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Ao de la Promocin de la Industria Responsable y del Compromiso ClimticoUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA MECNICA

LABORATORIO N3: MEDICION DE POTENCIA Y VELOCIDAD

CURSO: Lab. De Ingenieria Mecanica I

PROFESOR: Ing. SECCIN: A2015-IINTRODUCCIONLa importancia de un equipo o maquina se da por la capacidad de trabajo que pueda entregar en un cierto tiempo, a esto se denomina potencia.En el presente informe realizaremos el laboratorio de medicin de potencia y la influencia de la velocidad angular en el frenado, nuestra primera experiencia ser la de calcular la potencia elctrica, la potencia al eje y la potencia indicada en el compresor de aire de baja presin, para lo cual tomaremos los datos convenientes, y con stos la eficiencia mecnica. En la segunda experiencia ser la de calcular la potencia al eje que entrega la Turbina Francis para diferentes cargas mediante un freno de cinta (faja) para lo cual tomaremos datos de RPM haciendo uso de un tacmetro digital, as como datos de carga de las pesas y las ledas por medio de lo que nos marcar la lectura del dinammetro, de acuerdo a stos datos hallaremos la eficiencia total.Los captulos subsiguientes se detallaran los objetivos, importancia, procedimiento, Asimismo proporcionaremos grficos que nos indiquen el comportamiento de la potencia con respecto a algunos parmetros fsicos. As como clculos efectuados, conclusiones y recomendaciones para cada experiencia.El Grupo.

OBJETIVOSLos principales objetivos del presente laboratorio son:

1. Conocer los diferentes equipos de medicin de potencia mediante los diferentes mtodos que emplean ellos. Para dicho calculo, as como su eficiencia. 2. Determinar la potencia indicada, potencia al eje y la potencia elctrica del compresor de baja presin, as como su eficiencia mecnica. 3. Encontrar la potencia al eje (Potencia mecnica) que entrega la Turbina Francis a partir de los datos que nos da el freno de cinta (Prony).4. Analizar los diferentes valores de la velocidad angular del eje de la turbina al ser sometido a un frenado al agregar peso a la cinta.

1.FUNDAMENTO TEORICO1.1Potencia La potencia se define como la cantidad de trabajo realizada por unidad de tiempo.Esto es equivalente a la velocidad de cambio de energa en un sistema o al tiempo empleado en realizar un trabajo, segn queda definido por:Dnde: P es la potencia E es la energa o trabajo y t es el tiempo

1.1.1 Potencia al freno y potencia al ejeLa 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 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

a)Dinammetros mecnicos a friccin.-La potencia entregada por la turbina es absorbida por la friccin existente entre la faja y el volante. El efecto de friccin la controlamos por medio del cargado de pesas aumentando sta, 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 sta, con la consiguiente evaporacin del lquido. El freno de faja presenta grandes dificultades para la disipacin del calor y para mantener constante el par resistente, por ello su uso se limita para la medicin de bajas potencias.

Figura 1.1. Uso de un freno prony.

b)Dinammetros hidrulicos.-En el dinammetro hidrulico la friccin de un fluido se sustituye por la friccin entre slidos. Se compone de un elemento rotativo en el interior de una caja parcialmente llena de agua. Dado que puede haber una circulacin continua de fluido por el dinammetro, el dinammetro hidrulico puede ser construido para potencias mucho mayores que el anterior.

Figura 1.2. Dinammetro hidralico. c) Dinammetros de aire.-Hay muchas variantes del dinammetro de aire. Se los llama frenos de aire o frenos de ventilador. La mayor parte de ellos se basan en la friccin entre el elemento rotativo y la atmsfera libre para absorber la potencia, aunque en algunos casos el elemento rotativo est parcialmente cerrado para aumentar su capacidad de absorcin de potencia. La potencia absorbida a una velocidad dada no puede variarse sin hacer cambios mecnicos; adems, la capacidad para absorber potencia es escasa, an a grandes velocidades. d) Dinammetros elctricos.-El dinammetro de campo basculante consiste esencialmente en una mquina de c.c. en derivacin que puede funcionar indiferentemente como motor o como generador.El dinammetro de campo basculante en rigor no es dinammetro de absorcin. La parte principal de la potencia de entrada es convertida en energa elctrica la que puede disiparse en un banco de resistencias.

Para hallar la potencia en nuestro experimento deducimos que la potencia es: F Wr

RPM

Como el torque en este casoSera el de friccin entonces:F friccin= Ff = W FT= Ff.r = (W-F).r

Figura 1.3. Diagrama de determinacin de la potencia al freno.

1.2.Potencia indicadaEn las mquinas de vapor y los motores de combustin interna , la sustancia activa ejerce una fuerza neta sobre los pistones a medida que estos se mueven , y por lo tanto , se desarrolla potencia a costa de la energa de la sustancia activa. Despreciando la friccin , esta potencia es transmitida a travs de la maquina hasta el eje de salida. En cambio en los compresores y en las bombas reciprocas, se suministra potencia a la maquina por intermedio de su eje y se la transmite hasta los pistones. El pistn a su vez entrega este trabajo a la sustancia activa. El trabajo realizado sobre el piston , o por l , es una medida de la eficacia del proceso experimentado por la sustancia activa.La presin ejercida sobre el piston por la sustancia activa varia con el tiempo. Por lo tanto, resulta necesario medir esta variacin para determinar la potencia entregada al piston o por l. Para esta determinacin se utiliza un aparato llamado indicador. Por la tanto, la potencia determinada mediante el uso de un indicador, se llama potencia indicada . En otras palabras la potencia indicada es la potencia entregada a la cara del piston o por ella.

Esta potencia es determinada mediante los llamados indicadores de diagrama, estos son Indicadores del tipo pistn.a) Indicadores de diafragma de equilibrio.b) Indicadores pticos.c) Indicadores electrnicos.

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.

Figura 1.4. Indicador del tipo de pistn

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 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.

PmiPVl

Figura 1.5. Diagrama ledo por un planmetro.

S = rea del ciclo termodinmicoK = constante del resorteL = longitud del diagrama

Pmi = . K

Y la potencia indicada (IHP):

Donde:N= nmero de cilindros = 1 2 dependiendo de los tiempos del motor.

Figura 1.6. Diagrama real del indicador; compresor de aire.

1.3. CompresorUncompresores unamquina de fluidoque est construida para aumentar lapresiny desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son losgasesy losvapores. Esto se realiza a travs de un intercambio deenergaentre la mquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por l convirtindose enenerga de flujo, aumentando su presin yenerga cinticaimpulsndola a fluir.Al igual que las bombas, los compresores tambin desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son mquinas hidrulicas, stos son mquinas trmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable dedensidady, generalmente, tambin de temperatura; a diferencia