lugar de presionar las paredes del caldero, dejando la posibilidad de una explosión inminente con accidentes.

Para este contenedor puede servir una lata metálica de las de leche en polvo:

Nosotros vamos a usar una cantimplora metálica

La perforamos y evitando las fugas (una de las partes más importantes) con aditivos comunes como masilla epoxi o siiicona negra. aseguramos las salidas con tuberías que permitan la conexión de mangueras.


Armamos el modelo y nos quedó así:

Llenamos la caldera con agua destilada (agua en estado puro) para controlar sus propiedades, no recomendamos llenar la caldera, más bien dejar un 70% aproximadamente lleno.

La Turbina.-

Este artefactillo puede obtenerse de las fuentes de poder de tu computadora. (Nota: Utilizamos tres turbinas diferentes y el proceso funcionó con la más pequeña de todas )Extrayéndole de su carcasa y encontrándose en buen estado, es muy útil para este proceso.
Siguiendo los pasos dados por un web muy útil, les dejo aquí la dirección por si les interesa:


Desmontamos la turbina y le quitamos uno de sus controladores. Y armamos un circuito eléctrico que nos permita encender un LED como muestra de que podemos
recibir energía eléctrica.



Necesitaremos un grupo de diodos 1N4007 (también sirven los diodos 1N4001) que limiten el paso de corriente hacia el diodo. Con la ayuda de un soldador aseguramos los componentes y re-ensamblamos la turbina. Y nos quedo así. (Tip: Recomendamos que aísles las frentes de la turbina con cerámica, siendo que no queremos dejar escapar vapor, aunque este accionará los alabes (las aletas) de la turbina de manera rápida, que esta perdida será muy poca. Pero de nuevo, esto es opcional )

Nos quedó así:


Conseguimos una manguera y una boquilla hidráulica resistente (El metal es la mejor opción). El diámetro de salida del vapor no es tan importante por el momento, con que contenga el vapor y minimice su área (y de paso aumentando la velocidad del fluido)


La manguera no debería ser muy larga, para que el vapor no pierda calor y velocidad en las tuberías. Perforamos en una de las paredes de la turbina, de modo que el vapor entre las alabes y las haga girar.
Y terminado esto, es hora de iniciar el proceso:


Entonces conseguimos una conexión a gas e instalamos unos mecheros:

Armamos una especie de plataforma con un trípode y una contención rectangular que nos fabricamos con perfiles de aluminio y unos alambres.

Colocamos el caldero en la contención después de obtener todas las conexiones en orden y encendemos los mecheros. Aislamos el ambiente con ladrillos, de modo que el calor se concentre en esta zona. 


En nuestro caso, hacemos mediciones de temperatura con un termómetro de laser infrarrojo y de presiones con el manómetro instalado

Esto es importante, siendo que se puede controlar mediante tablas, si la salida en el caldero nos resultará en vapor de agua en estado puro (vapor sobrecalentado) con algún grado de humedad o en estado líquido.

Como todavía no se había obtenido vapor saturado, procedimos a utilizar otro contenedor aislado que permita evaluar la temperatura de salida de la conexión (mediante otro termómetro) y sirva de depósito al agua que perjudique el proceso.


Cuando se obtenga vapor saturado, se puede observar que se encuentra listo para accionar la turbina:


Al salir a la atmósfera, el choque térmico brusco del vapor con el ambiente (a temperatura habitual y a presión atmosférica) hará que alguna parte de este se humedezca, por lo que tener a la mano otro contenedor no es mala idea.
Colocamos la salida de vapor en la conexión con la turbina. Y esta se pone a girar. Haciendo que el LED logre encenderse.




Pero una imagen vale más que mil palabras. Y un vídeo ¿Como un millón? Así es, que aquí les dejó un vídeo que muestra un resumen del proceso, por si te perdiste en el proceso detallado allá arriba. Todo muy sintetizado y conciso. Me encantaría que le eches un vistazo.

link: https://www.youtube.com/watch?v=fL3oWXQR-oY&feature=youtu.be
Bueno, amigos. Así fue como generamos electricidad. Pasen por mi perfil si desean ver más posts interesantes o si quieren estar al tanto de mis futuros aportes. Les aseguro que se vienen sorpresas muy gratas. Esto, tan sólo es el principio.

YAPA
Si bien este trabajo era un poco complicado nos hemos basado en manipular dos programas de ingeniería que son muy útiles a la hora de trabajar con predicciones

El primero se llama Engineering Equation Solver (EES), un programa muy didáctico que sirve para resolver ecuaciones y manejar unidades.

Aquí obtenemos algunos datos del proceso:


Y los datos obtenidos en el inicio del proceso, por si a alguna mente se le ocurre comprobarlos.

Y sus posteriores resultados:


Obtener este programa es bastante fácil y lo puedes encontrar en la red. Por desgracia su control de licencias es bastante exigente, pues se renueva cada año. Para ahorrar costos, saltear este problema basta cambiar la fecha en el sistema (habrá que preguntar cual es el intervalo de operación, que usualmente es el mismo mostrado en pantalla inicial, pero la mayoría de las versiones van desde los años 2009-2013) y luego recién abrir el programa.


El segundo programa se llama THERMOFLEX, un programa perteneciente a la marca THERMOFLOW.

Desafortunadamente, este programa es muy difícil de encontrar. Hay una versión de prueba (que es la que estoy usando) y aún con sus limitaciones se le puede sacar mucho partido. Si bien, cuenta con un periodo de prueba, tan solo manejando cambio de fechas en el sistema operativo,podemos sacarle ventaja.
Estas son algunas simulaciones que hicimos en otros anteriores ejemplos. Que por lo general son más aplicados a industrias, quizá por la gran exactitud que tienen al momento de marcar pérdidas de calor, relativamente alejadas de una consideración general.

Si estás interesado en conseguir una versión premium para un trabajo mucho más profesional, les dejo el link de la compañia desarrolladora de software.
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