medicion de potencia hitler

UNIVERSIDAD NACIONAL MEDICION DE POTENCIA DE INGENIERIA

MEDICIÓNMEDICIÓN DE DE

POTENCIAPOTENCIALABORATORIO DE

INGENIERÍA MECANICAI

Integrantes:

BARRERA SOLORZANO, HITLER F. 20081197I CASAS MALCA, MARTIN ANTHONY. 20081124A NUÑEZ PANTOJA, FERNANDO CHRISTIAN 20072068E DEL CARPIO CACEES, SANDRO VICTOR 19982580C DOLORES CACHAY, FERNANDO E. 20081194J MALLQUI BARBARAN, JORGE L. 20071200G

Docente: Ing. MORALES

Fecha: 18-10-2010

2010-II


INTRODUCCION

El presente ensayo de laboratorio se realiza con el objetivo de conocer los diferentes

métodos para la medición de la potencia, indicando en cada uno de estos el

procedimiento y los equipos necesarios para realizarse, además de conocer el

funcionamiento y el rol que cumple cada una de las maquinas en el proceso; y por

ultimo aprender a utilizar correctamente los instrumentos de medición que se utilizaran

durante el ensayo de laboratorio.

En la primera parte de la experiencia se mide la potencia que entrega el motor

eléctrico Broomwade al compresor, empleando para ello un dinamómetro y un

contador; en esta misma experiencia también se llega a medir el trabajo que desarrolla

el compresor, para ello se usa un indicador de diagrama del tipo pistón y un

planímetro el cual es usado para medir el área de la grafica obtenida en el con el

indicador de diagrama tipo pistón.

En la segunda parte de la experiencia se realiza la medición de la potencia al eje de la

Turbina Francis, para lo cual se hace uso de una cinta de freno que se encuentra

sujeta a diferentes cargas, y el cual frena la rotación del eje de la turbina con este se

toman medidas tanto en acenso como en descenso, además se hace uso del

tacómetro digital para medir las RPM con las diferentes cargas del freno.

Finalmente los datos obtenidos serán procesados para llegar a conclusiones sobre

este tema.


FUNDAMENTO TEORICO

Energía:

Capacidad de producir trabajo.

Trabajo útil:

La mejor forma de energía existente en el universo, ya que es la única aprovechable.

Perdidas:

Trabajo que se pierde por las diversas transformaciones que sufre la energía. Entre ellas, perdidas mecánicas (fricción) o por transferencia finita de calor.

Potencia [útil]:

Frecuencia con la cual se desarrolla o recibe trabajo [útil].

Maquina rotatoria:

Es un equipo capaz de utilizar la rotación de un eje para producir, generar, transformar, transmitir, intercambiar energía entre dos o más entes. Por ejemplo turbinas, bombas, etc.

Potencia en el eje o Potencia al freno:

Es la potencia entregada por las turbinas y motores recíprocos. También se usa este término para indicar la potencia de entrada en el eje de compresores, ventiladores y bombas. Se mide usando dinamómetros. La manera más simple de medirla es usando los factores independientes que determinan la potencia, el torque, y la velocidad angular.

Velocidad angular:

En física, específicamente en mecánica, la velocidad angular ω (también conocida

como frecuencia angular o pulsación) es una medida de la velocidad de rotación. Se

mide en radianes por segundo (o simplemente s-1 porque los radianes son a

dimensionales).


La razón de ello es que una revolución completa es igual a 2π radianes:

Cuando T es el período y f es la frecuencia.

Tacómetro Digital:

Medición a distancia este Tacómetro Digital ofrece una lectura rápida y precisa de las

RPM y de velocidad en superficie a través de la rotación de objetos, sin necesidad de

contacto.

Taquímetro:

Medidor de revoluciones que se emplea para indicar la velocidad de avance

instantánea. Esta ha sido la medida que más a interesado al automovilista, puesto que

se tomaba como el índice más importantes de las prestaciones de un vehículo; por

esta razón, el tacómetro (velocímetro) ha sido uno de los primeros instrumentos

utilizados en un vehículo.

Dinamómetro:

Se denomina dinamómetro a un instrumento utilizado para medir fuerzas. Fue

inventado por Isaac Newton y no debe confundirse con la balanza, instrumento

utilizado para medir masas (aunque sí puede compararse a una báscula o a una

romana). Normalmente, un dinamómetro basa su funcionamiento en un resorte que

sigue la Ley de Hooke, siendo las deformaciones proporcionales a la fuerza aplicada.

Estos instrumentos consisten generalmente en un muelle contenido en un cilindro de


plástico, cartón o metal generalmente, con dos ganchos, uno en cada extremo. Los

dinamómetros llevan marcada una escala, en unidades de fuerza, en el cilindro hueco

que rodea el muelle. Al colgar pesos o ejercer una fuerza sobre el gancho inferior, el

cursor del cilindro inferior se mueve sobre la escala exterior, indicando el valor de la

fuerza. Los muelles que forman los dinamómetros tienen un límite de elasticidad. Si se

aplican fuerzas muy grandes y se producen alargamientos excesivos, se puede

sobrepasar el límite de elasticidad y sufrir el muelle una deformación permanente, con

lo que se inutilizaría el dinamómetro.

Los dinamómetros los incorporan las máquinas de ensayo de materiales cuando son

sometidos a diferentes esfuerzos, principalmente el ensayo de tracción, porque miden

la fuerza de rotura que rompen las probetas de ensayo. Los dinamómetros suelen ser

usados en la ortodoncia para medir las fuerzas aplicadas por el tratamiento.

Tipos de dinamómetros:

1. Dinamómetro gravimétrico:

Mide la fuerza que se le aplique. Está basado en la propiedad de alguno cuerpos elásticos (resortes o laminas de acero), adecuadamente calibrados se pueden obtener resultados relativamente buenos. Comúnmente llamados también básculas o balanzas, usados domésticamente para pesar cuerpos.

2. Dinamómetros de rotación:

Miden la potencia en un eje de rotación, son de dos clases:

2.1. Dinamómetro de absorción:

Este dinamómetro absorbe total o parcialmente la potencia producida para su determinación. Estos dinamómetros pueden ser clasificados de esta forma:

2.1.1 Dinamómetros mecánicos a fricción:


La potencia entregada por la turbina es absorbida por la fricción existente entre una carga elemento friccionarte (fajas flexibles, bloques de madera, u otra superficie de fricción) y el eje propulsor (o una volante). Un ejemplo es el freno Prony, donde el efecto de fricción lo controlamos por medio del cargado de pesas. Si deseamos medir potencias relativamente altas debemos de agregar agua en la volante con la finalidad de causarle enfriamiento, 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.

A continuación se muestra una variante del freno de prony:

Donde :

Df : fuerza de fricciónW : cargaF : fuerza registrada en la balanzaR : radio de la volanteN : velocidad angularPeje : Potencia al eje

Sabemos que :

Peje=( F−W )⋅R⋅N

2.1.2. Dinamómetros hidráulicos:

La fricción de un fluido se sustituye a la fricción entre sólidos. Actúa como una bomba centrifuga de mal rendimiento para transformar en calor la energía mecánica. El casco o envolvente de la bomba está montado sobre cojinetes de antifricción de modo que puede medirse el momento de giro desarrollado con una bascula. Un ejemplo es el dinamómetro de Froude, se componen de un elemento rotativo en el interior de una caja parcialmente llena de agua. Dado que pueda haber una circulación continua de fluido por el dinamómetro, el dinamómetro hidráulico puede ser construido para potencias mucho mayores que el anterior.


2.1.3. Dinamómetros de aire:

Se basan en la fricción entre el elemento rotativo (aletas) 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 capacidad para absorber potencia es escasa, aun a grandes velocidades.

2.1.4. Dinamómetros eléctricos:

Usa un generador eléctrico de cc. para medir la potencia. Al contrario, si se le administra corriente, se comporta como un motor de manera indiferente.

2.2. Dinamómetro de transmisión:

Mide la potencia realmente entregada por o de la maquina cuando esta se encuentra operando.

Turbina

Es un equipo diseñado para convertir la energía cinética y de presión de un flujo en energía mecánica, en la rotación de un eje.

Bomba

Es un equipo diseñado para aumentar la energía de un fluido haciendo uso de la energía que se le es suministrada a través de la rotación de un eje.

La potencia indicada: Es la potencia que se entrega a la sustancia que se comprime en

el compresor. La potencia se define como:

Potencia=TrabajoTiempo

=Pr esión×VolumenTiempo

Presión: Usamos la presión media indicada de un ciclo termodinámico obtenida con

ayuda del diagrama indicado proporcionado por el indicador del tipo pistón (pmi).

Volumen: Se toma el volumen de desplazamiento máximo del cilindro.

Tiempo: Es el tiempo para un ciclo termodinámico.

Por lo tanto la potencia indicada será igual a:

Potindicada−total=pmi×A×L×N×i60×φ

Potindicada−total=pmi×V×N×i60×φ


Donde:

Pmi: Presión media indicada de un ciclo en N/m2

A: Área del pistón

L: Carrera del pistón

N: RPM (ó ciclo/min)

f : Dos (para ciclo de 4 tiempos), Uno (para ciclo de 2 tiempos)

La presión media indicada se obtiene con el indicador de diagrama que es un

instrumento proveído de un soporte que nos registra el ciclo termodinámico que se

suscita en escala reducida y se define como la presión constante que durante una

carrera produce un trabajo igual al trabajo indicado.

Diagrama que se obtiene:

Compresor de alta Presión

Los compresores de alta presión funcionan mediante el principio adiabático por el cual

se introduce el gas en su cilindro por sus válvulas de entrada, se retiene y se

comprime dentro del cilindro para salir por las válvulas de salida en contra de la

presión de la descarga. Estos compresores de alta presión no suelen emplearse como

unidades individuales, con la excepción de que el proceso requiera de un

funcionamiento intermitente.

Un ejemplo claro es que si hay que regenerar un catalizador cada tres meses o se

posee un suministro de reserva desde otra fuente esto nos da el tiempo para

reemplazar las válvulas de los pistones en el caso de que esto sea necesario. Los

compresores de alta presión tienen piezas de contacto tal como las válvulas de

pistones con las paredes del cilindro, placas y recortes que se acoplan con sus

asientos y entre la empaquetadora. Todas estas piezas se encuentran sujetas a

desgaste de pistón. Los compresores de alta presión pueden ser lubricados o no. Si lo


permite el proceso siempre es preferible contar con un compresor de alta tensión

lubricado ya que esto prolonga la vida útil de cada pieza.

Planímetro

Los ingenieros

o científicos deben calcular en ocasiones superficies irregulares o en perspectiva,

como por ejemplo mapas o manchas, en estos casos la geometría clásica o incluso la

geometría analítica no son suficientes y no prestan mayor utilidad. Por ello es

necesario recurrir a una herramienta de medición específica para tal fin, el planímetro

es una buena y fácil alternativa.

Instrumento utilizado para el cálculo de áreas irregulares. Este modelo se obtiene en

base la teoría de integrales de línea o de recorrido.

Para poder calcular el área A de la sección irregular, según la teoría del cálculo se

emplea una integral de línea en sentido contrario a las manecillas del reloj (para

resultado positivo).

Pero el vector r no es fácilmente implementable en la vida real ya que se tiene un largo

y un ángulo variables. Para simplificar la implementación del vector r, se recurre a la

suma de dos vectores cuyo módulo es constante, pero se tendrían dos ángulos

variables, los cuales son sencillos de medir.


PARTE EXPERIMENTAL

ENSAYO 1: POTENCIA EN COMPRESORES

1. MATERIALES:

2. PROCEDIMIENTO

Equipo DinamómetroMarca SalterRango 0 – 30 Kg

Aproximación 0.1 Kg

Equipo Taquímetro

MarcaIcknield

LetchworhtRango 0 – 2000 RPM

Aproximación

250 RPMEquipo

Compresor de alta presión

Marca BroomwadeRango 0 – 200 lb/pulg2

Aproximación ----

Equipo Planímetro

MarcaFilotecnica Salmoiraghi

Rango 0 – 10 cm2

Aproximación

0.001 cm2

EquipoIndicador de

DiagramaMarca MaixakRango ----

Aproximación ----


Comenzamos calibrando el dinamómetro con el eje del motor (debemos de

poner en un mismo nivel las dos puntas paralelas del brazo que está conectado

al eje), además debemos de poner en cero el medidor de revoluciones (girando

en el sentido conveniente).

Procedemos a encender el motor y esperamos a que la presión del gas en la

caldera se estabilice y marque 8 psi.

Luego de que se estabilizo la presión procedemos a medir las revoluciones

tanto en el taquímetro como en el contador, para el contador debemos de

medir para un intervalo de tiempo (1 minuto), en cambio en el taquímetro se

muestra de manera más directa.

8 psi


d

El funcionamiento de este motor transmitirá, la tercera parte de revoluciones

que tiene, al compresor mediante un sistema de fajas (que no se pueden

observar) el compresor empezara con su proceso el cual lo podemos verificar

con el indicador de diagrama. este producirá un grafico presión vs volumen en

una hoja colocada en el indicador de diagrama como se puede ver en el

grafico.

para terminar con la primera prueba de esta experiencia debemos también de

anotar a que amperaje y voltaje se encuentra nuestro motor con el fin de hallar

la potencia que luego será comparado.

Las mediciones deben ser realizadas al mismo tiempo.

para continuar la segunda prueba y la tercera debemos de seguir los mismos

pasos pero debemos de aumentar la potencia del motor y esperando unos

minutos a que se estabilice la presión.

Contador Taquímetro


No debemos de olvidar que también medimos la distancia del brazo del eje del

motor para hallar la potencia al eje.

Como hicimos tres pruebas tenemos en nuestras manos tres graficas que se

obtuvieron gracias al indicador de diagrama. Procedemos a hallar el área de

cada una de ellas con ayuda del planímetro entregado al comienzo de esta

experiencia.

3.

3. DATOS OBTENIDOS

PuntoVoltaje

(V)

Corriente

(A)

WDINAMOMETRO

(kg)

N

TAQUIMETRO

(RPM)

N

CONTADOR

(RPM)

Área de

la grafica

(cm2)

1 100 15 6.2 834 892 3.02

. COMPRESOR DE BAJA PRESION

Potencia al eje:

Dato de Laboratorio:F = 6.2 Kg.b = 0.32m (12”)N = 834RPM

Reemplazando los datos obtenemos:

60

28.9 NbFPoteje


Pot eje = 1698.1 watts

Presión Media Indicada

Dato de LaboratorioK = 72PSI/inch = 195.4420x105 N/m3 A = 3.02x10-4 m2

L = 0.036 m

Reemplazando los datos obtenemos:

Pmi = 163954.12 N/ m²Debido a que la relación de velocidades motor /compresor es de 3:1

Vd=0.009381 m^3/s )

Pot indicada = Pmi * Vd =1538.05 Watts

Potencia eléctrica

Pot= V*I

Pot = 160*15 = 2400 watts

Hallando las eficiencias:

ηelect .=1698.12400

∗100 %=70.75 %

ηmec .=1538.051698.1

∗100 %=90.57 %

4. CONCLUSIONES:

La potencia que generan las maquinas no son ideales, es decir tienen una eficiencia ya que por diferentes motivos la potencia va siendo consumida inevitablemente.

Para poder hallar la potencia indicada en un diagrama de ciclo, es necesario hallar la pmi, la cual solo se puede hallar experimentalmente.

Para las velocidades trabajadas el método para calcular la potencia indicada tiene una gran desventaja pues la eficiencia mecánica es mayor a la unidad, lo cual es un imposible.

)lg

()(

)( 2

pu

PSIK

cmL

cmAPmi


El cálculo del área haciendo uso del planímetro es muy importante, ya que la variación del orden de decimas de cm2 influye enormemente en el cálculo de la pmi.

La eficiencia del motor eléctrico se encuentra en un rango aceptable (61 -78 %).

La eficiencia del compresor es aceptable pues no supera el 100%.

5. RECOMENDACIONES:

Verificar el buen estado de los instrumentos de medición. Realizar las mediciones al mismo tiempo para cada punto. Usar el planímetro con calma, tratando de recorrer exactamente el

perímetro del diagrama del ciclo. Revisar el tipo de resorte que se está usando en el indicador de

diagrama

ENSAYO 2: POTENCIA DE FRENO FRONY

1. MATERIALES:

cronometro (coler parmer ±1

100 seg)

tacómetro (testo 465)

dinamómetro

Equipo TacómetroMarca Testo 465Rango ----

Aproximación 0.01 rpm

Equipo DinamómetroMarca SalterRango 0 – 30 Kg

Aproximación 0.1 Kg


Turbina Francis

Recipiente contenedor del agua que alimenta a la turbina

2. PROCEDIMIENTO:

Encender el motor y dejar que pase cierto tiempo para estabilizar el sistema. Instalar la faja y colocar el dinámetro y los pesos en equilibrio (Dinamómetro =

0). Aumentar la cantidad de peso para variar la fricción y tomar nuevas medidas

en el dinamómetro.

Tomar las medidas de las RPM (revoluciones por minuto) en cada fricción marcada en el dinamómetro.

Repetir el procedimiento varias veces para poder realizar las comparaciones.

Dinamómetro

Manómetro

Turbina Francis

Equipo Turbina Francis 6’’Marca ArmfieldRango 0 – 1000 RPM

Aproximación 250 RPM

Ff

M


3. DATOS OBTENIDOS:

Peso (kg) Altura (cm)

(linnimetro)

(RPM) Presión (psi) Fuerza(kg)

dinamómetro

0 17 1156 4 0

0.5 17.3 1114 4 1.2

1 17.6 1268 4 1.5

Ff (Kg): Es la fuerza que lee el dinamómetro (la fricción del eje entre la correa).M (kg): Fuerza en kilogramos. Es la masa que genera la fricción.RPM: Revoluciones por minutoR: La distancia desde el eje al punto donde se toma las revolución

4. CALCULOS Y RESULTADOS

Dinamómetro


Relacionando variables y utilizando la formula P=τ . ω

Peje=0,15409 x F x RPM

F = Ff – M

Comparando RPM con Peje

Altura (cm) RPM Peje F=Ff-M

17 1156 0 017.3 1114 205.99 0.717.6 1268 293.08 0.5

5. CONCLUSIONES

Verificamos la tendencia de comparar la potencia del eje con RPM (revoluciones por minuto) lo que no indica que al disminuir las RPM aumenta la potencia del eje debido a que el aumento de F es mayor que la disminución de RPM.

Concluimos que la fricción generada por la faja aumenta al aumentar la potencia en el eje.

6. RECOMENDACIONES

Se recomienda refrigerar la faja para no quemarla durante la variación de peso el cual genera freno (fricción)

Realizar cuidadosamente la medición de las RPM con el tacómetro para no generar diferentes medidas ni incoherencias, mantenerla de forma perpendicular al eje y estable.

Verificar el equilibrio del dinamómetro ó calibrarlo para no producir error en la toma de datos


ENSAYO 3: TURBINA PELTON

Para este ensayo solo nos procuraremos a calcular la potencia hidráulica (PHIDRA) y la

potencia al eje (PEJE), para esto nos apoyaremos en las ecuaciones teóricas tales

como la fórmula para el cálculo de la potencia al eje y Qh para la potencia

hidráulica.

1. CALCULOS:

Hallando la potencia hidraulica

Nº focos Altura del

caudal (cm)

Tacometro de

polea (RPM)

Tacometro

digital (RPM)

Fuerza

Dinamometro (kg)

Presion

(psi)

0 12.88 1200 1142 3.4 30

2 12.88 1150 1121 4.4 30

3 12.88 1150 1086 4.8 30

Ningún foco prendido

Pot = 318 watts

Con 2 focos prendidos

Pot = 404 watts

60

28.9 NbFPoteje


Con 3 focos prendidos

Pot = 432 watts

2. CONCLUSIONES:

Se necesita un caudal mínimo con el fin de vencer las pérdidas externas.

Regular en la turbina Peltón el caudal, mediante la manipulación de la

aguja del inyector.

El ángulo a la salida del alabe, tiene mucho que ver en la eficiencia

hidráulica, y en la selección de los alabes ya que para su selección se tiene

que tomar en cuenta que al aumentar dicho ángulo la eficiencia hidráulica

baja, mientras que la eficiencia mecánica asciende.

Si la presión de salida es muy bajo, esto indica que hay un mal

funcionamiento de la bomba, ya que puede ser que este desnivelada en

nuestro caso no ocurrió aquel problema.

Por experiencias de laboratorios pasados se puede comparar que las

curvas características ideales de una turbina Peltón, con las graficas

obtenidas de la experiencia se nota que los datos obtenidos en el

laboratorio son erróneos, ya que no se ajustan a los ideales, en nuestro

caso no se pudo realizar dichas graficas ya que como se indico más arriba

en la nota.

3. RECOMENDACIONES

Cerciorarse que el chorro de agua que sale del inyector ataque en la arista

media del alabe de la turbina

Diseñar un sistema para variar la posición del inyector o aumentar el número

de estas, para realizar comparaciones.

Antes de realizar la experiencia se tiene que cerciorar que los equipos a utilizar

estén funcionando correctamente.

Mantenimiento, usando métodos adecuados a la turbina Peltón


BIBLIOGRAFÍA

Jesse Seymour Doolittle: El Laboratorio del Ingeniero Mecánico.

Marks: Manual del Ingeniero Mecánico, Vol II

Cruz-Postigo: Termodinámica Aplicada

Harold Esoisson: Instrumentación Industrial.

Profesores de Dpto. de Energía - FIM: Manual de Laboratorio de Ingeniería Mecánica

medicion de potencia hitler

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