Proyecto de Termo

Universidad Nacional Experimental De Los Llanos Occidentales “Ezequiel Zamora”

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LOS LLANOS OCCIDENTALES “EZEQUIEL ZAMORA”

PROGRAMA DE INGENIERÍA ARQUITECTURA Y TECNOLOGÍA SUBPROGRAMA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO

ESTRATEGIA ESPECÍFICA PARA GENERAR UN PROTOTIPO Y DEMOSTRAR PRINCIPIOS TERMODINAMICO

BACHILLERES: Diaz Luis C.I:23.022.548 Garcias MassielaC.I:21.141.857 Valero DanielC.I:25420669

Barinas Julio de 2014

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ÍNDICE GENERAL PAG Índice general Índice de figuras Resumen Introducción

II III IV V

Capitulo I 1.1 Objetivo General 1.2 Objetivos Específicos 1.3 Planteamiento Del Problema 1.4 Limitaciones 1.5 Antecedentes 1.6 Justificación

5 5 5 6 6 6

Capitulo II 2.1 Primera Ley De La Termodinámica 2.2 Segunda Ley De La Termodinámica 2.3 Tercera Ley De La Termodinámica 2.4 Criterios De Kelvin 2.5 Maquina De Calor 2.6 Motor De Combustión 2.7 Bombas De Calor 2.8 Eficiencia Térmica 2.9 Entropía 2.10 Entalpia 2.11 Como Podría Aplicar Este Proyecto En El Campo Petrolero Yen Que Area

9 9 10 10 11 11 12 12 12 13 13

Capitulo III RESULTADOS 3.1 Materiales 3.2 Procedimientos

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4. Conclusión

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REFERENCIA BIBLIOGRAFICAS

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INDICE DE FIGURAS Figura #1: Diagrama de flujo del agua Figura #2: Como Actúa El Proceso Dentro De La Lata Figura #3: Inicio del escape de agua por la tobera del pitillo Figura 4: Después de la condensación el agua llena el otro pitillo Figura #5: Barco de vapor

PAG 17 18 18 19 20

III

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ESTRATEGIA ESPECÍFICA PARA GENERAR UN PROTOTIPO Y DEMOSTRAR PRINCIPIOS TERMODINÁMICOS Díaz L, Garcias M, Valero D, Universidad Nacional Experimental de los Llanos Occidentales “Ezequiel Zamora”. Barinas, 2014. RESUMEN La termodinámica es una ciencia para desarrollar los conocimientos ya que los  pondremos en práctica en nuestra profesión y nos servirá de mucho en el futuro por nuestra carrera. El futuro de los trabajaos petroleros depende de tener claro todas las leyes termodinámicas porque desde los inicios en la construcción de un pozo se aplican los  principios como lo es la transferencia de calor que se le hace al yacimiento, el cálculo del trabajo necesario aplicado para que el yacimiento empieza a producir realizándole disminución de sus propiedades y así está ser tomado en cuenta para bajar su viscosidad, gravedad API esto hace que el manejo del crudo en superficie sea menos costoso para el tratamiento y sea más rentable

Palabras claves: Transferencia, cálculos, estrategia E-mail de los autores:

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INTRODUCCIÓN En Venezuela y en todo el mundo la termodinámica cumple un papel importante no necesariamente en la ingeniería de petróleo sino en la vida cotidiana de las personas puesto desde el momento que amanece el sol aparece que es una fuente energética ella misma nos transfiere calor a nuestro cuerpo y a todo lo que nos rodea. La primera ley de la termodinámica es la explicación a múltiples aplicaciones y fenómenos que vemos en el vivir diario Sabemos que está definida como la ley de conservación de la energía, citando que la energía nose destruye solo se transforma y nosotros la ejemplificamos con un sencillo motor de vapor, hecho con una lata de gaseosa, agua, pitillos, una veleta y un combustible, donde la energía dada por el combustible se convierte en energía mecánica y en gran escala es uno de los métodos más usados en el mundo para la producción de energía eléctrica. También se puede decir que el calor se encarga de los movimientos de las moléculas sin importar si estas pertenecen a un gas, un líquido o un sólido, cuando el calor aumenta, entonces la energía de dicho cuerpo se incrementará. La temperatura por su parte es el grado de calor que existe en los cuerpos; al calor no podemos verlo, sólo podemos notar sus efectos y que provoca diversos cambios de temperatura cuando el mismo varía; un ejemplo de este cambio puede ser cuando un cuerpo pasa del estado sólido al estado líquido y que a su vez éste pueda ser transformado a un estado gaseoso.

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Capitulo I

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CAPITULO I 1.1 OBJETIVO GENERAL Generar una maquina (barco) a vapor, con la finalidad de explicar los  principios termodinámicos y dar veracidad que el vapor es de gran importancia para la industria petrolera

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS



Verificar prototipos ya usados anteriormente como maquinas a vapor por motivo

de ejemplo a seguir de acuerdo al orden. 

Identificar los instrumentos a utilizar para realizar la maquina a vapor



Enumerar los procedimientos para realizar el prototipo con la finalidad de

realizarlo de la mejor manera. 

Demostrar resultados óptimos del calor generado por la maquina a vapor con la

finalidad de que pueda realizar movimiento

1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El siguiente proyecto se llevó a cabo por la falta específica de como demostrar los principios termodinámicos y llevarlo a cabo para obtener la facilidad de explicarlo. Por medio de este proyecto se observó como la temperatura de un cuerpo cambio por medio de la transferencia de calor En el área petrolera se puede decir que el proyecto tiene la necesidad de su creación para eliminar los generadores de alta potencia que producen energía al taladro siendo estos con motores diesel de costos elevados he aquí el experimento

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tomado en cuenta para que esta lo haga funcionar con el vapor y hacer producir movimiento para dar energía igual que los generadores de energía eólica.

1.4 LIMITACIÓN El trabajo no contó con el tiempo necesario para la extensión del proyecto o  para profundizar mejor la explicación la cual nos permitiría demostrar con más facilidad los principios termodinámicos La falta de algunos materiales difícil de encontrar limitó a que el prototipo del  barco a vapor tuviese un mejor diseño y que la misma nos permitiera demostrar lo  planteado con veracidad y ser más profundo en el tema.

1.5 ANTECEDENTES

JAMES W. (1784) :  Fue el inventor de la máquina de vapor moderna, Sin embargo, aprovechar el vapor para producir movimiento, y eventualmente energía mecánica ya venía de hace mucho tiempo. Incluso poca gente recuerda que el escocés Watt había mejorado una idea de Thomas Newcomen, un herrero de Cornualles que en 1712 ideó un ingenio a vapor para sacar el agua de las minas de carbón. Watt tuvo que reparar una máquina de Newcomen (muy populares en todo el Imperio Británico), y a partir de ahí comenzó a pensar en su propia máquina. JIMENES, E. (2010): Realizó un prototipo de un barco a vapor y funciono exitosamente produciéndose movimiento por el calor generado y evaporando el agua convirtiéndola en vapor en este trabajo se evaluaron los problemas que influyen con los procesos termodinámicos y también se efectuaron varios ensayos hasta alcanzar el modelo ideal. 1.6 JUSTIFICACION La elaboración de este proyecto se realizó con la finalidad de entender con más claridad los principios termodinámicos en específico la primera ley que nos 6

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explica como la materia no se destruye sino que se transforma de un estado líquido a un estado gaseoso siendo este un aporte valioso a la ingeniería de petróleo demostrado por el mecanismo del motor a vapor. Por otro lado el proyecto estudiara las propiedades físicas del agua por medio de la transferencia del calor, hace que el agua valla disminuyendo su densidad haciéndola menos pesada para poder producir movimiento en el sistema. La elección de este proyecto es amigable con el planeta puesto que no usa ningún combustible fósil, únicamente usa agua y un poco de calor que hace que se mueva el barco, puede hacer avanzar a cualquier vehículo en el que sea utilizado es un proyecto no contaminante.

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Capitulo II

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CAPITULO II MARCO TEORICO 2.1 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA También conocida como  principio de conservación de la energía  para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna.

2.2 SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA Esta ley marca la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin  pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el  primer principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.

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2.3 TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Algunas fuentes se refieren incorrectamente al postulado de Nernst como "la tercera de las leyes de la termodinámica". Es importante reconocer que no es una noción exigida por la termodinámica clásica por lo que resulta inapropiado tratarlo de «ley», siendo incluso inconsistente con la mecánica estadística clásica y necesitando el establecimiento previo de la estadística cuántica para ser valorado adecuadamente. La mayor parte de la termodinámica no requiere la utilización de este postulado.

2.4 CRITERIOS DE KELVIN Kelvin realizó sus estudios en la Universidad de Glasgowy en Peterhouse, Universidad de Cambridge. Trabajó en numerosos campos de la física, sobresaliendo especialmente sus trabajos sobr etermodinámica,  como el descubrimiento y cálculo delcero absoluto,  temperatura mínima alcanzable por la materia en la cual las  partículas de una sustancia quedan inertes y sin movimiento. El cero absoluto se encuentra en los -273,15°Celsius. La escala de temperatura deKelvinconstituye la escala natural en la que se anotan las ecuaciones termodinámicas y la unidad de temperatura en el Sistema Internacional de Unidades. En1846,  Kelvin fue nombrado profesor de filosofía natural de la Universidad de Glasgow, que desempeñó hasta su jubilación en1899. También descubrió en1851el llamado efecto Thomson,  por el que logró demostrar que el efecto Seebeck y el efecto Peltier están relacionados .Así, un material sometido a un gradiente térmico y recorrido por una intensidad de corriente eléctrica intercambia calor con el medio exterior. Recíprocamente, una corriente eléctrica es generada por el material sometido a un gradiente térmico y recorrido por un flujo de calor. La diferencia fundamental entre los efectos Seebeck y Peltier con respecto al efecto Thomson es que éste último 10

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existe para un solo material y no necesita la existencia de unasoldadura. En1896se le rindió un homenaje, al que concurrieron científicos de todo el mundo, por sus investigaciones en termodinámica yelectricidad.  Hasta1904se prolongaron sus actividades académicas como canciller de la citada Universidad de Glasgow. Gracias a Thomson se hicieron los estudios necesarios para instalar en1866el  primer cable trasatlántico que conectó Wall Street(Nueva York) con Londres.

2.5 MÁQUINA DE CALOR Una máquina térmica es un conjunto de elementos mecánicos que permite intercambiar energía,  generalmente a través de un eje,  mediante la variación de energía de un fluido que varía su densidad significativamente al atravesar la máquina. Se trata de una máquina de fluido en la que varía el volumen específico del fluido en tal magnitud que los efectos mecánicos y los efectos térmicos son interdependientes. Por el contrario, en una máquina hidráulica,  que es otro tipo de máquina de fluido, la variación de densidad es suficientemente pequeña como para poder desacoplar el análisis de los efectos mecánicos y el análisis de los efectos térmicos, llegando a despreciar los efectos térmicos en gran parte de los casos. Tal es el caso de una bomba hidráulica, a través de la cual pasa líquido. Alejándose de lo que indica la etimología de la palabra hidráulica, también puede considerarse como máquina hidráulica un ventilador, pues, aunque el airees un fluido compresible, la variación de volumen específico no es muy significativa con el propósito de que no se desprenda la capa límite. En una máquina térmica, la compresibilidad del fluido no es despreciable y es necesario considerar su influencia en la transformación de energía.

2.6 MOTOR DE COMBUSTIÓN

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Un motor de combustión interna, motor a explosión o motor a pistón, es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química de un combustible que arde dentro de la cámara de combustión. Su nombre se debe a que dicha combustión se produce dentro de la propia máquina, a diferencia de lamáquina de vapor.

2.7 BOMBA DE CALOR Una bomba de calores una máquina térmica que permite transferir energía mediante calor de un ambiente a otro, según se requiera. Para lograr esta acción es necesario un aporte de trabajo acorde a la segunda ley de la termodinámica, según la cual el calor se dirige de manera espontánea de un foco caliente a otro frío, y no al revés, hasta que sus temperaturas se igualen. Este fenómeno de transferencia de energía calorífica se realiza principalmente  por medio de un sistema de refrigeración por compresión de gases refrigerantes, cuya  particularidad radica en una válvula inversora de ciclo que forma parte del sistema, la cual puede invertir el sentido del flujo de refrigeración, transformando el condensador en evaporador y viceversa.

2.8 EFICIENCIA TÉRMICA El rendimiento térmico o eficiencia de una máquina térmica es un coeficiente o radio adimensional calculado como el cociente de la energía producida (en un ciclo de funcionamiento) y la energía suministrada a la máquina (para que logre completar elciclo termodinámico)

2.9 ENTROPÍA

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En termodinámica,  la entropía(simbolizada como S) es una magnitud física que, mediante cálculo, permite determinar la parte de la energía que no puede utilizarse para producir   trabajo. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural. La entropía describe lo irreversible de los sistemas termodinámicos

2.10 ENTALPIA Es una magnitud termodinámica,  simbolizada con la letraHmayúscula, cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico,  es decir, la cantidad de energía que un sistema intercambia con su entorno. En palabras más concretas, es una función de estado de la termodinámica donde la variación permite expresar la cantidad de calor puesto en juego durante una transformación isobárica, es decir, a presión constante en un sistema termodinámico, teniendo en cuenta que todo objeto conocido se puede entender como un sistema termodinámico. Se trata de una transformación en el curso de la cual se puede recibir o aportar energía (por ejemplo la utilizada para un trabajo mecánico). En este sentido la entalpía es numéricamente igual al calor intercambiado con el ambiente exterior al sistema en cuestión.

2.11 COMO PODRÍA APLICAR ESTE PROYECTO EN EL CAMPO PETROLERO Y EN QUE AREA Este proyecto es de gran importación en el campo petrolero debido a que se  puede tomar como referencia el motor del barco a vapor con las tecnologías nuevas usadas en el área de yacimiento y producción, más que todo en la faja petrolífera del Orinoco debido a que esos yacimientos son muy someros y crudos pesados por lo tanto el yacimiento no posee la energía necesaria como para que el crudo pueda ser trasladado a la superficie he aquí donde el experimento entra como referencia 13

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calentando agua y convirtiéndola en vapor para poder ser inyectado al pozo por medio segregación gravitacional el crudo va mejorando sus propiedades y disminuyendo su viscosidad hasta ser producido en su totalidad y ser almacenados en tanques El mecanismo de movimiento realizado por el barco a vapor también puede ser innovador y usado en el área de perforación adaptada a los equipos de superficie como un sistema de levantamiento debido a que el vapor puede ser usado como un generador de electricidad y eliminando motores diesel de alta potencia que son extremadamente costos.

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Capitulo III

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CAPITULO III RESULTADOS 3.1 MATERIALES 

Tijeras

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Marcador



Silicón

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Una vela

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Un pote de leche usado



Una regla



Un lápiz



Pega epoxi



Pitillos



Lata de Cerveza

3.2 PROCEDIMIENTOS



Cortamos una tira de la lata de 5cm de ancho



Doblamos la tira en la mitad



A cada extremo le medimos 1cm y doblamos la lata a los costados



Cortamos uno de los pitillos en dos e introducimos en la parte superior de la lata.



Con los pitillos dentro de la lata pegamos los bordes con la crema epoxi de tal

manera que esté quedo completamente hermética, dejamos secar durante 6 horas aproximadamente. 

Cuando estaba completamente seco, retiramos los pitillos y quedo una abertura

curva en la parte superior de la lata, introducimos dentro de la abertura 2 pitillos con cabeza flexible teniendo en cuenta que la zona flexible estuviese a 2cm del borde de la lata y pegamos con pega epoxi cuidando que quedara completamente sellado.

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

Colocamos pega epoxi en la parte flexible de los pitillos con una inclinación de

45º para que al momento de pegar el motor los pitillos no salgan del agua. 

Para armar el barco, recortamos la parte superior del cartón de leche y dibujamos

esta figura sobre el 

A 3cm de la punta del barco ya armado hacer un pequeño agujero de 3cm * 3cm



Pasamos los pitillos del motor ya pegados por el agujero del barco y pegamos

con silicona sin dejar huequitos para que el agua no se filtre por ahí y cause el que el  barco se hunda. 

Una vez que se pegó el motor llenamos de agua uno de los pitillos hasta que el

agua se desborde por el otro pitillo. 

Colocamos una vela decorativa ya prendida en la mitad del barco para que no se

vire. 

Poner el barco en el agua sin que el agua que está dentro del motor se riegue.

Figura 1: Diagrama de flujo del agua ( análisis termodinámico ,2012)

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3.2.1 Combustible Cantidad aproximada: 15 ml Cp: 2000 j/kg.°K Densidad: 920 kg/m3 Punto de ebullición: 225 °C Temperatura inicial: 35 °C Masa: 0,136 kg

3.2.2 Agua Cantidad aproximada: 20 ml Cp: 4186 J/kg.°k Punto de ebullición: 100 °C Densidad:1000 Kg/m3 Masa. 0,2 Kg

Figura 2: Como Actúa El Proceso Dentro De La Lata (análisis termodinámico, 2012)

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3.2.3 Calculo Del Calor (Qi) Suministrado por el Combustible Qi=m.Cp.(T2-T1) Qi: calor transferido al sistema M: masa T1: temperatura inicial T2: temperatura final Sustituyendo Qi = 0,136 kg x 2000 J/kg.°k (495,15-307,15) Qi= 51.136 J Calor abosvido por el agua dentro del sistema Q= m.cp .(T2-T1) Q= 0,2 kg. 4185 J/kg.°k( 372,5-307,5) Q=54.405 J

Figura #3: Inicio del escape de agua por la tobera del pitillo (Análisis termodinámico, 2012)

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Figura #4: Después de la condensación el agua llena el otro pitillo (análisis termodinámico, 2012) Se demostró efectivamente que la energía no se destruye solo se transforma

.

Figura 5: Barco de vapor (Daniel, 2014)

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4. CONCLUSIÓN Las tecnologías desempeñan un papel fundamental en la seguridad del abastecimiento, la eficiencia energética y la protección del medio ambiente. Son un factor de desarrollo y de posicionamiento de las industrias energéticas en el mercado mundial. Tanto en las técnicas de producción como en las de utilización y consumo de energía. Además fomentan el desarrollo de tecnologías conexas en otros campos tales como protección medioambiental, y tecnologías de control y de información. Comprendemos que la temperatura no es energía sino una medida en la que esta es la sensación de la diferencia de calor de los diferentes cuerpos. El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya así mismo comprendemos que el calor es una transferencia ente dos cuerpos que se puede asociar al movimiento de los átomos Someter los elementos a calentamiento en muchas ocasiones es de vital importancia para que estos presenten algún cambio (movimiento). Se demuestra claramente que el agua se evapora así procede a la acción, la reacción es cuando gracias al vapor crea el movimiento.

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Cerda, H. (1995). Cómo elaborar Proyectos: Diseño, Ejecución y Evaluación de Proyectos Sociales y Educativos. Santa Fe de Bogotá. Magisterio. Cerda, H. (1995). Cómo elaborar Proyectos: Diseño, Ejecución y Evaluación de Proyectos Sociales y Educativos. Santa Fe de Bogotá. Magisterio. Hernández, R. y otros. (2003). Metodología de la Investigación (3ª Edición.). México: McGraw-Hill. Kerlinger, F. (1975). Investigación del Comportamiento. Técnicas para saber como funcionaban las maquinas a vapor, México. Moreno E.; Gómez M. .; Refolio M.ª c.; López ,.M. Análisis termodinámico de un diseño conceptual de máquina de vapor debida a Serie El CSIC en la Escuela. Investigación sobre la enseñanza de la ciencia . Editorial CSIC. 2014

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