fernandez

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

FACULTAD DE INGENIERA MECNICA

LABORATORIO DE INGENIERA MECNICA III

COMPRESOR EXPERIMENTAL DE AIRE DE DOS ETAPAS.

ALUMNOS:

AVALOS HUAPAYA, BENIGNO

FERNANDEZ IBARRA, RIDERD

GAMBOA ALARCON, BRADY

PACUS MONCADA, JOSE LUIS

QUISPE BENARDO, ANDRES.

ROJAS ZAVALA, CESAR.

PROFESOR:

Ing. ZAMALLOAI N D I C E

INTRODUCCION

OBJETIVOS

FUNDAMENTO TERICO

EQUIPOS PROCEDIMIENTO

DATOS DEL LABORATORIOCALCULOS Y RESULTADOSCUADRO DE RESULTADOSCONCLUSIONES Y OBSERVACIONESBIBLIOGRAFA

INTRODUCCIONA pesar de la diversidad de equipos usados para la compresin de gases o vapores, su funcionamiento se fundamenta en algunos principios que les son comunes y se desprenden de la termodinmica aplicada.

La importancia de los compresores se justifica por el rol que cumplen estos en la industria, en efecto, la evolucin de las necesidades en el sector de los gases comprimidos esta caracterizado sobre todo por un incremento de caudales, y no por una elevacin de las presiones necesarias.

Los compresores tienen mltiples aplicaciones, destacando entre ellas; la refrigeracin, turbo compresores de motores. Estos a la vez se derivan de las bombas ya que estas tienen por objeto aumentar la presin de un liquido.

El empleo de compresores en la industria es de gran importancia, debido al gran uso de gases comprimidos. Por lo que se busca presiones lo mas altas posibles y con una temperatura no muy grande, y es por ello que se necesita de la compresin en etapas para subir la presin y tambin se necesita de los intercambiadores de calor a presin constante (aproximadamente), para mantener la temperatura baja.

OBJETIVOS

1.- Estudiar el funcionamiento del compresor de 2 etapas y realizar los clculos caractersticos para dicha maquina.

2.- Reconocer las diferentes partes del compresor de 2 etapasFUNDAMENTO TEORICO

Un compresor de dos etapas es una mquina donde se obtiene un aumento en la presin esttica cuando se succiona sucesivamente un cierto volumen de aire dentro de un espacio cerrado para comprimirlo y luego expulsarlo, todo esto ocurre por el desplazamiento de un elemento mvil dentro del espacio cerrado (pistn).En estos compresores alternativos podemos considerar a los flujos de trabajo y refrigeracin (aire y agua), como flujos estables y que pueden ser analizados como FEES. La primera ley de la Termodinmica aplicada a un FEES es:

Hs - Hi = W - Q (kJ)

Donde:Hi = entalpa del aire que ingresa al sistema.

Hs = entalpa del aire que sale del sistema.

W = trabajo del eje o indicado realizado sobre el sistema.

Q = prdida de calor del sistema.La ecuacin anterior aplicada a compresores es:

H5 - H1 = W1 + W2 - Q1 - Q2 - Q3 - Q4 - Q (kJ)

Donde:

H1 = entalpa del aire a la entrada de la primera etapa.

H2 = entalpa del aire a la salida de la primera etapa.

H3 = entalpa del aire a la entrada de la segunda etapa.

H4 = entalpa del aire a la salida de la segunda etapa.

H5 = entalpa del aire a la salida del post enfriador.

W1 = trabajo especfico entregado a la primera etapa.

W2 = trabajo especfico entregado a la segunda etapa.

Q1 = calor entregado al agua de refrigeracin de la primera etapa.

Q2 = calor entregado al agua de refrigeracin del nter enfriador.

Q3 = calor entregado al agua de refrigeracin de la segunda etapa.

Q4 = calor entregado al agua de refrigeracin de la postenfriador.

Qrad = prdidas de calor por conveccin y radiacin.

Se debe observar que se debe tomar a W1 y W2 como el trabajo entregado al compresor o como el trabajo indicado en el cilindro del compresor. En el primer caso incluimos las prdidas mecnicas del compresor, en el segundo las excluimos; estas prdidas aparecen como calores parciales en la camiseta de agua y parcialmente al medio ambiente.

Consideremos un compresor ideal, sin volumen muerto y que no presente prdidas de presin en la succin y descarga.Cuando se desea comprimir aire a altas presiones se utilizan compresores de varias etapas.Si no hubiese enfriamiento intermedio el proceso de compresin seguira una trayectoria continua. La curva de compresin por etapas con interenfriamiento se acerca al proceso isotrmico.El trabajo y la potencia entregados a un compresor real son diferentes a los obtenidos en el compresor ideal, ya que un remanente de gas que queda en el volumen muerto se expande cuando las vlvulas estn cerradas. El volumen muerto reduce la capacidad del compresor, esta reduccin aumenta a medida de que aumenta la relacin de compresin.Adems debido a las perdidas de presin en las vlvulas y tuberas, la presin del aire durante la succin es menor que la presin del medio de donde es succionado y durante la descarga la presin es mayor que la presin en la tubera de descarga. Potencia Indicada

Es una potencia aproximada que va a desarrollar el compresor y que se mide gracias a la ayuda del Indicador de Diagrama ( el cual es posible utilizar en maquinas de relativa baja velocidad como: bombas , compresores, etc). Este indicador de diagrama nos construye una grafica P vs volumen en el cilindro del compresor.

Para el calculo de la potencia indicada sera necesario un parmetro caracteristico del indicador, como lo es la constante de rigidez del resorte (k), la longitud (De carrera), del diagrama y el area del diagrama indicado, el cual se puede medir gracias a un planmetro. Usamos la siguiente formula en el caso de nuestro experimento.

; [ watts ] .()Donde.

: Presin media indicada en N/m2Vd : volumen desplazado por unidad de tiempo m3/s

Adems:

Donde:

K: constante del resorte del indicador de diagrama

A: rea del diagrama

L: longitud del diagrama

Las constantes de los resortes del indicador de diagrama son:

El funcionamiento de un compresor alternativo esta caracterizado por los siguientes parmetros:

1.- El porcentaje de volumen muertoEs la relacin entre el volumen muerto Vo y el volumen de desplazamiento Vd

En compresores de baja presin (2 5%).

En compresores de alta presin (5 10%).

La eficiencia volumtrica aparente tomando en cuenta la perdida de presin la entrada se obtiene del diagrama indicado.

2.- Eficiencia volumtrica real o total Esta eficiencia difiere de la anterior por los siguientes motivos: a) El fluido se calienta durante toda la carrera de succin cuando se pone en contacto con las vlvulas, paredes del cilindro y pistn.b) Existen fugas por los anillos del pistn, vlvulas y uniones.

En compresores multietapicos la disminucin de la eficiencia volumtrica es ms acentuada debido a la precipitacin de la humedad en el nterenfriador.

Esta eficiencia se define como la relacin entre peso de fluido descargado durante la revolucin del eje del compresor y el peso de fluido a las condiciones de la lnea de succin, que ocupara un volumen igual al desplazamiento total de una revolucin.

Se utilizan adems las siguientes eficiencias para determinar la potencia realmente entregada al compresor.La eficiencia isotrmica (isot. Es la relacin de la potencia isotrmica Wisot y la potencia indicada PI.

La eficiencia mecnica (m. Es la relacin entre la potencia indicada Wi y la potencia en el eje del compresor Weje.

EQUIPOS

DATOS TECNICOS DEL COMPRESOR DE AIRE DE DOS ETAPAS

PRIMERA ETAPA (BAJA PRESION)

Nmero de cilindros ........................................................... 2

Carrera .................................................................................... 101.6mm

Dimetro interior ................................................................... 101,6 mm

Volumen de desplazamiento .................................................. 1,647 l lit

Volumen muerto .................................................................. 29,5 cm3Presin mxima ...................................................................... 10,3 bar

Relacin de velocidades, motor / compresor ............................ 3:1

Eficiencia de la transmisin .................................................... 0,98

Rango de velocidades .............................................. 300 - 500 RPM

SEGUNDA ETAPA ( ALTA PRESION )

Nmero de cilindros ............................................................ 1

Carrera ..................................................................................... 101,6mm

Dimetro interior ..................................................................... 76,2 mm

Volumen de desplazamiento .................................................. 0,463 l lit

Volumen muerto ................................................................. 28,2 cm3Presin mxima ...................................................................... 13,8 bar

Relacin de velocidades, motor / compresor ............................ 3:1

Eficiencia de la transmisin .................................................... 0,98

Rango de velocidades ............................................. 300 - 500 RPM

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO1)Antes del encendido:

a)Observar si los manmetros inclinados se encuentran en cero.

b)Llenar los pozos de aceite de los termmetros con aceite.

c)Drenar el condensado del interenfriador, postenfriador y tanque de almacenamiento.

2)Procedimiento del ensayo:

a)Verificar que las vlvulas de 3 vas estn en la posicin correcta.

b)Ajustar los flujos de agua de refrigeracin, hasta obtener lecturas comprendidas entre 10 y 25 cm. En los medidores de flujo.

c)Accionar las llaves de funcionamiento en vaco

d)Ubicar los reguladores de velocidades en su posicin mnima.

e)Encender primero el compresor de alta presin y luego el de baja, manejando lentamente los arrancadores.

f)Cuando la presin en el tanque de almacenamiento se acerque a la presin deseada, abrir lentamente la vlvula de estrangulamiento. La posicin correcta de la vlvula de estrangulamiento para obtener una presin constante en el tanque, ser aquella que produzca la misma cada de presin en la tobera de descarga con respecto a la cada de presin en el orificio de entrada.

DATOS DEL LABORATORIO

PuntoPresin de Aire (Kg./cm2)Temperaturas del aire ( C )Manmetros (mm H2O)Dinammetro de Baja Presin

P6P2TA T1T2T3T4T5T6T7hohtRPMFza. (Kg)Volts.Amps.

181.51819782710926231913.51210504.817210

28218198329105302319131210405.215012

382.51819903095302219121210005.614512.5

483.51819102307528231911.510.510256.414514

Dinammetro de Alta PresinAlturas de los medidores de agua (cm. de H2O)Temperaturas del agua de Refrigeracinreas de diagrama indicado

RPMFza. (Kg)Volts.Amps.C.B.PI.E.C.A.P.P.E.TiaT1aT2aT3aT4aC.B.P. (cm2)C.A:P (cm2)

140041501118.924.221.42022.53629.520.1252.33

11503.8122918.124212022.53730.520.525.52.53

9253.882.5917.523.420.919.722.5393021.5262.832.5

7003.41038.517.223.120.819.622.5433721273.22.6

Longitud de carrera

En el diagrama

CBP

(cm)CAP

(cm)

3.94.3

3.54.2

3.53.7

3.63.7

CALCULOS Y RESULTADOS

Primero vamos a hallar los clculos para un solo punto del total tomados en la experiencia; los clculos para los dems puntos sern realizados en forma anloga y sern mostrados todos mediante tablas.

1.- Clculo del flujo msico de agua de refrigeracin:Las formulas para determinar los flujos en funcin de las alturas del agua alcanzada en los medidores tienen la siguiente forma:

;[ lt/hr] (volumtrico)

Para que sea flujo masico hay que multiplicarlo por la densidad y convertir las horas en segundos:

;[ kg/s] (masico)

- Para el compresor de Baja compresin:

- Para el compresor de Alta compresin:

- Para el intercambiador:

- Para el postenfriado:

2.- Clculo del flujo de aire

Para calcular el flujo de aire vamos a usar la caja de aire cuyo dimetro del orificio es 31.95 mm y cuya formula de calculo es:

; [ m3/s]

; [ Kg/s]

Donde:

H : en metros de agua

PA: en bar

TA : en K

Reemplazando tenemos:

3.- Clculo de la potencia elctrica suministrada a cada motorPara ambos motores de corriente continua tenemos:

; [ watts ]

Donde:

V: en voltios

I: en amperios

Reemplazamos y tenemos:

4.- Clculo de la potencia al eje entregada por el motor elctrico

Para su calculo utilizaremos la siguiente expresin:

; [ watts ]

Donde:

F: kilogramos fuerza

N: en r.p.m.

Reemplazando tenemos:

5.- Potencia entregada al compresor

Considerando que la eficiencia mecanica de la transmisin es 0.98

La potencia total entregada a ambos compresores es:

6.- Clculo de la potencia indicada (PI):

; [ watts ] .()Donde.

: Presin media indicada en N/m2Vd : volumen desplazado por unidad de tiempo m3/s

Adems:

Donde:

K: constante del resorte del indicador de diagrama

A: rea del diagrama

L: longitud del diagrama

Las constantes de los resortes del indicador de diagrama son:

Para un CBP:

Para un CAP:

Calculo de Vd :

Para el CBP:

Se sabe que :

Esto debido a que la relacin de velocidades entre el motor y el compresor es de 3:1; es decir el compresor se mueve 3 veces menos que el motor.

Reemplazamos valores:

Para el CAP:

Reemplazamos en ():

7.- Calores absorbidos por el agua de refrigeracin ; [ kW].

Flujo masico

Temperatura del agua

Temperatura del agua a la entrada

Calcularemos los calores absorbidos por el agua de refrigeracin que pasan por ambos compresores, el intercambiador y el postenfriador.

El calor total absorvido por el agua de refrigeracin es:

8.- Calculo de la energa aprovechable

Donde:

: Entalpia a la entrada del compresor

: Entalpia a la salida de postenfriador:

9.- Perdidas de calor por radiacin y conveccion

DIAGRAMA SANKEY

10.- Eficiencia Mecnica:

11.- Eficiencia volumtrica aparente:

De acuerdo a datos experimentales obtenidos por Frankel

1er etapa n=1.20 2da etapa n=1.25

12.- calculo de las eficiencias volumtricas reales:

En el compresor de baja presin la masa de aire que ocupara todo el volumen de desplazamiento seria:

md = ( Vd =

Vdmd = (0.99 * 105 )* (1.647 * 10-3 )= 0.00194 kg aire / rev.

287 * (273+20)La masa por unidad de tiempo es:

md = md * N / 60 kg/s

donde N = RPM del compresor

Luego:

md = 0.00194 *1050 = 0.01317 kg / s

3 * 60

Para el compresor de alta presin se procede de igual manera, considerando que la presin de ingreso es la presin de intermedia de 3 bar y la temperatura de ingreso 25C , su volumen especifico para estas condiciones es 0.2851m3/kg.

La masa que ingresa al compresor en cada revolucin es:

md = Vd = 0.463 * 10-3 m3

v2 0.2851 m3/kg

Luego:md = 0.001624 *1400

3 * 60

CUADROS DE RESULTADOS

Flujo masico del agua de refrigeracin (kg/s)

Flujo masico

del aire (kg/s)

CBPCAPIEPE

0.01359

0.01329

0.01305

0.01294

0.01232

0.01219

0.01216

0.01213

0.01694

0.01687

0.01666

0.01655

0.01428

0.01428

0.01417

0.01414

0.008552

0.008392

0.008063

0.007893

PuntoPotencia entregada

(Kw)Flujo de aire en el

compresor (m3/s)Potencia Indicada

(Kw)

NCBPCAPCBPCAPCBPCAP

1

2

3

4

1.6145

1,39

1.7324

1,47

1.7939

0,91

2.1015

0,81

1.7939

1.3999

1.126

0.7624

0,0096

0,0094

0,0092

0,0096

0,0036

0,0028

0,0025

0,0021

1.33398

1.37398

0.83399

0.77799

1.70798

0.99399

0.68401

0.66799

PuntoCalores absorbidos por la refrigeracin (Kw)Q total(Kw)

NCBPCAPIEPE

1

2

3

4

0.9088992

0.9443874

1.036431

1.2440516

0.00514976

0.0254771

0.0762432

0.0507034

0.6726874

0.7404243

0.696388

1.176043

0.298452

0.3282972

0.3553836

0.4137364

1.88518836

2.038586

2.1644458

2.8845344

PuntoEnergia aprovechableCalor por radi-

acion y conv.Eficiencia

Mecanica (nm)

NH5-H1 (Kw)Qrad (Kw)CBPCAP

1

2

3

4

0.06007352

0.09263509

0.08900343

0.07128563

1.46313812

1.00107891

0.66645077

0.09192003

0.82624961

0.79310783

0.46490328

0.370207

0.95210435

0.71004357

0.60746892

0.87616737

PuntoEficiencia volumetrica

aparente (nv_aparente)Eficiencia volumetrica

real (nvreal)Eficiencia Isotermica

(nisot)

NCBPCAPCBPCAPCBPCAP

1

2

3

4

0.97915147

0.97279159

0.96660681

0.95465422

0.89119608

0.91422908

0.93124663

0.95486166

0.75350624

0.74651854

0.7459421

0.71240457

0.81243631

0.81421865

0.84198222

0.86110414

0.5076381

0.57882781

1.04361397

1.31309311

0.55951269

0.8145753

0.98751389

0.7384658

OBSERVACIONES

Drenar el condensado del Inter-enfriador, post-enfriador y tanque de almacenamiento, durante la toma de los datos, esperar unos minutos para que las medidas de los instrumentos se estabilicen.La variacin del calor en los Inter-enfriadores es pequea, por lo que la eficiencia volumtrica vara en pequeo margen.

Los calores absorbidos por los equipos son menores conforme nos acercamos a la presin intermedia terica.

CONCLUSIONES Siempre en los puntos tomados el compresor de alta presenta mayor eficiencia mecanica que el de baja.

La eficiencia isotrmica es mxima conforme la presin intermedia se acerca a la presin intermedia ideal.

Se puede notar la variacin entre las temperaturas del aire, a la entrada y la salida, del intercambiador que es considerable por lo que se pude afirmar que el intercambiador cumple su objetivo de enfriar, que absorbe el calor y que lo disipa al agua de refrigeracin y por radiacin y conveccion al medio exterior. Y lo mismo se puede afirmar para el postenfriador.

Los calores absorbidos por los equipos son menores conforme nos acercamos a la presin intermedia terica.BIBLIOGRAFA.

MANUAL PARA EL LABORATORIO DE INGENIERA MECNICA III

Universidad nacional de ingeniera.

EMBED Equation.3

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_1220313855.dwg

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