Universidad Nacional de IngenieraFacultad de ingeniera mecnica

Informe

Curso: Laboratorio de Ingeniera MecnicaSeccin: BPeriodo acadmico: 2015-1Experimento: Medicin de potencia

Realizado por:

Apellidos y NombresCdigo

Condor Aranda juan20120124C

CanteoHuaranga, Juan Ivan20127018D

Experimento dirigido por:Ingeniero ChavesFecha:06/04/2015

Entrega del Informe:Fecha:20/04/2015

Informe Calificado por:Ingeniero ChavesFecha:

Observaciones:

Nota:

INDICE

INTRODUCCION OBJETIVOS FUNDAMENTO TEORICO MATERIALES Y EQUIPS UTILIZADOS PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO DATOS OBTENIDOS Y RESULTADOS OBSERVACIONES y CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA

INTRODUCCIN

En el presente informe realizaremos el laboratorio de medicin de potencia y velocidad, nuestra primera experiencia ser la de calcular la potencia elctrica, la potencia al eje y la potencia indicada en el compresor de baja presin, para lo cual tomaremos los datos convenientes, y con stos la eficiencia mecnica. En la segunda experiencia ser la de calcular la potencia al eje que entrega la Turbina Francis para diferentes cargas mediante un freno de cinta (faja) para lo cual tomaremos datos de RPM haciendo uso de un tacmetro digital, la potencia hidrulica, as como datos de carga de las pesas y las ledas por medio de lo que nos marcar la lectura del dinammetro.Asimismo proporcionaremos grficos que nos indiquen el comportamiento de la potencia con respecto a algunos parmetros fsicos.Y para un mayor entendimiento de los ensayos adjuntaremos material grfico de los equipos as como los esquemas de instalacin.

OBJETIVOS

Los principales objetivos del presente laboratorio son:

Conocer los diferentes tipos de potencia que se pueden medir en una mquina y las relaciones que se pueden definir entre ellas. Conocer y aprender los mtodos para poder calcular los diferentes tipos de potencia. Conocer el funcionamiento de los diferentes equipos de medicin de potencia. Determinar la potencia indicada, potencia al eje y la potencia elctrica del compresor de baja presin, as como su eficiencia mecnica. Encontrar la potencia al eje (Potencia mecnica) que entrega la Turbina Francis a partir de los datos que nos da el freno de cinta (Prony). Encontrar la potencia hidrulica que genera la Turbina Francis a partir de datos de alturas, debido a la cada de agua. Analizar los diferentes valores de la velocidad angular del eje de la turbina al ser sometido a un frenado al agregar peso a la cinta.

FUNDAMENTO TEORICO

MQUINA ROTATORIAEquipo capaz de utilizar la rotacin de un eje para producir, generar, transformar, transmitir, intercambiar energa entre dos o ms entes. Por ejemplo turbinas, bombas, etc.

La importancia de un equipo se da por la capacidad de trabajo en la unidad de tiempo que pueda entregar (Potencia). La potencia de una mquina es fundamental, ya que se desarrolla, transmite y absorbe en mquinas rotativas y otros dispositivos. Algunas mquinas como turbinas, mquinas de vapor y motores de combustin interna desarrollan potencia.

POTENCIAEs la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo. Esto es equivalente a la velocidad de cambio de energa en un sistema o al tiempo empleado en realizar un trabajo, segn queda definido por:

Donde:

P es la potencia E es la energa o trabajo y t es el tiempo

POTENCIA TIL Frecuencia con que se desarrolla o recibe trabajo [til].

POTENCIA AL FRENO Y POTENCIA EN EL EJE:

La potencia de salida de las mquinas de vapor se determinaba antes por medio de un freno. Por lo tanto, la potencia entregada por las mquinas de vapor se llamaba potencia al freno. El trmino ha persistido y se lo usa tambin en relacin con los motores de combustin interna. La potencia entregada por las turbinas y los motores se llama potencia en el eje. Tambin se usa este trmino para indicar la potencia de entrada en el eje de compresores, ventiladores y bombas.

Debe observarse que tanto la potencia al freno como la potencia en el eje denotan la potencia entregada por la mquina al exterior en el caso de un motor o la potencia tomada del exterior por la mquina cuando sta consume potencia. La potencia entregada al eje de una turbina por el vapor o el gas, por intermedio de las ruedas o paletas, se conoce como potencia interna. A causa de las prdidas por friccin, parte de la potencia interna se pierde. Por lo tanto, la potencia entregada por la turbina (potencia en el eje) es menor que la potencia interna.

Hay dos mtodos bsicos para medir la potencia de salida de los motores, segn se basen en los instrumentos denominados dinammetros de absorcin, o en los llamados dinammetros de transmisin. El tipo de absorcin absorbe toda la potencia producida y, por lo tanto, su uso debe restringirse a la prediccin de los que una mquina, turbina o motor har en circunstancias dadas. El tipo de transmisin, en cambio, es de valor para determinar la potencia realmente entregada en funcionamiento.

Los dinammetros de absorcin pueden ser clasificados de la manera siguiente:

a) Dinammetros mecnicos a friccin.b) Dinammetros hidrulicos.c) Dinammetros de aire.d) Dinammetros elctricos

a) Dinammetros mecnicos a friccin.-

La potencia entregada por la turbina es absorbida por la friccin existente entre la faja y el volante. El efecto de friccin la controlamos por medio del cargado de pesas aumentando sta, conforme se aumenta el cargado. Si deseamos medir potencias relativamente altas debemos de agregar agua en la volante con la finalidad de producir el enfriamiento de sta, con la consiguiente evaporacin del lquido. El freno de faja presenta grandes dificultades para la disipacin del calor y para mantener constante el par resistente, por ello su uso se limita para la medicin de bajas potencias.

A continuacin se muestra una variante del freno de prony:

b) Dinammetros hidrulicos.-

En el dinammetro hidrulico la friccin de un fluido se sustituye por la friccin entre slidos. Se compone de un elemento rotativo en el interior de una caja parcialmente llena de agua. Dado que puede haber una circulacin continua de fluido por el dinammetro, el dinammetro hidrulico puede ser construido para potencias mucho mayores que el anterior.

c) Dinammetros de aire.-

Hay muchas variantes del dinammetro de aire. Se los llama frenos de aire o frenos de ventilador. La mayor parte de ellos se basan en la friccin entre el elemento rotativo y la atmsfera libre para absorber la potencia, aunque en algunos casos el elemento rotativo est parcialmente cerrado para aumentar su capacidad de absorcin de potencia. La potencia absorbida a una velocidad dada no puede variarse sin hacer cambios mecnicos; adems, la capacidad para absorber potencia es escasa, an a grandes velocidades.

d) Dinammetros elctricos.-

El dinammetro de campo basculante consiste esencialmente en una mquina de c.c. en derivacin que puede funcionar indiferentemente como motor o como generador.El dinammetro de campo basculante en rigor no es dinammetro de absorcin. La parte principal de la potencia de entrada es convertida en energa elctrica la que puede disiparse en un banco de resistencias.

Para hallar la potencia en nuestro experimento deducimos que la potencia es:

Como el torque en este caso

F WrRPM Sera el de friccin entonces:Ffriccion= Ff = W FT= Ff.r = (W-F).r

POTENCIA INDICADA:

La potencia indicada est siendo entendida como la potencia entregada a la cara del pistn o por ella. Para el caso de compresores el motor es el que entrega potencia, en este caso al aire para comprimir este.

Existe una potencia que entrega el pistn a la sustancia de trabajo, que es determinada mediante los llamados indicadores de diagrama, estos son Indicadores del tipo pistn.

Indicadores de diafragma de equilibrio. Indicadores pticos. Indicadores electrnicos.

Los indicadores del tipo pistn se utilizan en mquinas alternativas de baja velocidad, tales como mquinas a vapor, bombas, compresores y motores de combustin interna. Los indicadores de diafragma se usan para mquinas alternativas de alta velocidad.

Los indicadores pticos han sido diseados para 2000 rpm o ms, de tal manera que los efectos de inercia puedan ser considerados despreciables.

Los indicadores electrnicos son tiles para un rango ms amplio de velocidades estando libre de los efectos de inercia.

La potencia desarrollada por la mquina no es la misma que se le da debido a las prdidas que se suscitan durante su funcionamiento. En la transmisin de la potencia una parte de ella se pierde inevitablemente a causa de la friccin. La potencia indicada es la potencia entregada a la cara del pistn o por ella.

Taqumetro de mano

La presin media indicada (Pmi) se obtiene con el indicador de diagrama que es un instrumento provedo de un soporte que nos registra el ciclo termodinmico que se suscita en escala reducida.

SPmiPVl

S = rea del ciclo termodinmicoK = constante del resorteL = longitud del diagrama

Pmi= . K

Y el IHP (Potencia Indicada):

Donde:N= numero de cilindros = 1 2 dependiendo de los tiempos del motor.

Indicador del tipo de pistn

POTENCIA POR FRICCION

La potencia por friccin se halla comnmente por diferencia entre la potencia indicada y la potencia en el eje o entregada:

FHP= IHP-BHP

Diagrama de cuerpo libre

Donde:f : Fuerza de friccin.W: Carga.D : Fuerza registrada en el dinammetro.R : Radio de la volante.PB: Potencia al eje.: Velocidad angular(rad/s)

TURBINA FRANCIS

La turbina Francis fue inventada por James B. Francis a finales del siglo XX.Es una turbina de reaccin, radial, de admisin total y descarga axial con tubo de aspiracin. La turbina Francis ha evolucionado mucho en el curso de este siglo, encontrando buena aplicacin en aprovechamientos hidrulicos de caractersticas muy variadas de carga y caudal, tal es as, que existen dichas turbinas con saltos de agua de 30 metros como tambin en saltos de 550 metros y a caudales que a veces alcanzan 200m3/s y otras de slo 10m3/s.Esta versatilidad ha hecho que esta turbina sea la ms generalizada en el mundo hasta estos momentos.

Los rganos o componentes principales de la Carcasa o caja espiral. Distribuidor alabes directrices. Rodete mvil o rotor. Tubo de aspiracin.

El rodete o parte mvil de la turbina, constituido por un cierto nmero de paletas o labes que, en este tipo de turbinas, tienen sus extremidades externas inferiores unidas por una corona que les envuelve; el nmero de labes oscila, por lo general entre 16 y 21 y depende del tipo de construccin. Este rodete se construye de chapa de acero para las turbinas de pequea potencia y de fundicin para las de potencia mediana y de acero colado para las de gran potencia.Para reglar el caudal que entra en el rodete, se utilizan las paletas directrices situadas en forma circular, y cuyo conjunto se denomina distribuidor. Cada una de las paletas directrices se mueve sobre un pivote, de tal forma que llegan a tocarse en la posicin de cerrado, en cuyo caso el caudal recibido por el rodete es mximo. El conjunto de paletas directrices del distribuidor se acciona por medio de un anillo mvil a al que estn unidas todas las paletas directrices, y este anillo mvil, a su vez esta accionada por el regulador de velocidad de la turbina. El agua despus de pasar por el rodete, impulsando este y hacindolo girar, sale por un tubo que se denomina tubo de aspiracin el cual cumple un doble propsito.

a) Utilizar la diferencia de niveles que existen entre el punto de salida de la turbina y el nivel agua a bajo, denominada altura esttica de succin.b) Recuperar por su forma divergente parte de la energa cintica que lleva el agua al salir de la turbina. La altura recuperada es denominada como altura dinmica de succin.

TURBINA FRANCIS

Marca:ARMFIELD HYDRAULIC ENGINEERING Co. Ltd. RINGWOOD HARTS, ENGLAND.

Tipo:Ns 36 MK2

Potencia:2,5 BHP

Velocidad:1000 RPM

Tamao nominal del rodete:6

Velocidad especifica:36 RPM

Altura neta:20 pies

Velocidad de embalamiento mximo:1800 RPM

Dimetro de la volante:12

Dimetro de entrada:6

ACCESORIOS

TaqumetroMarca: SMITH

Rango:0-2000 RPM

Error Mx.:20 RPM

ManmetroMarca: CHALINCO

Rango:0-10 m H2O

Error Mx.:1 m

DinammetroMarca: SALTIN

Rango:0-20 Kg

Error Mx.:100 g

VertederoEscala: 0-30 cm.

Forma:Triangular =90

Coeficiente de descarga:0,6

Error Mx.:0,1 mm

MATERIALES Y EQUIPOS USADOS

Bomba de alta presin de dos etapas

Bomba de baja presin de dos etapas

Turbina Francis

Caja de instrumentos

Contador de revoluciones

Regla

Planmetro

Panel de control

-Manmetro inclinado de lquido (mm de H2O)

PROCEDIMIENTOS

PROCEDIMIENTO PARA MEDIR POTENCIA DEL COMPRESOR DE BAJA PRESION

1. Encender el motor elctrico. Tomar lecturas de los valores de corriente y voltaje para cada compresor.2. Mantener la presin del tanque de aire a 8 atm, dejando abriendo o cerrando la vlvula del tanque.3. Medir las alturas de los manmetros inclinados.4. Tomar las medidas de temperatura para la entrada y salida del aire.5. Tomar las medidas del nmero de RPM para los valores de corriente y voltaje dados.6. Tomar lecturas del RPM para el compresor de baja presin.7. Repetir el procedimiento cuantas veces el profesor disponga.

PROCEDIMIENTO PARA MEDIR LA POTENCIA AL FRENO (FRENO PRONY)1. Verificando que la vlvula de acceso a la turbina Francis este inicialmente cerrada; ponemos en funcionamiento la bomba de alimentacin.2. Se abre la llave del segundo depsito para expulsar el agua, hasta que el nivel este por debajo del vrtice del vertedero.3. Abrimos la vlvula que permite el flujo del caudal de agua a la turbina. (a 5 PSI consideremos es dato para el laboratorio)4. Colocamos la correa sobre la volante y echamos agua al interior de sta.5. Procedemos a medir las RPM con el contador de revoluciones.6. Aadimos una carga inicial de 1Kg-f y medimos las RPM, luego tomamos la lectura de dinammetro.7. Repetimos el paso 6, variando la carga en forma ascendente; procurando que no frene.

DATOS OBTENIDOS Y CALCULOS

MEDICIN DE POTENCIA DEL COMPRESOR DE BAJA PRESIN

Calculo de la potencia elctricaCalculo para hallar la potencia elctrica en el compresor de alta presin:

Donde:P = potencia elctricaV= voltajeI= amperaje

Prueba N 1En el compresor de alta presinDatos:Presin intermedia :Voltaje: 121 Amperaje: Eficiencia del generador: Procedimiento

En el compresor de baja presinDatos:Presin intermedia :Voltaje: 178 Amperaje: Eficiencia del generador: Procedimiento

Prueba N 2En el compresor de alta presinDatos:Presin intermedia :Voltaje: 155 Amperaje: Eficiencia del generador: Procedimiento

En el compresor de baja presinDatos:Presin intermedia :Voltaje: 151Amperaje: Eficiencia del generador: Procedimiento

Calculo de la potencia al ejeCalculo para hallar la potencia al eje

Dnde: = potencia al eje = torque

F=fuerza registrado en el dinammetro (Kg)g=aceleracin de la gravedad b= brazo (m) = velocidad angular

Datos tomados del laboratorioCompresorFRPMBRAZO (m)

Baja presin46.8940.50.254

Alta presin43.72802.70.254

Baja presin2.85.27790.254

Alta presin2.83.7210360.254

Para el compresor de Baja presin con

ResultadosCompresor(%)

Baja presin428481668.7858.6

alta presin42129.1779.1636.6

Baja presin2.81149.51056.9991.95

Alta presin2.81472.51011.0368.66

Calculo de la potencia indicadaSiendo:K = 19533.9868 kpa

Dnde:N= rad/s= =kpa=cm=pa

Compresor

Baja presin483.74.1

alta presin4853.6

Baja presin2.8873.6

Alta presin2.8834

Presin intermedia :Alta

Baja

Presin intermedia :Alta

Baja

Para el compresor de Baja Presin a un

Compresor

Baja presin17.628953.1981668.7857.119

Alta presin27.1301252.066779.16362.23

Baja presin37.9831701.1381056.9962.13

Alta presin14.65872.6251011.02986.31

MEDICION DE POTENCIA DE LA TURBINA FRANCIS

Datos obtenidos a 5 psi medidos en la turbina Francis.

Prueba NR.P.MCarga (Kg.)Fuerza(Kgf)

1127700

2133811.6

312133.084.9

411304.086.9

510176.1410.5

6916.38.1813.8

760610.2418.2

Clculos

Donde: W: Carga (Pesas): Fuerza en el dinammetrof: Fuerza de friccin N: Velocidad angularR: Radio

Potencia al Freno:

Dnde:T = TorqueN = velocidad angularf = fuerza de friccinFD = fuerza indicada en el dinammetroW = CargaR = radio de la volanteR=15.24cm

Prueba NR.P.MN(rad/s)Carga (Kg)Fuerza(Kgf)f(N)PB(watts)

11277133,73000,000,00

21338140,1211,65,89125,69

31213127,033,084,917,85345,63

41130118,334,086,927,66498,90

51017106,506,1410,542,77694,21

6916,395,958,1813,855,13806,23

760663,4610,2418,278,09755,21

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

POTENCIA DEL COMPRESOR DE BAJA PRESIN

OBSERVACIONES:

La potencia elctrica es mayor a la potencia al eje, debido a que siempre existen perdidas mecnicas en el motor, de esto se concluye que la eficiencia del motor nunca es del 100%.

Para presiones bajas usamos resortes de menor constante K.

Realizamos la toma de nuestros datos del laboratorio, cuando la presin del tanque d almacenamiento de aire era constante.

CONCLUSIONES:

Se comprueba que con una presin intermedia de genera ms potencia en el compresor de alta presin.

Se comprueba que la potencia elctrica es mayor que la potencia al eje, y esta es mayor que la potencia entregada. (Esto despus de hallar los otros 2 clculos en los 4 procedimientos).Se determina el valor de la eficiencia del generador en base a la frmula:

POTENCIA DE LA TURBINA FRANCIS

OBSEVACIONES:

Debemos ir aadiendo en forma ascendente, pero gradual las pesas al soporte del dinammetro, para evitar incremento brusco de la fuerza de friccin.

La potencia al freno a medida que aumenta genera un calentamiento en la cinta de freno debido al rozamiento, para evitar el calentamiento y desgaste de sta ser necesario suministrarle agua a la faja.

Todas las mediciones se realizaron, teniendo en cuenta que el flujo que se diriga a la turbina era constante, y que solo variaban las cargas y con esto tambin las revoluciones de la volante.

La prueba numero 7 tieneun resultado diferente con respecto a las tendencias de los resultados calculados debido a una mala medicin a la hora de usar el contador de revoluciones.

CONCLUSIONES:

Se concluye que la potencia mecnica puede ser determinada de una manera indirecta usando el freno Prony, pero esto es slo aplicable a turbinas de pequeas potencias.A medida que aumentamos la carga en el dinammetro disminuyen las revoluciones de la turbina. La potencia entregada y el nmero de revoluciones son inversamente proporcionales.

BIBLIOGRAFIA

GUIA DE LABORATORIO DE INGENIERA MECNICA.

http://elrusogomez.blogspot.com/2010_03_01_archive.html.

Mechanical Engineering Laboratory,J. Benton Jones 2001.

El Laboratorio del Ingeniero Mecnico.Jesse Seymour Doolittle.