Informe Final Termo.docx

“AÑO DEL DIÁLOGO Y RECONCILIACIÓN NACIONAL” UNIVERSIDAD CONTINETAL FACULTAD DE INGENIERÍA

PROYECTO FAJA TRANSPORTADORA IMPULSADA A VAPOR

ASIGNATURA:

Termodinámica

SECCIÓN:

8247

CATEDRÁTICO:

Ing. MORALES SANTIVAÑEZ, Wilfredo Víctor

RESPONSABLE:

NAVARRO CAPAQUIA, Gustavo Enrique (952515400)

INTEGRANTES:

CONDOR CASQUI, Breyner (964738053) PEREZ CRISTOBAL, Geraldine Mirelli (950743921) ROMERO SOLIS, Henry José (931956096)

FECHA DE ENTREGA:

21 / 11 / 2018

Huancayo - Perú 2018

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PRESENTACIÓN En el presente informe de investigación que lleva por título “FAJA TRANSPORTADORA IMPULSADA A VAPOR”. El problema radica en la productividad del transporte minero influye directamente en las tarifas unitarias, ya que de ello depende el grado de rentabilidad de la empresa encargada de realizar dicho trabajo. En la actualidad estas tarifas no están de acuerdo a la distancia de acarreo de mineral desde mina hacia planta; de continuar el problema las empresas se verían afectada su economía, siendo sus utilidades menores a las que debieran ser en realidad El objetivo que plantea la investigación es el establecimiento de una faja transportadora de minerales con un mecanismo de conversión ; que tiene como punto de partida hacer uso de la energía de un flujo de vapor para su transformación en energía mecánica mediante una turbina de vapor en un proceso termodinámico; en el cual ha sido diseñada como un asunto ligado principalmente al carguío y acarreo dentro de los procesos productivos en minería superficial, lo que es muy importante para la tamización de minerales, rocas, etc. En el CAPITULO I se describirá el planteamiento, formulación y justificación que se utilizaron para la elección del tema de investigación. En el CAPÍTULO II se puede apreciar los antecedentes, y el marco teórico que se utilizó para la estructura y construcción del prototipo. En el CAPÍTULO III se encuentra el diseño definitivo, materiales usados, presupuesto y los resultados de la investigación.

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INDICE PRESENTACIÓN CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN 1.1 Fundamentación del problema 1.2 Formulación del problema 1.2.1 Problema General 1.3 Objetivos de la investigación 1.3.1 Objetivo general 1.4 Justificación 1.5 Limitaciones del estudio

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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes de la investigación 2.2 Bases teóricas de la investigación 2.2.1 Termodinámica 2.2.2 Generador de vapor 2.2.3 Turbina de vapor 2.2.4 Fajas transportadoras 2.2.4.1 Elementos de faja transportadora

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CAPÍTULO III MÉTODO PRÁCTICO DE LA INVESTIGACIÓN 3.1 Propuestas del diseño de la maqueta 3.2 Diseño Definitivo 3.3 Materiales usados 3.4 Presupuesto y Costos investidos 3.5 Resultados de la investigación 3.5.1 Diseño VS maqueta o producto elaborado o fabricado 3.5.2 Inconvenientes presentados durante investigación 3.5.3 Resultados logrados 3.5.4 Tiempo empleado en su fabricación 3.5.5 Evidencias de proceso de fabricación de la maqueta

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CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA

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CAPITULO I PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN 1.1 FUNDAMENTACIÓN DEL PROBLEMA La productividad del transporte minero influye directamente en las tarifas unitarias, ya que de ello depende el grado de rentabilidad de la empresa encargada de realizar dicho trabajo. En la actualidad estas tarifas no están de acuerdo a la distancia de acarreo de mineral desde mina hacia planta, de continuar el problema las empresas se verían afectada su economía, siendo sus utilidades menores a las que debieran ser en realidad. El presente trabajo de investigación se focaliza en el establecimiento del transporte del mineral mediante un sistema de fajas transportadora, tomando en cuenta la conversión de energía del flujo de vapor a energía mecánica mediante un sistema termodinámico. 1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1.2.1 PROBLEMA GENERAL ¿Cómo establecer el transporte de mineral con una faja transportadora mediante un sistema termodinámico? 1.3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 1.3.1 OBJETIVO GENERAL Crear un prototipo de faja transportadora que funcione mediante un sistema termodinámico de conversión de energía de un flujo de vapor a energía mecánica.

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1.4 JUSTIFICACIÓN -

A nivel de costos: Ayuda a mantener los costos y/o reducir los costos de operación pese a la inflación y aumento del costo de los combustibles.

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Por su eficiencia: El transporte de material puede tener pendientes de +/- 30%, con mejor eficiencia que camiones y trenes.

-

A nivel medioambiental: Se puede reducir la emisión de CO2, ya que minimizaríamos el uso de combustibles de los diferentes equipos de transporte minero.

-

Por su seguridad: Una faja transportadora no requiere de un número menor de trabajadores en su actividad; por lo cual se podría evitar el suceso constante de accidentes.

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Por su versatilidad: Las fajas transportadoras pueden cruzar carreteras, rampas, líneas de tren y otras obstrucciones a través de puentes y soportes; además de tener grandes longitudes.

Sin embargo, también posee algunas desventajas: -

Los costos de mantenimiento son mayores cuando las dimensiones de los bloques de material son grandes y tienen mayor contenido de humedad.

1.5 LIMITACIONES DEL ESTUDIO -

En cuanto a los recursos económicos se planteó un presupuesto determinado que se tuvo que optimizar en los materiales a medida que se construía el prototipo.

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Falta de instrumentos disponibles para las mediciones, con los cuales no se cuentan; por lo cual los datos extraídos de las pruebas serán aproximadas y por lo tanto no tan confiables.

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CAPITULO II MARCO TEÓRICO 2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN - MSc. Carlos Huisa Ccori. Transporte de mineral por medio de fajas transportadoras en una mina a tajo abierto. La presente investigación estuvo enfocada en la búsqueda de una alternativa para disminuir los costos de transporte por medio de fajas transportadoras. Según el análisis, se llegó a concluir que existe un ahorro entre faja- volquetes en 0,135 $/t y entre trenes - fajas en 0,066 $/t. Por estos resultados se considera muy tentativa la aplicación del proyecto en las Empresas Mineras. -

Cristhian Choquehuanca Supo, Universidad Tecnológica del Perú. Fajas transportadoras en la industria minera del Perú entre el 2000 – 2017. El artículo presenta las propiedades generales de las fajas transportadora para así demostrar cuán conveniente que es su implementación en la industria minera del Perú, para que este estudio sea posible se ha tomado referencias de artículos científicos y tesis de maestría con respecto a fajas transportadoras desde el año 2000 al 2017, todos estos proyectos de investigación demuestran cuán conveniente que llega a ser el uso de fajas transportadoras en la industria minera, pues demuestra adaptarse a cualquier tipo de terreno y reducir ampliamente los costos de transporte.

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Codelco, Operaciones Chuquicamata (2015). La división vive en la actualidad una etapa de transformación de minería superficial a minería subterránea para consolidarse como una operación segura, moderna y sustentable, capaz de acoplarse a los nuevos tiempos y a una minería cada vez más exigente. De esta forma, su sistema de transporte y acarreo de mineral se convierte en un costo cada vez mayor ya que el acceso hacia sus nuevas operaciones subterráneas requiere una mayor distancia del transporte; por lo cual; se está proponiendo la instalación de fajas transportadoras, en interior mina y que se dirija directamente a la planta de tratamiento. Así reduciendo sus costos de transporte además del tiempo en que lleva realizar este traslado.

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2.2 BASES TEÓRICAS DE LA INVESTIGACIÓN 2.2.1 TERMODINAMICA La Termodinámica es la rama de la Física, ya por muchos considerada como |ciencia, que se ocupa del estudio de la transformación de la energía térmica en energía mecánica y del proceso inverso, la conversión de trabajo en calor. Debido a que casi toda la energía disponible de las materias primas se libera en forma de calor, podemos comprender el porqué de la importancia de esta disciplina, la cual a la vez ha desarrollado enormes avances en la ciencia y la tecnología. (Ensign., 1990) Existen diversos factores llamados variables de estado que determinan la condición física de un gas, como son: Presión, volumen, temperatura y cantidad de materia o sustancia. Se han realizado diversos estudios sobre las interacciones de estas variables, dando como resultado la formación de tres leyes: Ley de Boyle, ley de Gay Lussac y Ley de Charles, que a la vez dieron pie a la conformación de los procesos termodinámicos, los cuales son: 

Proceso Isotérmico.



Proceso Isométrico o isocórico



Proceso Isobárico.

Para efectos de este trabajo, nos concentraremos en dos tipos de procesos, que parten de la Primera Ley de la termodinámica, la cual enuncia que la energía debe conservarse en cualquier proceso termodinámico. Dichos procesos son el Isotérmico y el Isocórico o Isométrico. Los procesos isométricos se observan en el funcionamiento del motor al calentar y enfriar el fluido de trabajo a volumen constante. Este proceso es comúnmente conocido como Ley de Gay Lussac en donde la presión absoluta del gas es directamente proporcional a la temperatura. 𝑃1 𝑇1

=

𝑃2 𝑇2

…… (Volumen cte.)

P: Presión. T: Temperatura.

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Los procesos isotérmicos, también son conocidos como Ley de Boyle “El volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión absoluta que se le aplique”. Donde: P1.V1 = P2.V2…..(Temperatura cte)

2.2.2 GENERADOR DE VAPOR Generador de Vapor. Tiene la función de producir vapor para ser utilizado en la generación de energía mecánica y energía eléctrica, y para la alimentación a equipos de procesos. Se ha llegado a plantear que el generador de vapor es el corazón de toda la industria moderna. El generador de vapor tiene la función de transferir al agua la energía en forma de calor de los gases producto de la combustión de sustancias combustibles, para que ésta se convierta en vapor. Este equipo tuvo su origen con el surgimiento de las máquina de vapor en la época de la revolución industrial.

2.2.3 TURBINA DE VAPOR Una turbina de vapor es una turbo máquina motora, que transforma la energía de un flujo de vapor en energía mecánica a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo (entiéndase el vapor) y el rodete, órgano principal de la turbina, que cuenta con palas o álabes los cuales tienen una forma particular para poder realizar el intercambio energético. Las turbinas de vapor están presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluido que pueda cambiar de fase, entre éstos el más importante es el ciclo de Rankine, el cual genera el vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de elevada temperatura y presión. En la turbina se transforma la energía interna del vapor en energía mecánica que, normalmente, se transmite a un generador para producir electricidad. En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estátor. El rotor está formado por ruedas de álabes unidas al eje y que constituyen

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la parte móvil de la turbina. El estátor también está formado por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina. El término turbina de vapor es muy utilizado para referirse a una máquina motora la cual cuenta con un conjunto de turbinas para transformar la energía del vapor, también al conjunto del rodete y los álabes directores. La turbina de vapor moderna fue inventada en 1884 por sir Charles Parsons, cuyo primer modelo fue conectado a una dinamo que generaba 7.5 kW (10 hp) de potencia.La invención de la turbina de vapor de Parsons hizo posible una electricidad barata y abundante y revolucionó el transporte marítimo y la guerra naval. 2.2.4 FAJAS TRANSPORTADORAS Las bandas y rodillos transportadores son elementos auxiliares de las instalaciones cuya misión es la de recibir un producto de forma más o menos continua y conducirlo a otro punto. Son aparatos que funcionan solos, intercalados en las líneas de proceso y que no requieren generalmente ningún operario que manipule directamente sobre ellos de forma continuada. Se han inventado muchas formas para el transporte de materiales, materias primas, minerales y diversos productos, pero una de las más eficientes es el transporte por medio de bandas y rodillos transportadores, ya que estos elementos son de una gran sencillez de funcionamiento y una vez instalados en condiciones normales suelen dar pocos problemas mecánicos y de mantenimiento. Las cintas transportadoras se usan como componentes en la distribución y almacenaje automatizados. Combinados con equipos informatizados de manejo de palés, permiten una distribución minorista, mayorista y manufacturera más eficiente, permitiendo ahorrar mano de obra y transportar rápidamente grandes volúmenes en los procesos, lo que ahorra costes a las empresas que envía o reciben grandes cantidades, reduciendo además el espacio de almacenaje necesario.

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2.2.4.1 ELEMENTOS DE LAS FAJAS TRANSPORTADORAS Una faja transportadora consta de las siguientes partes:  Bastidor o cama: lámina o estructura conformada diseñada para diversas longitudes y muchos anchos.

 Polea: es un tubo de hierro con un eje de acero a través del mismo. Las poleas se colocan en cada extremo de la cama. El eje de la polea gira sobre rodamientos el cual representa el medio de impulso motriz para la banda.

 Rodamientos: cuando dos piezas de acero se tocan entre sí. no se pueden mover fácilmente sin estos elementos. Los rodamientos se usan para evitar que el eje de la polea y el bastidor del transportador rocen entre sí, permitiendo disminuir la fricción cuando gira el eje.

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CAPITULO III METODO PRACTICO DE LA INVESTIGACION 3.1 PROPUESTAS Y BOCETOS DEL DISEÑO DE LA MAQUETA En primer lugar, se propuso un sistema termodinámico de generación de energía eléctrica y utilizarlo como fuente de alimentación para un motorcito el cual realizaría el movimiento de la faja transportadora.

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3.2 DISEÑO DEFINITIVO El diseño final pactado con el grupo fue el ya no generar electricidad; sino la de aprovechar directamente la energía del vapor obtenido de la caldera y a través de la turbina obtener trabajo mecánico para así mover la faja transportadora.

3.3 MARERIALES USADOS 

Combustible

-

Gas propano



Para la caldera

-

Recipiente de extintor

-

Cañeria de cobre

-

Tapa Roscada

 

Turbina Ventilador de PC Faja transportadora

-

Triplay de 4mm

-

Tubo de 1”

-

Microporoso

-

Cartón

-

Ejes 12

3.4 PRESUPUESTO Y COSTOS INVESTIDOS De acuerdo a esto el presupuesto inicial del grupo fue pactado en función del costo aproximado de los materiales y posibles costos de mano de obra que se necesitaría. Presupuesto inicial S/. 60.00 Costos Investidos MATERIALES

COSTOS

Gas propano

18.00

Recipiente extintor Y union Cañeria de cobre Tapa roscada Ventilador PC Y union Triplay de 4mm Tubo de 1" Microporoso Carton Ejes Pegado, Cortado Indirectos TOTAL

15.00 5.00 5.00 15.00 4.50 2.00 5.00 2.00 5.50 5.00 15.00 S/.97.00

3.5 RESULTADO DE LA INVESTIGACION 3.5.1 DISEÑO VS MAQUETA ELABORADO Montaje final del prototipo

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3.5.2

INCOVENIENTES

PRESENTADOS

DURANTE

LA

INVESTIGACION Uno de los principales inconvenientes fue lo que tuvimos con el material de la faja ya que esta hacia un mayor rozamiento con los rodillos; y por lo tanto el movimiento era más difícil de crearlo; por consiguiente se probó con otros materiales más livianos. La obtención de una mayor presión para hacer girar el ventilador junto con la faja fue uno de los factores muy difíciles de solucionar; sim embargo se observa pequeños movimientos en la faja. 3.5.3 RESULTADOS LOGRADOS El resultado de esta investigación fue la construcción del prototipo de faja transportadora, y el sistema de funcionamiento mediante caldera y turbina de vapor. Lo cual funciona, pero con un poco de dificultad; pero se demuestra la transformación de energía. 3.5.4 TIEMPO EMPLEADO EN FABRICACIÓN

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3.5.5 EVIDENCIAS DE FABRICACION DE MAQUETA -

Fabricación y montaje de la maqueta por el grupo

-

Montaje para las pruebas

-

Caldera con agua y combustible gas propano

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-

Probando la turbina

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CONCLUSIONES 

Se concluye que la instalación de faja transportadora es muy conveniente que su implementación en la industria minera; ya que ayuda a reducir costos mayoritarios en transporte y en otros diversos aspectos justificados en la investigación.



Se usó el primer principio de la Termodinámica lo cual nos indica la conservación de la energía, lo cual demostramos que mediante la energía de un flujo de vapor obtendremos energía cinética para girar la turbina y esta mediante lo cual nos brinda trabajo mecánico mediante su eje.



Se construyó un prototipo de faja transportadora que funciona mediante un pequeño ciclo termodinámico de transformación de energía.

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RECOMENDACIONES 

Tener mucho cuidado en el montaje del proyecto, tener equipos de protección personal y salidas libres.

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En cuanto al eje de la turbina utilizar un material adecuado que no tenga mucho rozamiento y peso.

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De igual manera con el material de la faja tener bastante precaución en el tipo de material a utilizar

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REFERENCIAS -

Huisa, C. Transporte de mineral por medio de fajas transportadoras en una mina de

tajo

abierto.

Disponible

en:

http://revistas.unjbg.edu.pe/index.php/CYD/article/viewFile/370/323 -

Codelco

(2015).

Operaciones

Chuquicamata.

Disponible

en:

https://www.codelco.com/division-chuquicamata/prontus_codelco/2016-0225/122529.html -

Cengel. Y (2011). Termodinamica seprima edición. Mexico

-

Oelker, A. (2007). Análisis de la eficiencia en calderas. Santiago.

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