UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUA GUATEMALA TEMALA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA MAQUINAS HIDRAULICAS ING. JOSE ISMAEL ISMAEL VELIZ PADILLA
REPORTE
NOMBRE: ESWIN JUAN PABLO APARICIO PEREZ CARNET: 201222682
GUATEMALA GUA TEMALA 16 DE MARZO DEL 201
INTRODUCCION
Durante la práctica se utilizaron dos tipos de bomba con una potencia igual, se utilizó una bomba centrifuga horizontal y una sumergible, para las cuales se realizaron el aforo volumtrico, utilizando un volumen de ! galones, midiendo el tiempo de llenado con un cronometro" El siguiente aforo de trayectoria en el cual se tomaron la distancia horizontal y vertical de la trayectoria del agua, utilizando una cinta mtrica" El tercer aforo fue el de trayectoria vertical, el cual consist#a en medir la altura vertical $ue alcanzaba el agua, por medio de fórmulas establecidas, se calculó el caudal y se comparó con los resultados anteriores" %a segunda parte de la práctica consistió en conocer y observar los módulos de celda fotovoltaica, los cuales aprovechan la radiación solar y la transf transform orman an en energ# energ#a a el elctr ctrica ica,, almace almacenan nando do dicha dicha energ energ#a #a en bater#as" Por medio de la ecuación de &ooper se puede determinar la pendiente optima de los módulos, de esta forma aprovechan de una forma más e'ciente la energ#a $ue el sol emite" (n e)emplo $ue se pudo observar durante la práctica fue la pendiente y la inclinación $ue ten#a un calentador de agua, el cual por medio de un panel solar aumentaban la temperatura del agua considerablemente" Por *ltimo se observó cómo se aprovecha la energ#a cintica del viento, por medio de un aerogenerador el cual aprovecha la velocidad del viento haciendo mover sus hlices, las cuales están conectadas a una turbina $ue $ue co conv nvie iert rte e la ener energ# g#a a me mecá cáni nica ca en elc elctr tric ica" a" Dich Dicha a ener energ# g#a a se almacena en bater#a, las cuales posteriormente la distribuyen"
OBJETIVOS G!"!#$% •
&onocer el funcionamiento y las aplicaciones de los diversos dispositivos de captación de energ#a mecánica, elctrica, solar y del viento $ue posee el laboratorio"
E&'!()*(+& •
•
•
Realizar un aforo volumtrico, de trayectoria y de trayectoria vertical en una bomba centrifuga horizontal y en una bomba sumergible" Observar y comprende como captan la energ#a solar las celdas fotovoltaicas y como almacenan dicha energ#a" Observar y comprender como un aerogenerador aprovecha la energ#a cintica del viento, convirtiendo la energ#a mecánica en elctrica"
MARCO TEORICO +ORO -O%(.ETR/&O &onsiste en determinar el tiempo $ue tarda una corriente de agua en llenar un recipiente de volumen conocido" Permite medir pe$ue0os caudales, como los $ue escurren en tuber#as"
M$,!#-$%!& '$#$ #!$%-$# !% $/+#+. • •
•
Depósito de volumen conocido, en el cual se depositara el 1uido" &ronometro, para medir la magnitud del tiempo en $ue es llenado el 1uido" Repetir 2 o 3 veces el procedimiento y realizar un promedio de los resultados obtenidos"
P#+(!--!",+ '$#$ %$ #!$%-$(-" !% $/+#+. El procedimiento consiste en llenar un volumen conocido y calcular el tiempo en $ue se llena para proceder posteriormente al cálculo del caudal $ue consiste en dividir el volumen de agua recogida en el depósito por el tiempo $ue se tarda en llenar el depósito" Q=
[
V galones ; t minuto
]
+ORO POR TR+4E&TOR/+ %a energ#a de agua $ue 1uye por la tuber#a se mani'esta por la trayectoria $ue describe al salir por su e5tremo libre, la trayectoria consta de dos componentes 678 y 648, con ellos es posible obtener una apro5imación aceptable cuando se usa en forma adecuada" %a venta)a $ue presenta este mtodo es su fácil y rápida operación"
M$,!#-$%!& '$#$ #!$%-$# !% $/+#+. • • • •
Tuber#a" 9oportes para la tuber#a" :ivel" Escuadra en forma de %"
P#+(!--!",+ '$#$ %$ #!$%-$(-" !% $/+#+. %a medición del aforo se realiza desplazando la regla hasta $ue el e5tremo inferior roce el chorro de agua $ue sale de la tuber#a" El lado 678 de la regla debe $uedar paralelo y apoyado en dicho tubo, para medir as# la distancia horizontal $ue hay desde el punto donde el chorro toca la regla, a la boca de salida de la tuber#a" 9e registran los valores de 678 y 648 de varias mediciones y se procede a realizar un promedio del resultado obtenido" &abe considerar dos posibilidades en este mtodo, tuber#a llena y parcialmente llena"
+ORO -ERT/&+% 9e puede aforar, apro5imadamente, midiendo la altura del chorro de agua cuando una tuber#a es dispuesta para salida vertical" E5isten dos casos; < &uando la altura de agua es pe$ue0a, menor $ue ="> veces el diámetro de la tuber#a? y, < &uando la altura es grande, mayor $ue @"> veces dicho diámetro"
P#+(!--!",+ '$#$ %$ #!$%-$(-" !% $/+#+. .edir la altura del chorro de agua +plicar la siguiente e5presión para el cálculo del caudal
MARCO PR3CTICO Aomba centrifuga horizontal AFORO VOLUMETRICO TABLA 1: DATOS " @ 2 3 > ! " @ 2 3 > !
Tuber#a de 3B> de pulgada de T-!'+ 4&5 diámetro >=,!C -olumen de ! galones >=,2 >>,2> >>,@ TABLA 2: CALCULOS >,! T-!'+ 4&5 V+%!" 4G$%5 C$$% 4V7,5 4G$%7&5 >F,!2 >=,!C !,== =,@232 >=,2 !,== =,@22! >>,2> !,== =,@@3= >>,@ !,== =,@@32 >,! !,== =,@=F2 >F,!2 !,== =,@=!2
Q promedio=
Q1 +Q2 +… +Q n n
Q promedio=
0,1232 + 0,1225 + 0,1130 + 0,1132 + 0,1072 + 0,1052 6
Q promedio=0,1140 [ Gal / s ]
AFORO POR TRAECTORIA TABLA 9: DATOS D-&,$"(-$ 4(5 3!,!
V =
D-&,$"(-$ 4(5 @=>,C
Tuber#a de 3B> de pulgada de diámetro
X 1 2 ;Y f = Y o + V o∗t + g t →resolviendo parat 2 t
y tomando parametros de caida libre
→t =
V =
√
2∗Y
X
√
g
y al sustituirlaen la ecu , deV
[ ]
[ ]
0,355 m m = 2∗Y s 2∗1,049 s g 9,81
√
V =0,7676
[ ] m s
π 2 π 2 A = ∗φ = ∗( 0,01905 m ) 4
4
−4
A = 2,85022∗10
m
2
3
m Q= A∗V =( 2,85022∗10 )∗( 0,7676 )=2,1879 ∗10 s −4
Q=2,1879∗10 s
−4
m
1m
−4
3
∗264.17 Gal
3
Q=0.0578 [ Gal / s ]
AFORO VERTICAL TABLA ;: DATOS Tuber#a de 3B> de pulgada de diámetro A%,#$ 4(5 +plicando la siguiente e5presión para el cálculo del caudal
0,01905 m
¿ ¿
Q =5,47 ¿
−4 m
Q=8,6768 ∗10
3
s
Q= 8,6768∗10 s
−4
3
m
1m
∗264.17 Gal
3
Q=0,2292 [ Gal / s ]
Aomba sumergible AFORO VOLUMETRICO TABLA : DATOS " @ 2
T-!'+ 4&5 diámetro @3,= @=,C
Tuber#a de 3B> de pulgada de -olumen de ! galones
TABLA 6: CALCULOS N+ @ 2
T-!'+ 4&5 @3,= @=,C
V+%!" 4G$%5 !,== !,==
C$$% 4V7,5 4G$%7&5 =,32 =,>!!>
Q promedio=
Q promedio=
Q1 +Q2 +… +Q n n 0,3828 + 0,4554 2
Q promedio=0,4191 [ Gal / s ]
AFORO POR TRAECTORIA TABLA <: DATOS
D-&,$"(-$ 4(5 @>=
V =
D-&,$"(-$ 4(5 @==
Tuber#a de 3B> de pulgada de diámetro
X 1 2 ;Y f = Y o + V o∗t + g t →resolviendo parat 2 t
y tomando parametros de caida libre
→t =
V =
√
2∗Y
X
√
y al sustituirlaen la ecu , deV
g
[ ]
[ ]
1,40 m m = 2∗Y s 2∗1 s 9,81 g
V =3,101
√
[ ] m s
π 2 π 2 A = ∗φ = ∗( 0,01905 m ) 4
4
−4
A = 2,85022∗10
m
2
Q= A∗V =( 2,85022∗10
−4
−4 m
)∗( 3,101 )= 8,8375∗10
s
3
4
−
Q = 8,8375∗10 m s 1m
3
264.17 Gal
∗
3
Q=0.2617 [ Gal / s ]
AFORO VERTICAL TABLA 8: DATOS Tuber#a de 3B> de pulgada de diámetro A%,#$ 4(5 ! +plicando la siguiente e5presión para el cálculo del caudal
0,01905 m
¿ ¿
Q =3,15 ¿ −4 m
Q=9,4655 ∗10
3
s −4
Q = 9,4655∗10 s
3
m
1m
3
∗264.17 Gal
Q=0,2501 [ Gal / s ]
DE&%/:+&/G: 9O%+R 4 PE:D/E:TE DE &O%E&TORE9 En el estudio de los procesos trmicos solares es muy importante el medio de captación de la energ#a solar, ya $ue con base en esto se puede dise0ar todo un sistema $ue opere utilizándola y aprovechando el mayor porcenta)e posible" Para recolectar la mayor cantidad de energ#a radiante procedente del sol, es necesario contar con un sistema de colectores $ue ofrezcan su cara perpendicular a la incidencia de los rayos solares, a la hora en $ue el sol se encuentra en su posición más alta sobre el meridiano local H@2 horas tiempo solarI" %a relación geomtrica entre un plano con cual$uier orientación particular relativa a la Tierra a cual$uier hora y la radiación solar incidente, esto es, la posición del sol con respecto a ese plano, se puede describir en trminos de algunos ángulos"
Estos ángulos y su de'nición son los siguientes; J K %atitud Hnorte positivaI" L K Declinación Hposición angular del sol al mediod#a solar con respecto al plano del ecuadorI Hnorte positivaI" 9 K El ángulo entre la horizontal y el plano HpendienteI" M K Desviación de la normal a la super'cie con respecto al meridiano local, el punto cero corresponde al sur, el este es positivo y el oeste negativo" N K ngulo de la hora, el mediod#a solar corresponde al cero, y cada hora es igual a @! de longitud con las ma0anas positivas y las tardes negativas" Q K El ángulo de incidencia de la radiación" Este ángulo se mide con respecto a la normal"
E&(+&/G: DE &OOPER %a declinación, L, se puede encontrar con la ecuación apro5imada de &ooper H@CCI,
donde n es el d#a del a0o"
9i consideramos un colector orientado en la dirección nortesur HMK=I a las 2 horas tiempo solar HNK=I y si la radiación solar #ndice perpendicular sobre el colector HJ K =I se tendrá; 9HnI K J LHnI 9era la ecuación para calcular la pendiente de los colectores para incidencia normal en cual$uier a0o" Teniedo en cuenta $ue la latitud en la &iudad de Suatemala es de @>> entonces JK@>,=F, por lo tanto; 9HnI K @>,=F LHnI
P+:E%E9 9O%+RE9 &alculo de numero de paneles solares y bater#as para para abastecer una casa con 3 dormitorios, comedor y cocina durante horas" C$",- $
A'$#$,+& !%=(,#-(+&
C+"& + >W
H+#$& ! &+
D)$& ?! &! &$
@ @ @ @ @
Refrigeradora Televisión &omputadora .icroondas %icuadora E$uipo de sonido %ámparas incandescente s Reproductor D-D
=,=2 =,@@ =,=! @,>C =,=>!
3 2 =,@! =,=!
3= 3= 3= 3= !
C+"&+ '+# @+#$ >W@ 3,CF C,C= 3,C= ,F@ =,=@
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I'+#,! Q ,!= @,22 ,3C @=,C =,=2
El importe seria la tarifa $ue la empresa elctrica nos cobrar#a, con paneles solares este importe se ahorrar#a"
P+,!"(-$ (+"&-$ 1;2 >W
C+"&+ '+# >W@ !" " )$ 2.121< >W@ &alculo de H:uI aplicando el factor de seguridad de @,2; :u K Hpotencia consumidaI U @,2 K 2,@2@F! K 2,!>@ VNh Debido a las prdidas de la instalación se debe tomar en cuenta el factor HV r K =,FI, para determinar el consumo má5imo $ue deben de proporcionar los paneles solares; ! ma" =
# u $ t
! ma" =3800.14 %&d ' ma"=316,7 A&d a ( 12 V )
&onsiderando un panel solar de la marca 9(:TE&W $ue provee una PK@= N, con una e'ciencia del !X" 9abiendo $ue la radiación solar en un dia es de WP9 K !">, la energ#a $ue el panel puede suministrar es de; ( p= ) p∗ *)+∗n p=836 %&d
%a cantidad de paneles $ue se deben conectar se determina por medio de la ecuación #o paneles >
#o paneles >
! ma" ( p 3800, 14 836
>5
E% "!#+ ! '$"!%!& ,!"#)$ ?! &!# $+# $ &onsiderando una bater#a de @2- y == +h" %a cantidad de bater#a está dado por ! ma"∗ /iasde auntonomia #o A-(.'A > )rofundidad dedescargo ∗ ' #o ,A-(.'A >
3800,14∗5 12∗0,7∗600
>4
E% "!#+ ! $,!#)$ ,!"#)$ ?! &!# $+# $ ;
-E%O&/D+D DE% -/E:TO P+R+ +EROSE:ER+DORE9 En palabras muy generales el viento es el resultado del 1u)o de aire entre zonas con presiones de aire distintas, $ue se calientan debido a la incidencia de radiación solar, as#, la energ#a eólica es energ#a solar convertida en energ#a eólica" %a forma en $ue aparece el viento Hvelocidad, dirección, turbulencia,"""I es complicada de predecir debido a $ue depende de distintos factores globales y locales; rotación de la tierra, posición de la luna, diferencia de temperaturas global y local, orograf#a de terreno, rugosidad de la super'cie, obstáculos, etc" %os datos principales del viento son los de la velocidad e5presado en metros por segundos YmBsZ y los de la dirección en grados YZ
R+&$ ! %+& V-!",+& ! P#+(!!"(-$ 9u utilidad principal radica en $ue proporciona la dirección o direcciones principales con su frecuencia en un diagrama circular del permitiendo as# ubicar el aerogenerador en el sitio idóneo" En el e)emplo, la dirección dominante es ::E, orientación $ue se debe mantener libre de obstáculos"
R+&$ ! %+& V-!",+& ! P+,!"(-$ En caso de $ue no se distinga claramente el viento dominante, se utiliza además un diagrama $ue muestra las direcciones principales de má5ima potencia, siendo la potencia proporcional al cubo de la velocidad del viento" En este caso, a pesar de $ue e5isten dos direcciones de viento dominantes, ::E y 9E, es esta *ltima la $ue proporciona mayor potencia con diferencia" :o obstante, se deberá tener en cuenta la dirección ::E en la ubicación 'nal del aerogenerador"
O#+#$/)$ %os accidentes del terreno suaves como colinas o vaguadas in1uyen positivamente en la aceleración local del viento" Por e)emplo, una colina de pendiente suave acelera el viento a lo largo de la pendiente dándose la má5ima velocidad en la cima de la loma" En cambio, un accidente abrupto disipa la energ#a del viento debido las turbulencias generadas" (n acantilado no conviene para instalar un aerogenerador"
D-!"&-+"$+ !&,-$(-" ! %$ '#+((-" Para la estimación de la producción de un aerogenerador, es importante $ue la altura de medición del viento coincida con la altura de monta)e del aerogenerador" &omo herramientas previamente;
matemáticas
au5iliares
es
preciso
obtener
C#$ ! '+,!"(-$ !% $!#+!"!#$+# '#+'+#(-+"$$ '+# !% /$#-($",! &- !& '+&-%! (!#,-*($+ &!" "+#$ UNEEN 61.;00 12.
D-&,#-(-" ! -!",+ $% !"+& !" " $+ ,-'+.
M!,++%+)$ ! (K%(%+ ! %$ '#+((-": 9e elabora una tabla $ue combina la distribución probabil#stica del viento Hcurva NeibullI )unto con la curva de potencia, ambos parámetros en función de la velocidad del viento" Empare)ando los datos sucesivamente para cada rango, y sabiendo $ue un a0o tipo tiene "F= horas, se obtiene en este caso la siguiente tabla;
CONCLUSIONES •
•
•
•
•
%os valores encontrados de los caudales, di'eren mucho al compararlos, este se vio en el resultado obtenido con el aforo volumtrico y los otros mtodos, lo cual lleva a concluir $ue la precisión a la hora de tomar los datos no fue buena" 9e pudo observar durante la práctica $ue no importa si las bombas poseen la misma potencia, una bomba sumergible tiene una mayor capacidad para elevar un 1uido a mayor altura, a comparación de una bomba horizontal" Durante la práctica se observó como un panel fotovoltaico aprovecha la energ#a solar de dos formas diferentes, uno almacenaba la energ#a elctrica para el consumidor y el otro sistema calentaba el agua a una temperatura considerable" +l conocer cuanta potencia consumen nuestros aparatos elctricos, se puede determinar un sistema alternativo como el de las celdas fotovoltaicas, $ue funciones y suministre la energ#a elctrica su'ciente para alimentar nuestros e$uipos, esto es importante ya $ue en el campo lo $ue se busca es reducir los costos y preservar el medio ambiente" Otro sistema importante $ue se pudo observar fue el aprovechamiento de la energ#a cintica del viento, aun$ue en nuestro medio no sea muy rentable, es importante conocer cómo se transforma la energ#a mecánica en elctrica"
BIBLIOGRAFIA @,,'&:77.$!"(-$$"$%$!%$!"!#-$.!&7&-,!&7!/$%,7* %!&7-$,!("-($!"!#-$-"-!+%-($.'/ @,,':77192.2;8..7%-#+!200<7(+%!(,+#!&17A0.'/ @,,':77!&.&(#-.(+7+(71;9;1<<97MANUALPARAAFORO DESINFECCIONDELAGUA @,,':77!&.&(#-.(+7+(78929177A/+#++%!,#-(+ @,,':77.(+"$$.+.7CONAGUA0<7N+,-(-$&7F"$! ",+&.'/ @,,':77.-"!"-!#+(--%-"/+.(+72010707$/+#+ +%!,#-(+.@,% @,,':77.(+"$$.+.7CONAGUA0<7N+,-(-$&7!-+# !&!!%+(-$.'/
