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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECANICA

INFORME DE LABORATORIO N.°1 ESTUDIANTES: ANGELES PARÉ EDGAR FERNANDO

20160191C

CORTEZ AGUIRRE FERNANDO DANIEL

20160281B

RIVAS LAURA ERLIN JHIME

20150205A

ESPINOZA SILVA ANGELO MARCELO

20164115J

GRUPO: 2 Sección H FECHA DE ENTREGA: 10 de septiembre del 2018

TEMA: MEDICION DE POTENCIA Y VELOCIDAD

DOCENTE: Ing. MALDONADO RIVERA ARTURO

MATERIA: LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA I – MN412 2018-2

INDICE

EXPERIMENTO. MEDICION DE POTENCIA Y VELOCIDAD

Pág.

1. INTRODUCCION

03

2. OBJETIVOS

04

3. FUNDAMENTO TEÓRICO

05

4. EXPERIENCIA 1

07

5. EXPERIENCIA 2

09

6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

12

7. ANEXO

8. CÁLCULOS,

GRÁFICAS, CONCLUSIONES, OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES ELABORADO POR CADA ESTUDIANTE 14

INTRODUCCION

En el campo de la ingeniería mecánica realizamos el uso de máquinas para la industria, la utilidad de estas máquinas viene dado por la energía que puede proporcionar, como así la velocidad a la que una máquina proporciona energía es a lo que llamamos potencia. En el desarrollo del laboratorio se usaron la turbomáquina hidráulica Francis y los compresores de alta y baja presión, teniendo como objetivo conocer las características, el funcionamiento para la obtención de la potencia y para la medición de las velocidades hacemos uso de los indicadores.

OBJETIVOS 

Aprender a calcular la velocidad con el tipo adecuado de instrumento.



Determinar la potencia hidráulica y la potencia al eje de una turbina Francis.



Determinar la potencia indicada, potencia al freno y potencia de fricción de un Compresor de dos etapas, utilizando un indicador de diagrama



 

El objetivo de las dos experiencias es la medición de la velocidad y potencia, así como la eficiencia del compresor y el comportamiento de la potencia con la velocidad angular con un tipo adecuado de instrumento. Calcular la potencia eléctrica, la potencia al eje y la potencia indicada en el compresor de baja y alta potencia, así como la eficiencia. En la segunda experiencia debemos graficar el comportamiento de las RPM respecto al torque producido por la fuerza de fricción.

FUNDAMENTO TEORICO La potencia se define como la cantidad de trabajo realizada por unidad de tiempo. La potencia mecánica se expresa por lo general HP caballo de potencia o caballo de fuerza. El que se define como 75 kilográmetros realizado en un segundo. Dado que el trabajo tiene la dimensión de una fuerza multiplicada por distancia y dividida por tiempo La potencia eléctrica se mide en Watt. La potencia se transmite, desarrolla y absorbe en máquinas rotativas y otros dispositivos. Algunas máquinas (por ej., turbinas, máquinas de vapor y motores de combustión interna) desarrollan potencia. Otras, la utilizan para producir efectos útiles. En todas las maquinas rotativas y alternativas hay siempre alguna forma de transmisión de potencia. En la transmisión de esta potencia, una parte de ella se pierde inevitablemente a causa de la fricción. Al ingeniero le interesa la potencia que pueda desarrollarse, la que puede transmitirse y la que puede producir efectos. Para lo cual consideraremos: 1. POTENCIA INDICADA En los motores de combustión interna, la sustancia activa ejerce una fuerza activa sobre los pistones a medida que estos se mueven, y, por tanto, se desarrolla potencia a costa de la energía de la sustancia activa. Despreciando la fricción, esta potencia es transmite a través de la maquina hasta el eje de salida. En cambio, en los compresores en las bombas reciprocas, se suministra potencia a la maquina por intermedio de su eje y se transmite hasta los pistones. El pistón a su vez entrega trabajo a la sustancia activa. El trabajo realizado sobre el pistón o por él, es una medida de la eficacia del proceso experimentado por la sustancia activa. La potencia ejercida sobre el pistón por la sustancia activa varia con el tiempo. Por lo tanto, resulta necesario medir esta variación para determinar la potencia entregada por el pisto o por él. Para esta determinación se usa un aparato llamado indicador. Por lo tanto potencia determinada mediante el uso de un indicador se llama potencia indicada. Potencia indicada es la potencia entregada a la cara del pistón o por ella. Los indicadores del tipo pistón se utilizan en máquinas alternativas de baja velocidad, tales como máquinas a vapor, bombas, compresores y motores de combustión interna. Los indicadores de diafragma se usan para máquinas alternativas de alta velocidad. Los indicadores ópticos han sido diseñados para 2000 rpm o más, de tal manera que los efectos de inercia puedan ser considerados despreciables. Los indicadores electrónicos son útiles para un rango más amplio de velocidades y están libres de los efectos de inercia. La potencia desarrollada por la máquina no es la misma que se le da debido a las pérdidas que se presentan durante su funcionamiento. En la transmisión de la

potencia una parte de ella se pierde inevitablemente a causa de la fricción. La potencia indicada es la potencia entregada a la cara del pistón o por ella. 2. POTENCIA AL FRENO Y POTENCIA EN EL EJE La potencia de salida de las máquinas de vapor se determinaba antes por medio de un freno. Por lo tanto, la potencia entregada por las máquinas de vapor se llamaba potencia al freno. El término ha persistido y se lo usa también en relación con los motores de combustión interna. La potencia entregada por las turbinas y los motores se llama potencia en el eje. También se usa este término 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 máquina al exterior en el caso de un motor o la potencia tomada del exterior por la máquina cuando ésta 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 pérdidas por fricción, 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. 2.1 DINAMÓMETROS Hay dos métodos básicos para medir la potencia de salida de los motores, según se basen en los instrumentos denominados dinamómetros de absorción, o en los llamados dinamómetros de transmisión. El tipo de absorción absorbe toda la potencia producida y, por lo tanto, su uso debe restringirse a la predicción de los que una máquina, turbina o motor hará en circunstancias dadas. El tipo de transmisión, en cambio, es de valor para determinar la potencia realmente entregada en funcionamiento. Los dinamómetros de absorción pueden ser clasificados de la manera siguiente: Dinamómetros mecánicos a fricción, dinamómetros hidráulicos, dinamómetros de aire y dinamómetros eléctricos. a) Dinamómetros mecánicos a fricción. La potencia entregada por la turbina es absorbida por la fricción existente entre la faja y el volante. El efecto de fricción la controlamos por medio del cargado de pesas aumentando ésta, 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 ésta, con la consiguiente evaporación del líquido. El freno de faja presenta grandes dificultades para la disipación del calor y para mantener constante el par resistente, por ello su uso se limita para la medición de bajas potencias. b) Dinamómetros hidráulicos. En el dinamómetro hidráulico la fricción de un fluido se sustituye por la fricción entre sólidos. Se compone de un elemento rotativo en el interior de una caja parcialmente llena de agua. Dado que puede haber una circulación continua de fluido por el dinamómetro, el dinamómetro hidráulico puede ser construido para potencias mucho mayores que el anterior. c) Dinamómetros de aire.

Hay muchas variantes del dinamómetro de aire. Se los llama frenos de aire o frenos de ventilador. La mayor parte de ellos se basan en la fricción entre el elemento rotativo y la atmósfera libre para absorber la potencia, aunque en algunos casos el elemento rotativo está parcialmente cerrado para aumentar su capacidad de absorción de potencia. La potencia absorbida a una velocidad dada no puede variarse sin hacer cambios mecánicos; además, la capacidad para absorber potencia es escasa, aún a grandes velocidades. d) Dinamómetros eléctricos. El dinamómetro de campo basculante consiste esencialmente en una máquina de c.c. en derivación que puede funcionar indiferentemente como motor o como generador. El dinamómetro de campo basculante en rigor no es dinamómetro de absorción. La parte principal de la potencia de entrada es convertida en energía eléctrica la que puede disiparse en un banco de resistencias. Experiencia 1: MATERIALES: -

Tablero de Control.

-

Dos motores eléctricos.

-

Compresores de alta y baja presión

-

Planímetro

-

Dinamómetro

-

Manómetros de tipo Bourdon

-

Contador de revoluciones tipo contador

-

Cronometro digital

-

Tanque que almacena aire comprimido.

-

Indicador de diagrama tipo “pistón”

CARACTERISTICAS DEL COMPRESOR DE BAJA PRESION

Numero de cilindros

2

Carrera

101.6 mm

Diámetro interior

101.6 mm

Volumen de desplazamiento

1.647 litros

Volumen muerto

29.5 cm3

Presión máxima Relación de motor/compresor

10.3 bar velocidades, 3:1

Eficiencia de la transmisión

0.98

Rango de velocidades

300-500RPM

PROCEDIMIENTO 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Se llegó a calibrar el dinamómetro [Kg] de motor eléctrico. Se mide el brazo de palanca del motor. Se encendió el motor eléctrico con una fuente a CC Se regula las válvulas para poder alcanzar las presiones indicadas por el profesor (Presión alta 8; Presión baja 3). Se coloca el indicador tipo pistón para poder determinar la gráfica P vs Volumen, constituida por un resorte de K=72 psi/plg. Se regula en el tablero de control el amperaje y el voltaje para el motor eléctrico la cal alimentaba el compresor de baja presión. Se utiliza el contador digital para la lectura de RPM del motor eléctrico para corroborar con el tacómetro. Una vez obtenido el gráfico en el papel, utilizaremos el Planímetro para calcular el área encerrada por la curva de proceso.

EXPERIENCIA 2: Materiales: -

Turbina Francis Dinanómetro Rodete Manómetro Faja Prony Soporte para las Cargas

TURBINA FRANCIS: Marca

: ARMFIELD HYDRAULIC ENGINEERING Co. Ltd.

Tipo

RINGWOOD HARTS, ENGLAND. : Ns 36 MK2

Potencia

: 2,5 BHP

Velocidad

: 1000 RPM

Tamaño nominal del rodete

: 6”

Velocidad especifica

: 36 RPM

Altura neta

: 20 pies

Velocidad de embalamiento máximo

: 1800 RPM

Diámetro de la volante

: 12”

Diámetro de entrada

: 6”

MOTOBOMBA (simula caída de agua)

Marca

:

NEWMAN MOTORS

Potencia

INC. : 10 HP

Casco

: 2560 / DD 2182 BB

RPM

: 3600

Ciclo

: 60

Fase

: 3

Factor de Servicio : 1,15 Voltaje

: 220 V

Amperaje

: 26 A

Marca

: SIGMUND PUMP LTD.

Tipo

: NN63

Nº serie

de : 147305

PROCEDIMIENTO 1. . Prendemos el motor luego abrimos la válvula para que circule el agua y estar atento para mantener la presión tomada por el manómetro. 2. Ponemos una pesa para medir la fuerza y con el tacómetro medimos las revoluciones en esa determinada medida. 3. Repetimos lo del paso 2 aumentado de peso hasta que las revoluciones sean casi cero.

BIBLIOGRAFÍA

    

YUNUS A. ÇENGEL, MICHAEL A. BOLES(2012) Thermodynamics: An Engineering Approach 7th edition. ROBERT L. MOTT (2006) Mecánica de fluidos sexta edición. IVAN ARAUCO VALLE (1965) Proyecto de pruebas de comportamiento de máquinas térmicas e hidráulicas – tesis de grado. CLAUDIO MATAIX (1970) Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas. Manual de laboratorio de ingeniería mecánica 1, páginas (48-63).

ANEXO