UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULT FA CULTAD AD DE INGENI INGENIERÍA ERÍA MECÁNICA MECÁN ICA
INFORME DE LABORATORIO N° 3
MEDICIÓN DE POTENCIA POTENCI AY VELOCIDAD Sección: A Autoe!: Ai"ui#$ %o&e 'e(o Mi)$i* A*+ono, Dionicio %-on. Te Teo(oo o(oo Ben$/i(e! Ro)$! Die&o An0+$* C$!ti**o F$12n M$nue* u4+eto C5!#e(e! C-$u#i! 6$!!e Lenin
FEC FECA A DE DE REAL REALI7 I7AC ACI8 I8N N DEL DEL E9' E9'ER ERIM IMEN ENTO TO
:
23 de septiembre de 2015
FECA DE ENTREGA DEL INFORME
:
30 de septiembre de 2015
UNI - FIM INDICE INTRODUCCIÓN...........................................................................................................................................................2 OBJTI!O"....................................................................................................................................................................2 FUNDAMNTO TÓRICO...........................................................................................................................................2 MATRIA#"
UTI#I$ADO"........................................................................................................................................2
%ROCDIMINTO.........................................................................................................................................................2 C&#CU#O" ' R"U#TADO"......................................................................................................................................2 CONC#U"ION"...........................................................................................................................................................2 RCOMNDACION"..................................................................................................................................................2 BIB#IO(RAFIA.............................................................................................................................................................2
INTRODUCCIÓN
. En el presente informe de laboratorio de abordó el tema de “Medición de potencia y velocidad”. Para realizar este laboratorio utilizamos dos equipos de uso frecuente en la industria, los cuales son: la turbina Francis y los compresores de alta y baa presión. !e realizaron medidas de presión y velocidad en ambos equipos y se realizaron c"lculos, a partir de los cuales elaboramos nuestras conclusiones.
.
MEDICI8N DE 'OTENCIA
6 VELOCIDAD
UNI - FIM OBJETIVOS
Mediante un freno de cinta #Prony$ averi%uar la potencia al ee que entre%a la &urbina Francis.
'nalizar la variación de la velocidad an%ular del ee con respecto a las diferentes car%as, a las que se le somete a la turbina.
(eterminar la potencia indicada, al ee y potencia el)ctrica del compresor de alta presión.
*onocer el funcionamiento de los diferentes equipos de medición de potencia.
*onocer los diferentes tipos de potencia que se pueden medir en una m"quina y las relaciones se pueden definir entre ellas.
*alcular la eficiencia mec"nica del compresor de alta presión.
FUNDAMENTO TEÓRICO
MEDICIÓN DE POTENCIA EN LA TURBINA FRANCIS TURBINA FRANCIS +a turbina Francis fue inventada por ames -. Francis a finales del si%lo .
;
UNI - FIM Es una turbina de reacción, radial, de admisión total y descar%a a/ial con tubo de aspiración. +a turbina Francis 0a evolucionado muc0o en el curso de este si%lo, encontrando buena aplicación en aprovec0amientos 0idr"ulicos de caracter1sticas muy variadas de car%a y caudal, tal es as1, que e/isten dic0as turbinas con saltos de a%ua de 23 metros, como tambi)n en saltos de 443 metros y a caudales que a veces alcanzan 533m26s y otras de sólo 73m26s. Esta versatilidad 0a 0ec0o que esta turbina sea la m"s %eneralizada en el mundo 0asta estos momentos. +os ór%anos o componentes principales de la turbina son: •
*arcaza o caa espiral.
•
(istribuidor ó alabes directrices.
•
8odete móvil o rotor.
•
&ubo de aspiración.
El rodete o parte móvil de la turbina, constituido por un cierto n9mero de paletas o alabes que, en este tipo de turbinas, tienen sus e/tremidades e/ternas inferiores unidas por una corona que les envuelve el n9mero de alabes oscila, por lo %eneral entre 7; y 57 y depende del tipo de construcción. Este rodete se construye de c0apa de acero para las turbinas de peque
Para re%ular el caudal que entra en el rodete, se utilizan las paletas directrices situadas en forma circular, y cuyo conunto se denomina distribuidor. *ada una de las paletas directrices se mueve sobre un pivote, de tal forma que lle%an a tocarse en la posición de cerrado, en cuyo caso el caudal recibido por el rodete es m"/imo. El conunto de paletas directrices del distribuidor se acciona por medio de un anillo móvil al que est"n unidas todas las paletas directrices, y este anillo móvil, a su vez esta accionada por el re%ulador de velocidad de la
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UNI - FIM turbina. El a%ua despu)s de pasar por el rodete, impulsando este y 0aci)ndolo %irar, sale por un tubo que se denomina tubo de aspiración el cual cumple un doble propósito.
a$ =tilizar la diferencia de niveles que e/isten entre el punto de salida de la turbina y el nivel a%ua a bao, denominada altura est"tica de succión. b$ 8ecuperar por su forma diver%ente parte de la ener%1a cin)tica que lleva el a%ua al salir de la turbina. +a altura recuperada es denominada como altura din"mica de succión.
CARACTERÍSTICAS DE LA TURBINA FRANCIS
Marca
:
'8MF>E+( ?@(8'=+>* EAB>AEE8>AB *o. +td. 8>ABCDD( ?'8&!, EAB+'A(.
&ipo
:
As 2; M5
Potencia
:
5,4 -?P
elocidad
:
7333 8PM
&ama
: ;”
elocidad especifica
: 2; 8PM
'ltura neta
: 53 pies
elocidad de embalamiento m"/imo
: 7G33 8PM
(i"metro de la volante
: 75”
(i"metro de entrada
: ;”
ACCESORIOS
&aqu1metro Marca
: !M>&?
8an%o
: 3H5333 8PM
Error Ma/.
: 53 8PM
Marca
:
Manómetro
*?'+>A* D (inamómetro
8an%o
: 3H73 m ?5D
Error Ma/.
: 7m
<
UNI - FIM
Marca
:
!'+&>A
8an%o
: 3H53 %
Error Ma/. Escala
: 733 : %
ertedero 3H23 cm
Forma
: &rian%ular
*oeficiente de descar%a
: 3,;
Error Ma/.
: 3,7 mm
KL3
α
TACÓMETRO DIGITAL
Medición a distancia este &acómetro (i%ital ofrece una lectura r"pida y precisa de las 8PM y de velocidad en superficie a trav)s de la rotación de obetos, sin necesidad de contacto.
MANÓMETRO El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, %eneralmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local. En la mec"nica la presión se define como la fuerza por unidad de superficie que eerce un l1quido o un %as perpendicularmente a dic0a superficie.
DINAMÓMETRO !e denomina dinamómet! a un instrumento utilizado para medir fuerzas. Fue inventado por >saac AeIton y no debe confundirse con la balanza, instrumento utilizado para medir masas #aunque s1 puede compararse a una b"scula o a una romana$. Aormalmente, un dinamómetro basa su funcionamiento en un resorte que si%ue la +ey de ?ooJe, siendo las deformaciones proporcionales a la fuerza aplicada. Estos instrumentos consisten %eneralmente en un muelle contenido en un cilindro de pl"stico, cartón o metal %eneralmente, con dos %anc0os, uno en cada e/tremo. +os dinamómetros llevan marcada una escala, en unidades de fuerza, en el cilindro 0ueco que rodea el muelle. 'l col%ar pesos o eercer una fuerza sobre el %anc0o inferior, el cursor del cilindro inferior se mueve sobre la escala e/terior, indicando el valor de la fuerza. +os muelles que forman los dinamómetros tienen un l1mite de elasticidad. !i se aplican fuerzas muy %randes y se producen alar%amientos e/cesivos, se puede sobrepasar el l1mite de elasticidad y sufrir el muelle una deformación permanente, con lo que se inutilizar1a el dinamómetro.
MEDICIÓN DE POTENCIA EN EL COMPRESOR
=
UNI - FIM +a ener%1a es una ma%nitud almacenada, en forma similar a un volumen su cualidad de producir trabao o su propiedad de incrementarse, es lo 9nico que nos interesa. +a potencia es un fluo de ener%1a, toda la ener%1a almacenada no puede transportarse instant"neamente a otro lu%ar, tiene que 0acerlo en forma de un fluo. Dcurre que en al%unas fuentes de ener%1a, esta no est" almacenada en )ste, sino que debe producirse constantemente en forma de un fluo. Por ello se 0abla de potencia #fluo de ener%1a$ de un motor #fuente de ener%1a$. +a ener%1a mec"nica se presenta como el producto de dos factores: El producto de una fuerza por una velocidad lon%itudinal o el producto de un momento torsor por una elocidad an%ular si el movimiento es rotacional.
Potencia =
⇒
Potencia =
⇒
Movimiento longitudinal Movimiento rotacional
+a potencia se desarrolla, transmite y absorbe en m"quinas rotativas y otros dispositivos. 'l%unas m"quinas #por eemplo, turbinas, m"quinas de vapor y motores de combustión interna$ desarrollan potencia. Dtras la utilizan para producir efectos 9tiles. En todas las m"quinas rotativas y alternativas 0ay siempre al%una forma de transmisión de potencia. En la transmisión de esta potencia, una parte de ella se pierde inevitablemente a causa de la fricción. 'l in%eniero le interesa la potencia que puede desarrollarse, la que puede transmitirse y la que se utiliza para producir efectos dados. +a importancia de un equipo se da por la capacidad de trabao en la unidad de tiempo que pueda entre%ar. +a potencia desarrollada por la maquina no es la misma que se le da debida a las p)rdidas que se suscitan durante su funcionamiento. !in embar%o e/iste, una potencia entre%ada al pistón por la sustancia de trabao que es determinado mediante los llamados indicadores, conoci)ndose esta potencia como "a #!ten$ia indi$ada para cuya determinación se pueden usar:
• • • •
>ndicadores >ndicadores >ndicadores >ndicadores
de tipo pistón de diafra%ma equilibrado ópticos electrónicos
>
UNI - FIM Para el presente laboratorio usaremos el indicador tipo pistón. Estos se utilizan en m"quinas alternativas de baa velocidad, tales como m"quina a vapor, bombas, compresores y motores de combustión interna. Para el caso de compresores, que es la m"quina que utilizaremos en la e/periencia, el motor es el que entre%a potencia, en este caso al aire para comprimir el mismo.
?
UNI - FIM
COMPRESORES DE ALTA Y BAJA PRESIÓN
P8>ME8' E&'P' #-'' P8E!>DA$
Aumero de cilindros
5
*arrera
737,; mm
(i"metro interior
737,; mm
olumen de desplazamiento
7,;NO litros
olumen muerto
5L.4 cm2
Presión m"/ima
73,2 bar
8elación de velocidades, motorHcompresor
2:7
Eficiencia de la transmisión
3,LG
8an%o de velocidades
233H433 8PM
!EB=A(' E&'P' #'+&' P8E!>DA$
Aumero de cilindros
7
*arrera
737,; mm
(i"metro interior
O;,5 mm
olumen de desplazamiento
3,N;2 litros
olumen muerto
5G.5 cm2
Presión m"/ima
72,G bar
8elación de velocidades, motorHcompresor
2:7
Eficiencia de la transmisión
3,LG
8an%o de velocidades
233H433 8PM
@
UNI - FIM
P"an%met! &FILOTECNICA MILANO ITALIANA' Permite calcular el "rea interior del dia%rama de Presión vs. olumen obtenido por el medidor de dia%rama de pistón.
Indi$ad! de dia(ama ti#! )#i*tón+,& MAI-A.' Permite 0acer una representación a escala del ciclo termodin"mico realizado en el compresor en par"metros de Presión y olumen.
MATERIALES UTILI/ADOS
&urbina Francis
(inamómetro
Freno de fricción tipo “Prony”
&acómetro
UNI - FIM
&ablero de control
>ndicador de dia%rama
Plan1metro
*ontador de revoluciones
UNI - FIM
*ompresor de alta y baa presión
&anque que almacena aire comprimido
UNI - FIM
PROCEDIMIENTO
MEDICI8N DE 'OTENCIA DEL COM'RESOR DE BA%A 'RESI8N 7.
Encender el motor el)ctrico. &omar lecturas de los valores de corriente y voltae para cada compresor.
5. &odos los valores re%istrados, se 0acen cada tres minutos, en dos ocasiones. 'l cavo de esos tres minutos se toman las lecturas en simult"neo.
2. Mantener la presión del tanque de aire a G psi, deando abriendo o cerrando la v"lvula del tanque. N. Medir las alturas cuidadosamente.
4. &omar las medidas de temperatura para la entrada y salida del aire. ;. &omar las medidas del n9mero de 8PM para los valores de corriente y voltae dados. +ecturas del 8PM para el compresor de baa presión.
MEDICIÓN DE POTENCIA DE LA TURBINA FRANCIS 7. +lenar el tanque para el funcionamiento de la turbina Francis. !e 0an de llenar ambos compartimientos, primero la sección de descar%a del vertedero, lue%o, atreves de este, la sección m"s amplia. &odo esto se realiza mientras la turbina est" apa%ada.
;
UNI - FIM 5. El ee de la turbina est" conectado a un sistema faaHdisco, que permite realizar mediciones de fuerza y 8PMs. =n disco amarillo, esta ensamblado al mismo ee de la turbina. 2. Para medir la fuerza, se utiliza un dinamómetro que est" unido a una car%a variable. Esta car%a ser" la que iremos cambiando cada 3.4J%, donde tomaremos medición de la lectura del dinamómetro y el valor le1do en el &'=>ME&8D de 8PM. El valor recomendado es el de la primera lectura, puesto que la usaremos con el disco en movimiento. Este ser" nuestro 8PM. El dinamómetro indicara el valor de la fuerza a la que est" sometida la faa por acción de las car%as y efectos de fricción entre la faa y el disco. Para cada variación de peso se toman medidas del valor arroado por el dinamómetro.
N. *ada 3.4J%, se realiza mediciones de 8PMs, lectura de dinamómetro y altura del nivel de a%ua en simult"neo, tanto de ascenso, como en descenso. Estas mediciones deben 0acerse r"pidas dado que, por causas de fricción, la velocidad del disco disminuir" con la car%a 4. =na vez acabadas las lecturas, se apa%a el equipo.
C0LCULOS Y RESULTADOS
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES (ebemos ir a
8ealizamos la toma de
nuestros datos del laboratorio, cuando la presión del tanque de
almacenamiento de aire era constante.
3
UNI - FIM
!e debe fiar bien el papel en el indicador de tipo pistón para obtener dia%ramas indicados correctos.
BIBLIOGRAFIA Mec"nica de fluidos aplicada, 8obert mott, ;ta edición.
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