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OBJETIVOS
Conocer el funcionamiento de un compresor alternativo y adems
aplicar los conceptos tericos.
Conceptuar la importancia que se da a un equipo se da por la
capacidad de trabajo en la unidad de tiempo que pueda entregar.
Este laboratorio permite la realizacin de prcticas para la
experimentacin y conocimiento de los alumnos en el mbito industrial
y sus aplicaciones.
Conocer la disposicin del equipo y los instrumentos utilizados
as como el anlisis en la medicin.
Conocer y aprender los mtodos para poder calcular los diferentes
tipos de potencias, esto es determinando la potencia indicada,
potencia al eje y la potencia elctrica del compresor de alta
presin, as como su eficiencia mecnica.
Aprender a usar el indicador de diagrama para luego calcular la
potencia indicada as como interpretar las grficas.
Aprender ms sobre las turbo mquinas hidrulicas (turbina
Francis).
FUNDAMENTO TERICO
MEDICIN DE POTENCIA DE LA TURBINA FRANCISLa turbina Francis fue
inventada por James B. Francis a finales del siglo XX. Es una
turbina dereaccin, radial, de admisin totaly descarga axial con
tubode 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 30metros, 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 turbina
son: Carcaza o caja espiral. Distribuidor o 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 alabes que, en este tipo de turbinas, tienen sus
extremidades externas inferiores unidas por una corona que les
envuelve; el nmero de alabes 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 medianay deacero colado para lasde gran potencia.
Para regular 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 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
puntode salida de la turbinay el nivelagua a bajo, denominada
altura esttica de succin.
b)Recuperar por su forma divergente parte de laenerga cintica
que lleva el agua al salir de la turbina. La altura recuperada es
denominada como altura dinmica de succin.
Podemos ver una seccin de la turbina Francis completa en la
siguiente ilustracin:
DINAMMETROS MECNICOS A FRICCIN
El freno de friccin mecnico por zapata y tambor fue el primero
en ser utilizado, es llamado Freno de Prony. El principio de este
mecanismo era el de medir la fuerza de friccin que se ejerca con el
freno al eje del motor. Para medir el torque se tena en cuenta la
longitud del brazo del freno.
POTENCIASe define la potencia en general, como el trabajo
desarrollado en la unidad de tiempo.
P = = = F x v
1 CV = 0,736 kW 1kW = 1,36 CV 100 kW (136 CV)
Potencia terica o trmicaSe denomina as a la potencia que el
motor podra desarrollar si se transformase en trabajo til todo el
calor que se desprende de la combustin, es decir si no existiesen
prdidas de ninguna clase por escapes, rozamientos, transmisiones,
etc.
Potencia indicadaComo expresa su nombre, es la que corresponde
al trabajo que recibe realmente la cabeza del pistn.Pi = Pt
P(prdida por refrigeracin)
Potencia efectiva, eficaz, real, especfica o al frenoEs la
potencia que el motor puede proporcionar a la salida del cigueal,
es decir la que tendramos disponible para mover una mquina si se
acoplase directamente al cigenal. Es menor que la indicada, ya que
el propio motor consume potencia en el rozamiento del pistn y para
mover sus propios rganos y sistemas auxiliares, como el ventilador,
alternador, bombas diversas etc., de tal forma que:Pe = Pi
P(absorbida por los rozamientos)
Cuando la potencia efectiva se refiere al litro de cilindrada se
denomina potencia especfica.
PLANMETRO
Para los casos en los que se necesita calcular superficies
irregulares o en perspectiva, como mapas o manchas la geometra
clsica o incluso la geometra analtica no son suficientes y no
prestan mayor utilidad. Por ello es necesario recurrir a una
herramienta de medicin especfica para tal fin, el planmetro es una
buena y fcil alternativa.
El planmetro fue inventado en 1886 por el Capitn dans H. Prytz,
realizada por el Ingeniero del Instituto Geogrfico Espaol, D. Jos
Ma Manter, el planmetro es un instrumento que da el rea comprendida
dentro de lneas cuando la punta del mismo recorre el contorno,
moviendo la punta trazadora (o la lente) por el contorno de la
figura, el rea de sta se puede leer directamente sobre la rueda
medidora y su indicador.
Consta de las siguientes partes: Un polo que se fija en su
posicin sobre el papel con una aguja fina. Un brazo polar, el cual
se pivotea en un extremo sobre el polo y sobre el otro en la unidad
integradora, Un brazo trazador (que puede ser de longitud fija o
variable) unido en un extremo a la unidad integradora y que en el
otro extremo presenta el punto trazador o trazador ptico. Una
unidad de medicin que consta de un disco integrador de acero
endurecido sobre pivotes, Conectado al eje del disco, est un tambor
primario dividido en 100 para obtener lecturas de /1000 de
revolucin del disco integrador mediante una marca de ndice o un
vernier sobre un tambor opuesto. Otro indicador proporciona el
nmero de revoluciones completas del disco.
La manera ms recomendable de utilizar un planmetro es con el
polo fuera de la figura por medirse, el procedimiento para medir
cualquier rea es el siguiente:1) Colocar el polo fuera del rea en
tal posicin que el punto trazador alcance cualquier parte del
permetro.2) Leer el vernier con el punto trazador sobre un punto
conocido en el permetro.3) Mover el punto trazador en el sentido de
las manecillas del reloj alrededor del permetro hasta el punto
conocido y leer de nuevo el vernier.4) La diferencia entre las dos
lecturas, multiplicado por el factor de escala, proporciona el
rea.l rea se calcula segn la ecuacin: A = K . L
Donde: A = reaK = escala del mapaL = lecturas del promedio con
el planmetro, de la figura cuya rea se desea conocer5) Repetir el
procedimiento hasta obtener 3 valores consistentes y considerar la
media de stos.
MEDIDOR DE REVOLUCIONES
MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS Compresor de baja y alta presin.
Datos iniciales
Presin en el tanque = 8kg/cm2
Presin intermedia = 3.1kg/cm2
Baja PresinAlta presin
F6,1 Kg2,7 Kg
RPM745797
770775
Voltaje14580
Corriente14.89
Un Dinammetro.
Especificaciones: Marca: Salter.Rango: 0 - 30 kg.Aproximacin:
0,1 kg.
Un Tacmetro.
Especificaciones: Marca: Icknield Letchworht.Rango: 0 2000 RPM.
Aproximacin: 250 RPM.
Un Indicador de diagrama.
Especificaciones: Marca: Maihak.
Un Tacmetro de luz infrarroja.
Especificaciones: Marca: Testo 465. Aproximacin: 0,01 rpm.
Un Motor elctrico.
Especificaciones: Marca: BKB Birmingham.Serie: 439271.RPM:
144.
PROCEDIMIENTO DEL LABORATORIOPara la medicin A1. Encendemos la
fuente de energa (motor elctrico).2. Regulamos las vlvulas hasta
alcanzar presiones especificadas tanto a la entrada como a la
salida del compresor de baja.(en nuestro caso lo mantendremos a
ocho)3. Instalamos el indicador de tipo pistn sobre el compresor,
previamente hemos colocado un pedazo de papel el cual debe estar
bien sujeto al indicador para obtener un diagrama correcto.4. En el
tablero de control vamos hacer regulaciones de amperaje y voltaje
para los 2 motores elctricos que alimentan a los compresores (de
alta y de baja) con la finalidad de tener una presin de salida
constante para usar el tanque de almacenamiento.5. Hacemos la
conexin entre el cilindro y el indicador; el cual dispone de un
resorte calibrado; simultneamente se hacen las lecturas de las RPM
de la volante, las RPM del motor, el voltaje, la intensidad de
corriente y el par motor.6. Usando el planmetro de brazo trazador
medimos el rea del diagrama indicado obtenido (el rea lo obtenemos
en cm2).
PROCEDIMIENTOS PARA LA MEDICION CON LA TURBINA FRANCIS
1. Encendemos la fuente de energa (Bomba).2. Calibramos el
dinammetro alcanzado a cero.3. Tambin manipulamos el caudal dada a
una presin indicada4. Para cada pesa sometida a la turbina, se
deber medir las RPM y la tensin que mide el dinammetro haciendo un
total de 8.5. Se deber medir tambin cuando se saquen las pesas
medidas uno por uno.6. Anotar cada medida tomada y explicar porque
vario la medida del dinammetro.
CLCULOS Y RESULTADOSBaja PresinAlta presin
Fuerza en el Dinammetro (Kg)6.12.7
RPM 745797
770775
Voltaje (V)14580
Corriente (I)14.89
Presin en el tanque = 8kg/cm2
Presin intermedia = 3.1kg/cm2rea= 3.15 cm2
De: y Donde:K=constante del resorte = 72PSI/PULGS=rea del ciclo
termodinmico = 3.15 cm2L=longitud del diagrama=4cmSe obtiene:
Pmi=1.87622barAdems tenemos que:
Donde:A=rea del pistnL=Longitud del pistnN=RPMMotor a dos
tiempos Watts
Area(m2)K resorte (psi/pulg)K resorte (KN/m)Longitud
Diagrama(m)Presin media indicada(Pa)Potencia Indicada(W)
0.0003157219544.173230.04153910.36421203.963824
0.0003218048860.433070.035446723.95953635.21622
POTENCIA DE FRENADO O POTENCIA AL EJE
Para el clculo de la potencia al eje usamos la siguiente
frmula
, donde : Pb: Potencia al eje, potencia de freno R: Radio del
volante = velocidad angular del volante
CARGA(Kg)Dinammetro(Kg)RPMVelocidad AngularF Friccin (N)Radio
volante (m)Potencia (W)
001333139.591433600.15240
23.21235129.328897611.7720.1524232.022871
47.21094114.563412131.3920.1524548.087494
611.151001104.824474950.52150.1524807.093591
814.6837.287.6713789964.7460.1524865.078956
Con lo cual generamos el siguiente grfico Potencia al eje vs
Velocidad Angular del volante o (RPM)
OBSERVACIONES
Ningn instrumento puede indicar el valor exacto de la cantidad
medida, por dos razones: Imprecisin resultante de la condicin o
empleo del instrumento, Imprecisin intrnseca del instrumento en s.
En consecuencia hay que asegurarse que se entrega al instrumento
una verdadera muestra promedio de la cantidad que se mide.
En este laboratorio no se calculan las prdidas por friccin ni
las prdidas secundarias, que son las que de cierta manera
determinan la eficiencia transmitida de un sistema a otro.
El agua que existe en la rueda del la turbina Francis Sirve como
refrigeracion, el no calentamiento y el desgaste de la faja
mostrada.
RECOMENDACIONES Se debe considerar que en la toma de datos
existe el factor humano (posicin de la medida, la aguja no se
encuentra en cero, etc.) los cuales afectan las mediciones. Para
mayor precision se recomienda usar un software para calcular el
rea. Es recomendable utilizar el resorte adecuado a fin de evitar
problemas a la hora de graficar el rea de indicacin. Se debe fijar
bien el papel en el indicador de tipo pistn para obtener diagramas
indicados confiables y as hacer clculos posteriores ms reales.
Verificar que los equipos a utilizar se encuentren en buen estado
para evitar futuras complicaciones.
CONCLUSIONES
Este laboratorio nos sirvio para darnos cuenta de las perdidas
que siempre estan presente en todo proceso real, con lo cual
siempre ha de tenerse en cuenta tales perdidas para cualquier
operacin que deseemos realizar . Notamos que la potencia que
requiere el aire es menor que la entregada al compresor , esto se
debe a las perdidas por transferencia que ocurre durante el proceso
de compresin 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%. Se
concluye que la eficiencia de transmisin del motor al eje es menor
que la eficiencia de transmisin del eje al compresor
REFERENCIAS BIBLIOGRFICASTURBINA FRANCIS (2008). Manual de
turbinas_CABALLANOMECNICA DE TALLER (2008). Editorial Cultural
EspaaPROCEDIMIENTOS COES (2010). Manual de motores