Manual de Prácticas de Turbomaquinaria - UANL

Universidad Autónoma de Nuevo León
Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
MANUAL DE PRACTICAS
DE
TURBO MAQUINARIA
COORDINACION INGENIERIA MECANICA.
Departamento de Turbo Maquinaria
Ing. Juan A. Franco Quintanilla
Ing. Humberto Arroyo Balderas
Enero de 2014
INTRODUCCION
El presente instructivo del laboratorio tiene como objetivo darte a
conocer las prácticas que deberás realizar y el procedimiento para conseguir el
objetivo particular de cada una de ellas reforzando los conocimientos teóricos
adquiridos en la clase.
También deberá reforzar valores y habilidades necesarios para la
formación del estudiante.
La Metodología a utilizar será la siguiente:
1).-En la primera sesión el maestro deberá dar a conocer la Carta
Descriptiva donde se indican las fechas en que se efectuará cada
práctica, Responsabilidades, Forma de Evaluación y el Reglamento de
Seguridad.
2).- Es obligación estudiar la práctica correspondiente con anticipación
con la finalidad de aprovechar el tiempo para el desarrollo de la misma.
3).- El Maestro indicará el equipo a utilizar, así como también asesorará
y complementará la información teórica y práctica correspondiente.
AL FINALIZAR EL LABORATORIO:
El estudiante deberá haber adquirido las siguientes Habilidades:
a).- Trabajo en equipo.
b).- Creatividad.
c).- Espíritu Crítico.
d).- Organizado.
e).- Manejo de equipo.
Y reforzado los siguientes Valores:
*Respeto
*Responsabilidad
*Puntualidad
*Honestidad
ÍNDICE:
Pág.
Introducción a las pruebas de funcionamiento de las bombas centrifugas.
05
Practica Núm. 1: Medición de un flujo a través de una tubería.
09
Practica Núm. 2: Pruebas y construcción de una curva de operación
de un equipo de bombeo.
13
Practica Núm. 3: Carga Neta de Succión (NPSH) y la Cavitación.
17
Introducción del Banco de Prueba de bomba de Pozo Profundo.
21
Practica Núm. 4: Curva Característica de una Bomba de Pozo Profundo. 23
Fuerza ejercida sobre una superficie en reposo por una cantidad de fluido. 25
Practica Núm. 5: Aspa Plana.
29
Practica Núm. 6: Aspa Inclinada.
33
Practica Núm. 7: Aspa Curva.
37
Introducción del Banco Hidráulico para Rueda Pelton y Turbina Francis.
41
Practica Núm. 8: Rueda Pelton con Carga Mecánica.
45
Practica Núm. 9: Curva Característica de Rueda Pelton Trabajo
En Vacío y Carga Mecánica.
49
Practica Núm. 10: Turbina Francis con Carga Mecánica.
53
Practica Núm. 11: Curva Característica de Turbina Francis Trabajo
en Vació y Carga Mecánica.
57
Practica Núm. 12: Sistemas de Distribución de Aire
61
Bibliografía
65
INTRODUCCIÓN A LAS PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO
DE LAS BOMBAS CENTRIFUGAS
Las pruebas de funcionamiento a las cuales se someten las bombas centrífugas, junto con
las pruebas de calidad a las que se someten sus componentes, son parte del aseguramiento de la
calidad.
Una de las pruebas principales que se le aplica a una bomba centrífuga, es la de la
medición del comportamiento de esta a velocidad total con un fluido para confirmar el
comportamiento ofrecido con la eficiencia óptima y su desarrollo de presión requeridos. Además
se pueden realizar pruebas de succión, análisis de vibraciones, de pulsación, de presión, y de
carga axial, entre otras.
DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO.
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
VII.
VIII.
IX.
X.
Bomba-Base-Motor
Tanque de 1200 Litros
Conjunto de Tuberia de 21/2 pulgadas
Placa de Orificio
Manómetro Diferencial de Mercurio
Válvulas de Succión y Descarga
Vacuo metro de Succión
Manómetro de descarga
Medición de Potencia
Soporte del conjunto
Pág.5
I. Bomba-Base-Motor
La bomba centrífuga es una bomba JACUZZY modelo DM-DMF-2, esta bomba es capaz
de desarrollar un flujo de 0 hasta 160 GPM y una carga de 39 pies hasta 12.5 pies en una
velocidad de 1725 RPM La potencia aparente consumida en todos los rangos es menor de 1.5 HP.
La bomba tiene una base de baleros lubricados por grasa, la carcasa es de Fo.Vo. de 3” de
succión y 2” de descarga, el impulsor es de bronce tipo cerrado y esta recortado a su diámetro
máximo(615/32”)
La bomba será acoplada a un motor eléctrico horizontal marca “US” de 3 HP a 1800 RPM
abierto a prueba de goteo para operar a 3/60/220V. La idea de acoplar la bomba a un motor de 3
HP es para que su flujo pueda variar hasta su límite de operación pero evitando que se
sobrecargue el motor.
II. Tanque de 1200 lts
El tanque fue seleccionado de esta capacidad, ya que puede desaguar hasta 505 litros /
minuto y aunque el agua se va estar recirculando se pretende evitar algún problema. El tanque
ésta fabricado de fibra de vidrio, su salida es de 21/2” de diámetro, lleva a su costado un
piezómetro de tubo transparente de acrílico para checar el nivel de agua.
III. Conjunto de tubería de 2 ½ ”
La tubería ésta hecha de acero negro y cuenta con algunas partes bridadas para hacer él
desensamble más rápido, el diámetro de esta fue elegido de 21/2” ya que la placa de orificio tiene
una d/D = 0.75 y según tablas de laboratorio un diámetro de 21/2”haría al diferencial de Mercurio
lo más nítido posible en sus mediciones.
IV. Placa de orificio
La placa de orificio tiene como función generar un diferencial de presiones en dos puntos
de la tubería para medir el flujo que pasa a través de ella. Está hecha de lámina de acero
inoxidable 304 con espesor de 1/8” y tiene un diámetro interior de 1.872”. La relación d/D
utilizada es de 0.75 porque cuando d/D < 0.5 no se genera un diferencial apreciable, y como se
menciono anteriormente haría al Mercurio lo más nítido posible.
La constante de contracción de la placa de orificio es C = 0.61 por ser orificio de bordes
afilados; este dato fue obtenido por Tomas R. Weymounth aplicado a las tomas de presión una
pulgada antes y una pulgada después de la placa de orificio.
Pág.6
V. Manómetro Diferencial de Mercurio
El manómetro diferencial de Mercurio tiene la función de una medida diferencial de las
presiones que exista en la placa de orificio. Está provisto por un tubo en “ U ” de acrílico
montado en una base de acero rectangular, en donde se encuentra la tubería de entrada con sus
respectivas válvulas purgadoras y una válvula para balancear presiones y así estabilizar la
columna de mercurio que está en el acrílico. La columna máxima de diferencial que se puede
medir es de 11”.
El diferencial irá montado en un tablero de instrumentos el cual se ubica aparte del equipo
de bombeo para evitar que las vibraciones puedan afectar las lecturas.
VI. Válvulas de Succión y Descarga de 2 ½ ”
La válvula de succión tiene la función de ser como una especie de resistencia variable
para poder realizar pruebas de NPSH en el equipo de bombeo, por su parte la válvula de descarga
tiene la función de variar la presión de descarga de la bomba y así mismo el gasto, la potencia y
la eficiencia del equipo y en un momento dado el NPSH del equipo. Las válvulas están hechas de
bronce son de 21/2 pulgadas de tipo compuerta.
VII. Vacuo metro de Succión
El vacuo metro en la succión de la bomba es utilizado para medir presiones negativas por
debajo de la atmosférica para determinar la presión a la cual la bomba entra en su etapa de
cavitación NPSH es insuficiente.
El vacuo metro tiene un diámetro de carátula de 3 pulgadas para darle una nitidez media
en sus lecturas. Este se empotrara en un letrero de instrumentos. Aislado del equipo de bombeo
por mangueras y lleva también su válvula purgadora de aire. El vacuo metro es de marca Metron
y su graduación viene en cm de Hg. y pulgadas de Hg.
Pág.7
VIII. Manómetro de Descarga
El manómetro de descarga es utilizado para medir la presión a la cual la bomba descarga y
por lo tanto tener un dato para él cálculo de la carga total a la cual trabaja el equipo. El
manómetro de descarga necesita tener como característica ser lo más nítido posible por esta razón
se selecciono el de 6 pulgadas de una escala de 0-28 psi. El manómetro será empotrado en el
tablero de instrumentos y aislado por medio de manguera para evitar vibraciones que afecten la
lectura, y esta tendrá su válvula purgadora.
IX. Medición de Potencia
La medición de potencia es muy importante para la determinación de la eficiencia
hidráulica del equipo. Esta consiste en medir la potencia eléctrica que recibe el motor y así se
conoce la potencia mecánica que recibe la bomba en la flecha. Hay varios métodos para medir la
potencia eléctrica recibida, pero sin duda uno de los más usuales y más exactos es el método de
los dos Wattmetros. No necesariamente este es el mejor método para medición de potencia, ya
que en la actualidad se cuenta con Wattmetros digitales que uno solo de ellos es capaz de medir la
potencia balanceando las corrientes automáticas y dando una lectura más exacta.
X. Soporte del Conjunto
La tubería cuenta con un soporte de acero estructural de viga canal de 4 pulgadas por ¼
pulgada, debidamente soldadas y pensando principalmente en la seguridad del equipo y los
alumnos que lo operan.
El tanque de 1,200 litros esta soportado en una base de ángulo de acero de 2 pulgadas
reforzado y con guías para que el tanque no se mueva de su posición y así no pueda caerse.
La base de la bomba y la del tanque están unidas para que el alineamiento sea correcto y
evitar vibraciones del equipo.
Pág.8
PRACTICA No 1
MEDICIÓN DE UN FLUJO A TRAVÉS DE UNA TUBERÍA
Objetivo
El alumno comprenderá como se realiza una medición de un flujo a través de una tubería,
utilizando el método de la placa de orificio.
Equipo a utilizar:
- Tanque (1200 Lts)
- Válvula de compuerta de 21/2 “ en la succión.
- Bomba centrifuga de 3 HP.
- Manómetro de descarga (0 –28 Psi).
- Placa de orificio (1.872).
- Manómetro diferencial de Mercurio.
- Válvula de compuerta en la descarga.
Teoría
En 1903, Tomas R. Weymouth empezó experimentando con la placa de orificio
concéntrico, usando una toma de presión en la brida una pulgada antes y otra toma de presión una
pulgada después de las caras de la placa, desarrollo lo siguiente:
V2
V2
H1  1  Z1  H 2  2  Z2
2g
2g
P
*
H
2
2

V1  V2
 H 2  H1
(1)
2g


Pág.9
Como : A1V1  A 2 V2
V2 
A1V1
A2
*A 
D
4
2
D
V2   1  V1
 D2 
(2)
Se sustituye ecuación ( 2) en ( 1):


V12  D1 D 2  V12
 H 2  H1
2g
2


V12  1  D1 D 2   H 2  H1
4
V12 
2g H
4
1  D1 D 2 
V1 
2g H
4
1  D1 D 2 
Donde:
g   386.4 pu lg/ seg 2
D1  2.5 pu lg
D 2  1.872 pu lg
V1 


2  386.4 pu lg/ seg 2 H
4
1 - 2.5 1.872
V1  18.91 H pulg/seg
(3)
Se sustituye la ecuación (3) en la siguiente ecuación:


Q  A1V1   D12 *18.91 H    * (2.5) 2 *18.91 H
4
4
Q  92.824 H
pu lg 3  0.25974 GPM 


seg  pulg3 / seg 
Q  24.11 H GPM
Factor de contraccio ón Cc  0.61
Q  14.7 H GPM
Donde H es en pulgada de agua
(5)
Pág.10
Esta fórmula se debe de adecuar para ser usada con un manómetro diferencial de
Mercurio.
P1  h1 H 2O  P2  h1  h 2  H 2O  h 2  Hg
P1  P2  h 2  H 2O  h 2  Hg
Toda la ecuación anterior se divide entre H2O:
H1  H 2  h 2  h 2  RHg
H1  H 2  h 2  RHg  h 2
H  h 2 Hg  RHg  1
 RHg  13.7
(6)
La ecuación ( 6) se sustituye en la ( 5):
Q  14.7 H Hg 13.7  1
Q  52.386
H Hg
Ecuacion Resultante
Q es el flujo a través de la tubería.
52.386 es una constante para este caso.
HHg es la diferencia de presión en plg de Hg.
Procedimiento
A) Checar que todas las válvulas de compuerta estén abiertas
(Cuidado Manómetro Diferencial)
B) Encender el equipo de bombeo.
C) Variar el flujo con la válvula de compuerta de la parte superior cerrando cada
vez que se tome una lectura del diferencial de Mercurio.
D) Tomar cinco lecturas del Manómetro diferencial de Mercurio.
E) Llenar la siguiente tabla.
Diámetro
Diámetro
Gasto
Gasto
H Hg
De la Tubería
Del Orificio
( G.P.M. )
( Lts / Seg )
( pulgadas )
2½
1.872
2½
1.872
2½
1.872
2½
1.872
2½
1.872
Conclusiones de la práctica:
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
__________________________________________________________
Pág.11
Pág.12
PRACTICA No 2
PRUEBAS Y CONSTRUCCIÓN DE UNA CURVA
DE OPERACIÓN DE UN EQUIPO DE BOMBEO
Objetivo
El alumno tendrá una idea de las pruebas a las que se somete un equipo de bombeo para
verificar su confiabilidad y eficiencia.
Equipo a utilizar:
Tanque (1200 lts)
Válvula de compuerta de 21/2 pulgadas en la succión
Motor eléctrico de 3HP/1,800 RPM
Bomba centrifuga de 3 HP
Tacómetro
Manómetro en descarga ( 0 – 28 psi )
Vacuo metro en succión
2 Wattmetro
Placa de orificio de Ac. 304 SS (1.872”)
Manómetro diferencial “U” de Mercurio
Válvula de compuerta de 21/2 pulgadas en la descarga
Pág.13
Teoría
Las pruebas a que se someten en planta las bombas centrifugas, junto con las pruebas de
calidad a que se someten sus componentes son parte de aseguramiento de la calidad para ofrecer
al usuario un producto confiable y seguro.
La principal prueba de funcionamiento que se le aplica a una bomba, consiste en la
medición del comportamiento de ésta a velocidad total, con un fluido de prueba que en la
mayoría de los casos es agua para confirmar el comportamiento ofrecido con la eficiencia óptima
y un desarrollo de presión requeridos. Además de la prueba mencionada de comportamiento, se
pueden realizar pruebas de succión, de análisis de vibraciones o mecánicas, de pulsación de
presión y de carga axial.
Una cosa particular común para las bombas centrifugas es la curva de comportamiento, la
cual consiste gráficamente en cuatro curvas graficadas contra la capacidad de flujo en la escala
horizontal. Estas curvas pertenecen a la carga, eficiencia, potencia al freno y carga neta positiva
de succión (NPSH)
Parámetros a medir en una prueba de comportamiento:
1. - Carga diferencial:
Esta carga medida por las presiones que se generan entre una placa de orificio para
obtener la capacidad del flujo (diferencial en pulgadas de mercurio.
Q  52.386 HHg
( GPM )
2. - Presión de descarga:
Esta se medirá con un manómetro conectado en la descarga de la bomba:
Pd  2.31* ( Lectura de psi ) 
( pies )
3. - Presión de succión:
Esta se medirá con un vacuo metro conectado en la succión de la bomba:
Ps  0.4912 * ( Lectura en pulg Hg ) 
( pies )
Para el cálculo de la carga dinámica total (CDT)se utiliza la siguiente fórmula:
CDT  Lectura del Manometro Diferencia l  h vd  h vs   Pd  Ps 
Donde:
h vd  h vs  Perdida por velocidad que para este caso es :
h vd  h vs  0.0001126 * ( GPM )2
Pág.14
4. - Potencia requerida:
Esta potencia es la que recibe la bomba en la flecha y se mide con un wattmetro de
gancho digital.
Pot. Elect.   Watts  746 
( HP Elect. )
Pot. Mec.  Pot. Elect. * motorr 
( HP Mec. )
5. - Velocidad del motor:
Esta lectura es tomada con un tacómetro digital pulsando axialmente en la flecha del motor.
Esta medición se toma cuando el motor con el que se realiza la prueba no es del tipo sincrónico
ya que un motor normal la velocidad varía ligeramente por cambios de voltaje ciclos, corriente y
par aplicado.
Esta lectura nos sirve para corregir los datos obtenidos de CDT, Gasto, y Potencia por las
leyes de similitud a la velocidad de la curva de operación de la bomba.
RPM1 RPM 2  Q1 Q 2
RPM1 RPM2 2  CDT1 CDT2
RPM1 RPM2 3  BHP1 BHP2
6. - Eficiencia de la bomba:
Esta es calculada con los datos corregidos y la formula es la siguiente:
bomba  Qc * CDTc *1.0 3960 * HPc 
Procedimiento de la práctica
A) Checa que ambas válvulas de compuerta estén abiertas excepto de de descarga.
B) Encender la bomba.
C) Variar el flujo poco a poco la válvula de descarga y ajustamiento cuando se requiera la
válvula de succión sin que el vacuo metro exceda de 30” de hasta que el manómetro
diferencial de Mercurio esté en cada una de las posiciones que marca la tabla, tomar datos
en cada una de ellas.
D) Llenar la tabla anexa.
E) Trazar las curvas ( Qc – cdtc), ( Qc - Potc ) y ( Qc - nB ) sobre la curva de la bomba de
prueba y hacer observaciones.
Conclusiones
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
__________________________________________________________
Pág.15
TABLA ANEXA
FECHA : ___________________
MOTOR : __________________
HP: _________ E.F.F: 75%
VOLTS : ________ RPM : _____
Diámetro
2½
2½
2½
2½
2½
2½
2½
hd - hs
Presión
Diferencia
Pulgadas
0
1
2
4
6
8
10
hvd - hvs
PRUEBA No. : _____ GS : _______
TAMAÑO BOMBA: ___________
IMP. No. _______ ; DIAM. : 6 1/4
BOMBA
Manómetro Manómetro
Descarga
Succión
2
Lb. / Pulg
Pulg - Hg.
MOTOR
P. Descarga
- P. Succión
R E S U L T A D O S
Presión
Manómetro
G. P. M.
H. Pies
Pies
R. P. M.
K. W.
H. P.
% Ef.
Pág.16
PRACTICA No 3
CARGA NETA POSITIVA SUCCIÓN (NPSH)
Y LA CAVITACIÓN
Objetivo
El alumno comprenderá la relación que existe entre el NPSH y la cavitación.
Equipo a utilizar
Tanque (1200 Lts)
Válvula de compuerta de 21/2 pulgadas en la succión
Mirilla de acrílico transparente
Bomba centrifuga de 3 HP
Teoría:
El NPSH es una característica de la bomba. Se determina por prueba ó cálculo, y es aquella
energía necesaria para llenar la parte de aspiración (succión de la bomba) y vence las perdidas
por rozamiento y el aumento de velocidad desde la conexión de aspiración de la bomba hasta el
punto en que se añada más energía. El NPSH requerido varía según el diseño de la bomba,
tamaño de esta y condiciones de servicio, y es suministrado por el fabricante de la bomba.
El NPSH disponible en un sistema es igual a:
NPSH d   H 
Pa  Pv   h
Pe
f
Pág.17
La cavitación se forma cuando la presión en la tubería de aspiración (succión) cae por
debajo de la presión de vapor del liquido bombeado, se forman burbujas de vapor del fluido
bombeado y estas son arrastradas por la corriente. Estas burbujas o cavidades de vapor
desaparecen cuando alcanzan zonas de presión más altas en camino a través de la bomba.
Los efectos más evidentes de la cavitación son ruido y vibraciones. Son ocasionados por la
desaparición de las burbujas de vapor cuando llegan al lado de alta presión de la bomba. Si la
bomba funciona en condiciones de cavitación durante períodos largos de tiempo, especialmente
en servicios de agua, se produce el picado de los alabes del impulsor
La desaparición violenta de las burbujas de vapor introduce él líquido de alta velocidad en
los poros del metal llenos de vapor, produciendo ondas de presión de alta intensidad en áreas
reducidas. Estas presiones pueden sobreasar la resistencia a la tracción del metal y realmente
arrancar partículas dando al metal una apariencia esponjosa. El ruido y la vibración pueden
causar también averías en los rodamientos, rotura del eje y otras fallas en la bomba por fatiga de
materiales.
Otro factor primordial de cavitación es una disminución en el rendimiento de la bomba, que
se evidencia por un descenso de la capacidad. En general la cavitación indica un NPSH
disponible insuficiente o menor al requerido por el equipo de bombeo. Perdidas excesivas en la
aspiración (succión) junto con reducida altura estática y alta temperatura del líquido a bombear
contribuyen a esto.
Procedimiento para la obtención de la cavitación
A) Abrir en su totalidad ambas válvulas de compuerta
B) Encender la bomba
C) Cerrar lentamente y parcialmente la válvula de succión de la bomba hasta que
se aprecien las burbujas a través de la mirilla de acrílico transparente en el tubo
ubicado en la succión de la bomba.
** NOTA IMPORTANTE:
NO SE CIERRE EN SU TOTALIDAD LA VÁLVULA DE SUCCIÓN
NI SE DEJE EN CAVITACIÓN POR UN TIEMPO PROLONGADO
EL EQUIPO DE BOMBEO PODRÍA DAÑARSE.
Pág.18
Responder las siguientes preguntas:
1.- Encontrar los siguientes valores al medir los parámetros de la bomba centrifuga al cerrar
parcialmente la válvula de succión.
Succión =
Pdescarga =
Pdiferencial =
KVA =
R.P.M. =
2.- ¿Qué es el NPSH requerido por la bomba?
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________
3.- ¿Qué es el NPSH disponible en un sistema?
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________
4.- ¿Qué es cavitación?
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________
5.- ¿Cuáles son los efectos de la cavitación?
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________
6.- ¿Qué indica la cavitación?
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________
7.- ¿Por qué al cerrar la válvula de succión se produce cavitación?
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________
Conclusiones de la práctica
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
__________________________________________________________
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Pág.20
INTRODUCCIÓN A LAS PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO
DE LAS BOMBAS DE POZO PROFUNDO
Las pruebas de funcionamiento a las cuales se someten las bombas de pozo profundo,
junto con las pruebas de calidad a las que se someten sus componentes, son parte del
aseguramiento de la calidad.
DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO.
I.
Bomba-Motor.
II.
Tanque.
III.
Medidor de Columna de Agua.
IV.
Válvulas de Descarga.
V.
Válvula de Purgado de la Línea.
VI.
Manómetro de Descarga.
VII. Manómetro de Carga.
VIII. Soporte del conjunto
Pág.21
Tabla Anexa
Tabulación con placa de orificio contra gasto
En litros por segundo
Altura en pulgadas
5
6
7
8
9
10
12
14
16
18
20
22
25
30
35
40
45
50
60
Tubo de 4 ” Diámetro
Placa de 2 ½ “
Placa de 3 “
3.5
5.9
3.9
6.4
4.2
7.0
4.4
7.4
4.7
8.0
5.0
8.3
5.5
9.1
5.9
9.8
6.3
10.6
6.7
11.2
7.1
11.8
7.4
12.5
7.9
13.2
8.7
14.5
9.5
15.8
10.1
16.7
10.7
17.6
11.3
18.9
12.3
20.5
Conociendo la presión piezométrica en columna de agua se puede determinar el flujo que
hay a través de las línea de descarga del sistema hidráulico, en este caso la tubería tiene un
diámetro de 4” y una placa de salida de 2 ½ “.
Pág.22
PRACTICA No 7
CURVA CARACTERÍSTICA
DE UNA BOMBA DE POZO PROFUNDO.
PROCEDIMIENTO PARA LA TOMA DE DATOS:
1. - Nivel de agua mínimo 20 centímetros en el tanque (azul).
2. - Las válvulas IV y V cerradas.
3. - Encendido del motor eléctrico.
4. - Abrir la válvula de purgado, eliminando el aire de la bomba, cerrar la válvula.
5. - Con la válvula de descarga se realiza la variación de flujo y carga, al aumentar la
carga se tendrá flujos mínimos, al disminuir la carga se tendrán flujo mayor.
6. - Con las lecturas del manómetro de carga se medirán las cargas en unidades de psi.
7. - Con las lecturas del medidor de columna se obtendrá en pulgadas de agua el valor del
gasto volumétrico ( Lts. / seg. ) en la tabla anexa de placa de orificio.
8. - Proceder a llenar la siguiente tabla.
H ( H2 O )
Gasto
Pulgadas Lts. / seg. m3 / seg.
5
3.5
10
5.0
16
6.3
20
7.1
25
7.9
30
8.7
35
9.5
40
10.1
45
10.7
50
11.3
60
12.3
Un metro es igual a 3.28083 fts.
Carga
Psi.
H ( carga )
ft
Un galón es igual a 231 plg3
9. - Realizar la siguiente gráfica de Gasto contra Carga.
Carga
Gasto
Pág.23
Pág.24
FUERZA EJERCIDA SOBRE UNA SUPERFICIE
EN REPOSO POR UNA CANTIDAD DE FLUIDO
Objetivo
Comprobar por medio de la Segunda Ley de Newton, que las fuerzas producidas por un
flujo de agua sobre una superficie en reposo, va a depender de la forma y posición de dicha
superficie, por ultimo comprobar y determinar la proporcionalidad de la fuerza con respecto a la
velocidad de dicho flujo de agua
Segunda Ley de Newton: Establece que para un sistema que se mueve respecto a un
marco inercial de referencia, la suma de todas las fuerzas externas que actúan sobre el sistema es
igual a la rapidez de cambio respecto al tiempo de la cantidad de movimiento lineal del sistema.
Es decir:

F  Fuerza

dP
F
dt 
Sistema



d P  diferencia l de Pr esion
dt  diferencia l de tiempo
Donde:


P Sist.   Vel dm
P  Pr esion
Vel  Velocidad
masa
Sist.
dm    dVol
dm  diferencia l de masa

  densidad

P Sist.   Vel   dVol
dVol  diferencia l de Volumen
Vol.
Sist.
Entonces:

Vel    dVol
F
dt



F  Vel    Q


F  Vel 

g
Q
Q

o
dVol
dt

g
W   Q
Q  Gasto en Volumen
  Peso Especifico
g  Gravedad
o
W  Gasto en Peso
o
Vel  W
Ecuación Resultante del Análisis: F 
g
F=ma
m=w/g
a = vf –vi
t
F=w/g*v/t si vi=0
Pág.25
Equipo a utilizar
Plana
I.- Aparato para medir la Fuerza en Superficies
Inclinada
Curva
II.- Banco Hidráulico
Descripción del Equipo
I.- Aparato para medir la Fuerza
Diagrama Esquemático del Aparato para medir Fuerza.
El aparato que se utiliza para esta prueba, consiste en un recipiente cilíndrico abierto en su
base, con una tubería vertical para conectar en la parte inferior la línea de alimentación y en el
otro extremo una boquilla de chiflón de 5 mm u 8 mm de diámetro. El aparato tiene una tapa
cilíndrica con un brazo de palanca para colocar la superficie a utilizar, acoplándola
posteriormente a un dinamómetro, la tapa puede retirarse si se desea cambiar la placa o boquilla
del chiflón.
Pág.26
II.- Banco Hidráulico:
Método para determinar el Gasto Volumétrico en el Banco Hidráulico, se utilizara un
proceso de medición de una cantidad de fluido por determinado tiempo.
1) Comprobar que las válvulas de circulación estén completamente abiertas.
Válvula de succión de la bomba, Válvula de Retroalimentación.
(Cerrada la Válvula de paso)
2) Crear el flujo de agua.
Iniciando del depósito por medio de la Bomba Centrifuga, hacia el aparato que se coloca en la
parte superior en la tarraja. Por medio del arrancador eléctrico del motor y abriendo la Válvula de
paso.
3) Como variar el flujo de agua en aparato.
Moviendo la Válvula de retroalimentación tenemos una variación de flujo " grande “, y
variando la Válvula de paso se obtiene " pequeñas " variaciones.
4) Como medir el Gasto Volumétrico.
Por medio del medidor de cantidad de agua, se toma un punto de referencia en la carátula de
este, luego se procedo a la toma de tiempo, la carátula tiene la medición de 100 litros por una
vuelta, sabiendo esto podemos medir una cierta cantidad de litros por un cierto tiempo. ( como es
agua 1 litro es igual a 1 Kgm )
Con lo anterior se obtiene:
cantidad de Kg m
1 m3
Qm 

cantidad de seg
1000 Kg m
cantidad de m 3
Q Vol 
cantidad de seg
Q m  Gasto en masa
Q Vol  Gasto en Volumen
Densidad del H 2 O  1000
Kg m
m3
Pág.27
Pág.28
PRACTICA No 5
ASPA PLANA
Introducción
Para lograr el objetivo de esta práctica:
1. - Calcular la fuerza por medio de la Segunda Ley de Newton.
2. - Medir la fuerza por medio del Banco de Prueba.
3. - Comprobar que la Fuerza es proporcional a la Velocidad del Fluido.
4. - Gráfica la Fuerza contra la Velocidad.
1. - Calculo de la fuerza teórica del sistema:
Vel  W
F
g
Vel    Q
F
g
W  Q
F  Fuerza Teorica
Vel  Velocidad del fluido
W  Gasto en Peso
Q  Vel  A
Vel 2    A
F
g
g  Gravedad
  Peso Especifico del fluido
Q  Gasto en Volumen
A  Area de paso del fluido
Análisis de unidades de la Fuerza Teórica (Sistema de Unidades M.K.S. Absoluto):
Vel 2    A
g
Analisis de Unidades
F
m 2 Newton
Newton  m

 m2
2
3
seg
m
seg 2
F

m
m
2
seg
seg 2
Aplicando algebra en dos fraccion que se dividen :
F
Newton  m  seg 2
 Newton
m  seg 2
Vel 
m
seg 2
 H O  9806.65
2
Newton
m3
A  m2
g  9.80665
m
seg 2
NOTA: La variación de gasto suministrado al aparato de prueba se realizara por medio del banco
hidráulico como se explico en el inicio.
Pág.29
2. - Lectura de la Fuerza Real con el aparato de prueba con una superficie y lectura del
gasto.
Toma de datos y cálculo de la fuerza Resultante:
Utilizando boquilla de 5mm, A= _________ m2.
Volumen
Tiempo
Gasto
Velocidad Fuerza Teórica Fuerza Real
( m3 )
( seg. )
( m3 / seg. )
( m / seg. )
( Newton)
( Newton)
Utilizando boquilla de 8mm, A= _________ m2.
Volumen
Tiempo
Gasto
Velocidad Fuerza Teórica Fuerza Real
( m3 )
( seg. )
( m3 / seg. )
( m / seg. )
( Newton)
( Newton)
Pág.30
Comprobación de que la fuerza varía con el cuadrado de la velocidad.
Vel 2    A
F
g
A
cte 
g
Ecuación de la Pendiente
F  Vel 2  cte
Y  mX  cte
Ln ( F  Vel 2  cte )
m2
Ln ( F )  2 Ln ( Vel )  Ln ( cte )
Para una boquilla de 5 mm, A= _________ m2.
Ln ( Velocidad) Ln ( Fuerza Teórica )
Ln ( Fuerza Real)
Para una boquilla de 8 mm, A= _________ m2.
Ln ( Velocidad)
Ln ( Fuerza Teórica)
Ln ( Fuerza Real )
La Ecuación para el cálculo de la pendiente
conociendo dos puntos de una recta es :
m
Y2  Y1
X 2  X1
Pág.31
Pág.32
PRACTICA No 6
ASPA INCLINADA
Para lograr el objetivo de esta práctica:
1. - Calcular la fuerza por medio de la Segunda Ley de Newton.
2. - Medir la fuerza por medio de un Dinamómetro.
3. - Comprobar que la Fuerza es proporcional a la Velocidad del Fluido.
4. - Gráfica la Fuerza contra la Velocidad.
Calculo de la fuerza teórica del sistema y compararla con la fuerza medida.
Vp = 0
d
Q

V
Vsen 
F=

F horr.

Vcos
W  Q x
Fvert.
Q  A x Vel
F

W
Vel
g

Fhorr. = F Cos (90 - ) = F x Sen
Fvert. = F x Sen (90 - ) = F x Cos
Fhorr. =
W
W
2
x Vel Sen Sen  
x Vel Sen 
g
g
Fvert. =
W
x Vel x Sen Cos
g
Fhorr. =
Vel 2 Sen 2 x  x A
g
Fvert. =
Vel 2 x Sen Cos x  x A
g
F  Fuerza Teorica
Vel  W
 1 - Cos 
g
Vel    Q
F
 1 - Cos 
g
F
F
Vel 2    A
 1 - Cos 
g
W  Q
Q  Vel  A
Vel  Velocidad del fluido
W  Gasto en Peso
g  Gravedad
  Peso Especifico del fluido
Q  Gasto en Volumen
A  Area de paso del fluido
  Angulo de salida
Pág.33
Toma de datos y cálculo de la fuerza resultante:
Utilizando boquilla de 5mm, A= _________ m2.
Volumen
Tiempo
Gasto
Velocidad Fuerza Teórica Fuerza Real
( m3 )
( seg. )
( m3 / seg. )
( m / seg. )
( Newton)
( Newton)
Utilizando boquilla de 8mm, A= _________ m2.
Volumen
Tiempo
Gasto
Velocidad Fuerza Teórica Fuerza Real
( m3 )
( seg. )
( m3 / seg. )
( m / seg. )
( Newton)
( Newton)
NOTA: La variación de gasto suministrado al aparato de prueba se realizara por medio del banco
hidráulico como se explico en el inicio.
Pág.34
Comprobación de que la fuerza varía con el cuadrado de la velocidad.
Vel 2    A
F
 1 - Cos 
g
A
cte 
 1 - Cos 
g
Ecuación de la Pendiente
F  Vel 2  cte
Y  mX  cte
Ln ( F  Vel 2  cte )
m2
Ln ( F )  2 Ln ( Vel )  Ln ( cte )
Para una boquilla de 5 mm, A= _________ m2.
Ln ( Velocidad) Ln ( Fuerza Teórica )
Ln ( Fuerza Real)
Para una boquilla de 8 mm, A= _________ m2.
Ln ( Velocidad) Ln ( Fuerza Teórica )
Ln ( Fuerza Real)
La Ecuación para el cálculo de la pendiente
conociendo dos puntos de una recta es :
m
Y2  Y1
X 2  X1
Pág.35
Pág.36
PRACTICA No 7
ASPA CURVA
Para lograr el objetivo de esta práctica:
1. - Calcular la fuerza por medio de la Segunda Ley de Newton.
2. - Medir la fuerza por medio de él dinamómetro.
3. - Comprobar que la Fuerza es proporcional a la Velocidad del Fluido.
4. - Gráfica la Fuerza contra la Velocidad.
Calculo de la fuerza teórica del sistema y compararla con la fuerza medida.
Pág.37
Figura para el caso a analizar:
Fvert. = F x Sen (90 - ) = F x Cos
Fhorr. = F Cos (90 - ) = F x Sen
W
W
2
Fhorr. =
x Vel Sen Sen  
x Vel Sen 
g
g
Vel Sen  x  x A
g
2
Fhorr. =
2
Fvert. =
W
x Vel x Sen Cos
g
Fvert. =
Vel 2 x Sen Cos x  x A
g
F  Fuerza Teórica
Vel  W
 1 - Cos 
g
Vel    Q
F
 1 - Cos 
g
F
F
Vel 2    A
 1 - Cos 
g
W  Q
Q  Vel  A
Vel  Velocidad del fluido
W  Gasto en Peso
g  Gravedad
  Peso Específico del fluido
Q  Gasto en Volumen
A  Area de paso del fluido
  Angulo de salida
Pág.38
Toma de datos y cálculo de la fuerza resultante:
Utilizando boquilla de 5mm, A= _________ m2.
Volumen
Tiempo
Gasto
Velocidad Fuerza Teórica Fuerza Real
3
3
(m )
( seg. )
( m / seg. )
( m / seg. )
( Newton)
( Newton)
Utilizando boquilla de 8mm, A= _________ m2.
Volumen
Tiempo
Gasto
Velocidad Fuerza Teórica Fuerza Real
3
3
(m )
( seg. )
( m / seg. )
( m / seg. )
( Newton)
( Newton)
NOTA : La variación de gasto suministrado al aparato de prueba se realizará por medio del banco
hidráulico como se explico en el inicio.
Pág.39
Comprobación de que la fuerza varía con el cuadrado de la velocidad.
Vel 2    A
 1 - Cos 
g
A
cte 
 1 - Cos 
g
Ecuación de la Pendiente
F  Vel 2  cte
Y  mX  cte
Ln ( F  Vel 2  cte )
m2
F
Ln ( F )  2 Ln ( Vel )  Ln ( cte )
Para una boquilla de 5 mm, A= _________ m2.
Ln ( Velocidad) Ln ( Fuerza Teórica )
Ln ( Fuerza Real)
Para una boquilla de 8 mm, A= _________ m2.
Ln ( Velocidad) Ln ( Fuerza Teórica )
Ln ( Fuerza Real)
La ecuación para el cálculo de la pendiente
conociendo dos puntos de una recta es :
m
Y2  Y1
X 2  X1
Pág.40
INTRODUCCIÓN DEL BANCO HIDRÁULICO
PARA RUEDA PELTON Y TURBINA FRANCIS
Descripción del Banco Hidráulico.
Depósito de Agua: Este depósito de agua se deberá llenar el comportamiento inferior hasta unos
5 mm. Abajo del saliente del vertedero V. Asegúrese que la válvula de succión de la bomba este
abierta
Tubería de Succión: A través de esta tubería circula el agua en el banco hidráulico. Revise que la
válvula de succión se encuentre abierta.
Válvula de Globo: Esta válvula interrumpe el paso del agua en la tubería de succión.
Bomba – Motor: La bomba centrifuga se encuentra acoplada a un motor eléctrico, instalado en
forma horizontal y a través de este se puede variar la velocidad desde 0 a 3500 RPM.
*NOTA: El motor deberá ser conectado a 220 volts de CD*
Pág.41
Tubería de Descarga: A través de esta tubería circula el agua hacia la rueda pelton. Asegúrese
que la válvula de globo instala en esta línea se encuentre abierta.
Válvula de Aguja: Esta válvula se encuentra instala en la carcaza de la rueda pelton, su propósito
principal es regular el gasto de agua que accionara a la rueda pelton. Asegúrese de mantenerla
abierta y en una sola posición ya que para realizar esta práctica se requiere un gasto constante
Rueda Pelton: Este componente se encuentra instalado sobre el banco hidráulico, y es sobre este
donde se ha de realizar esta práctica. También puede ser reemplazado por una turbina Francis.
Carcasa: La carcasa cubre en su totalidad a la rueda pelton, y evita el derrame de agua hacia el
exterior del depósito.
Freno Prony: El freno de Prony se encuentra instala a un costado de la carcaza de la rueda pelton
y es el componente que nos indica la fuerza aplicada a través de un dinamómetro.
Canal de Desfogue: A través de este se fluye el agua después de haber golpeado los cangilones
de la rueda pelton y viaja hacia el vertedero, donde finalmente regresa al depósito inferior.
Vertedero tipo V de 90° : Este componente se encuentra instalado en el depósito superior de
agua. Es de gran utilidad ya que a través de este se puede medir el gasto de agua que fluye en el
sistema.
Mirilla Indicadora de Nivel: La mirilla de nivel indicadora de nivel se encuentra instalada en una
de las paredes del depósito de agua. Nos proporciona un parámetro de gran importancia para esta
práctica. Su lectura se lee en milímetros.
Tablero de Instrumentación: Este tablero se encuentra instalado en la parte frontal del banco
hidráulico y sobre él están colocados: el amperímetro, el voltímetro. El regulador de velocidad y
los manómetros de presión, además en la esquina superior izquierda se encuentra también el
switch de encendido y un indicador de potencia ( foco piloto ).
Amperímetro: Es un instrumento de medición de corriente, se encuentra instalado en el tablero de
medición y nos indica la corriente que consume el motor.
Voltímetro: Es un instrumento de medición de voltaje, se encuentra instalado en el tablero de
medición. Nos indica el voltaje que está suministrando al motor.
*NOTA: Esta lectura indica voltaje de Corriente Directa
Regulador de Velocidad: esté instrumento se encuentra instalado en el tablero de medición a
través de esté se regula la velocidad del motor.
*NOTA: Gire este regulador en forma lenta, de lo contrario puede dañar el
sistema
Pág.42
Manómetros de Succión y Descarga: Estos manómetros se encuentran instalados en la parte
inferior del tablero de medición y nos proporcionan parámetros de presión en la succión como en
la descarga.
*NOTA: Verifique que las pequeñas mangueras de nylon se encuentren libres
de aire, esto le ayudara a no tomar lecturas erróneas en sus prácticas.
Operación Inicial
Esta sección se aplica al aparato de prueba en cualquier modo de operación.
1. - Asegúrese que el nivel del agua sea suficiente y que todas las conexiones se encuentren bien
ajustadas. Cambie de posición (abierta) las válvulas de succión y descarga de la bomba
2. - Cambie el control de velocidad del motor a cero y conecte el switch de la caja de control y
suministro ( Principal: La luz encendida indica potencia disponible).
3. - Asegúrese que los siguientes indicadores estén marcando cero:
a) amperímetro y voltímetro
b) Indicador (es) de fuerza
c) Escala de vertedero V puede ser ajustada para que cero sea nivel como base de
vertedero V como es
d) Indicado por el nivel de agua
e) Los indicadores de carga H1 y H2 leerán la carga estática y H3 deberá ser cero
4. - Si es aplicable, asegure la colocación de alabes guías o la abertura de la aguja este en la
posición completamente abierto.
5. - Gire la perilla de control del motor lentamente a aproximadamente la posición media
6. - Revise que el amperímetro y el voltímetro, la escala del vertedero y los indicadores de carga
estén funcionando y no haya fugas en el sistema
7. - Si es adaptada una turbina, el volante deberá estar rotando, puede hacerse una prueba sobre la
operación del indicador de fuerza apretando lentamente el freno Prony. Una pequeña cantidad de
aceite fino de maquina aplicada a los flotadores de freno asegurará una operación suave.
8. - Aumente la velocidad de la bomba y vuelva a revisar la operación 6
9. - Reduzca la velocidad a cero.
“Esto completa las pruebas operacionales iniciales”
Funcionamiento Operacional del Equipo
Este equipo de pruebas se encuentra completamente ensamblado como una bomba de
prueba tutora, además, puede ser turbina y / o pelton.
Pág.43
Adaptación a una turbina Pelton de prueba
1. - Desconecte y remueva el tubo de descarga de la bomba a través de la unión que se encuentra
inmediatamente arriba de la válvula de descarga
2. - Revise las conexiones de ensambladura del indicador de fuerza y turbina pelton.
3. - Monte la turbina sobre el banco hidráulico y conecte el tubo de entrada a la conexión de
válvula de descarga
4. - Puede ser necesario aflojar la conexión de descarga de la bomba para facilitar la alineación
5. - Monte el indicador de fuerza sobre su freno, si aun no ha sido montado y asegúrese que los
cojinetes del freno estén sujetos al freno de disco de la turbina antes de apretar completamente los
tornillos. Libere a carga del freno.
6. - Asegúrese que la válvula de agua opere suavemente y completamente abierta. En ese
momento el aparato está listo para operar.
LOCALIZACIÓN DE FALLAS
SÍNTOMA
FALLA POSIBLE
A.- Fusibles quemados debido a la sobrecarga
1. - El motor se detiene repentinamente
Coloque un fusible de repuesto en la caja de Control
A.- Revisar calibración
2. - Lectura alta de vertedero
B.- Con turbina Francis.
Pág.44
PRACTICA No 8
RUEDA PELTON
CON CARGA MECÁNICA
Objetivo:
Observar el modo como se comporta el motor de impulso tangencial con diferentes cargas,
siendo conveniente determinar las curvas características de operación.
Teoría:
En las centrales hidroeléctricas de corriente alterna, las turbinas accionan a las maquinas
eléctricas que a su vez requieren de un numero constante de revoluciones por minuto (RPM)
para garantizar la constancia del voltaje y de la frecuencia, también es necesario que los motores
hidráulicos se ajusten a las cargas variables, conservando siempre constante el numero de
revoluciones; esto se logra utilizando reguladores de frenos centrífugos, los cuales frenan a la
turbina cuando dicho numero tiende a aumentar con lo cual, al consumir el sobrante de energía,
logran que tanto el gasto como la velocidad sean constantes.
Equipo:





Motor de impulso tangencial (Rueda Pelton)
Banco de prueba
Tacómetro
Freno Prony (Freno de palanca 65 cm)
Medidor de gancho y balanza
Descripción:
La unidad que se emplea para el desarrollo de esta práctica, es la misma que se utiliza para
la realización de las pruebas en vacío, completándose esta práctica con un freno Prony que se
coloca sobre el volante del eje motor descansando su brazo de palanca sobre una balanza.
Pág.45
Procedimiento:
Antes de poner en funcionamiento la bomba centrífuga, deberá comprobarse que se
encuentre debidamente cebada y purgada. Esto se logra abriendo las válvulas que para lo
anteriores tan instaladas en la carcaza de la bomba, luego se le alimenta agua desde la cámara de
presión permitiendo que esta salga por dichas válvulas. Una vez realizado esto, se presiona el
botón de encendido de la bomba y cuando ya no se aprecie expulsión de aire, se cierran las
válvulas de purgado, comprobándose que el tanque recupere su presión para abrir la válvula que
alimentara al regulador de flujo, la cual a su vez controlara el chorro de agua necesario para
accionar a los cangilones de la rueda Peltón de acuerdo a la presión de trabajo requerida en la
prueba.
En lo que se refiere a la alimentación regulada de la rueda Peltón, con respecto a la
realización de las mediciones se coloca el freno Prony en el volante del motor, cuyo brazo de
palanca descansa sobre una balanza la cual nos permite fijar el valor de la fuerza requerida para la
prueba, cuando el brazo de palanca de la balanza se encuentre oscilando significa que el freno
está aplicando el valor de la fuerza, siendo este el momento adecuado para efectuar las pruebas.
Datos a obtener:
Anote en la hoja de pruebas las lecturas correspondientes para obtener:







Gasto (Q)
Velocidad de rotación (N)
Fuerza (F)
Par (T)
Potencia hidráulica ( Ph )
Potencia Mecánica ( Pm )
Eficiencia (n %)
Pág.46
El gasto (Q) se obtiene a partir de la ecuación:
Q
8
15
 2 g  Tan 2  H 
5

2

Donde:
  90 O
H  Medida  Cresta
PAR  Fuerza aplicada por el freno  el brazo de palanca del feno
T  F b
( b  0.074 m )
Potencia M ecánica 
PMEC 
TN

4500
PHid 
Wh

75
Eficiencia 

C.V .
C.V.
Gasto en peso  Carga efectiva

75
C.V.
Presion a la que se regula la Pelton

Peso especifico ( H 2O )
C.V.
Potencia Hidráulica 
Carga Efectiva 
Par  ( Num. de revolucion es por minuto )

4500
C.V.
Potencia M ecánica
 100
Potencia Hidraulica
PMec
 100
PHid
Pág.47
Reporte
Para comprobar el comportamiento del motor al trabajar con carga, realizar las gráficas de
las curvas características de operación
N
C
T
Pva
F
(N)
T
N
H
( Kg-m ) ( R.P.M. ) ( mm )
P

N
Q
(
Pm
) (
Ph
)(
)

(%)
Pág.48
PRACTICA No 9
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LA RUEDA
DE IMPULSO TANGENCIAL AL TRABAJAR
EN VACIÓ Y CON CARGA MECÁNICA
Objetivo:
Proyectar un chorro de fluido sobre una rueda de impulso, para observar el comportamiento
de esta al trabajar en vació o con carga mecánica, haciendo la comparación de las curvas
características teóricas con las obtenidas en ambos casos.
Teoría:
La rueda de impulso tangencial (Pelton) es un motor hidráulico accionado por una, dos o
máximo cuatro boquillas, en donde la carga de presión de fluido que convierte la energía cinética,
tiene lugar en la boquilla, el motor convierte la energía cinética en trabajo mecánico, la rueda de
impulso es la más adecuada para la utilización de los saltos de agua con mucho desnivel y
caudales relativamente pequeños. El agua deja la boquilla con una velocidad alta y choca con los
cangilones, estos de forma de doble cuchara recibiendo el chorro exactamente en la arista media
y dividiéndose en dos, deslizándose a lo largo del aspa al recorrer un ángulo de casi 180 grados y
acercándose libremente al canal de desfogue. El recorte dado a las paletas, permite colocar lo más
cerca posible la boquilla a la rueda y que el chorro alcance una dirección tangencial a la
superficie del aspa. La manera de controlar la cantidad de agua para regular la potencia se
consigue por medio de una válvula de aguja, cuyo accionamiento permite estrangular la sección
de la boquilla.
Equipo a utilizar:



Banco de pruebas (Rueda Pelton)
Tacómetro Digital
Freno de prony
Descripción del equipo:
En el banco de pruebas existe un tablero en el cual se encuentra el botón de encendido del
equipo, amperímetro, voltímetro, tres mediciones de presión en la línea de succión, en la descarga
de la bomba, en la base de la boquilla del chiflón en metros de columna de agua, un reóstato para
ajustar la velocidad de rotación de la bomba centrifuga, en la línea de descarga de esta van
colocadas una válvula de descarga y posteriormente una válvula de aguja que permite controlar la
admisión del agua a la rueda de impulso tangencial que tiene su cubierta; dos mallas rompeolas
para que el agua que abandona la rueda se deslice a lo largo de un canal de flujo permanente y
descargue a través de un cargador triangular de 90 °, en una de las paredes laterales del canal se
encuentra una mirilla para medir la altura del agua este dato se da en milímetros
Pág.49
Rueda de impulso en vació
Objetivo:
En esta prueba se desea encontrar la velocidad de rotación, gasto y presión del motor
hidráulico al cambiar la posición de la válvula de aguja para obtener las curvas características
cuando se encuentra trabajando en vació.
P
N
N
C
Para obtener el gasto en un vertedor triangular utilizar la ecuación:
8 
Q 
 15 


m3
   52 
2 g  tg  H  

seg
 2 
  90O ó 60O
O bien hacer uso de la gráfica:
H
( mm )
Q ( Lts/min )
Pág.50
Procedimiento:
Al realizar esta prueba, verifique que las válvulas en la línea de succión y descarga de la
bomba se encuentren abiertas. Oprima el botón de encendido del banco hidráulico regulando la
velocidad de rotación de la bomba. La válvula de boquilla del chiflón puede ser colocada en 10
posiciones, abra esta hasta la posición deseada para proceder tomar las lecturas correspondientes
de “N”, “P”, Y “H”, una vez realizado esto cambie la posición de la válvula de boquilla para
obtener otros valores.
Nota: Al término de la prueba, regrese a cero el reóstato de velocidad de rotación de
la bomba, oprima el botón en la posición de apagado
Interpretación:
Al realizar esta prueba deberá comprobar que al variar la posición de la válvula de aguja, el
gasto irá en aumento, la presión en la base de la boquilla tiende a disminuir, la velocidad de
rotación se incrementa al tener un máximo valor para después disminuir, debido a que el motor
trabaja con gastos pequeños.
Abertura de la
Válvula
N
( R.P.M. )
M
( H2O )
H
( mm )
Q
( Lts/min )
1 / 10
2 / 10
3 / 10
4 / 10
5 / 10
6 / 10
7 / 10
8 / 10
9 / 10
10 / 10
Pág.51
Pva
F
(N)
T
N
H
( Kgf-m ) ( R.P.M. ) ( mm )
Q
(
Pm
) (
Ph
)(
)

(%)
Interpretación
En esta prueba deberá comprobar que al incrementar la fuerza aplicada por el freno a la
prueba está disminuirá su velocidad de rotación y como consecuencia la potencia mecánica y la
eficiencia se reduce; permaneciendo constante el gasto, la presión y la potencia hidráulica al
mantener en una posición la válvula de aguja.
Pág.52
PRACTICA No 10
TURBINA FRANCIS
Objetivo:
Mostrar al alumno las partes constitutivas de una turbina mixta tipo Francis con cámara
cerrada, así como el funcionamiento de cada parte.
Material:







Carcaza, voluta o cámara cerrada.
Alabes directrices o distribuidor
Alabes móviles o rodete móvil
Tubo de aspiración o succión
Flecha
Chumacera
Manómetros
Teoría:
Cámara Cerrada:
Se utiliza para transportar el agua a presión cuando las caídas son altas; se conecta de la
tubería forzada que transporta él líquido por medio de bridas. Dicha cámara se encarga de hacer
llegar el agua a toda el área de entrada al mismo tiempo transformando parte de la energía de
presión que trae el agua en energía de velocidad debido a su forma pues va reduciendo su
diámetro conforme va avanzando en el área de entrada
Alabes directrices o fijos:
Es una parte que sirve de unión entre el rodete móvil y la cámara cerrada. Sirve para guiar
el agua dándole una dirección conveniente hacia el área de entrada a los alabes móviles también
controla el gasto (Q) de entrada regulando así la velocidad de rotación.
Rodete móvil:
Es el corazón de la turbina encontrándose localizado después del distribuidor, sirve para
transformar la energía cinética de fluido en energía mecánica aplicada a una flecha. Este trabajo
lo efectúa debido al principio de reacción de una fuerza de impulso extraída del agua.
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Tubo de aspiración o Succión:
Sirve de unión entre el canal de desfogue y la turbina, permitiendo colocar la turbina a un
nivel más elevado que el de la superficie del agua de desfogue. Este tubo queda inferiormente
ahogado formando una presión de vació en su interior, por lo que dicha presión por estar a la
salida de la maquina se sumara a la que ya existente sobre la turbina aprovechando toda la caída
para una mejor eficiencia. Otra aportación que hace el tubo es su ensanchamiento en el área
disminuyendo así su velocidad de descarga por lo que logramos con esto un mejor
aprovechamiento del trabajo.
Flecha:
Se encuentra soldada a los alabes móviles y sale de la maquina conectándose a un
generador que a su vez transforma la energía mecánica en eléctrica a una frecuencia especifica
predeterminada
Chumacera:
Son los soportes sobre los que debe instalarse la flecha, siempre debe verificarse el
alineamiento al efectuarse la instalación.
Manómetros:
Son aparatos medidores de presión y es conveniente colocar uno en la cámara de entrada y
otro en el tubo de aspiración con el fin de observar el buen funcionamiento de la turbina. En caso
de existir algún desperfecto en la generación de energía estos son los puntos donde se detectarían.
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Reporte
Para comprobar el comportamiento del motor al trabajar con carga, realizar las gráficas de
las curvas características de operación
N
C
T
Pva
F
(N)
T
N
H
( Kg-m ) ( R.P.M. ) ( mm )
P

N
Q
(
Pm
) (
Ph
)(
)

(%)
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PRACTICA No 11
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LA TURBINA
FRANCIS AL TRABAJAR EN VACIÓ Y CON CARGA MECÁNICA
Objetivo:
Proyectar un chorro de fluido sobre una turbina Francis de impulso, para observar el
comportamiento de esta al trabajar en vació o con carga mecánica, haciendo la comparación de
las curvas características teóricas con las obtenidas en ambos casos.
Equipo a utilizar:
 Banco de pruebas ( Turbina Francis )
 Tacómetro Digital
 Freno de prony
Rueda de impulso en vacío
Objetivo:
En esta prueba se desea encontrar la velocidad de rotación, gasto y presión del motor
hidráulico al cambiar la posición de la válvula de aguja para obtener las curvas características
cuando se encuentra trabajando en vacío.
P
N
N
C
Para obtener el gasto en un vertedor triangular utilizar la ecuación:
8
Q 
 15 


  5
2 g  tg  H 2  

 2 
m3
seg
  90O ó 60O
O bien hacer uso de la gráfica:
H
( mm )
Q ( lt/min )
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Procedimiento:
Al realizar esta prueba, verifique que las válvulas en la línea de succión y descarga de la
bomba se encuentren abiertas. Oprima el botón de encendido del banco hidráulico regulando la
velocidad de rotación de la bomba. La válvula de boquilla del chiflón puede ser colocada en 10
posiciones, abra esta hasta la posición deseada para proceder tomar las lecturas correspondientes
de “N”, “P”, Y “H”, una vez realizado esto cambie la posición de la válvula de boquilla para
obtener otros valores.
Nota: Al término de la prueba, regrese a cero el reóstato de velocidad de rotación de
la bomba, oprima el botón en la posición de apagado
Interpretación:
Al realizar esta prueba deberá comprobar que al variar la posición de la válvula de aguja, el
gasto irá en aumento, la presión en la base de la boquilla tiende a disminuir, la velocidad de
rotación se incrementa al tener un máximo valor para después disminuir, debido a que el motor
trabaja con gastos pequeños.
Abertura de la
Válvula
N
( RPM )
M
( H2O )
H
( mm )
Q
( Lt/min )
1 / 10
2 / 10
3 / 10
4 / 10
5 / 10
6 / 10
7 / 10
8 / 10
9 / 10
10 / 10
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Pva
F
(N)
T
N
H
( Kg-m ) ( R.P.M. ) ( mm )
Q
(
Pm
) (
Ph
)(
)

(%)
Interpretación
En esta prueba deberá comprobar que al incrementar la fuerza aplicada por el freno a la
prueba está disminuirá su velocidad de rotación y como consecuencia la potencia mecánica y la
eficiencia se reduce; permaneciendo constante el gasto, la presión y la potencia hidráulica al
mantener en una posición la válvula de aguja.
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Pág.60
PRACTICA 12
SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE AIRE
Objetivo
Evaluar el comportamiento del aire a través de un ducto como la presión y calcular su
velocidad, cantidad de flujo que mueve el aparato.
Equipo a utilizar
Banco de pruebas para la distribución de aire.
Tubo Pitot.
Manómetro de presión diferencial.
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Procedimiento
1. Conectar el equipo a una fuente con clavija de 127 o 110 volts.
2. Colocar en posición de encendido el interruptor de cuchillas.
3. Encender el equipo motriz con el interruptor de tres posiciones.
4. Se debe de esperar a que el sistema se estabilice un minuto aproximadamente.
5. Se deberá de observar que el manómetro de presión se encuentre posicionado en cero.
6. Se podrá utilizar el tubo pitot en la determinación de presiones de velocidad en la sección
transversal, para ello se tomaran las presiones en cada punto; se retirara el tapón del punto a
medir y se colocara el tubo pitot direccionando el orificio de alta presión contra el flujo.
7. Procederá a tomar lecturas en cada uno de los puertos de muestreo, con el tubo pitot
conectado al manómetro diferencial para el llenado de la siguiente tabla
Debido a que la velocidad de la corriente de aire varía entre los diferentes puntos de la
sección transversal del ducto de tal manera que deberán de hacerse diferentes mediciones
transversales a fin de obtener la presión de velocidad promedio. Esto se puede hacer dividiendo la
sección transversal del ducto en una serie de áreas imaginarias de igual tamaño para determinar la
presión de velocidad en el centro efectivo de cada división. El promedio de las lecturas así
obtenidas dará un valor con el cual se podrá obtener la presión de velocidad promedio en el
ducto.
Se tomará la lectura, con el manómetro, a través del tubo pitot, teniendo en el banco una
sección 10 plg x 10 plg. El punto de medición del área uno se encontrara a una distancia de 1.5
plg a partir de la entrada del puerto y a 4.5 plg, 7.5 plg respectivamente, como se muestra en la
figura. Todo esto con el fin de tener mayor precisión en las lecturas.
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Puertos
Área 1 a 1.5
plg
Área 2 a 4.5
plg
Área 3 a 7.5
plg
Presión de velocidad en plg de
H2O
1
2
3
4
5
6
Después de la obtención de la presión de velocidad en cada puerto obtener la velocidad
promedio en los ductos por medio de la siguiente ecuación
 γ H 2O 
 x 60  ft
Vel.  2.31 Pv 
  aire 
min



Puerto
1
2
3
4
5
6
Velocidad promedio

Vel.
Pág.63
Al calcular la velocidad promedio calcule el gasto como sigue
Q = (Vel.prom.) Aducto
De forma teórica se pueden calcular las presiones de velocidad de la siguiente forma
Conociendo el diámetro equivalente del dcuto con la siguiente ecuación debido a que es un
cuadrado
En grafica para el área de ventilación se selecciona el gasto que se suministrara en esta
ductería y se calcula la velocidad promedio que se tendrá en esta ductería así como la presión de
velocidad
Puerto
Flujo
volumétrico
en c.f.m.
Diámetro
en plg
Longitud
en ft
velocidad
en f.p.m.
Presión de
Velocidad
en plg. H2O
1
2
3
4
5
6
2
Vel.. = Q/Aducto
 V 
Pv   el.  
 4005 
plg de H 2 O
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BIBLIOGRAFIA:
Mecánica de fluidos y máquinas
hidráulicas
Claudio Mataix
Alfaomega
Hydraulic Institute Standars for
Centrifugal, Rotary & Reciprocant Pumps.
Recriprocant Pumps
Hydraulic Institute.
Bombas centrífugas.
Igor Karassik
Bombas teoría, su selección y
aplicación.
G. T. Hicks
Bombas teoría y diseño y
aplicaciones.
Manuel viejo Zubicaray
3a Edición Limusa
Energía Hidroeléctrica.
M. Viejo Zubicara y Alonso
Limusa
Turbomaquinas hidraulicas.
Manuel Polo Encinas.
Limusa
Cursos de maquinas hidráulicas.
Miguel Reyes Aguirre.
UNAM
Máquinas hidráulicas.
José L. Parres
Bolivar
Mecánica de Fluidos Aplicada.
Robert L. Mott
P. Hall Hisp.
Manual de pozos pequeños.
Ulric D. Gibson & Singer
Limusa
American Society of Mechanical
Engineers (ASME)
Glossary of Terms Used in the
Measurement of Fluid Flow in pipes
Standar ANSI/ASME Mfc-Im-1979
Industrial Ventilation
A Manual of Recommended Practice
Comité on Industrial Ventilation Po
Box 16153
Series de flujo de fluidos (4 tomos).
Bombas, compresores, válvulas y
flujo de fluidos.
Crane Company
McGraw-Hill
National Fire Codes
National Fire Protection Association
(NFP)
Prontuario de calefacción, ventilación
y aire acondicionado
Porges, F.
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