1. Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica
Línea de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico
XXIV MUESTRA DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOS
AUTOMATIZACIÓN Y PUESTA A PUNTO DE UN
BANCO DE PRUEBAS PARA EXPANSIÓN DE
LÍQUIDOS
Estudiantes: Daniel Alfonso García Lozano
Ricardo García Villamarín
Juan Sebastián Olivares Sánchez
Directores: Ing. Carlos Humberto Galeano
Ing. Juan Miguel Mantilla

2. ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN
•La realización del banco surgió a partir de los requerimientos de una
empresa de determinar el punto de ebullición de ciertos refrigerantes
utilizados en automóviles.
•Según normas internacionales ASME y SAE, la determinación del
punto de ebullición de refrigerantes se realiza a presión atmosférica, no
existe documentación de pruebas para distintas presiones.
•El estudio del proceso de ebullición es un aporte a la formación
académica, de los estudiantes del departamento y de la facultad, en el
área de las ciencias térmicas, desarrollando un laboratorio
experimental en dicho campo.
FINANCIADOR: Grupo Investigación Biocombustibles Energías y Medio Ambiente
VALOR DEL PROYECTO: $3.500.000
TIEMPO DE DESARROLLO: Seis Meses

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
•Caracterización de un fluido, determinando su coeficiente de
expansión térmica y obteniendo la relación entre Temperatura y
Volumen cuando se somete a un proceso de calentamiento a presión
constante.
•Medición de variables importantes en el proceso tales como
Temperatura, Volumen y Presión.
•Automatización de la lectura de datos y el control de los movimientos
de la maquina, con el fin de obtener resultados mas precisos.

4. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
•Utilidad pedagógica para realización de pruebas de laboratorio en las
áreas de termodinámica y transferencia de calor.
• Facilidad de operación para el uso por parte de los estudiantes.
• Protección de los usuarios.
• Selección de la presión del fluido en la prueba.
• Control de posición manual.
• Control de presión automático.
• Medición de variables y trazado de curva T vs. V.

5. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA (BENCHMARKING)
En Colombia no se encuentra ninguna empresa que fabrique este tipo
de equipamientos para la educación en ingeniería, pero en países
como Estados Unidos, Alemania, Inglaterra, se encuentran algunas
empresas que fabrican y comercializan equipos para la enseñanza en
las áreas de ingeniería, ciencias básicas y ciencias de la salud.
La empresa GUNT Hamburg en Alemania y la empresa TecQuipment
en Inglaterra, cuentan con dos equipos que sirven para determinar el
punto de ebullición en líquidos a presión atmosférica y con las cuales
se pueden estudiar los procesos de evaporación.

6. DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL

7. GENERACIÓN DEL CONCEPTO
En el banco de pruebas se tiene una cámara en la cual se
va contener el fluido de trabajo, esta cámara cuenta con un
volumen que puede cambiar de acuerdo a las necesidades
de la prueba.
Si se le induce al fluido calor incrementando la temperatura
del mismo, el fluido tiende a expandirse y para que la
presión del fluido sea constante una de las caras de la
cámara debe desplazarse aumentando así el volumen
contenedor del fluido.

8. GENERACIÓN DEL CONCEPTO
El funcionamiento de este sistema se da por un lazo
cerrado, en el cual se calienta el fluido por medio de las
resistencias, a medida que el fluido intente aumentar su
presión, el pistón es desplazado por medio del tornillo de
potencia aumentando así el volumen, dando como
resultado que la presión se mantenga constante.

9. DESARROLLO DE LA IDEA
A partir del requerimiento de determinar el punto de
ebullición de ciertos refrigerantes, surgió la idea de diseñar
un banco con la posibilidad de seleccionar una presión y
mantenerla constante, siendo viable la obtención de la
grafica Temperatura-Volumen.
La idea se complemento después al observarse que las
pruebas de este banco darán un aporte a la formación
académica al complementar los estudios en los procesos
de ebullición y las propiedades de los fluidos en estos
procesos.

10. PRESENTACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE DISEÑO DOMINANTE Y
JUSTIFICACIÓN
• Cámara de fluido.
Tubo de cobre horizontal y pistón metálico. Evacuación del aire
contenido inicialmente en la cámara y facilidad para el control de la
presión.
• Sistema de transmisión.
Correa sincrónica. Precisión en el control de la posición del motor.
Motorreductor con encoder. Medición de la posición y
controlabilidad.
• Sistema de calentamiento.
Tres resistencias helicoidales. Distribución del calor dentro del tubo.

11. GENERACIÓN DEL PRODUCTO
La construcción del banco fue realizada en la Universidad
Nacional de Colombia, contiene piezas mecanizadas, piezas
estándar seleccionadas, y componentes electrónicos.

12. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
La máquina cuenta con los siguientes componentes.
• Sistema de medición de variables (presión, temperatura
y volumen de la cámara).
• Sistema de transmisión con control automático.
• Sistema de seguridad. Protección contra quemaduras y
lesiones físicas.
• Sistema de adquisición y procesamiento de datos.

13. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA

14. APORTE Y VALOR SOCIAL DEL DISEÑO
No se encontró documentación publica o comercial, de
un Banco de Expansión de líquidos, en el cual se pueda
determinar el comportamiento Temperatura Volumen,
para distintas Presiones.
La apertura de un nuevo campo de investigación en
Ciencias Térmicas en la Facultad de Ingeniería de la
Universidad Nacional de Colombia.

15. ANÁLISIS ECONÓMICO
• Para verificar el costo de un sistema similar se realizo
una cotización de los bancos de pruebas, los cuales
determinan el punto de ebullición en los líquidos pero
solamente a presión atmosférica, de la empresa GUNT
Hamburg; el costo de dichos bancos oscila entre 40 y 50
Millones de Pesos.
• En cuanto al banco de pruebas diseñado en la
Universidad Nacional, se contó con financiación por
parte del Grupo de Investigación en Biocombustibles,
Energías y Medio Ambiente. El costo aproximado de
fabricación fue de $3’500.000 pesos.

16. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
• En el proceso de diseño es importante seguir una metodología
clara y bien definida, para que el resultado sea el esperado.
• La asignatura Proyecto Interdisciplinario contribuye a la
formación de los futuros ingenieros, ya que permite poner en
practica los conceptos adquiridos académicamente.
• Las Ciencias Térmicas son un campo de investigación muy
amplio, y con este prototipo se busca incrementar su estudio
en la Facultad.

17. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y HERRAMIENTAS DE
INGENIERÍA EMPLEADAS
NORTON, Diseño de Maquinas
SHIGLEY, Diseño en Ingeniería Mecánica
TIMOSHENKO, Mecánica de Materiales
INCROPERA, Transferencia de Calor
CENGEL, Termodinámica
Software:
LABVIEW 8.6
SOLID WORKS 2009
COSMOS 2009
MATLAB 2009
TK SOLVER 5

18. ¿PREGUNTAS?

19. GRACIAS POR SU
ATENCIÓN