Tesis I. M. 104 - Porras Ortíz Edwin Rubén

7/22/2019 Tesis I. M. 104 - Porras Ortz Edwin Rubn

1/117

i

UNIVERSIDAD TCNICA DE

AMBATO

FACULTAD DE INGENIERACIVIL Y MECNICA

INGENIERA MECNICA

Seminar io de Graduacin 2010, previo a la obtencin del

ttulo de I ngeniero Mecnico

TEMA:

ESTUDIO EN EL BANCO DE PRUEBAS TUTOR PARA

DETERMINAR LA POTENCIA Y EFICIENCIA DE LASTURBINAS PELTON Y FRANCIS EN LA FACULTAD DEINGENIERA CIVIL Y MECNICA.

AUTOR: Edwin Rubn Porras Ortiz

TUTOR: Ing. Alex Mayorga

AMBATO-ECUADOR

2011


2/117

ii

CERTIFICACIN

En mi calidad de Tutor del trabajo de investigacin, con el tema ESTUDIO EN EL

BANCO DE PRUEBAS TUTOR PARA DETERMINAR LA POTENCIA Y

EFICIENCIA DE LAS TURBINAS PELTON Y FRANCIS EN LA FACULTAD DE

INGENIERA CIVIL Y MECNICA., elaborado por el Seor Edwin Rubn Porras

Ortiz, egresado de la Facultad de Ingeniera Civil y Mecnica, certifico:

Que la presente Tesis es Original de su Autor.

Ha sido revisada en cada uno de sus Captulos.

Est concluida y puede continuar con los trmites correspondientes.

Ambato, agosto de 2011

-----------------------------------

Ing. Alex Mayorga.

Tutor de Tesis


3/117

iii

DECLARACIN DE AUTENTICIDAD

Yo, Edwin Rubn Porras Ortiz, con C.I. #050302868-0 declaro que los resultados

obtenidos y expuestos en el presente Trabajo de Investigacin con el tema,

ESTUDIO EN EL BANCO DE PRUEBAS TUTOR PARA DETERMINAR LAPOTENCIA Y EFICIENCIA DE LAS TURBINAS PELTON Y FRANCIS EN LA

FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y MECNICA., previo a la obtencin del

ttulo de Ingeniero de Mecnico, son absolutamente originales, autnticos y

personales; a excepcin de las citas bibliogrficas.

Sr. Edwin Rubn Porras Ortiz

C.I. 050302868-0

AUTOR


4/117

iv

DEDICATORIA

El presente proyecto lo dedico a Dios por

bendecirme con una gran familia,primeramente a mi Abuelito Jos Augusto

Ortiz porque siempre nos apoyo sin importar

la distancia, a mi Padre Rubn Porras que con

su ejemplo de sacrificio y responsabilidad supo

inculcarme buenos principios; a mi Madrecita

Yolanda Ortiz que siempre con su amor, apoyo

y dedicacin supo guiarme en todo momento.

A mis hermanos Fabricio, Maribel y a mi novia

Patricia Torres quienes siempre me apoyaron

y estuvieron conmigo en todo momento.

Rubn Porras


5/117

v

AGRADECIMIENTO

Agradecimiento en primer lugar a Dios por concederme la vida y darme las fuerzas

necesarias para poder culminar mis estudios.

A mis padres quienes con su apoyo y sacrificio me dieron la oportunidad de alcanzar

nuevas metas.

A mis hermanos quienes fueron un ejemplo para poder superarme da a da adems de

contar con su amistad y apoyo sincero.

A la Universidad Tcnica de Ambato y profesores de la Facultad de Ingeniera Civil y

Mecnica, por haberme capacitado constantemente y prepararme para enfrentar los

retos de la vida profesional.

Al Ingeniero Alex Mayorga quien a parte de ser mi tutor fue un amigo quien me

ayudo con toda su experiencia para culminar este proyecto de investigacin.

Rubn Porras


6/117

vi

NDICE GENERAL DE CONTENIDOS

PGINAS PRELIMINALES.

Portada........................................................................................................................... i

Certificacin. ............................................................................................................... ii

Autora......................................................................................................................... iii

Dedicatoria. ................................................................................................................. iv

Agradecimiento. ........................................................................................................... v

ndice General de Contenidos. .................................................................................... vi

ndice de Figuras......................................................................................................... x

ndice de Tablas. ......................................................................................................... xi

ndice de Anexos. ....................................................................................................... xi

Resumen Ejecutivo..................................................................................................... xii

NDICE DE CONTENIDOS

CAPTULO I ............................................................................................................... 1

EL PROBLEMA .......................................................................................................... 1

1.1 TEMA .................................................................................................................... 1

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .............................................................. 1

1.2.1 CONTEXTUALIZACIN ................................................................................. 1

1.2.2 ANALISIS CRTICO ......................................................................................... 1

1.2.3 PROGNOSIS ...................................................................................................... 2


7/117

vii

1.2.4 FORMULACIN DEL PROBLEMA ...............................................................2

1.2.5 PREGUNTAS DIRECTRICES .............................................................. 2

1.2.6 DELIMITACIONES ...................................................................................... 2

1.2.6.1 DE CONTENIDO ...................................................................................... 2

1.2.6.2 ESPACIAL .................................................................................................. 3

1.2.6.3 TEMPORAL .................................................................................................. 3

1.3 JUSTIFICACIN. ...................................................................................... 3

1.4 OBJETIVOS .................................................................................................. 4

1.4.1 OBJETIVO GENERAL ...................................................................................... 4

1.4.2 OBJETIVOS ESPECFICOS. .......................................................................... 4

CAPTULO II .............................................................................................................. 5

MARCO TERICO .................................................................................................. 5

2.1 ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS .................................................. 5

2.3 FUNDAMENTACION LEGAL .......................................................................... 5

2.4 RED DE CATEGORAS FUNDAMENTALES .................................................. 7

2.4.1 RED DE CATEGORAS VARIABLE INDEPENDIENTE .......................... 7

2.4.2 RED DE CATEGORAS VARIABLE DEPENDIENTE ........................ 22

2.5 HIPOTESIS ................................................................................................ 32

2.6 SEALAMIENTO DE VARIABLES ............................................................ 32

2.6.1 VARIABLE INDEPENDIENTE ............................................................ 32

2.6.2 VARIABLE DEPENDIENTE ........................................................................ 32


8/117

viii

CAPTULO III ................................................................................................ 33

METODOLOGA ................................................................................................ 33

3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIN ............................................................ 333.2 NIVEL Y TIPO DE LA INVESTIGACIN ................................................ 33

3.2.1 MODALIDAD DE INVESTIGACIN ................................................ 33

3.2.2 TIPO DE INVESTIGACIN ........................................................................ 34

3.3 POBLACIN Y MUESTRA ........................................................................ 34

3.4 OPERACIONALIZACIN DE VARIABLES. ................................................ 36

3.4.1 VARIABLE INDEPENDIENTE: PRUEBAS EN BANCO .........................36

3.5 TCNICAS E INSTRUMENTOS ............................................................ 38

3.5.1 RECOLECCIN DE LA INFORMACIN. ................................................ 38

3.6 PROCESAMIENTO Y ANLISIS. ............................................................ 38

3.6.1 PRESENTACIN DE DATOS. ............................................................ 38

3.6.2 ANLISIS. ................................................................................................ 38

CAPTULO IV ................................................................................................ 39

ANLISIS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS .................................... 39

4.1 ANLISIS DE LOS RESULTADOS ............................................................ 39

4.2 INTERPRETACIN DE DATOS ............................................................ 40

4.2.1 CLCULO O ADQUISICIN DEL CAUDAL .................................... 40

4.2.2 CLCULO DE LA FUERZA EN EL FRENO .................................... 41

4.2.3 SENSORES ................................................................................................ 42

4.2.4 ADQUISICIN DE DATOS ........................................................................ 43

4.3 VERIFICACIN DE HIPTESIS ............................................................ 44


9/117

ix

CAPTULO V ................................................................................................ 50

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................ 50

5.1 CONCLUSIONES .................................................................................... 505.2 RECOMENDACIONES .................................................................................... 53

CAPTULO VI ................................................................................................ 54

PROPUESTA ............................................................................................................ 54

6.1 DATOS INFORMATIVOS ........................................................................ 54

6.1.1 TEMA. ............................................................................................................ 54

6.1.2 INSTITUCIN EJECUTORA ........................................................................ 54

6.1.3 BENEFICIARIOS .................................................................................... 54

6.1.4 UBICACIN ................................................................................................ 54

6.1.5 TIEMPO ESTIMADO PARA LA EJECUCIN .................................... 54

6.1.6 EQUIPO TECNICO RESPONSABLE ................................................ 55

6.2 ANTECEDENTES DE LA PROPUESTA ................................................ 55

6.3 JUSTIFICACIN .................................................................................... 59

6.4 OBJETIVOS ................................................................................................ 60

6.4.1 OBJETIVO GENERAL ........................................................................ 60

6.4.2 OBJETIVOS ESPECFICOS. ........................................................................ 60

6.5 ANLISIS DE FACTIBILIDAD ............................................................ 61

6.6 FUNDAMENTACIN .................................................................................... 61

6.6.1 SELECCIN DEL MICROCONTROLADOR .................................... 61

6.6.2 SELECCIN DE LOS SENSORES ............................................................ 63

6.6.3 SELECCIN DE LOS ELEMENTOS ELECTRNICOS ........................ 64


10/117

x

6.6.4 FORMULAS APLICADAS EN EL SOFTWARE .................................... 65

6.7 METODOLOGA .................................................................................... 67

6.7.1 ADQUISICIN DE DATOS ........................................................................ 686.7.2 BANCO DE PRUEBAS TUTOR ............................................................ 69

6.7.3 MANTENIMIENTO .................................................................................... 76

6.8 ADMINISTRACIN .................................................................................... 79

6.8.1 COSTOS DIRECTOS .................................................................................... 79

6.8.2 COSTOS INDIRECTOS ........................................................................ 79

6.8.3 COSTO TOTAL DE LA INVERSIN ............................................................ 80

6.8.4 FINANCIAMIENTO .................................................................................... 80

6.9 PREVISION DE LA EVALUACIN ............................................................ 80

NDICE DE FIGURAS

Figura. 2.1 Diagrama de la distribucin de los inyectores .................11

Figura 2.2 Visualizacin de las cucharas en la Turbina Pelton .........12

Figura 2.3 Esquema de distribucin. .................12

Figura 2.4 Componentes de una turbina Francis de eje vertical .............14

Figura 2.5. Partes de una turbina Francis .....15

Figura2.6. Diagrama General de un SAD. .....18

Figura 2.7 Diagrama de la Adquisicin de datos . ...19

Figura 2.8. El acondicionamiento de seales .........24

Figura 2.9 Diagrama de la arquitectura Harvard .........25

Figura 6.1 Micro controladores .........60


11/117

xi

Figura 6.2 diagrama de pines. .....60

Figura 6.3 Sensor ptico TCRT 5000 .........62

Figura 6.4 Sensor de nivel de boya .............62Figura 6.3 Micro relay .............................................................62

INDICE DE TABLAS

Tabla 2.1 Clasificacin de las Maquinas hidrulicas. .........................42

Tabla 4.1 Clculo por mtodos manuales .............................................42

Tabla 4.2 Caudalmetro .....................................................................................43

Tabla 4.3 Mtodos para adquirir la fuerza en el freno. .....................................43

Tabla 4.4 Ejemplos de los sensores .............................................44

Tabla 4.5 Mtodos de adquisicin de datos .................................................45

INDICE DE ANEXOS

Anexo A. Caractersticas de los equipos .............................................................82

Anexo B. Programacin en Labiew .........................................................................86

Anexo C Estado del Banco de Pruebas. .............................................................93

Anexo D Cmo Instalar Labiew .........................................................................96

Anexo E Cmo instalar el Serial .......................................................................100

Anexo F Gua de Mantenimiento. .......................................................................102

Anexo G Gua de Prcticas ...................................................................................105


12/117

xii

Resumen Ejecutivo

El presente proyecto de investigacin referente al estudio del Banco de pruebas

TUTOR para determinar la Potencia y eficiencia de las turbinas Pelton y Francis,

tiene como finalidad primordial recuperar una herramienta que para los estudiantes va

a ser de gran ayuda para su capacitacin en Maquinas Hidrulicas.

El desarrollo de la investigacin nos proporcion un enfoque ms directo sobre el

mantenimiento que se le debi hacer al banco de pruebas para recuperarlo en su

totalidad, adems de las mejoras que se le pudo dar que estn ligadas a las nuevas

tecnologas.

La propuesta se baso en la correcta seleccin de los equipos para automatizar la

adquisicin de datos mediante micro controladores y un software que permita

mediante sensores medir el caudal de la turbina, la altura en la turbina, las

revoluciones en el eje de la turbina y as poder determinar la potencia y eficiencia.

La realizacin de un manual de funcionamiento va a permitir un aprovechamiento

adecuado y adems se incluyo un software que permita de una manera ms rpida al

estudiante observar la parte a dar mantenimiento, su descripcin y los procesos a

seguir para conservar el Banco de pruebas.


13/117

CAPTULO I

EL PROBLEMA

1.1 TEMA

ESTUDIO EN EL BANCO DE PRUEBAS TUTOR PARA DETERMINAR

LA POTENCIA Y EFICIENCIA DE LAS TURBINAS PELTON Y FRANCIS

EN LA FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y MECNICA.

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.2.1 CONTEXTUALIZACIN

A nivel del pas son pocas las universidades que cuentan con bancos de pruebas

adecuados para obtener datos referentes para comprobar las aplicaciones de las

turbinas, tienen laboratorios de fluidos pero para aplicaciones generales y no

especficamente para trabajar con turbinas.

En las universidades a nivel de las provincias centrales del Ecuador no se dispone

de adecuados laboratorios que permitan al estudiante desarrollarse en el mbito de

generacin elctrica por medio de las turbinas Plton y Francis.

En la Universidad Tcnica de Ambato no se cuenta con un banco de pruebas en

ptimas condiciones; para determinar parmetros de las turbinas Plton y Francis

que relacione lo estudiado con la prctica; para un mayor entendimiento de las

centrales hidroelctricas.

1.2.2 ANALISIS CRTICO

Cuando no se tiene un adecuado conocimiento sobre las aplicaciones del Banco de

Pruebas; para determinar el rendimiento y eficiencia de las turbinas hidrulicas,

hace que el estudiante no tenga la capacidad de desenvolverse en este campo por

falta de un estudio completo que lo relacione con la realidad y lo lleve a trabajar

en alguna forma para mejorar el proceso de funcionamiento, para aplicarlo en la


14/117

2

generacin elctrica, sin que exista desperdicio del recurso hdrico con un menor

impacto ambiental.

1.2.3 PROGNOSIS

La ausencia de un estudio del banco de pruebas estara relegando an ms el uso

de esta herramienta; y que es de mucha utilidad debido a que puede ayudar a

realizar prcticas sobre turbinas Plton y Francis que encaminara al estudiante a

relacionar lo terico con lo real.

1.2.4 FORMULACIN DEL PROBLEMA

La correcta adquisicin de parmetros de funcionamiento del Banco de pruebas

Tutor se podr contrastar con la teora aprendida en clases?

1.2.5 PREGUNTAS DIRECTRICES

Se podr realizar prcticas en el Banco de Pruebas que demuestre el

funcionamiento de las turbinas Plton y Francis?

Qu tipos de mantenimientos se debern adecuar para una conservacin

permanente del banco de pruebas?

Cules seran los procesos que se podrn automatizar en el banco de pruebas?

Qu tipos de prdidas se produce en el banco de pruebas para que disminuya la

eficiencia en las turbinas Plton y Francis?

1.2.6 DELIMITACIONES

1.2.6.1 DE CONTENIDO

CAMPO: Ingeniera Mecnica

AREA: Mecnica de Fluidos, Sistemas de Medicin y Control Industrial

ASPECTOS: Diseo de Micro Centrales Hidroelctricas


15/117

3

TEMA: Estudio del banco de pruebas Tutor para determinar la potencia y

eficiencia de las turbina Pelton y Francis en la facultad de Ingeniera Civil y

Mecnica.

1.2.6.2 ESPACIAL

Este proyecto se va a realizar en la carrera de Ingeniera Mecnica de la Facultad

de Ingeniera Civil y Mecnica ubicada en Huachi de la ciudad de Ambato,

provincia de Tungurahua

1.2.6.3 TEMPORAL

El presente proyecto se va a realizar desde el mes de Marzo del 2011 al mes de

Julio del 2011.

1.3 JUSTIFICACIN.

Este proyecto va focalizado para la carrera de Ingeniera Mecnica de la UTA,

donde es un deber y obligacin realizar investigaciones que ayuden al desarrollo

de la carrera, en este caso mejorando un banco de pruebas que se encuentra en

malas condiciones de funcionamiento.

La realizacin de prcticas de laboratorio ayudar a que los estudiantes mejoren la

comprensin del funcionamiento de las turbinas Plton y Francis.

Este banco de pruebas ser de gran ayuda a las carreras de Ingeniera Civil e

Ingeniera Mecnica, posibilitando la capacitacin de estudiantes y personal que

est a cargo del manejo y operacin de equipos electromecnicos de generacin

hidroelctrica de pequea y mediana capacidad.

Lo novedoso ser el instalar equipos de adquisicin de datos debido a los

considerables cambios y avances tecnolgicos, ya que existe la necesidad de

cambiar equipos defectuosos que dan medidas anlogas que interfieren en la toma

de datos; lo que dificulta la apreciacin del funcionamiento del Banco de pruebas

para una mejor comprobacin entre lo real y lo terico.


16/117

4

Al realizar las prcticas de laboratorio se podrn obtener con la automatizacin los

datos ms cercanos a la realidad, los mismos que se van a utilizar para adquirir

potencia y eficiencia en las turbinas Plton y Francis.

Es un proyecto factible porque existen fuentes bibliogrficas que sustenten la

investigacin, adems de que el costo es accesible en cuanto al cambio de equipos

de adquisicin de datos.

1.4 OBJETIVOS

1.4.1 OBJETIVO GENERAL

Estudiar elbanco de pruebas Tutor para determinar la potencia y eficiencia delas turbinas Pelton y Francis.

1.4.2 OBJETIVOS ESPECFICOS.

Determinar el control y adquisicin de datos que puede ser utilizado en el banco

de Pruebas Tutor.

Investigar los tipos de Mantenimiento que ayuden a recuperar y conservar el

banco de pruebas Tutor.

Proponer una alternativa de solucin para mejorar la toma de datos y poder

determinar la potencia y eficiencia de las turbinas.


17/117

5

CAPTULO II

MARCO TERICO

2.1 ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS

Se construy un laboratorio ubicado en la central hidroelctrica de Guangopolo de

la Empresa Elctrica Quito para la realizacin de pruebas de pequeas turbinas

hidrulicas aplicadas a la generacin de energa elctrica. Las potencialidades de

este banco de pruebas, van desde ensayos experimentales de aplicacin directa,

trazado de curvas caractersticas, hasta ensayos de comprobacin de tesis de

nuevas bases tericas en las pequeas y medianas turbinas hidrulicas,

hidrodinmica aplicada.

En la facultad de Ingeniera Civil Y Mecnica de la Universidad Tcnica de

Ambato reposa la tesis realizada en el ao de 1988 por dos estudiantes, Dilon

Moya y Byron Rodrguez para la obtencin del ttulo de Ingeniero Civil donde

hace referencia al banco de pruebas TUTOR, facilitando un manual de

utilizacin para realizar pruebas bsicas de medicin para un clculo aproximado

de las potencias generadas por las turbinas Plton y Francis; esto en forma simple

y con la utilizacin de equipos anlogos en los cuales los datos se los toma

referencialmente.

2.3 FUNDAMENTACION LEGAL

LEY ORGNICA DE EDUCACIN SUPERIOR

Captulo 2

Fines de la educacin superior

Art. 8.- Sern Fines de la Educacin Superior.- La educacin superior tendr los

siguientes fines:


18/117

6

a) Aportar al desarrollo del pensamiento universal, al despliegue de la produccin

cientfica y a la promocin de las transferencias e innovaciones tecnolgicas.

d) Formar acadmicos y profesionales responsables, con conciencia tica ysolidaria, capaces de contribuir al desarrollo de las instituciones de la Repblica, a

la vigencia del orden democrtico, y a estimular la participacin social.

LEY DE REGIMEN DEL SECTOR ELCTRICO

El artculo 68 de la LEY DE RGIMEN DEL SECTOR ELCTRICO que dice

El CONELEC impulsar e instalar en todo el territorio nacional mini centrales

elctricas, para utilizar los variados recursos hdricos que tiene el Ecuador. Las

mini centrales generarn electricidad hasta un lmite de 10.0 Mw y el literal c) del

artculo 10 de la LEY ESPECIAL DE DESCENTRALIZACIN DEL ESTADO

Y DE PARTICIPACIN SOCIAL que dice: Los Consejos Provinciales

conjuntamente con las empresas elctricas promovern el desarrollo de proyectos

hidroelctricos.

De los puntos indicados, al que hay que prestarle especial atencin es al que tiene

que ver con la obtencin de recursos y concesin de crditos, pues este es el quepermitir an sin dar completa solucin a los dems, viabilizar la construccin de

pequeos y medianos proyectos de generacin hidroelctrica. En este aspecto vale

considerar para su posterior anlisis las siguientes posibilidades.

Incentivar y diversificar la produccin agrcola y artesanal para exportacin a fin

de que se intercambien productos por maquinaria para las centrales.

Incorporar a los micros centrales y mini centrales hidroelctricas como parte

constitutiva de los programas de desarrollo.

Promover entre las grandes empresas el auto abastecimiento mediante la

construccin de mini centrales y entre los inversionistas la produccin comercial

de energa.


19/117

7

2.4 RED DE CATEGORAS FUNDAMENTALES

Variable Independiente Variable Dependiente

2.4.1 RED DE CATEGORAS VARIABLE INDEPENDIENTE

INGENIERA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIN INDUSTRIAL

Es la ingeniera dedicada a proyectar, disear, innovar, dirigir, mantener e

investigar equipos, dispositivos y sistemas de control, tomando en cuenta la

calidad de los procesos de trabajo, el uso eficiente de la energa y los recursos

naturales, los sistemas de informacin y el impacto ambiental atendiendo las

necesidades de las industrias bsicas y de servicios del sector productivo.

La Ingeniera de Control se preocup desde sus orgenes de la automatizacin y

del control automtico de sistemas complejos, sin intervencin humana directa.

Campos como el Control de procesos, Control de sistemas electromecnicos,

Supervisin y ajuste de controladores y otros donde se aplican teoras y tcnicas

entre las que podemos destacar: Control ptimo, Control Predictivo, Control

Robusto, Control no lineal, y Control de sistemas entre otros. Todo ello con

trabajos y aplicaciones muy diversas (investigacin bsica, investigacin aplicada,

militares, industriales, comerciales, etc.), las cuales han hecho de la Ingeniera de

Control una materia cientfica y tecnolgica imprescindible hoy en da.

Ingeniera en Control yAutomatizacin Industrial

Sistemas de Adquisicin ymedicin de Datos

Adquisicin de datos

Pruebas enBanco

Ingeniera Mecnica

Maquinas Hidrulicas

Turbinas hidrulicas

Potencia y

eficiencia de lasturbinas Plton yFrancis


20/117

8

SISTEMAS DE ADQUISICIN Y MEDICIN DE DATOS.

Elobjetivobsico de los "Sistemas de Adquisicin de Datos", es laintegracin de

los diferentesrecursos que lo integran (Figura. 2.6): Transductores de diferentestipos y naturaleza, multiplexores, amplificadores, sample and hold, conversores

A/D y D/A, adems el uso del micro controlador 8051 como CPU del SAD

diseado, utilizando de este micro controlador todas sus prestaciones:

interrupciones, temporizadores, comunicacin serie as como hacer uso de

memorias y puertos externos y creando con todo ello unsistema que se encargue

de una aplicacin especifica cmo es chequear una variables (PH, humedad

relativa, temperatura, iluminacin, concentracin, etc ) para una posterior

utilizacin de la misma ya sea con finesdocentes,cientficos, dealmacenamiento

ocontrol y utilizacin de la misma.

Un Sistema de Adquisicin de Datos no es ms que un equipo electrnico cuya

funcin es el control o simplemente el registro de una o varias variables de un

proceso cualquiera, de forma general puede estar compuesto por los siguientes

elementos.

Sensores. Amplificadores operacionales. Amplificadores deinstrumentacin. Aisladores. Multiplexores analgicos. Multiplexores digitales. Circuitos Sample and Hold. Conversores A-D. Conversores D-A. Microprocesadores. Contadores. Filtros. Comparadores. Fuentes depotencia.
http://www.monografias.com/trabajos16/objetivos-educacion/objetivos-educacion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/funpro/funpro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/refrec/refrec.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos36/naturaleza/naturaleza.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/multiplexor/multiplexor.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/comptcn/comptcn.shtml#UCPhttp://www.monografias.com/trabajos15/cumplimiento-defectuoso/cumplimiento-defectuoso.shtml#INCUMPLhttp://www.monografias.com/trabajos12/fundteo/fundteo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/memorias/memorias.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/guiainf/guiainf.shtml#HIPOTEShttp://www.monografias.com/trabajos15/proteinas/proteinas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/ilum/ilum.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos28/docentes-evaluacion/docentes-evaluacion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/dispalm/dispalm.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/control/control.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/regi/regi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/inba/inba.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/inba/inba.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/regi/regi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/control/control.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/dispalm/dispalm.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos28/docentes-evaluacion/docentes-evaluacion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/ilum/ilum.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/proteinas/proteinas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/guiainf/guiainf.shtml#HIPOTEShttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/memorias/memorias.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/fundteo/fundteo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/cumplimiento-defectuoso/cumplimiento-defectuoso.shtml#INCUMPLhttp://www.monografias.com/trabajos12/comptcn/comptcn.shtml#UCPhttp://www.monografias.com/trabajos14/multiplexor/multiplexor.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos36/naturaleza/naturaleza.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/refrec/refrec.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/funpro/funpro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/objetivos-educacion/objetivos-educacion.shtml


21/117

9

Figura2.6.- Diagrama General de un SAD.

[Fuente: http://www.logistec.com.co/logistec/procesos.htm]

El S.A.D debe tener unaestructura yorganizacin muy equilibrada que le permita

su buen funcionamiento de ello depende de que el mismo rinda al mximo y sin

ningn defecto.

ADQUISICIN DE DATOS

El propsito de adquisicin de datos es medir un fenmeno elctrico y fsico

como voltaje, corriente, temperatura, presin o sonido. La adquisicin de datos

basada en PC utiliza una combinacin de hardware modular, software de

aplicacin y una PC para realizar medidas. Mientras cada sistema de adquisicin

de datos se define por sus requerimientos de aplicacin, cada sistema comparte

una meta en comn de adquirir, analizar y presentar informacin.

Los sistemas de adquisicin de datos incorporan seales, sensores, actuadores,

acondicionamiento de seales, dispositivos de adquisicin de datos y software de

aplicacin.(Figura 7).
http://www.monografias.com/trabajos14/flujograma/flujograma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos6/napro/napro.shtmlhttp://www.monografias.com/http://www.monografias.com/trabajos6/napro/napro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos14/flujograma/flujograma.shtml


22/117

10

Figura 2.7 Diagrama de la Adquisicin de datos.

[Fuente: http://hgr.tripod.com/adquisicion_datos.html]

Los dispositivos que se pueden considerar para la adquisicin adecuada de datos

del Banco de pruebas, son sensores, transductores, actuadores que por espacio

faciliten las lecturas.

Sensores

Un sensor convierte una seal fsica de un tipo en una seal fsica de otra

naturaleza. Por ejemplo una termocupla produce un voltaje que est relacionado

con la temperatura, as mismo en una resistencia metlica se aprovecha el

fenmeno de variacin de la resistencia con la temperatura para producir una

seal de voltaje que sea proporcional a la temperatura

Detectores de ultrasonidos

Los detectores de ultrasonidos resuelven los problemas de deteccin de objetos de

prcticamente cualquier material. Trabajan en ambientes secos y polvorientos.

Normalmente se usan para control de presencia/ausencia, distancia o rastreo.

Interruptores bsicos

Se consiguen interruptores de tamao estndar, miniatura, subminiatura,

hermticamente sellados y de alta temperatura. Los mecanismos de precisin se

ofrecen con una amplia variedad de actuadores y caractersticas operativas. Estos

interruptores son idneos para aplicaciones que requieran tamao reducido, poco

peso, repetitividad y larga vida.
http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/3536


23/117

11

Interruptores final de carrera

Descripcin: El microswitch es un conmutador de 2 posiciones con retorno a la

posicin de reposo y viene con un botn o con una palanca de accionamiento, lacual tambin puede traer una ruedita.

Funcionamiento: En estado de reposo la patita comn (COM) y la de contacto

normal cerrado (NC), estn en contacto permanente hasta que la presin aplicada

a la palanca del microswitch hace saltar la pequea platina acerada interior y

entonces el contacto pasa de la posicin de normal cerrado a la de normal abierto

(NO), se puede escuchar cuando el microswitch cambia de estado, porque se oye

un pequeo clic, esto sucede casi al final del recorrido de la palanca.

Interruptores manuales.

Estos son los sensores ms bsicos, incluye pulsadores, llaves, selectores rotativos

y conmutadores de enclavamiento. Estos productos ayudan al tcnico e ingeniero

con ilimitadas opciones en tcnicas de actuacin y disposicin de componentes.

Productos encapsulados.

Diseos robustos, de altas prestaciones y resistentes al entorno o hermticamente

sellados. Esta seleccin incluye finales de carrera miniatura, interruptores bsicos

estndar y miniatura, interruptores de palanca y pulsadores luminosos.

Productos para fibra ptica.

El grupo de fibra ptica est especializado en el diseo, desarrollo y fabricacin

de componentes optoelectrnicos activos y submontajes para el mercado de la

fibra ptica. Los productos para fibra ptica son compatibles con la mayora de

los conectores y cables de fibra ptica multimodo estndar disponibles

actualmente en la industria.

Productos infrarrojos

La optoelectrnica es la integracin de los principios pticos y la electrnica de

semiconductores. Los componentes optoelectrnicos son sensores fiables y


24/117

12

econmicos. Se incluyen diodos emisores de infrarrojos (IREDs), sensores y

montajes.

Sensores para automocin.

Se incluyen sensores de efecto Hall, de presin y de caudal de aire. Estos sensores

son de alta tecnologa y constituyen soluciones flexibles a un bajo costo. Su

flexibilidad y durabilidad hace que sean idneos para una amplia gama de

aplicaciones de automocin.

Sensores de caudal de aire.

Los sensores de caudal de aire contienen una estructura de pelcula fina aisladatrmicamente, que contiene elementos sensibles de temperatura y calor. La

estructura de puente suministra una respuesta rpida al caudal de aire u otro gas

que pase sobre el chip.

Sensores de corriente

Los sensores de corriente monitorizan corriente continua o alterna. Se incluyen

sensores de corriente lineales ajustables, de balance nulo, digitales y lineales. Lossensores de corriente digitales pueden hacer sonar una alarma, arrancar un motor,

abrir una vlvula o desconectar una bomba. La seal lineal duplica la forma de la

onda de la corriente captada, y puede ser utilizada como un elemento de respuesta

para controlar un motor o regular la cantidad de trabajo que realiza una mquina.

Sensores de efecto Hall.

Son semiconductores y por su costo no estn muy difundidos pero en

codificadores ("encoders") de servomecanismos se emplean mucho.

Sensores de humedad.

Los sensores de humedad relativa/temperatura y humedad relativa estn

configurados con circuitos integrados que proporcionan una seal acondicionada.

Estos sensores contienen un elemento sensible capacitivo en base de polmeros


25/117

13

que interacciona con electrodos de platino. Estn calibrados por lser y tienen una

intercambiabilidad de +5% HR, con un rendimiento estable y baja desviacin.

Sensores de posicin de estado slido

Los sensores de posicin de estado slido, detectores de proximidad de metales y

de corriente, se consiguen disponibles en varios tamaos y terminaciones. Estos

sensores combinan fiabilidad, velocidad, durabilidad y compatibilidad con

diversos circuitos electrnicos para aportar soluciones a las necesidades de

aplicacin.

Sensores de presin y fuerza

Los sensores de presin son pequeos, fiables y de bajo costo. Ofrecen una

excelente repetitividad y una alta precisin y fiabilidad bajo condiciones

ambientales variables. Adems, presentan unas caractersticas operativas

constantes en todas las unidades y una intercambiabilidad sin recalibracin.

Sensores de temperatura

Los sensores de temperatura se catalogan en dos series diferentes: TD yHEL/HRTS. Estos sensores consisten en una fina pelcula de resistencia variable

con la temperatura (RTD) y estn calibrados por lser para una mayor precisin e

intercambiabilidad. Las salidas lineales son estables y rpidas.

Sensores de turbidez.

Los sensores de turbidez aportan una informacin rpida y prctica de la cantidad

relativa de slidos suspendidos en el agua u otros lquidos. La medicin de la

conductividad da una medicin relativa de la concentracin inica de un lquido

dado.

Sensores magnticos.

Los sensores magnticos se basan en la tecnologa magnetoresisitiva SSEC.

Ofrecen una alta sensibilidad. Entre las aplicaciones se incluyen brjulas, control


26/117

14

remoto de vehculos, deteccin de vehculos, realidad virtual, sensores de

posicin, sistemas de seguridad e instrumentacin mdica.

Sensores de presin

Los sensores de presin estn basados en tecnologa piezoresistiva, combinada

con microcontroladores que proporcionan una alta precisin, independiente de la

temperatura, y capacidad de comunicacin digital directa con PC. Las

aplicaciones afines a estos productos incluyen instrumentos para aviacin,

laboratorios, controles de quemadores y calderas, comprobacin de motores,

tratamiento de aguas residuales y sistemas de frenado.

Mtodos para adquirir datos.

Una vez teniendo en consideracin los datos y dispositivos que necesitamos para

adquisicin de datos que nos permitan determinar la potencia y eficiencia de las

turbinas, se investigan los procesos para almacenar los datos obtenidos a una

computadora las cuales se describen a continuacin.

TARJETAS DAQ.

Los sistemas de adquisicin de datos (DAQ) basados en PC y dispositivos

insertables son usados en un amplio rango de aplicaciones en los laboratorios, en

el campo y en el piso de una planta de manufactura.

Tpicamente, los dispositivos DAQ insertables son instrumentos de propsito

general diseados para medir seales de voltaje.

El problema es que la mayora de los sensores y transductores generan seales que

debe acondicionar antes de que un dispositivo DAQ pueda adquirir con precisin

la seal. Este procesamiento al frente, conocido como acondicionamiento de

seal, incluye funciones como amplificacin, filtrado, aislamiento elctrico y

multiplexado. Es as que la mayora de los sistemas DAQ basados en PC incluyen

algn tipo de acondicionamiento de seal adems del dispositivo DAQ y la PC,

como lo muestra la (Figura 2.8).


27/117

15

Figura 2.8. El acondicionamiento de seales es un componente importante en un sistema de

adquisicin de datos [Fuente: www.ni.com]

Sistemas de switcheo al frente tambin incrementan la funcionalidad de su

sistema de medicin y automatizacin. Switcheo de propsito general le

proporciona control digital de la presencia o ausencia de su seal en el sistema,

como la alimentacin a un motor. Configuraciones de multiplexores/matriz de

relevadores controlan la fuente y ruta de las seales en su sistema o actan como

multiplexores para dispositivos como multmetros digitales (DMMs).

Microcontroladores.

Son diseados para reducir el costo econmico y el consumo de energa de un

sistema en particular. Por eso el tamao de la unidad central de procesamiento, la

cantidad de memoria y los perifricos incluidos dependern de la aplicacin. El

control de un electrodomstico sencillo como una batidora, utilizar un

procesador muy pequeo (4 u 8 bit) por que sustituir a un autmata finito.

Caractersticas relevantes de los PIC

1. La arquitectura del procesador sigue el modelo Harvard. (Figura 2.9)

La repercusin ms importante del empleo de la arquitectura Harvard en los

microcontroladores PIC se manifiesta en la organizacin de la memoria del

sistema. La memoria de programa o instrucciones es independiente de la de los

datos, teniendo tamaos y longitudes de palabra diferentes.


28/117

16

FIGURA 2.9 Diagrama de la arquitectura Harvard

[Fuente: http://perso.wanadoo.es/pictob/micropic.htm ]

La arquitectura Harvard permite a la CPU acceder simultneamente a las dosmemorias. Adems, propicia numerosas ventajas al funcionamiento del sistema.

En los PIC, el formato de las instrucciones es de 12 bits, 14 bits o 16 bits segn el

modelo y, en consecuencia, la longitud de las palabras de la memoria de

instrucciones o programa corresponde con esa longitud. Este tamao permite

codificar en una palabra el cdigo de operacin de la instruccin junto al operando

o su direccin.

2. Se aplica la tcnica de segmentacin ("pipe-line") en la ejecucin de las

instrucciones.

La segmentacin permite al procesador realizar al mismo tiempo la ejecucin de

una instruccin y la bsqueda del cdigo de la siguiente. De esta forma se puede

ejecutar cada instruccin en un ciclo (en los PIC cada ciclo de instruccin son

cuatro ciclos de reloj).

3. El formato de todas las instrucciones tiene la misma longitud.

Las instrucciones de los micro controladores ms sencillos tienen una longitud de

palabra de 12 bits. Los medianos tienen 14 bits y los de mayor complejidad tienen

ms longitud. Esta caracterstica es muy ventajosa en la optimizacin de la

memoria de instrucciones y facilita enormemente la construccin de

ensambladores y compiladores.


29/117

17

4. Procesador RISC (Computador de Juego de Instrucciones Reducido).

Las CPUs atendiendo al tipo de instrucciones que utilizan pueden clasificarse en:

CISC: (Complex Instruction Set Computer) Computadores de juego de

instrucciones complejo, que disponen de un repertorio de instrucciones elevado

(80, 100 o ms), algunas de ellas muy sofisticadas y potentes, pero que como

contrapartida requieren muchos ciclos de mquina para ejecutar las instrucciones

complejas.

RISC: (Reduced Instruction Set Computer) Computadores de juego de

instrucciones reducido, en los que el repertorio de instrucciones es muy reducido,

las instrucciones son muy simples y suelen ejecutarse en un ciclo mquina.

SISC: (Specific Instriction Set Computer) Computadores de juego de

instrucciones especfico. En los micro controladores destinados a aplicaciones

muy concretas, el juego de instrucciones, adems de ser reducido, es "especfico",

es decir, las instrucciones se adaptan a las necesidades de la aplicacin prevista.

5. Todas las instrucciones son ortogonales.

Cualquier instruccin puede manejar cualquier elemento de la arquitectura como

fuente o como destino. En los PIC el manejo del banco de registros, que

participan activamente en la ejecucin de las instrucciones, es muy interesante al

ser ortogonales.

6. Arquitectura basada en un banco de registros.

La arquitectura basada en banco de registros implica que todos los elementos del

sistema, es decir, temporizadores, puertos de entrada/salida, posiciones de

memoria, etc, estn implementados fsicamente como registros.

7. Prcticamente todos los PIC se caracterizan por poseer unos mismos recursos

mnimos:


30/117

18

Sistema POR (POWER ON RESET).Todos los PIC tienen la facultad de generar una autoreinicializacin o

autoreset al conectarles la alimentacin.

Perro guardian, (Watchdog)Existe un temporizador que produce un reset automticamente si no es

recargado antes de que pase un tiempo prefijado.

Cdigo de proteccin.Cuando se procede a realizar la grabacin del programa, puede protegerse

para evitar su lectura.

Modo de reposo (bajo consumo o SLEEP).Ejecutando una instruccin (SLEEP), el CPU y el oscilador principal se

detienen y se reduce notablemente el consumo.

Modo de reposo (bajo consumo o SLEEP).

8. Modelos de arquitectura cerrada y de arquitectura abierta.

Entre los fabricantes de microcontroladores hay dos tendencias para resolver las

demandas de los usuarios:

Microcontroladores de arquitectura cerrada.Cada modelo se construye con una determinada CPU, cierta capacidad de

memoria de datos, cierto tipo y capacidad de memoria de instrucciones, un

nmero de E/S y un conjunto de recursos auxiliares muy concreto.

Microcontroladores de arquitectura abierta.Estos microcontroladores se caracterizan porque, adems de disponer de una

estructura interna determinada, pueden emplear sus lneas de E/S para sacar al

exterior los buses de datos, direcciones y control, con lo que se posibilita la

ampliacin de la memoria y las E/S con circuitos .integrados externos.


31/117

19

9. Diversidad de modelos de microcontroladores.

La gran variedad de modelos de microcontroladores PIC permite que el usuario

pueda seleccionar el ms conveniente para su proyecto.

10. Amplio margen de alimentacin y corrientes de salida elevadas.

La tensin tpica de los PIC es de 5 v, si bien segn que modelos se pueden

alimentar con tensiones de 2 a 6,25 voltios, lo cual posibilita el funcionamiento

mediante pilas corrientes teniendo en cuenta su bajo.

11. Herramientas de soporte potentes y econmicas.

Eleccin de un Micro controlador

Obviando factores generales, como el precio o el tamao, las caractersticas que

nos ayudan a decidir entre la gran variedad de micro controladores (PIC) son:

Nmero de bits: Arquitecturas de 8, 16 y 32 bits. Velocidad: en MIPS o en MHz. De 4MHz a 80MHz. Memoria de programa: Tamao: de 300Bs a 512KBs. Tipo: Flash (regrabable) vs OTP (programable una nica vez). Memoria principal: de 16Bs a 64KBs. Memoria permanente: EEPROM de 0 a 4KBs. Temperatura de trabajo: De -40C a 150C. Voltaje: desde 18V. Encapsulado: DIP/SPDIP para prototipos. Otros: SOIC, QFN, SSOP,

TQFP, DFN.

Pines de E/S y pines totales: 4 a 85 / 6 a 100 Unidades de E/S y otros componentes: Conversores A/D. Puertos de comunicacin digital (serie, RF, Ethernet, USB). Temporizadores, comparadores, PWM, capturadores.


32/117

20

PLC

Es un equipo electrnico, programable en lenguaje no informtico, diseado para

controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial procesos secuenciales.

Las ventajas en el uso del PLC comparado con sistemas basados en rel o

sistemas electromecnicos son:

Flexibilidad: Posibilidad de reemplazar la lgica cableada de un tablero ode un circuito impreso de un sistema electrnico, mediante un programa

que corre en un PLC.

Tiempo: Ahorro de tiempo de trabajo en las conexiones a realizar, en lapuesta en marcha y en el ajuste del sistema.

Cambios: Facilidad para realizar cambios durante la operacin del sistema. Confiabilidad. Espacio. Modularidad. Estandarizacin.

El autmata programable consta de los siguientes componentes:

a) Unidad central de procesamiento (CPU), que constituye el "cerebro" delsistema y toma decisiones en base a la aplicacin programada.

b) Mdulos para seales digitales y analgicas (I/O)c) Procesadores de comunicacin (CP) para facilitar la comunicacin entre el

hombre y la mquina o entre mquinas. Se tiene procesadores de

comunicacin para conexin a redes y para conexin punto a punto.

d) Mdulos de funcin (FM) para operaciones de clculo rpido.Existen otros componentes que se adaptan a los requerimientos de los usuarios:

- Mdulos de suministro de energa.- Mdulos de interfaces para conexin de racks mltiples en configuracin

multi-hilera

En los mdulos de entrada pueden ser conectados:

-

Sensores inductivos, capacitivos, pticos


33/117

21

- Interruptores- Pulsadores- Llaves- Finales de carrera- Detectores de proximidad

En los mdulos de salida pueden ser conectados:

- Contactores- Electrovlvulas- Variadores de velocidad- Alarmas

CLASIFICACIN DE AUTMATAS

COMPACTOS: Suelen integrar en el mismo bloque la alimentacin, entradas y

salidas y/o la CPU.

MODULARES: Estn compuestos por mdulos o tarjetas adosadas a rack con

funciones definidas: CPU, fuente de alimentacin, mdulos de E/S, etc

PRUEBAS EN BANCO

Un banco de pruebas es una plataforma para experimentacin de proyectos de

gran desarrollo. Los bancos de pruebas brindan una forma de comprobacin

rigurosa, transparente y repetible de teoras cientficas, elementos

computacionales, y otras nuevas tecnologas.

El trmino se usa en varias disciplinas para describir un ambiente de desarrollo

que est protegido de los riesgos de las pruebas en un ambiente de produccin. Un

banco de pruebas se usa cuando un nuevo mdulo se prueba aparte del programa

al que luego ser agregado.

El Banco de pruebas a estudiar consta principalmente de dos turbinas: La Plton y

La Francis, una bomba la cual est controlada por un variador de frecuencia,

Dinammetros, Manmetros y frenos en las turbinas para poder determinar las

potencias, la funcin principal de este banco de pruebas es mostrar el

funcionamiento simplificado de una micro central hidroelctrica.


34/117

22

Para variar los parmetros se utiliza el variador de velocidad de la bomba, una

vlvula para la apertura del chifln en la turbina Plton, una palanca que

direcciona los labes de la turbina Francis y la fuerza en el freno de las turbinas.

2.4.2 RED DE CATEGORAS VARIABLE DEPENDIENTE

INGENIERA MECNICA

La Ingeniera Mecnica es un campo muy amplio de la ingeniera que implica el

uso de los principios fsicos para el anlisis, diseo, fabricacin y mantenimiento

de sistemas mecnicos. Tradicionalmente, ha sido la rama de la Ingeniera que

mediante la aplicacin de los principios fsicos ha permitido la creacin de

dispositivos tiles, como utensilios y mquinas.Los ingenieros mecnicos usan

principios como el calor, la fuerza y la conservacin de la masa y la energa para

analizarsistemas fsicos estticos y dinmicos, contribuyendo a disear objetos.

La Ingeniera Mecnica es la rama de las mquinas, equipos e instalaciones

teniendo siempre en mente aspectos ecolgicos y econmicos para el beneficio de

la sociedad. Para cumplir con su labor, la ingeniera mecnica analiza las

necesidades, formula y soluciona problemas tcnicos mediante un trabajo

interdisciplinario, y se apoya en los desarrollos cientficos, traducindolos en

elementos, mquinas, equipos e instalaciones que presten un servicio adecuado,

mediante el uso racional y eficiente de los recursos disponibles.

Con el pasar del tiempo y al igual que en otras disciplinas, la ingeniera Mecnica

se ha ramificado en otras reas como lo son:

Esttica : Estudio del equilibrio de fuerzas, sobre un cuerpo en reposo.

Dinmica : Estudio de como las fuerzas afectan el movimiento de los cuerpos.

Termodinmica ytransferencia de calor:Estudio de las causas en los cambios de

temperatura y transferencia de calor en los materiales.

Mecnica de los fluidos:Estudio de la reaccin de los fluidos bajo la accin de las

fuerzas.
http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistemahttp://es.wikipedia.org/wiki/Est%C3%A1ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Din%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Transferencia_de_calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_los_fluidoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_los_fluidoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Transferencia_de_calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Din%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Est%C3%A1ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistemahttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina


35/117

23

La ingeniera mecnica se extiende de tal forma que es capaz de abordar un

problema con la racionalizacin de varios factores que pueden estar afectando y

que son fundamentales para hallar determinada solucin

MQUINAS HIDRULICAS1

Las mquinas hidrulicas son mquinas de fluido incompresible, o que se

comporta como tal, es decir fluidos cuya densidad en el interior de la mquina no

sufre variaciones importantes. Convencionalmente se especifica para los gases un

lmite de 100 mbarpara el cambio de presin; de modo que si ste es inferior, la

mquina puede considerarse hidrulica.

En los motores hidrulicos, la energa del fluido que atraviesa la mquina

disminuye, obtenindose energa mecnica.

En el caso de generadores hidrulicos, el proceso es el inverso, de modo que el

fluido incrementa su energa al atravesar la mquina.

Las mquinas volumtricas, exceptuando algunas mquinas rotoestticas que por

su diseo no pueden invertir su movimiento, son reversibles, de modo que pueden

funcionar indistintamente como generador o motor.

Tabla 2.1 Clasificacin de las Maquinas hidrulicas. (l=lquido, g=gas).

Motoras Volumtricas Alternativas- Bombas de mbolo

Rotativas- Bombas roto estticas

Turbomquinas Turbinas hidrulicas (l)

Aerogeneradores (g)

Generadoras Volumtricas Alternativas- Bombas de mbolo

Rotativas- Bombas roto estticas

Turbomquinas Bombas roto dinmicas (l)

Ventiladores (g)

1DE PARRES, J. L., Mquinas Hidrulicas, Mxico.
http://enciclopedia.us.es/index.php/M%C3%A1quina_de_fluidohttp://enciclopedia.us.es/index.php/Barhttp://enciclopedia.us.es/index.php/Barhttp://enciclopedia.us.es/index.php/M%C3%A1quina_de_fluido


36/117

24

TURBINAS HIDRULICAS2

La turbina hidrulica es la encargada de transformar la energa mecnica en

energa elctrica, por esto es de vital importancia saber elegir la turbina adecuadapara cada sistema hidroelctrico.

La turbina, palabra relacionada con el torbellino creado por un fluido, se entiende

todo dispositivo mecnico capaz de convertir en trabajo, en la forma de

movimiento de rotacin, la energa cintica presente en masas de agua, vapor o

gas, al encontrarse stas dotadas de una determinada velocidad de desplazamiento.

La aplicacin inmediata del trabajo mecnico desarrollado en la turbina, es la de

hacer girar al rotor del generador de energa elctrica, en el cual se realiza la

transformacin de la energa mecnica en energa elctrica.

Las turbinas se pueden clasificar de varias maneras estas son:

a.- Segn la direccin en que entra el agua:

Turbinas axiales: el agua entra en el rodete en la direccin del eje. Turbinas radiales: el agua entra en sentido radial, no obstante el agua

puede salir en cualquier direccin.

b.- De acuerdo al modo de obrar del agua:

Turbinas de chorro o de accin simple o directa. Turbinas de sobrepresin o de reaccin.

c.- Segn la direccin del eje:

Horizontales.

Verticales.Se inicia el estudio de los tres tipos de turbinas hidrulicas utilizados con mejores

resultados en la actualidad. De cada uno de dichos tipos, mencionaremos las

caractersticas tcnicas y de aplicacin ms destacadas que los identifican, la

descripcin de los distintos elementos que componen cada turbina, as como el

principio de funcionamiento de las mismas.

2MATAIX, C., Turbomquinas Hidralicas, Editorial ICAI,


37/117

25

Los dos tipos objeto de estudio son:

Turbinas PELTON Turbinas FRANCIS

Turbina Plton3

Esta turbina hidrulica fue inventada por el Americano Lester Plton acerca del

ao 1880. Se trata de una mquina de chorro libre. Se encuentran al rodete los

labes en forma de copa, cada uno subdivididos en dos medios casquillos por un

canto vivo.

Con el objeto de aumentar la potencia de una misma turbina, con un determinado

salto hidrulico, se aaden ms inyectores repartidos en la periferia, pudiendo

llegar a 6 en turbinas de gran tamao (Figura 2.1). Un nmero excesivo de

inyectores ocasiona una prdida de rendimiento por interferir mutuamente sus

flujos al caer el agua.

Figura. 2.1 Diagrama de la distribucin de los inyectores en una Turbina Plton

[Fuente www.google.com/imgres?imgurl ]

El rotor est constituido por un disco que soporta unas cucharas con doble

cavidad, peridicamente dispuestas en su periferia, (Figura 2.2).

3Fox, R.W. McDonald, A.T. Introduccin a la Mecnica de Fluidos. Ed. McGraw-Hill. 1989.


38/117

26

Figura 2.2 Visualizacin de las cucharas en la Turbina Pelton

[Fuente: http://www4.ujaen.es/~dfernan/turbina_pelton.htm]

El principio de la turbina Plton es convertir la energa cintica del chorro de agua

en velocidad de rotacin de la rueda o rotor. A fin de que esto se haga con la

mxima eficiencia el agua debe abandonar las cucharas con una pequea cantidadde energa cintica remanente. Debido al gradiente favorable de presin el flujo

ser laminar y muy aproximadamente ideal e incompresible, por lo que la frmula

de Bernoulli aplicada entre la tubera de llegada en la cual existe una altura neta

Hn y la seccin de salida a la atmsfera (P = 0) (Figura 2.3) nos permite predecir

la velocidad de salida co:

Figura 2.3 Esquema de la distribucin de los parmetros que influyen en la Turbina Plton

[Fuente: http://members.tripod.com/mqhd_ita.mx/u3.htm]


39/117

27

Los labes pueden estar fundidos con la misma rueda o unidos individualmente

por medio de bulones o pernos. La forma de fabricacin ms comn es por

separado labes y rueda ya que facilita su construccin y mantenimiento. Se

funden en una sola pieza rueda y labes cuando la rueda tiene un gran velocidad

especfica, con este proceso de fabricacin se logra mayor rigidez, solidez

uniformidad y montaje rpido. Se debe tener especial cuidado al escoger el

material de fabricacin adecuado en una turbina Plton; este material debe resistir

la fatiga, la corrosin y la erosin; la fundicin de grafito laminar y acero, resisten

perfectamente estas condiciones cuando son moderadas.

El Nmero de labes suele ser de 17 a 26 por rueda, todo esto dependiendo de la

velocidad especfica; Cuando se necesita una velocidad alta el nmero de labes

es pequeo debido a que a mayor velocidad especfica, mayor caudal lo que exige

labes ms grandes y con esto caben menos en cada rueda. El caudal puede ser

influenciado por una algunas toberas de aguja a ser regladas precisamente. El

agua sale de las toberas, siendo tangencialmente admitida a los labes

subdivididos del rodete.

Actualmente existen turbinas Plton dentro de los rangos que siguen:

Cadas de entre 100 y 500 metros Caudales de entre 0,06 y 1,0 m/s Potencias nominales de entre 50 y 2.000 Kw

Turbinas Francis4

Son turbinas de sobrepresin por ser variable la presin en las zonas del rodete, o

de admisin total ya que ste se encuentra sometido a la influencia directa delagua en toda su periferia. Tambin se conocen como turbinas radiales-axiales y

turbinas de reaccin, conceptos que se ampliarn en su momento.

El campo de aplicacin es muy extenso, dado el avance tecnolgico conseguido

en la construccin de este tipo de turbinas. Pueden emplearse en saltos de distintas

alturas dentro de una amplia gama de caudales (entre 2 y 200 m3/s

aproximadamente). Consideraremos la siguiente clasificacin, en funcin de la

4Fox, R.W. McDonald, A.T. Introduccin a la Mecnica de Fluidos. Ed. McGraw-Hill. 1989.


40/117

28

velocidad especfica del rodete, cuyo nmero de revoluciones por minuto depende

de las caractersticas del salto.

- Turbina Francis lenta. Para saltos de gran altura (alrededor de 200 m o ms).- Turbina Francis normal. Indicada en saltos de altura media (entre 200 y 20 m)

- Turbinas Francis rpidas y extra rpidas. Apropiadas a saltos de pequea

altura.(inferiores a 20 m).

Componentes de una turbina Francis.- La relacin de componentes

fundamentales, considerando como referencia, siempre que ello sea factible, el

sentido de circulacin del agua por la turbina, es el siguiente (Figura. 2.4):

Figura 2.4Componentes de una turbina Francis de eje vertical.

[Fuente: http://www.caballano.com/francis.htm]


41/117

29

rganos principales de una turbina Francis.

Figura 2.5. Partes de una turbina Francis

[Fuente: http://members.tripod.com/mqhd_ita.mx/maqinas4.htm]

La carcasa, caja espiral o caracol como ya se a dicho es un ducto alimentador de

seccin generalmente circular y dimetro decreciente, que circula al rotor,

procurando el fluido necesario para la operacin de la turbina. Generalmente es

lmina de acero.

El distribuidor, lo constituye una serie de alabes directores en forma de persianacircular cuyo paso se puede modificar con la ayuda de un servomotor lo que

permite imponer al fluido la direccin de ataque exigida por el rodete mvil y

adems regula el gasto de acuerdo con la potencia exigida de la turbina. El

distribuidor se transforma parcialmente la energa de presin en energa cintica.

El rodete mvil o rotor. Est formado por los propios alabes, los cuales estn

engastados en un plato perpendicular al eje de la maquina, de cuyo plato arrancan

siguiendo la direccin axial, tomando en forma progresiva un alabeo y abrindose

a hacia la direccin radial.

El tubo de desfogue o difusor, da salida al agua de la tubera y al mismo tiempo

procura una ganancia en carga esttica hasta el valor de la presin atmosfrica

debido a su forma diferente se tiene as a la salida del rotor una presin ms baja


42/117

30

POTENCIA Y EFICIENCIA DE LAS TURBINAS PELTON Y FRANCIS

Actualmente es necesario desarrollar la construccin de turbinas para el

aprovechamiento de pequeos saltos hidrulicos, por lo cual se requiere que lasmismas sean capaces de transformar eficientemente la energa cintica delagua en

energamecnica.

A nivel internacional existe la tendencia a realizar diseos cada vez ms eficientes

con el uso de sistemas computacionales que permiten simular las condiciones de

trabajobajo las cuales trabajar el equipo. No obstante a el alto nivel alcanzado en

este campo es fundamental tambin tener en cuenta que cuando se efecta el

diseo de una turbo mquina se deben tener en cuenta una serie de parmetros queinfluyen de una forma u otra sobre el funcionamiento de una turbina. Algunos de

estos factores estn relacionados con la instalacin y explotacin del equipo y

otros con el diseo hidrulico de las partes que lo componen.

Es conocido que a veces la obtencin de potencia es ms importante que una

razonable prdida en laeficiencia,no obstante cuando se realiza el diseo siempre

se trata de tener en cuenta las recomendaciones existentes para que las prdidas

que ocurran dentro de la turbina sean minimizadas.

Es por esto que se hace necesario exponer con claridad la influencia que tienen

estos parmetros sobre la eficiencia y como se puede minimizar la ocurrencia

prdidas durante el funcionamiento de una turbina. El rendimiento hidrulico, con

la mquina actuando con grado de admisin y altura de suministro constantes

tiene una dependencia parablica si los coeficientes son constantes.

Coincide el punto de mximo rendimiento (eficiencia) con el de mxima potencia,

es decir con el punto de mxima productividad, lo cual es conveniente

econmicamente. El rendimiento es nulo a mquina parada, as como a una

velocidad a la que se anule el par til, pues la energa extrada del chorro se

invierte exclusivamente en las prdidas mecnicas.
http://www.monografias.com/trabajos35/materiales-construccion/materiales-construccion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/moviunid/moviunid.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos34/el-trabajo/el-trabajo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/diseprod/diseprod.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/veref/veref.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/veref/veref.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/diseprod/diseprod.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos34/el-trabajo/el-trabajo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/moviunid/moviunid.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/materiales-construccion/materiales-construccion.shtml


43/117

31

PROCEDIMIENTO

- Colocar la Turbina en la posicin correcta para un aprovechamientomximo del chorro de agua.

- Poner en condiciones de encendido a la bomba (cebado).- Encender el motor.- Tomar la presin a la salida del chorro.- Aplicar la fuerza del freno en la turbina seleccionada.- Tomar lectura del dinammetro.- Tomar lectura de las revoluciones que marca el tacmetro.- Obtener la medida de la turbina, del freno y del tacmetro; en especial

estos dos ltimos datos para hacer la transformacin de las revoluciones.

- Medir la altura del liquido en el vertedero para poder hallar el caudalusado durante el ensayo

- Despus de tomar la totalidad de datos, se procesaran para hallar laspotencias, eficiencias y velocidades.

- Graficar los resultados cada variable en funcin de la rpm.

CLCULOS

POTENCIA MECNICA

=2

60 (2.1)

= (2.2)

F= Fuerza de frenado

N= RPM del eje de la turbina.

T= Torque

POTENCIA HIDRULICA

= (2.3)


44/117

32

Donde

=Peso especifico del agua.

=Caudal

=Carga de la turbina

EFICIENCIA

=

100% (2.4)

Donde

Nt= Eficiencia

PM=Potencia Mecnica

PH=Potencia Hidrulica

2.5 HIPTESIS

La adquisicin de datos mediante un sistema de control, permitir al estudiante en

el banco de pruebas Tutor determinar la potencia y eficiencia de las turbinas

Pelton y Francis con mayor facilidad?

2.6 SEALAMIENTO DE VARIABLES

2.6.1 VARIABLE INDEPENDIENTE

Pruebas en Banco

2.6.2 VARIABLE DEPENDIENTE

Potencia y eficiencia de las turbinas Pelton y Francis.


45/117

33

CAPTULO III

METODOLOGA

3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIN

En el presente trabajo se realizar un anlisis cuantitativo en busca de una

adecuada automatizacin y un correcto plan de Mantenimiento del banco de

pruebas TUTOR; el cual nos va ayudar a determinar la eficiencia y potencia de

las turbinas Plton y Francis que se encuentran en el mismo.

El estudio tambin se basar en la informacin existente y se recurrir a

documentacin bibliogrfica para el respectivo desarrollo del proyecto.

3.2 NIVEL Y TIPO DE LA INVESTIGACIN

3.2.1 MODALIDAD DE INVESTIGACIN

Campo.- Para el desarrollo del proyecto se utilizar la investigacin de campo

para la obtencin de datos necesarios para el estudio, los mismos que sern

adquiridos directamente de las empresas que utilicen este tipo de turbinas para

generacin elctrica.

Bibliogrfica.-La investigacin bibliogrfica se la realizar en la biblioteca de la

Facultad de Ingeniera Civil y Mecnica de la Universidad Tcnica de Ambato,

Campus Huachi Chico.

Documental.- ste medio investigativo lo utilizaremos ya que necesitaremos

conocer e identificar sobre materiales y tcnicas que nos ayude al mantenimiento

y automatizacin del proyecto.

Experimental.- Este tipo de investigacin se realizar con diferentes experimentos

para la comprobacin y verificacin del funcionamiento del banco de pruebas,

logrando obtener una lista de datos y poder comprobar su funcionamiento.


46/117

34

3.2.2 TIPO DE INVESTIGACIN

Exploratoria.- Se investigar todo y cada uno de los detalles del proyecto, tanto su

diseo como su funcionamiento, para comparar los resultados experimentales con

los reales dados por el banco de pruebas.

Descriptiva.- Describe los pasos realizados en el control y automatizacin como

informacin y tener as un respaldo de funcionamiento del banco de pruebas.

Correlacin.- En este tipo de estudio descriptivo tiene como finalidad determinar

el grado de relacin o asociacin no causal existente entre dos o ms variables.

Aunque la investigacin correlacional no establece de forma directa relaciones

causales, puede aportar indicios sobre las posibles causas de un fenmeno.

3.3 POBLACIN Y MUESTRA

En el Banco de pruebas TUTOR se van a realizar pruebas con cada una de las

turbinas variando los parmetros descritos a continuacin.

TURBINA PELTON

En esta turbina se puede variar la abertura del chifln y la velocidad de la

velocidad de la bomba.

CHIFLN

ABERTUR

A DEL

INYECTOR

VELOCIDA

D DE LA

BOMBA

CAUDAL FUERZA REVOLUCIONES EFICIENCIA POTENCIA

25%

50%

75%

100%


47/117

35

VELOCIDAD DE LA BOMBA.

VELOCIDAD

DE LA

BOMBA

ABERTURA

DEL

INYECTOR


50%

60%

70%

80%

TURBINA FRANCIS

En este tipo de turbina lo nico que se va a variar para realizar la prctica es la

velocidad de la bomba.

VELOCIDAD DE LA BOMBA.

VELOCIDAD

DE LA

BOMBA

ABERTURA

DE LA

VALVULA


40% 100%

50% 100%

60% 100%

70% 100%


48/117

36

3.4 OPERACIONALIZACIN DE VARIABLES.

3.4.1 VARIABLE INDEPENDIENTE: PRUEBAS EN BANCO

Concepto Dimensin Indicadores tems Tcnicas e instrumentos

de la investigacin

Un banco de pruebas es una plataforma para experimentacin deproyectos de gran desarrollo. Los bancos de pruebas brindan una

forma de comprobacin rigurosa, transparente y repetible de teoras

cientficas, elementos computacionales, y otras nuevas tecnologas.

El Banco de pruebas Tutor consta principalmente de dos turbinas:

La Plton y La Francis, una bomba la cual est controlada por un

variador de frecuencia, Dinammetros, Manmetros y frenos en las

turbinas para poder determinar las potencias, la funcin principal de

este banco de pruebas es mostrar el funcionamiento simplificado de

una micro central hidroelctrica.

Para variar los parmetros se utiliza el variador de velocidad de la

bomba, una vlvula para la apertura del chifln en la turbina Plton,

una palanca que direcciona los labes de la turbina Francis y la fuerza

en el freno de las turbinas.

Toma de datos

Manual con

equipos

analgicos

Toma de datos

Automtica.

Qu datos se tomanmanualmente?

Qu equipos analgicos

nos dan datos en el

banco de Pruebas?

-

Altura neta- Fuerza- Presiones

- Manmetros- Nivel- Dinammetros

- Observacin- Catlogos- Bibliografa- Internet

- Observacin- Catlogos- Bibliografa- Internet

Qu datos se adquieren

automticamente?

Qu equipos transfierenlos datos en el banco de

Pruebas?

- Revoluciones- Caudal- Fuerza

- Sensores- PLC- Micro controladores


49/117

37

3.4.2 VARIABLE DEPENDIENTE: POTENCIA Y EFICIENCIA DE LAS TURBINAS PLTON Y FRANCIS.

Concepto Dimensin Indicadores tems Tcnicas einstrumentosde lainvestigacin

La potencia es el trabajo aplicado por unidad de

tiempo aprovechando al mximo la energa hidrulicaque se le da a las turbinas y la energa mecnica quees transformada de la hidrulica.

Es conocido que a veces la obtencin de potencia esms importante que una razonable prdida en laeficiencia, no obstante cuando se realiza el diseosiempre se trata de tener en cuenta lasrecomendaciones existentes para que las prdidas queocurran dentro de la turbina sean minimizadas.

La eficiencia en turbinas hidrulicas es el cocienteentre la potencia de salida o mecnica y la de entradao hidrulica, lo que se refiere al mayor

aprovechamiento de la transformacin de energahidrulica a energa mecnica, que es utilizada por laturbina para transformarla en energa elctrica.

Eficiencia

Potencia

Qu se debe hacerpara aumentar laeficiencia en lasturbinas?

- Disminuir la friccin en la carcasa.- Bajar la turbulencia segn el agua

entra al rodete.- Disminuir la friccin en los pasajes

del rodete.- Disminuir la friccin y turbulencia en

el tubo de aspiracin.- Disminuir las prdidas hidrulicas.

CatlogosBibliografa

ObservacinFichasTcnicas

Tabulaciones

Qu datos se debeadquirir paradeterminar potencia yeficiencia en lasturbinas?

- Altura neta- Caudal- Velocidades del flujo.- RPM en el eje.- Fuerza.
http://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/veref/veref.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/veref/veref.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtml


50/117

38

3.5 TCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIN DEINFORMACIN.

3.5.1 RECOLECCIN DE LA INFORMACIN.

Para la recoleccin de informacin nos basaremos en varias tcnicas como es laobservacin, es decir en mquinas similares existentes en el pas, adicionalmente

reforzaremos con informacin bibliogrfica de diversos libros y con la

informacin del internet.

3.6 PROCESAMIENTO Y ANLISIS.

3.6.1 PRESENTACIN DE DATOS.

La presentacin de datos que nos den en las prcticas de laboratorio se va apresentar en forma grafica y tabular para una mayor apreciacin entre lo real y lo

terico.

3.6.2 ANLISIS.

El Anlisis de los resultados de esta investigacin es la parte fundamental que nos

permitir establecer conclusiones y recomendaciones de la misma.

DOCUMENTAL

Bibliografa Catlogos Publicaciones Artculos Estudios Fichas Tcnicas Tabulaciones

OBSERVACION

Directa. Indirecta Participante No participante Estructurada No estructurada. Individual No individual

Cuaderno de notas Diario Ficha de campo Lista de cotejo

INSTRUMENTOS


51/117

39

CAPTULO IV

ANLISIS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS

4.1 ANLISIS DE LOS RESULTADOS

De acuerdo a la investigacin de campo y bibliogrfica en conjunto de la

observacin como tcnica para recoger la informacin necesaria, nos ayud a

determinar que los equipos y los procesos para adquirir datos en el Banco de

pruebas TUTOR, se los puede encontrar en catlogos que nos muestran

diferentes alternativas.

La adquisicin de datos es una necesidad habitual en la mayora de las actividades

industriales. El proceso de acondicionamiento y seleccin de la seal a adquirir,

puede ser suministrada por un sensor, la toma de muestras de esta seal, la

conversin analgico/digital de dicha seal, realizada a frecuencia adecuada y la

transferencia de esta informacin digital a un sistema que pueda procesarla debetener una frecuencia de muestreo de las seales habitualmente que es constante,

pero en ocasiones las muestras de las seales son tomadas a intervalos irregulares,

siempre bajo el control del computador que procesa la informacin.

Es frecuente que la adquisicin no se limite a una sola seal, sino a varias

simultneamente. En efecto, existen gran cantidad de aplicaciones en las que se

precisa tomar gran nmero de medidas.

La adquisicin de datos en el Banco de pruebas se la puede realizar mediante un

PLC, microcontroladores o utilizando las Tarjetas de Adquisicin de datos de la

empresa National Instrument. Cada uno de estos procesos nos lleva al objetivo

deseado, el cual va a depender de las caractersticas que se necesite tomando muy

en cuenta el costo debido a que el financiamiento lo va a poner el autor del

proyecto.


52/117

40

Una vez realizada una observacin del Banco de pruebas TUTOR, y revisado en

catlogos los datos o parmetros que se necesitan para determinar la potencia y

eficiencia de las turbinas Plton y Francis los datos que se consideran para la

adquisicin son los siguientes:

- Caudal a la entrada de las turbinas.- Dimetro de la tubera- El Salto Hidrulico- La fuerza aplicada al freno.- Volumen del tanque.- Presiones- Velocidades- Perdidas mecnicas

4.2 INTERPRETACIN DE DATOS

4.2.1 CLCULO O ADQUISICIN DEL CAUDAL

Tabla 4.1 CLCULO POR MTODOS MANUALES

EL MTODO DE UNOBJETO FLOTANTE

MTODO DE UN RECIPIENTE CONVOLUMEN CONOCIDO

PROCEDIMIENTO 1. Ubicar en el canal un tramo aproximado (L) y deseccin uniforme. Marcar el punto Po al inicio deltramo y el punto Pf al final del tramo seleccionado.2. A la altura del punto Po soltar un pequeo tallo seco

y anotar el tiempo (t) (seg) que demora en desplazarsehasta la altura del punto Pf.3. Calcular la velocidad (V).4. Medir el ancho del canal (B) en metros y la

profundidad del agua (H) en metros5. Calcular el rea de la seccin. Mediante la siguientefrmula:6. Observar el tipo de terreno del canal para seleccionarel factor de correccin (C)del caudal:7. Calcular el Caudal (Q) en litros

Para medir caudales de hasta 20 lts/seg.Aproximadamente.Instrumentos necesarios:Cilindro con volumen conocido

Reloj con cronmetroProcedimientoDesviar toda el agua del riachuelo ocanal hacia un balde o cilindro grandede capacidad conocida y tomar eltiempo que tarda en llenarse.

FORMULAS V = L / TA = B x H.Q = C x V x A x 1000

Caudal ( Q ) = Volumen (litros)/Tiempo (segundo)


53/117

41

Tabla 4.2 CAUDALMETRO

ULTRASNICO DE DISCO NUTANTE ELECTROMAGNTICO

VENTAJAS * No ocasiona prdida de carga.* No tiene partes mviles.* Ideal para la medicin demateriales txicos o peligrosos.* Salida lineal con el caudal.* Su rango de medicin es muyamplio.* Su instalacin es muy simple yeconmica.

* Muy difundido ycomprobado.* Muy econmico.* Simple y de bajomantenimiento.

* No genera prdidas de carga.* Apto para la medicin debarros.* Permite la medicin decaudales bi-direccionales.* No tiene partes mviles, porlo que es confiable y de bajomantenimiento.* Su precisin esrelativamente alta.

DESVENTAJAS * Su precisin no es muy alta.* Su costo es relativamente alto

para tuberas de bajo dimetro.

* Es el de menor precisinde los instrumentos dedesplazamiento positivo.* No se fabrica para tuberasde gran tamao.* El par disponible para elaccionamiento de accesoriosmecnicos es muy limitado.

* Si el fluido a medir producedepsitos sobre los electrodos,la medicin ser errnea.* Su costo es relativamentealto.* No es utilizable en gases porla baja conductividad.

COSTO US$ 7000 US$ 232 US$ 2187

4.2.2 CLCULO DE LA FUERZA EN EL FRENO

Tabla 4.3 MTODO PARA ADQUIRIR LA FUERZA EN EL FRENODINAMMETRO CELDAS DE CARGA

CARACTERSTICAS

Amplia seleccin de capacidades:

Disponible en capacidades de 200 a 50,000

kilogramos (Tambin disponibles en libras

y en Newton)

Larga vida

El alma del instrumento es una viga de

flexin de acero.Factor de seguridad por sobrecarga

La mayora de los modelos tienen un factor

de seguridad lmite de 5:1.

Control de cero

Tambin puede ser usado como tara, con

capacidad hasta del 20% de la capacidad

total del instrumento.

El sensor de fuerza resistivo (FSR) es

un dispositivo de pelcula de

polmero (PTF) que presenta una

disminucin de la resistencia cuando

aumenta la fuerza aplicada a la

superficie activa. Su sensibilidad a la

fuerza est optimizada para uso en elcontrol por toque humano de

dispositivos electrnicos. Las FSRs

no son clulas de carga o galgas

extensiomtricas aunque tengan

propiedades similares. Las FSRs no

son adecuadas para medidas de

precisin.

COSTO $ 52 $ 280.00


54/117

42

4.2.3 SENSORES

Tabla 4.4 EJEMPLOS DE LOS SENSORES.

SENSORES EJEMPLOSSensores de Fuerza Capacitivos.

Piezoelctricos.A elemento vibrante.Celdas de carga.

Sensores de Torque Reluctivos.Fotoelctricos.Inductivos a desplazamiento de fase

Sensores de Flujo-Caudal Presin diferencial.Mecnico.Magntico.Oscilante.Ultrasnico.

Sensores de Nivel: Presin.Flotadores.Conductividad.Capacitivos.Transferencia de calor.pticos.Osciladores amortiguados.Ultrasnicos.

Sensores de DesplazamientoLineal y Angular, Posicin

Capacitivos.Reluctivos o LVDT.Potenciomtricos.pticos.Codificadores Lineales y Angulares(Encoders-Encoders Incrementales).Por Sensado Remoto: Radar y Sonar.Por Posicin y Actitud: Girscopos eInclinmetros

Sensores de Proximidad: Inductivos sensibles a metales ferromagnticos.Inductivos no sensibles a metalesferromagnticos.Capacitivos.Luz visible o Infrarroja.Microondas.Ultrasnicos.

Sensores de Velocidad, Aceleracin y

Vibraciones:

Lineales: Electromagnticos, rueda a medida.

Angulares: (Tacmetros) Electromagnticos.pticos.Acelermetros: Capacitivos.Potenciomtricos.Reluctivos.

Sensores de Presin: Capacitivos.Inductivos.A reluctancia.Potenciomtricos resistivos.Piezoelctricos.


55/117

43

4.2.4 ADQUISICIN DE DATOS

Tabla 4.5 MTODOS DE ADQUISICIN DE DATOS

ADQUISICINDE DATOS

VENTAJAS DESVENTAJAS COSTOS

TARJETAS DAQ Diseados para un rendimiento ptimo.Ofrecen las capacidades de E/S digitales yanalgicas.Precisin de medidasFlexibilidad de software que requiere suaplicacin.Con las tecnologas patentadas de hardware ysoftwa

Documents

Tesis I. M. 104 - Porras Ortíz Edwin Rubén