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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