UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniera Mecnica

NIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA MECNICAAo de la Industria Responsable y del Compromiso Climtico

LABORATORIO DE

INGENIERA MECNICA I

INFORME N 03Medicin de Potencia y VelocidadAlumnoCdigoFirma

Bonilla Dominguez Dennis Orlando 20120268E

Inga Snchez Augusto Manuel20120249K

Snchez Villanueva Csar Joice20124044D

Leyva Orencio Roberto Angel20124027B

Docente: Ing. Eliseo PezLima, 01 octubre 2014

INDICE

1.INTRODUCCIN33.TEORA BSICA44.PROCEDIMIENTO105.DATOS DE CLCULO116.CLCULO 137.GRFICAS Y TABLAS 148.CUESTIONARIO 169.OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES 1810.CONCLUSIONES 1911. BIBLIOGRAFA20

INTRODUCCINDurante el proceso de combustin, la energa qumica del combustible es trasformada en energa molecular cintica o potencial de los productos. En virtud de su alta temperatura, los productos pueden producir trabajo, directa o indirectamente, o actuar como almacenadores de calor.

El termino relativo a la energa ms comn asociado con la combustin es el valor o poder calorfico. El poder calorfico de un combustible es la mxima cantidad de calor que puede obtenerse de los productos de la combustin completa, es decir que en los productos obtenemos dixido de carbono y agua, si esos productos se enfran a la temperatura original de la mezcla de aire y combustible.

El objetivo de este informe es determinar el poder calorfico de combustible desconocido y a travs de dicho valor obtenido poder conocer la identidad de dicho combustible, comparndolo con los poderes calorficos de diferentes combustibles ya conocidos.TEORA BSICALa importancia de un equipo se da por la capacidad de trabajo en la unidad de tiempo que pueda entregar (Potencia). La potencia de una mquina es fundamental, ya que se desarrolla, transmite y absorbe en mquinas rotativas y otros dispositivos. Algunas mquinas por ejemplo turbinas, mquinas de vapor y motores de combustin interna desarrollan potencia.

POTENCIA ELECTRICA:

Lapotencia elctricaes la relacin de paso de energa de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad deenergaentregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado.

Cuando una corriente elctrica fluye en cualquier circuito, puede transferir energa al hacer untrabajo mecnicoo termodinmico. Los dispositivos convierten la energa elctrica de muchas maneras tiles, comocalor,luz(lmpara incandescente),movimiento(motor elctrico),sonido(altavoz) oprocesos qumicos. La electricidad se puede producir mecnica o qumicamente por lageneracin de energa elctrica, o tambin por la transformacin de la luz en lasclulas fotoelctricas. Por ltimo, se puede almacenar qumicamente en bateras.

Donde:

PELEC: Potencia elctrica

V: Voltaje (volt)

I: Corriente (amp)TURBINA FRANCIS

La turbina Francis fue inventada por James B. Francis a finales del siglo XX.

Es una turbina de reaccin, radial, de admisin total y descarga axial con tubo de aspiracin. Los rganos o componentes principales de la turbina son:

Carcaza o caja espiral.

Distribuidor 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 mediana y de acero colado para las de 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 punto de salida de la turbina y el nivel agua a bajo, denominada altura esttica de succin.

b) Recuperar por su forma divergente parte de la energa cintica que lleva el agua al salir de la turbina. La altura recuperada es denominada como altura dinmica de succin.

POTENCIA AL FRENO Y POTENCIA EN EL EJE:La potencia de salida de las mquinas de vapor se determinaba antes por medio de un freno. Por lo tanto, la potencia entregada por las mquinas de vapor se llamaba potencia al freno. El trmino ha persistido y se lo usa tambin en relacin con los motores de combustin interna.

La potencia entregada por las turbinas y los motores se llama potencia en el eje. Tambin se usa este trmino 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 mquina al exterior en el caso de un motor o la potencia tomada del exterior por la mquina cuando sta 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 prdidas por friccin, 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.

Hay dos mtodos bsicos para medir la potencia de salida de los motores, segn que se basen en los instrumentos denominados dinammetros de absorcin o en los llamados dinammetros de transmisin. El tipo de absorcin absorbe toda la potencia producida y, por lo tanto, su uso debe restringirse a la prediccin de los que una mquina, turbina o motor har en circunstancias dadas. El tipo de transmisin, en cambio, es de valor para determinar la potencia realmente entregada en funcionamiento.

Los dinammetros de absorcin pueden ser clasificados de la manera siguiente:

a) Dinammetros mecnicos a friccin.

b) Dinammetros hidrulicos.

c) Dinammetros de aire.

d) Dinammetros elctricos

Para calcular la potencia al eje motor elctrico, usamos las siguientes ecuaciones:

Peme=T*N

Dnde: Peme: Potencia al eje motor elctrico (Watts)

T: Torque (N*m)

N: RPM

Adems, para hallar la potencia del eje del compresor usamos:

Pec= (Peme).ntransmicinPec: Potencia del eje del compresor

ntransmicin: Eficiencia de transmisin

COMPRESOR DE 2 ETAPAS

En este tipo de compresores, el recorrido del aire en la compresin se realiza en dos etapas por medio de dos pistones, de los cuales uno hace la compresin de la primera etapa, y el otro, la de la segunda.

El compresor, como puede verse en la vista en seccin de la Figura, aspira por el filtro de admisin F, el aire exterior que ha de comprimir. Para pasar el aire a la cmara de compresin, es necesario que las vlvulas de aspiracin VA1 se abran, lo que se realiza de una forma automtica, ya que, al descender el pistn, se crea un vaco en las cmaras de compresin C-1 y, debido a la presin atmosfrica, resulta empujada dicha vlvula, dejando pasar el aire hasta que el pistn llega al punto muerto inferior (PMI) al iniciar su ascenso, aumenta la presin en las cmaras C-1, obligando a las vlvulas VA-1 a cerrarse antes de que salga el aire que llenaba la cmara de compresin.

Como el pistn sigue su ascenso, el aire aspirado es comprimido basta que la presin del mismo vence la fuerza de las vlvulas de escape VE-1, con lo que stas se abren dejando pasar el aire ya comprimido al refrigerador intermedio R, que es enfriado por medio de un ventilador.

POTENCIA INDICADA:

La potencia indicada est siendo entendida como la potencia entregada a la cara del pistn o por ella. Para el caso de compresores el motor es el que entrega potencia, en este caso al aire para comprimir este.

Los indicadores del tipo pistn se utilizan en mquinas alternativas de baja velocidad, tales como mquinas a vapor, bombas, compresores y motores de combustin interna. Los indicadores de diafragma se usan para mquinas alternativas de alta velocidad.

Los indicadores pticos han sido diseados para 2000 rpm o ms, de tal manera que los efectos de inercia puedan ser considerados despreciables.

Los indicadores electrnicos son tiles para un rango ms amplio de velocidades estando libre de los efectos de inercia.

La potencia desarrollada por la mquina no es la misma que se le da debido a las prdidas que se suscitan durante su funcionamiento. En la transmisin de la potencia una parte de ella se pierde inevitablemente a causa de la friccin. La potencia indicada es la potencia entregada a la cara del pistn o por ella.

La presin media indicada (Pmi) se obtiene con el indicador de diagrama que es un instrumento provedo de un soporte que nos registra el ciclo termodinmico que se suscita en escala reducida.

S = rea del ciclo termodinmico

K = constante del resorte

L = longitud del diagrama

Pmi = . K

(

Y el IHP (Potencia Indicada):

Donde:

N= nmero de cilindros

( = 1 o 2 dependiendo de los tiempos del motor.

EQUIPOSEQUIPOS

MEDICION DE POTENCIA CON EL COMPRESOR DE DOS ETAPAS

Datos tcnicos del compresor de aire de dos etapas:PRIMERA ETAPA (BAJA PRESIN)

Numero de cilindros2

Carrera101.6 mm

Dimetro interior101.6 mm

Volumen de desplazamiento0.823 lt

Volumen muerto29.5 cm3

Presin mxima10.3 bar

Relacin de velocidades motor / compresor3 : 1

Eficiencia de la transmisin0.98

Rango de velocidades300 500 rpm

SEGUNDA ETAPA (ALTA PRESIN)

Numero de cilindros 1

Carrera101.6 mm

Dimetro interior 76.2 mm

Volumen de desplazamiento 0.463 l

Volumen muerto 28.2 cm3

Presin mxima 13.8 bar

Relacin de velocidades motor / compresor 3 : 1

Eficiencia de la transmisin 0.98

Rango de velocidades 300 500 rpm

AccesorioRangoAprox.

6 termmetros de bulbo sin coraza0 200 C 1 C

6 termmetros de bulbo con coraza-1 110 C 1 C

2 manmetros BOURDON0 14 Kg. / cm2;

0 - 20 Kg. / cm2 0.5 Kg. / cm2;

1 Kg. / cm2

2 manmetros inclinados de lquido0 70 mm H2O 0.5 mm H2O

2 dinammetros0 30 kg 100 g.

2 tacmetros0 200 rpm 25 rpm

2 contmetros999.999 Rev. 1 Rev.

2 voltmetros0 350 V 10 V

2 ampermetros0 25 A 0.5 A

MEDICION DE POTENCIA CON TURBINA FRANCIS:

Datos tcnicos de la turbina Francis:Marca:ARMFIELD HYDRAULIC ENGINEERING Co. Ltd. RINGWOOD HARTS, ENGLAND.

Tipo:Ns 36 MK2

Potencia:2,5 BHP

Velocidad:1000 RPM

Tamao nominal del rodete:6

Velocidad especifica:36 RPM

Altura neta:20 pies

Velocidad de embalamiento mximo:1800 RPM

Dimetro de la volante:12

Dimetro de entrada:6

AccesorioDesignacin

TaqumetroMarca

:

SMITH

Rango

:

0-2000 RPM

Error Max.

:

20 RPM

ManmetroMarca

:

CHALINCO

Rango

:

0-10 m H2O

Error Max.

:

1 m

DinammetroMarca

:

SALTIN

Rango

:

0-20 Kg

Error Max.

:

100 g

VertederoEscala

:

0-30 cm

Forma

:

Triangular (=90

Coeficiente de descarga

:

0,6

Error Max.

:

0,1 mm

Datos tcnicos de la motobomba (simula cada de agua):MOTOR

Marca:NEWMAN MOTORS INC.

Potencia:10 HP

Casco:2560 / DD 2182 BB

RPM:3600

Ciclo:60

Fase:3

Factor de Servicio:1,15

Voltaje:220 V

Amperaje:26 A

BOMBA

Marca:SIGMUND PUMP LTD.

Tipo:NN63

N de serie:147305

PROCEDIMIENTO (POTENCIA INDICADA)

Teniendo en cuenta el siguiente esquema del compresor de 2 etapas, realizamos lo siguiente:Antes del encendido:

Observar si los manmetros inclinados se encuentran en cero.

Llenar los pozos de aceite de los termmetros con aceite.

Drenar el condensado del interenfriador, postenfriador y tanque de almacenamiento.

Procedimiento del ensayo: Ubicar las vlvulas A, B y C en la posicin correcta. Ajustar los flujos de agua de refrigeracin, hasta obtener lecturas comprendidas entre 10 y 25 cm. En los medidores de flujo.

Accionar las llaves de funcionamiento en vaco

Ubicar los reguladores de velocidades en su posicin mnima.

Encender primero el compresor de alta presin y luego el de baja, manejando lentamente los arrancadores.

Cuando la presin en el tanque de almacenamiento se acerque a la presin deseada, abrir lentamente la vlvula de estrangulamiento. La posicin correcta de la vlvula de estrangulamiento para obtener una presin constante en el tanque, ser aquella que produzca la misma cada de presin en la tobera de descarga con respecto a la cada de presin en el orificio de entrada, en este caso 8 kg/cm2.

Tomar los datos de temperaturas, presiones, RPM, etc. Adems usar el indicador de diagrama en los compresores de alta y baja para obtener el diagrama indicado. Posteriormente se mide esta rea con el planmetro.

Repetir para otras medidas de presin de P2.

PROCEDIMIENTO (POTENCIA DE FRENO)

Inicialmente realizamos la siguiente instalacin de accesorios a la turbina francis:

Donde:

1TURBINA FRANCIS

2DINAMOMETRO

3RODETE

4MANOMETRO

5FAJA PRONY

6SOPORTE PARA LAS CARGAS

7TACOMETRO

Luego, verificando que la vlvula de acceso a la turbina Francis este inicialmente cerrada; ponemos en funcionamiento la bomba de alimentacin.

Procedemos a abrir la llave del segundo depsito para expulsar el agua, hasta que el nivel este por debajo del vrtice del vertedero.

Abrimos la vlvula que permite el flujo del caudal de agua a la turbina (mantenemos constante a 15 PSI). Colocamos la correa sobre la volante y echamos agua al interior de sta.

Procedemos a medir las RPM

Aadimos una carga inicial de 0.5Kg-f y medimos las RPM, luego tomamos la lectura del dinammetro.

Repetimos el paso anterior, variando la carga en forma ascendente; procurando que no frene.

Volvemos a realizar el paso anterior pero ahora disminuyendo el peso.

DIAGRAMA SANKEY

DATOS DE CLCULOTabla de Datos Obtenidos del Laboratorio:

Tiempo (s)Temperatura (c)

018.7

3018

6017.7

9017.3

12019

15022

18023.9

21023.9

24023.9

27021.6

30023.7

33023.5

36023.3

39023.2

42023.4

45023.1

48023.3

51022.9

54023.2

57022.8

60022.8

63023

66022.8

69022.6

72021.1

75022.6

78020.2

81022.5

84022.4

87022.5

CLCULOSSe sabe que:

Donde:

Pc: Poder calorfico.

K: energa equivalente del calormetro (Cal/C).

e1: Poder calorfico fusible.

e2: Poder calorfico .

e3: Poder Calorfico .

Mc: masa del combustible.

Tmax: temperatura mxima de encendido.

Te: Temperatura de encendido.

Entonces reemplazando datos se obtiene:

K= 2440(Cal/C) (del calormetro EMERSON).

e1= 1600 cal/gr

e2= 230 cal/gr

e3= 130 cal/gr

mc= 1 gr.

Tmax= 24 C.

Te= 18,5 C.

GRAFICAS Y TABLAS

Variacin de la temperatura (C) de la camisa de agua, con respecto al tiempo.

Variacin de la temperatura (F) de la camisa de agua, con respecto al tiempo.

Tabla de valores de PODERES CALORIFICOS SUPERIORES E INFERIORES, de algunos combustibles lquidos.CUESTIORNARIO1. Qu es valor calorfico alto?

Se denomina Poder Calorfico Alto o Superior cuando en la combustin completa, se produce agua en estado condensado.

2. Qu es calor calorfico bajo?

Se denomina Poder Calorfico Bajo o Inferior cuando en la combustin completa, se produce agua en estado gaseoso, para este caso no es considerado el calor latente.

3. Cul de los dos se obtiene con la bomba calorimtrica de Emerson y por qu?

En la bomba calorimtrica Emerson se obtiene el Poder Calorfico Superior, ya que el agua de los productos se condensa y ste (agua) emite otro poder calorfico.4. Qu factores debe ser considerados en cuanto a transmisin de calor a fin de acercarnos hacia la exactitud de la determinacin del valor calorfico?

Para realizar el experimento con la mayor exactitud posible y poder obtener el valor calorfico ms cercano a la realidad se debe:

Agitar frecuentemente el agua dentro de la bomba, para mantener una temperatura uniforme y que haya una correcta lectura de sta.

Cerrar hermticamente todos los recipientes tratando de evita que haya alguna transmisin de calor (esto es para desarrollar el proceso adiabticamente).

Determinar la masa del micrn que se combustiona, as como tambin los residuos que pueden quedar en el crisol.5. Qu tipo de proceso se lleva a cabo en la bomba calorimtrica?

Dentro de la bomba calorimtrica, para nuestra experiencia, asumimos que se asemeja a un proceso adiabtico, esto es no existe ningn intercambio de calor entre el medio ambiente y la bomba (Q=0).6. En caso de una muestra de combustible slido. Qu equipo se empleara y cual sera los pasos a seguir?Para un combustible fsil, de igual manera se puede usar la bomba calorimtrica Emerson, teniendo en cuenta que el gramo de combustible debe ser introducido en el crisol en forma de una pastilla. OBERVACIONES Y RECOMENDACIONES Se observ que es necesario tener un sumo cuidado cuando se mide el gramo de combustible y n regarla al momento de movilizarla para colocarla dentro de la bomba calorimtrica, ya que es una cantidad muy pequea. El poder calorfico obtenido en los clculos, no es real, ya que para realizar ste ensayo el alambre de micrn tambin aporto con energa. Tambin porque la bomba en realidad si absorbe calor.

Se est planteando un caso el cul no es real, porque en la realidad, en los productos tambin estarn presentes cido ntrico y cido sulfrico.

Se observ que al utilizar el agitador para mantener uniforme la temperatura del agua de la camisa adiabtica en el instante de la toma de la temperatura de la taza se da lugar a una variacin considerable de dicha temperatura, por ello recomendamos utilizar el agitador despus de tomado el dato de la temperatura.

El proceso realizado no es adiabtico del todo, esto solo se asumi para fines de clculos, ya que la bomba en si absorbe cierto calor. Y existe un intercambio de calor con la camisa externa.

CONCLUSIONES El poder calorfico obtenido (47980kJ/kg) en comparacin con la tabla valores calorficos (superiores) tiene un valor cercano al del petrleo bruto (47970kJ/Kg), gasolina (46885kJ/kg) o del kerosene (46500 kJ/KG); por lo que se puede concluir que la muestra usada es una composicin de los 3 mencionados combustibles.

El poder calorfico vara en relacin a la cantidad y estado del agua presente en los productos (gaseoso o lquido), ya que ste tiene determinados valores como estado lquido y vapor.

El poder calorfico hallado vara considerablemente con una variacin pequea de la temperatura, es por ello que se debe tomar los datos ms exactos posibles para su clculo, en el caso de utilizar termmetros con % de error predeterminados utilizarlo en dichos clculos.

BIBLIOGRAFA: El Laboratorio del Ingeniero Mecnico, Jesse Seymour Doolittle, Buenos Aires-1962. (Versin original en Ingles Mechanical Engineering Laboratory, Instrumentation and its application).

S

Pmi

P

V

L

Compresor de 2 Etapas

Tablero de Control

Planmetro

Termmetro

Planmetro

Indicador de Diagrama MAIHAK

Turbina Francis

Dinammetro

Tacmetro

Pesas

6

3

4

2

1

5

1

7

_1473526512.unknown

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