Integrantes

Nota

Programa Mantenimiento de Maquinaria Pesada

GRUPO EProfesor CÉSAR GONZALO VERA VÁSQUEZ

Fecha de entrega

INDICE:

CURSO:

MECANICA DE FLUIDOS

LABORATORIO Nº 01

INDICE_________________________________________________01

OBJETIVOS_____________________________________________02

IMPLEMENTOSDE SEGURIDAD____________________________03

HERRAMIENTAS Y EQUIPOS______________________________03

ANALISIS DEL TRABAJO SEGURO_________________________04

FUNDAMENTO TEORICO__________________________________05

PROCEDIMIENTO________________________________________07

INTERPRETACION DE DATOS TOMADOS____________________15

OBSERVACIONES_______________________________________ 18

CONCLUSIONES ________________________________________ 19

BIBLIOGRAFIA ________________________________________ 19

MECANICA DE FLUIDOS

INTERCAMBIADORES DE UN MOTOR INTERCULER

OBJETIVOS:

- Realizar toma de datos como amperaje, presiones, tiempo.

- Determinar la eficiencia de la bomba.

- Demostrar y conocer el funcionamiento de una bomba centrifuga.

- Evaluar e Interpretar los datos obtenidos en teoría con los datos reales.

- Conocer la variación que existe en el cálculo teórico de la eficiencia.

1. IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD

2. HERRAMIENTAS Y EQUIPOS

Módulo de Bombas

Bomba centrifuga

Amperímetro

Cinta métrica

3. ANÁLISIS DE TRABAJO SEGURO (ATS)

INSTRUCCIONES DE TRABAJO.

Trabajar en forma ordenada. Nunca juntar instrumentos de

comprobación y medición con otras herramientas

4. FUNDAMENO TEÓRICO

EL TURBOCOMPRESOR

Tiene la particularidad de aprovechar la fuerza con la que salen los gases de escape para impulsar una turbina colocada en la salida del colector de escape, dicha turbina se une mediante un eje a un compresor. El compresor está colocado en la entrada del colector de admisión, con el movimiento giratorio que le transmite la turbina a través del eje común, el compresor eleva la presión del aire que entra a través del filtro y consigue que mejore la alimentación del motor. El turbo impulsado por los gases de escape alcanza velocidades por encima de las 100.000 rpm, por tanto, hay que tener muy en cuenta el sistema de engrase de los cojinetes donde apoya el eje común de los rodetes de la turbina y el compresor. También hay que saber que las temperaturas a las que se va ha estar sometido el turbo en su contacto con los gases de escape van a ser muy elevadas (alrededor de 750 ºC).

CICLOS DE FUNCIONAMIENTO DEL TURBO

Funcionamiento a ralentí y carga parcial inferior: En estas condiciones el rodete de la turbina de los gases de escape es impulsada por medio de la baja energía de los gases de escape, y el aire fresco aspirado por los cilindros

no será pre comprimido por la turbina del compresor, simple aspiración del motor.Funcionamiento a carga parcial media: Cuando la presión en el colector de aspiración (entre el turbo y los cilindros) se acerca la atmosférica, se impulsa la rueda de la turbina a un régimen de revoluciones más elevado y el aire fresco aspirado por el rodete del compresor es pre comprimido y conducido hacia los cilindros bajo presión atmosférica o ligeramente superior, actuando ya el turbo en su función de sobrealimentación del motor.Funcionamiento a carga parcial superior y plena carga: En esta fase continua aumentando la energía de los gases de escape sobre la turbina del turbo y se alcanzara el valor máximo de presión en el colector de admisión que debe ser limitada por un sistema de control (válvula de descarga). En esta fase el aire fresco aspirado por el rodete del compresor es comprimido a la máxima presión que no debe sobrepasar los 0,9 bar en los turbos normales y 1,2 en los turbos de geometría variable.

CONSTITUCIÓN DE UN TURBOCOMPRESOR

Los elementos principales que forman un turbo son el eje común (3) que tiene en sus extremos los rodetes de la turbina (2) y el compresor (1) este conjunto gira sobre los cojinetes de apoyo, los cuales han de trabajar en condiciones extremas y que dependen necesariamente de un circuito de engrase que los lubricaPor otra parte el turbo sufre una constante aceleración a medida que el motor sube de revoluciones y como no hay límite alguno en el giro de la turbina empujada por los gases de escape, la presión que alcanza el aire en el colector de admisión sometido a la acción del compresor puede ser tal que sea más un inconveniente que una ventaja a la hora de sobrealimentar el motor. Por lo tanto se hace necesario el uso de un elemento que nos limite la presión en el colector de admisión. Este elemento se llama válvula de descarga o válvula waste gate.

REGULACIÓN DE LA PRESIÓN TURBOPara evitar el aumento excesivo de vueltas de la turbina y compresor como consecuencia de una mayor presión de los gases a medida que se aumenten las revoluciones del motor, se hace necesaria una válvula de seguridad (también llamada: válvula de descarga o válvula waste gate). Esta válvula está situada en derivación, y manda parte de los gases de escape directamente a la salida del escape sin pasar por la turbina.La válvula de descarga o wastegate está formada por una cápsula sensible a la presión compuesta por un muelle (3), una cámara de presión y un diafragma o membrana (2). El lado opuesto del diafragma está permanentemente condicionado por la presión del colector de admisión al estar conectado al mismo por un tubo (1). Cuando la presión del colector de admisión supera el valor máximo de seguridad, desvía la membrana y comprime el muelle de la válvula despegandola de su asiento. Los gases de escape dejan de pasar entonces por la turbina del sobrealimentador (pasan por el bypass (9)) hasta que la presión de alimentación desciende y la válvula se cierra.

La presión máxima a la que puede trabajar el turbo la determina el fabricante y para ello ajusta el tarado del muelle de la válvula de descarga. Este tarado debe permanecer fijo a menos que se quiera intencionadamente manipular la presión de trabajo del turbo, como se ha hecho habitualmente. En el caso en que la válvula de descarga fallase, se origina un exceso de presión sobre la turbina que la hace coger cada vez más revoluciones, lo que puede provocar que la lubricación sea insuficiente y se rompa la película de engrase entre el eje común y los cojinetes donde se apoya. Aumentando la temperatura de todo el conjunto y provocando que se fundan o gripen estos componentes.

TEMPERATURA DE FUNCIONAMIENTO Como se ve en la figura las temperaturas de funcionamiento en un turbo son muy diferentes, teniendo en cuenta que la parte de los componentes que están en contacto con los gases de escape pueden alcanzar temperaturas muy altas (650 ºC), mientras que los que está en contacto con el aire de aspiración solo alcanzan 80 ºC.Estas diferencias de temperatura concentrada en una misma pieza (eje común) determinan valores de dilatación diferentes, lo que comporta las dificultades a la hora del diseño de un turbo y la elección de los materiales que soporten estas condiciones de trabajo adversas.El turbo se refrigera en parte además de por el aceite de engrase, por el aire de aspiración cediendo una determinada parte de su calor al aire que fuerza a pasar por el rodete del compresor. Este calentamiento del aire no resulta nada favorable para el motor, ya que no solo dilata el aire de admisión de forma que le resta densidad y con ello riqueza en oxígeno, sino que, además, un aire demasiado caliente en el interior del cilindro dificulta la refrigeración de la cámara de combustión durante el barrido al entrar el aire a una temperatura superior a la del propio refrigerante líquido.

Los motores de gasolina, en los cuales las temperaturas de los gases de escape son entre 200 y 300ºC más altas que en los motores diesel, suelen ir equipados con carcasas centrales refrigeradas por agua. Cuando el motor está en funcionamiento, la carcasa central se integra en el circuito de refrigeración del motor. Tras pararse el motor, el calor que queda se expulsa utilizando un pequeño circuito de refrigeración que funciona mediante una bomba eléctrica de agua controlada por un termostato. En un principio cuando se empezó la aplicación de los turbocompresores a los motores de gasolina, no se tuvo en cuenta la consecuencia de las altas temperaturas que se

podían alcanzar en el colector de escape y por lo tanto en el turbo que esta pegado a el como bien se sabe. La consecuencia de esta imprevisión fue una cantidad considerable de turbos carbonizados, cojinetes defectuosos y pistones destruidos por culpa de la combustión detonante. Hoy en día los carteres de los cojinetes de los turbocompresores utilizados para sobrealimentar motores otto se refrigeran exclusivamente con agua y se han desarrollado y se aplican materiales mas resistentes al calor. Los fondos de los pistones de los motores turbo casi siempre se refrigeran por medio de inyección de aceite. Con estas medidas se han solucionado la mayor parte de los problemas que tienen los motores de gasolina sobrealimentados por turbocompresor, eso si, siempre teniendo presente que si por algún motivo la temperatura de escape sobrepasa durante un tiempo prolongado el limite máximo de los 1000ºC el turbo podrá sufrir daños.

INTERCOOLER

Para evitar el problema del aire calentado al pasar por el rodete compresor del turbo, se han tenido que incorporar sistemas de enfriamiento del aire a partir de intercambiadores de calor (intercooler). El intercooler es un radiador que es enfriado por el aire que incide sobre el coche en su marcha normal. Por lo tanto se trata de un intercambiador de calor aire/aire a diferencia del sistema de refrigeración del motor que se trataría de un intercambiador agua/aire.Con el intercooler (se consigue refrigerar el aire aproximadamente un 40% desde 100°-105° hasta 60°- 65°). El resultado es una notable mejora de la potencia y del par motor gracias al aumento de la masa de aire

(aproximadamente del 25% al 30%). Además se reduce el consumo y la contaminación.

RECOMENDACIONES DE MANTENIMIENTO Y CUIDADO PARA LOS TURBOCOMPRESORESEl turbocompresor está diseñado para durar lo mismo que el motor. No precisa de mantenimiento especial; limitándose sus inspecciones a unas comprobaciones periódicas. Para garantizar que la vida útil del turbocompresor se corresponda con la del motor, deben cumplirse de forma estricta las siguientes instrucciones de mantenimiento del motor que proporciona el fabricante:- Intervalos de cambio de aceite- Mantenimiento del sistema de filtro de aceite- Control de la presión de aceite- Mantenimiento del sistema de filtro de aire

El 90% de todos los fallos que se producen en turbocompresores se debe a las siguientes causas: - Penetración de cuerpos extraños en la turbina o en el compresor- Suciedad en el aceite- Suministro de aceite poco adecuado (presión de aceite/sistema de filtro)- Altas temperaturas de gases de escape (deficiencias en el sistema de encendido/sistema de alimentación).Estos fallos se pueden evitar con un mantenimiento frecuente. Cuando, por ejemplo, se efectúe el mantenimiento del sistema de filtro de aire se debe tener cuidado de que no se introduzcan fragmentos de material en el turbocompresor.

5. PROCEDIMIENTO

PROCEDIMIENTO DEL LABORATORIO REALIZADO

Para la realización del siguiente laboratorio se tuvo pasos a seguir los cuales detallaremos en los siguientes puntos.

5.1 INDUCCIÓN DEL MODULO DE UN MOTOR

Al ingresar al laboratorio M9 el profesor nos da los conocimientos previos a la realización del laboratorio, explicando el funcionamiento y pasos a seguir durante la experiencia del análisis intercambio de calor en un motor intercoler (Imagen 1)

Imagen 01(guidca@, 2013)

5.2 ENTREGA DE MATERIALES

Para la experiencia del análisis de la eficiencia de una bomba, Se nos proporcionó materiales de trabajo con los cuales pudimos realizar el laboratorio:

Módulo de bombas: en el cual realizamos la experiencia (Imagen 2)

Imagen 02(guidca@, 2013)

Manómetros: nos ayudará ya que nos determinará la presión (Imagen 3)

Imagen 03(guidca@, 2013)

Válvula: con esta variaremos el caudal y la presión al estrangularla (Imagen 4)

Imagen 04(guidca@, 2013)

Cinta métrica: para el uso de la toma de medidas (Imagen 5)

Imagen 05(guidca@, 2013)

Amperímetro: para determinar del amperaje que energiza la bomba (Imagen 6)

Imagen 06(guidca@, 2013)

5.3 REVICION E INTERPRETACION DEL MODULO DE BOMBAS

Antes de la realización de la experiencia revisamos y verificamos que el módulo de bombas este en óptimas condiciones para que no tenga desperfectos en su funcionamiento, como también interpretamos el funcionamiento de dicho modulo para la toma de datos y posteriormente realizar los cálculos de la EFICIENCIA DE LA BOMBA (Imagen 7)

Imagen 07(guidca@, 2013)

5.4 LLENADO DEL TANQUE

Llenamos el tanque con agua con la ayuda de una manguera que nos facilitó el trabajo. (Imagen 8)Una vez lleno el tanque estamos listos para la medición de la altura ADT

Imagen 08(guidca@, 2013)

5.5 MEDICION DE LA ALTURA DE DESCARGA HASTA EN NIVEL DEL AGUA

Mediante el uso de una pequeña manguera transparente pudimos tomar un nivel de referencia para calcular una altura neta ADT (Imagen 9)

Imagen 09(guidca@, 2013)

5.6 VERIFICAR DE LAS VALVULAS Y MANOMETROS IMPLICADOS EN EL SISTEMA

Verificamos que las válvulas de paso sellen completamente al flujo de agua ya que si no sellan bien, el agua filtrara y se producirán variaciones en los cálculos (Imagen 10)

Imagen 10(guidca@, 2013)

5.7 ENERGIZAR LA BOMBA

Para dar inicio al funcionamiento del módulo de bombas energizamos la bomba contactándola a una fuente de poder de 220v (Imagen 11)

Imagen 11(guidca@, 2013)

5.8 MEDIR EL AMPERAJE

Una vez encendida la bomba debemos de saber el amperaje a la que está sometida esta, ya que es un dato necesario para el cálculo de la potencia eléctrica, para posterior mente hallar la eficiencia de la bomba. Es así que mediante el uso de un amperímetro digital medimos el amperaje al que esta la bomba el amperímetro solo se conecta aun cable (Imagen 12)

Imagen 12(guidca@, 2013)

5.9 TOMA DE DATOS

Una vez energizada la bomba y haber medido el amperaje procedemos a la toma de datos.Tomamos 5 muestras de presión y caudal distintas, para esto dividimos el juego de la válvula en 5 partes iguales estrangulándola cada vez más hasta cerrar la válvula por completo. Así obtuvimos distintas medidas. El caudal disminuía pero la presión aumentaba al estrangular la válvula, esto en un tiempo cronometrado de 20 segundos mediante el uso de un cronometro tradicional.En las 5 experiencias tomamos los distintos datos de caudal, presión, intensidad de corriente por ser los que varían, lo cual no sucede con el voltaje, cosØ que sus valores son constantes.

Primera toma de datos

Amperaje: 1.1 APresión 1:5psiPresión 2:0.2barCaudal: 7 m3

Segunda toma de datos

Amperaje: 1.1APresión 1:9psiPresión 2:0.3 barCaudal: 6.8 m3

Tercera toma de datos

Amperaje: 1.1 APresión 1:9psiPresión 2:0.6barCaudal: 6.4 m3

Cuarta toma de datos

Amperaje: 1.2Presión 1:12psiPresión 2:0.85barCaudal: 3.5m3

Quinta toma de datos

Amperaje: 1.3 APresión 1:32 psiPresión 2:2.2barCaudal: 1.7m3

6. INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS TOMADOS

Con los datos tomados en la experiencia, procedemos a la realización de los cálculos necesarios para hallar la eficiencia de la bomba CÁLCULOS MATEMÁTICOS UTILIZANDO MATLAB

Los cálculos en matlab nos permiten realizar operaciones matriciales con los cuales reducimos la cantidad de operaciones matemáticas que se puedan desarrollar, permitiendo nos una mejor visión de cálculo matemático. (editorial macro, 2013)

6.1 CÁLCULO DE EFICIENCIA DEL MOTOR POR DIFERENCIA DE PRESIONES CON ESTRANGULACIÓN DE LLAVE TIPO GLOBO

g=9.78h=0.33 % alturade la presiónhidrostáticad=1000 %5 es la densidad del agua en Kg /m 3P 1=g∗h∗dR=[59 9 24 32]P 2=[R∗6894.757]% 5 esuna relación de presiónde psi a pascalesu=[7 6.8 6.4 3.5 1.7]v=u∗0.01t=20Q=[v / t ]%caudal del flujo m3 /sAP=[P 2−P 1]W 2=[ AP .∗Q ]I=[1.1 1.11.1 1.2 1.3]V=220 %es el voltaje constanteW 1=I .∗V∗0.85 %5es la potenciadeentradan=W 2/W 1%es la eficienciadel motor eléctrico

RESULTADO DEL SOTFWARE

g=9 .7800h=0.3300d=1000P 1=3.2274e+03R=¿5 99 18 32P 2=¿1.0e+05∗¿

0.3447 0.6205 0.6205 1.24112.2063u=¿7.0000 6.8000 6.4000 3.50001.7000

v=¿0.0700 0.0680 0.0640 0.0350 0.0170t=20Q=0.0035 0.0034 0.0032 0.0018 0.0009

AP=¿1.0e+05∗¿0.3125 0.5883 0.5883 1.2088 2.1740W 2=¿109.3623 200.0064 188.2413 211.5369184.7941I=¿1.1000 1.1000 1.10001.2000 1.3000V=220W 1=¿205.7000 205.7000 205.7000 224.4000 243.1000

n=0.8239

6.2 CÁLCULO DE EFICIENCIA DEL MOTOR POR DIFERENCIA DE PRESIONES CON ESTRANGULACIÓN DE LLAVE TIPO MARIPOSA

g=9.78h=0.33 % alturade la presiónhidrostáticad=1000 %5 es la densidad del agua en Kg /m 3P 1=g∗h∗dR=[59 9 24 32]P 2=[R∗6894.757]% 5 esuna relación de presiónde psi a pascalesu=[7 6.8 6.4 3.5 1.7]v=u∗0.01t=20Q=[v / t ]%caudal del flujo m3 /sAP=[P 2−P 1]W 2=[ AP .∗Q ]I=[1.1 1.11.1 1.2 1.3]V=220 %es el voltaje constanteW 1=I .∗V∗0.85 %5es la potenciadeentradan=W 2/W 1%es la eficienciadel motor eléctrico

RESULTADO DEL SOTFWARE

g=9.7800h=0.3300d=1000P 1=3.2274e+03

R=¿5 88 1232

P 2=¿1.0e+05∗¿0.3447 0.5516 0.5516 0.8274 2.2063

u=6.8000 6.80005.5000 3.5000 1.6000

v=0.0680 0.0680 0.0550 0.0350 0.0160

t=20

Q=0.0034 0.0034 0.0027 0.0018 0.0008

AP=1.0e+05∗¿

0.3125 0.5193 0.5193 0.7951 2.1740

W 2=106.2377 176.5642 142.8093 139.1419 173.9239

I=1.1000 1.1000 1.10001.1000 1.3000

V=220

W 1=205.7000 205.7000 205.7000 205.7000 243.1000

n=0.6939

Observaciones:

Al momento de ensamblar la bomba tuvimos problemas con la ensamblada de los tubos.

Varía la referencia del punto de succión ya que no es exacto.

Al momento de hacer el llenado del depósito tuvimos que llevar al caño y luego donde haiga corriente.

El lugar de trabajo era un espacio confinado y no podíamos movernos con facilidad.

El tomacorriente no era el adecuado para realizar un trabajo con seguridad.

Se logró observar una pequeña variacion entre la eficiencia de la válvula de globo y mariposa resultando ser más eficiente la de mariposa.

Conclusiones:

Se analizó e interpreto los datos obtenidos, para el cálculo de la eficiencia de una bomba centrifuga en un caso específico con parámetros dados.

Se logró conocer los parámetros que influyen en el funcionamiento de una bomba.

Se pudo comparar los resultados teóricos con los hallados experimentalmente

gracias a los datos obtenidos en el campo.

A partir de los datos extraidos podemos mejorar la eficiencia de una bomba en un

caso real.

Experimentamos lo aprendido teóricamente en clase, Aplicamos cálculos para obtener la potencia eléctrica y potencia hidráulica, de lo

cual obtuvimos la eficiencia.

Bibliografíaeditorial macro. (2013). mat lab. arequipa: macro.guidca@. (2013). madulo de ensayo. arequipa: propio.mott, r. (2013). mecánica de fluidos. arequipa: pearson.mecánica de fluidos cuarta edición (ROBERT L.MOTT)(Capitulo 15).mecánica de fluidos sexta edicion edición (ROBERT L.MOTT)(Capitulo 7).