Estudio de la influencia de la regulación del sistema de distribución del motor a vapor de émbolo reciprocante perteneciente al laboratorio de energías renovables y plantas térmicas de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá con simulación integrada de los modelos cinemático y térmico.

Abstract

A través de la historia, el hombre ha luchado por la obtener e investigar diferentes fuentes energéticas, que lo lleven día a día a su evolución en diferentes formas de su generación, ya sea para suplir la necesidad energética en determinada comunidad o población, con el fin de abastecer los requerimientos de su establecimiento o para continuar con el desarrollo evolutivo en la generación de conocimiento, planeación y fabricación de productos, proyectos, quehaceres, distracciones, cuidados, monitoreo, etc. También cuando se idean alternativas para la generación energética se busca obtener pares y potencias energéticas acordes a partir de la tecnología aplicada, con el fin de mitigar el agotamiento de los recursos no renovables en este tercer milenio, donde la humanidad se ha visto empecinadamente trabajando en el desarrollo de tecnologías basadas en recursos alternativos de energía. En la primera revolución industrial siglo XVIII, los primeros motores alternativos, fueron los desarrollos de las máquinas de vapor, donde se comenzaron a producir rendimientos aceptables en energía mecánica no natural (F.Payri, 2015), transformando la energía del vapor en energía mecánica pudiendo accionar un tren de engranajes de transmisión para reducir el par y adecuar la velocidad de la máquina (Martìn, 2011). Para el proyecto de investigación enmarcado en este documento se dedica al estudio de motores de vapor de embolo reciprocante de doble efecto, en especial con la caracterización de un prototipo de motor de vapor, que es el motor de vapor monocilíndrico perteneciente al laboratorio de energías renovables de la Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá. En este motor se estudian los comportamientos de diferentes sistemas de distribución de vapor. Para llegar a un nivel en que cada una de las pruebas experimentales realizadas sean medibles, se ha tenido la necesidad de realizar diferentes mejoras en el motor de vapor, partiendo desde su base estructural de trabajo, la reconfiguración de los sistemas de trabajo, potencia y la distribución del que es objeto de este estudio. Los estudios de desarrollo del sistema de distribución se hacen a partir de la construcción de modelos cinemáticos, dedicados a configuraciones de vapor vivo, vapor en fase de expansión y corte rápido. Los resultados de estos modelos aplicados se comparan en su exactitud con herramientas de simulación como son los softwares Engine y Dynacam. Para que finalmente se realice una última comparación con las pruebas experimentales desarrolladas en el laboratorio de plantas térmicas. Experimentalmente se estudian los sistemas de distribución con el uso de válvulas de tipo carrete con diseño de corte de vapor vivo y accionamientos tipo excéntrico, también se realizó experimentación con el uso de otra válvula tipo carrete con cortes de paso de vapor en fase de expansión y también con accionamiento excéntrico, por último es probado un sistema de distribución con accionamiento por leva de accionamiento mecánico tipo plano a partir una válvula de paso tipo 3/2 (Tres entradas y dos salidas). Con la experimentación en estas válvulas de distribución se manejan diferentes condiciones de flujo de vapor, temperatura y presión, obteniendo resultados en el eje de salida del motor en su subsistema de potencia, también diferentes velocidades angulares y torques a partir del diseño y construcción de un freno experimental tipo Prony, del cual se extrajeron diagramas de los resultados que son analizados y discutidos con el modelo realizado evitando la generación de cálculos empíricos. (Texto tomado de la fuente)

Across history, the man has been a hard worker to obtain and research different energetic sources, carrying him day to day to his evolution in other forms of his generation, to supply the energetic necessity in a determined community or population, to supply the requirements of his establishment or to continue with the evolutionary development in the generation of knowledge, planning and fabricate products, projects, tasks, distractions, caring, monitoring, etc.

Also, when are devising alternatives to electric generation is wanted to obtain chord torques and energetic power independence whit the applied technology, to mitigate the exhaustion of no renewables resources in this third millennium, where humanity has been seeing steadfast working in the development of technologies based on alternatives resources of energy.

In century XVIII, in the first industrial revolution, the first alternatives engines were developed from the vapor engines were started to produce acceptable performances in non-natural mechanical energy (F.Payri, 2015), transforming the mechanical energy of the vapor into mechanical energy that can actuate a train of transmission gears to reduce the pair and adequate the velocity of the machine (Martìn, 2011). This document, the research project is dedicated to studying vapor engines with a reciprocating plunger in double effect. Especially with the characterization of one prototype of vapor engine, the single-cylinder vapor engine belonging to the laboratory of thermal plants and renewables energies of the Universidad Nacional de Colombia in Bogotá city, this prototype is studied the behaviors of different systems of vapor distribution. To arrive at a level when every experimental test is measurable is necessary to realize further improvements in the vapor engine, starting from the structural work basis, the reconfiguration of work systems, power, and the distribution that objects to this study. The development studies in the distribution systems are doing from the construction of kinematic models dedicated to cut-off vapor, vapor in expansion phases, and quick shut-odd valve. The results of these applied models have compared inaccuracy with simulation software tools like Engine and Dynacam. Finally, the last comparison with the experimental tests developed in the laboratory of thermal plants is realized. Experimentally are studied the distribution systems with the use of different valves like reel type, with cut off vapor design in eccentric actuation; also, the use of other reel type valve in an expansion phase and eccentric actuation, the last one distribution system is with poppet actuation valve, type 3/2 (three entries and two exits) of mechanical actuation. With the experimentation in these valves of distribution, different conditions of vapor flow, temperature, and pressure obtaining results in the engine's output shaft in the power subsystem too different angular velocities and torques from the design and construction using an experimental designed and built brake Prony type. Meanwhile, practical diagrams from results analyzed and argued with the model avoid the generation of empirical calculations.