Reportes Maquinas

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA

MAQUINAS HIDRAULICAS

ING. JOSE ISMAEL VELIZ PADILLA

REPORTE

NOMBRE: ESWIN JUAN PABLO APARICIO PEREZ

CARNET: 201222682

GUATEMALA 16 DE MARZO DEL 2015

INTRODUCCION

Durante la prctica se utilizaron dos tipos de bomba con una potencia igual, se utiliz una bomba centrifuga horizontal y una sumergible, para las cuales se realizaron el aforo volumtrico, utilizando un volumen de 5 galones, midiendo el tiempo de llenado con un cronometro. El siguiente aforo de trayectoria en el cual se tomaron la distancia horizontal y vertical de la trayectoria del agua, utilizando una cinta mtrica. El tercer aforo fue el de trayectoria vertical, el cual consista en medir la altura vertical que alcanzaba el agua, por medio de frmulas establecidas, se calcul el caudal y se compar con los resultados anteriores.

La segunda parte de la prctica consisti en conocer y observar los mdulos de celda fotovoltaica, los cuales aprovechan la radiacin solar y la transforman en energa elctrica, almacenando dicha energa en bateras. Por medio de la ecuacin de Cooper se puede determinar la pendiente optima de los mdulos, de esta forma aprovechan de una forma ms eficiente la energa que el sol emite. Un ejemplo que se pudo observar durante la prctica fue la pendiente y la inclinacin que tena un calentador de agua, el cual por medio de un panel solar aumentaban la temperatura del agua considerablemente.

Por ltimo se observ cmo se aprovecha la energa cintica del viento, por medio de un aerogenerador el cual aprovecha la velocidad del viento haciendo mover sus hlices, las cuales estn conectadas a una turbina que convierte la energa mecnica en elctrica. Dicha energa se almacena en batera, las cuales posteriormente la distribuyen.

OBJETIVOS

General

Conocer el funcionamiento y las aplicaciones de los diversos dispositivos de captacin de energa mecnica, elctrica, solar y del viento que posee el laboratorio.

Especficos

Realizar un aforo volumtrico, de trayectoria y de trayectoria vertical en una bomba centrifuga horizontal y en una bomba sumergible.

Observar y comprende como captan la energa solar las celdas fotovoltaicas y como almacenan dicha energa.

Observar y comprender como un aerogenerador aprovecha la energa cintica del viento, convirtiendo la energa mecnica en elctrica.

MARCO TEORICOAFORO VOLUMETRICO

Consiste en determinar el tiempo que tarda una corriente de agua en llenar un recipiente de volumen conocido. Permite medir pequeos caudales, como los que escurren en tuberas.

Materiales para realizar el aforo.

Depsito de volumen conocido, en el cual se depositara el fluido.

Cronometro, para medir la magnitud del tiempo en que es llenado el fluido.

Repetir 2 o 3 veces el procedimiento y realizar un promedio de los resultados obtenidos.

Procedimiento para la realizacin del aforo.

El procedimiento consiste en llenar un volumen conocido y calcular el tiempo en que se llena para proceder posteriormente al clculo del caudal que consiste en dividir el volumen de agua recogida en el depsito por el tiempo que se tarda en llenar el depsito.

AFORO POR TRAYECTORIA

La energa de agua que fluye por la tubera se manifiesta por la trayectoria que describe al salir por su extremo libre, la trayectoria consta de dos componentes X y Y, con ellos es posible obtener una aproximacin aceptable cuando se usa en forma adecuada.

La ventaja que presenta este mtodo es su fcil y rpida operacin.

Materiales para realizar el aforo.

Tubera.

Soportes para la tubera.

Nivel.

Escuadra en forma de L.


La medicin del aforo se realiza desplazando la regla hasta que el extremo inferior roce el chorro de agua que sale de la tubera.

El lado X de la regla debe quedar paralelo y apoyado en dicho tubo, para medir as la distancia horizontal que hay desde el punto donde el chorro toca la regla, a la boca de salida de la tubera.

Se registran los valores de X y Y de varias mediciones y se procede a realizar un promedio del resultado obtenido.

Cabe considerar dos posibilidades en este mtodo, tubera llena y parcialmente llena.

AFORO VERTICAL

Se puede aforar, aproximadamente, midiendo la altura del chorro de agua cuando una tubera es dispuesta para salida vertical. Existen dos casos:

Cuando la altura de agua es pequea, menor que 0.4 veces el dimetro de la tubera; y,

Cuando la altura es grande, mayor que 1.4 veces dicho dimetro.


Medir la altura del chorro de agua

Aplicar la siguiente expresin para el clculo del caudal

MARCO PRCTICO

Bomba centrifuga horizontal

AFORO VOLUMETRICO

TABLA 1: DATOS

n

Tiempo (s)

1

40,59

2

40,82

3

44,24

4

44,18

5

46,65

6

47,52

Tubera de 3/4 de pulgada de dimetro

Volumen de 5 galones

TABLA 2: CALCULOS

n

Tiempo (s)

Volumen (Gal)

Caudal (V/t) (Gal/s)

1

40,59

5,00

0,1232

2

40,82

5,00

0,1225

3

44,24

5,00

0,1130

4

44,18

5,00

0,1132

5

46,65

5,00

0,1072

6

47,52

5,00

0,1052


TABLA 3: DATOS

Distancia X (cm)

Distancia Y (cm)

35,5

104,9


AFORO VERTICAL

TABLA 4: DATOS

Altura (cm)

6


Aplicando la siguiente expresin para el clculo del caudal

Bomba sumergible

AFORO VOLUMETRICO

TABLA 5: DATOS

n

Tiempo (s)

1

13,06

2

10,98


Volumen de 5 galones

TABLA 6: CALCULOS

No

Tiempo (s)

Volumen (Gal)

Caudal (V/t) (Gal/s)

1

13,06

5,00

0,3828

2

10,98

5,00

0,4554


TABLA 7: DATOS

Distancia X (cm)

Distancia Y (cm)

140

100


AFORO VERTICAL

TABLA 8: DATOS

Altura (cm)

65


Aplicando la siguiente expresin para el clculo del caudal

DECLINACIN SOLAR Y PENDIENTE DE COLECTORES

En el estudio de los procesos trmicos solares es muy importante el medio de captacin de la energa solar, ya que con base en esto se puede disear todo un sistema que opere utilizndola y aprovechando el mayor porcentaje posible. Para recolectar la mayor cantidad de energa radiante procedente del sol, es necesario contar con un sistema de colectores que ofrezcan su cara perpendicular a la incidencia de los rayos solares, a la hora en que el sol se encuentra en su posicin ms alta sobre el meridiano local (12 horas tiempo solar).

La relacin geomtrica entre un plano con cualquier orientacin particular relativa a la Tierra a cualquier hora y la radiacin solar incidente, esto es, la posicin del sol con respecto a ese plano, se puede describir en trminos de algunos ngulos.

Estos ngulos y su definicin son los siguientes: = Latitud (norte positiva). = Declinacin (posicin angular del sol al medioda solar con respecto al plano del ecuador) (norte positiva). S = El ngulo entre la horizontal y el plano (pendiente). = Desviacin de la normal a la superficie con respecto al meridiano local, el punto cero corresponde al sur, el este es positivo y el oeste negativo. W = ngulo de la hora, el medioda solar corresponde al cero, y cada hora es igual a 15 de longitud con las maanas positivas y las tardes negativas. = El ngulo de incidencia de la radiacin. Este ngulo se mide con respecto a la normal.

ECUACIN DE COOPER

La declinacin, , se puede encontrar con la ecuacin aproximada de Cooper (1969),

donde n es el da del ao.

Si consideramos un colector orientado en la direccin norte-sur (=0) a las 2 horas tiempo solar (W=0) y si la radiacin solar ndice perpendicular sobre el colector ( = 0) se tendr:

S(n) = - (n)

Sera la ecuacin para calcular la pendiente de los colectores para incidencia normal en cualquier ao. Teniedo en cuenta que la latitud en la Ciudad de Guatemala es de 144 entonces =14,07, por lo tanto:

S(n) = 14,07 - (n)

PANELES SOLARES

Calculo de numero de paneles solares y bateras para para abastecer una casa con 3 dormitorios, comedor y cocina durante 8 horas.

Cantidad

Aparatos elctricos

Consumo KW

Horas de uso

Das que se usa

Consumo por hora KWh

Importe Q

1

Refrigeradora

0,062

8

30

3,97

6,50

1

Televisin

0,11

3

30

9,90

16,22

1

Computadora

0,065

2

30

3,90

6,39

1

Microondas

1,49

0,15

30

6,71

10,98

1

Licuadora

0,045

0,05

5

0,01

0,02

1

Equipo de

sonido

0,1

2

15

3,00

4,91

4

Lmparas incandescentes

0,06

3

30

21,60

35,38

1

Reproductor

DVD

0,01

2

4

0,08

0,13

El importe seria la tarifa que la empresa elctrica nos cobrara, con paneles solares este importe se ahorrara.

Potencia consumida = 1,942 KW

Consumo por KWh en un da = 2.12175 KWh

Calculo de (Nu) aplicando el factor de seguridad de 1,2:

Nu = (potencia consumida) * 1,2 = 2,12175 = 2,5461 KWh

Debido a las prdidas de la instalacin se debe tomar en cuenta el factor (Kr = 0,67), para determinar el consumo mximo que deben de proporcionar los paneles solares:

Considerando un panel solar de la marca SUNTECH que provee una P=180 W, con una eficiencia del 85%. Sabiendo que la radiacin solar en un dia es de HPS = 5.4, la energa que el panel puede suministrar es de:

La cantidad de paneles que se deben conectar se determina por medio de la ecuacin

El nmero de paneles tendra que ser mayor a 5

Considerando una batera de 12V y 600 Ah. La cantidad de batera est dado por

El nmero de batera tendra que ser mayor a 4

VELOCIDAD DEL VIENTO PARA AEROGENERADORES

En palabras muy generales el viento es el resultado del flujo de aire entre zonas con presiones de aire distintas, que se calientan debido a la incidencia de radiacin solar, as, la energa elica es energa solar convertida en energa elica. La forma en que aparece el viento (velocidad, direccin, turbulencia,...) es complicada de predecir debido a que depende de distintos factores globales y locales: rotacin de la tierra, posicin de la luna, diferencia de temperaturas global y local, orografa de terreno, rugosidad de la superficie, obstculos, etc.

Los datos principales del viento son los de la velocidad expresado en metros por segundos [m/s] y los de la direccin en grados []

Rosa de los Vientos de Procedencia

Su utilidad principal radica en que proporciona la direccin o direcciones principales con su frecuencia en un diagrama circular del permitiendo as ubicar el aerogenerador en el sitio idneo. En el ejemplo, la direccin dominante es NNE, orientacin que se debe mantener libre de obstculos.

Rosa de los Vientos de Potencia

En caso de que no se distinga claramente el viento dominante, se utiliza adems un diagrama que muestra las direcciones principales de mxima potencia, siendo la potencia proporcional al cubo de la velocidad del viento.

En este caso, a pesar de que existen dos direcciones de viento dominantes, NNE y SE, es esta ltima la que proporciona mayor potencia con diferencia. No obstante, se deber tener en cuenta la direccin NNE en la ubicacin final del aerogenerador.

Orografa

Los accidentes del terreno suaves como colinas o vaguadas influyen positivamente en la aceleracin local del viento. Por ejemplo, una colina de pendiente suave acelera el viento a lo largo de la pendiente dndose la mxima velocidad en la cima de la loma.

En cambio, un accidente abrupto disipa la energa del viento debido las turbulencias generadas. Un acantilado no conviene para instalar un aerogenerador.

Dimensionado y estimacin de la produccin

Para la estimacin de la produccin de un aerogenerador, es importante que la altura de medicin del viento coincida con la altura de montaje del aerogenerador.

Como herramientas matemticas auxiliares es preciso obtener previamente:

Curva de potencia del aerogenerador proporcionada por el fabricante, si es posible certificado segn norma UNE-EN 61.400-12.

Distribucin de viento al menos en un ao tipo.

Metodologa de clculo de la produccin:

Se elabora una tabla que combina la distribucin probabilstica del viento (curva Weibull) junto con la curva de potencia, ambos parmetros en funcin de la velocidad del viento. Emparejando los datos sucesivamente para cada rango, y sabiendo que un ao tipo tiene 8.760 horas, se obtiene en este caso la siguiente tabla:

CONCLUSIONES

Los valores encontrados de los caudales, difieren mucho al compararlos, este se vio en el resultado obtenido con el aforo volumtrico y los otros mtodos, lo cual lleva a concluir que la precisin a la hora de tomar los datos no fue buena.

Se pudo observar durante la prctica que no importa si las bombas poseen la misma potencia, una bomba sumergible tiene una mayor capacidad para elevar un fluido a mayor altura, a comparacin de una bomba horizontal.

Durante la prctica se observ como un panel fotovoltaico aprovecha la energa solar de dos formas diferentes, uno almacenaba la energa elctrica para el consumidor y el otro sistema calentaba el agua a una temperatura considerable.

Al conocer cuanta potencia consumen nuestros aparatos elctricos, se puede determinar un sistema alternativo como el de las celdas fotovoltaicas, que funciones y suministre la energa elctrica suficiente para alimentar nuestros equipos, esto es importante ya que en el campo lo que se busca es reducir los costos y preservar el medio ambiente.

Otro sistema importante que se pudo observar fue el aprovechamiento de la energa cintica del viento, aunque en nuestro medio no sea muy rentable, es importante conocer cmo se transforma la energa mecnica en elctrica.

BIBLIOGRAFIA

https://www.agenciaandaluzadelaenergia.es/sites/default/files/guia_tecnica_energia_minieolica.pdf

http://132.248.9.9/libroe_2007/colectores1/A05.pdf

http://es.scribd.com/doc/14341773/MANUAL-PARA-AFORO-Y-DESINFECCION-DEL-AGUA

http://es.scribd.com/doc/58323159/5/Aforo-volumetrico

http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/Fundamentos.pdf

http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/05/aforo-volumetrico.html

http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/medidores_de_velocidad.pdf

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