Compresores Informe

RESUMEN Aire comprimido, aire a presión superior a una atmósfera, puede emplearse para empujar un pistón, como en una perforadora neumática; hacerse pasar por una pequ pequeñ eña a turb turbin ina a de aire aire para para mover over un eje, eje, como como en los los inst nstrume rument ntos os odontológicos o expandirse a través de una tobera para producir un chorro de alta velocidad, como en una pistola para pintar. l aire comprimido suministra fuer!a a las las

herr herram amie ient ntas as

llam llamad adas as

neum neumát átic icas as,,

como como

perf perfor orad ador oras as,,

mart martilillo los, s,

remachadoras o taladros de roca. l aire comprimido también se emplea en las minas de carbón para evitar que se produ!can produ!can explosiones por las chispas de las herramientas herramientas eléctricas eléctricas que hacen detonar las bolsas de gris". l aire comprimido aumenta grandemente la producción en los más grandes camp campos os indus industr tria iale les, s, tale taless como como la mine miner# r#a, a, meta metalu lurg rgia ia,, inge ingeni nier# er#a a civil civil $ arquitectura, en todas las ramas de la construcción de maquinarias, en las industrias del cemento, vidrios $ qu#micos. l desarrollo de métodos económicos para comprimir el aire u otros gases, requiere de los conocimientos de teor#a, diseño $ operación de máquinas que compriman estos gases. n la presente experiencia tendremos oportunidad de aplicar los conocimientos teóricos aprendidos en los cursos de termodinámica sobre compresión de aire.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÌA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

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OBJETIVOS •

%onocer en forma objetiva el funcionamiento de un compresor experimental de aire de dos etapas $ además aplicar los conceptos teóricos.

•

%onocer la disposición del equipo $ los instrumentos utili!ados.


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OBJETIVOS •

%onocer en forma objetiva el funcionamiento de un compresor experimental de aire de dos etapas $ además aplicar los conceptos teóricos.

•

%onocer la disposición del equipo $ los instrumentos utili!ados.


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FUNDAMENTO TEÓRICO EL AIRE COMPRIMIDO l aire comprimido se refiere a una tecnolog#a o aplicación técnica que hace uso de aire que ha sido sometido sometido a presión por medio de un compresor. compresor. n la ma$or#a de aplicaciones, el aire no sólo se comprime sino que también se deshumidifica $ se filtra. l uso del aire comprimido es mu$ com"n en la industria, su uso tiene la ventaja sobre los sistemas hidráulicos de ser más rápido, aunque es menos preciso en el posicionamiento de los mecanismos $ no permite fuer!as grandes. &e utili!a en' • levadores neumáticos. • (estornilladores automáticos. • )ornos dentales. • Armas de aire comprimido • quipos de miner#a *taladros rotopercutores, martillos picadores, lámparas,

ventiladores $ muchos otros+. • Arranque de motores de avión. • %oches de aire comprimido $ motores de aire comprimido • Atracciones, para conseguir grandes velocidades en poco tiempo.

EL COMPRESOR n compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión $ despla!ar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases $ los vapores. sto se reali!a a través de un intercambio de energ#a entre la máquina $ el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energ#a de flujo, aumentando su presión $ energ#a cinética impulsándola a fluir.


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Al igual que las bombas, los compresores también despla!an fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, $a que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad $, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores $ los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable. -os compresores son ampliamente utili!ados en la actualidad en campos de la ingenier#a $ hacen posible nuestro modo de vida por ra!ones como' •

&on parte important#sima de muchos sistemas de refrigeración $ se encuentran en cada refrigerador casero, $ en infinidad de sistemas

de aire acondicionado. • &e encuentran en sistemas de generación de energ#a eléctrica, tal como lo es el %iclo ra$ton. • &e encuentran en el interior de muchos motores de avión, como lo son los turborreactores, $ hacen posible su funcionamiento. • &e pueden comprimir gases para la red de alimentación de sistemas neumáticos, los cuales mueven fábricas completas. • &e utili!an para cargar las armas de aire comprimido que sirven para la ca!a o tienen un uso deportivo dependiendo del pa#s. )ipos de compresores' %lasificación seg"n el método de intercambio de energ#a' /a$ diferentes tipos de compresores de aire, pero todos reali!an el mismo trabajo' toman aire de la atmósfera, lo comprimen para reali!ar un trabajo $ lo regresan para ser reutili!ado. l compresor de despla!amiento positivo. -as dimensiones son fijas. 0or cada movimiento del eje de un extremo al otro tenemos la misma reducción en volumen $ el correspondiente aumento de presión *$ temperatura+. 1ormalmente son utili!ados para altas presiones o poco volumen. 0or ejemplo el inflador de la bicicleta. )ambién existen compresores dinámicos. l más simple es un ventilador que usamos para aumentar la velocidad del aire a nuestro entorno $ refrescarnos. &e utili!a cuando se requiere mucho volumen de aire a baja presión.2 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÌA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

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•

El compresor de émbolo s un compresor de aire simple. n vástago impulsado por un motor *eléctrico, diésel, neumático, etc.+ es impulsado para levantar $ bajar el émbolo dentro de una cámara. n cada movimiento hacia abajo del émbolo, el aire es introducido a la cámara mediante una válvula. n cada movimiento hacia arriba del émbolo, se comprime el aire $ otra válvula es abierta para evacuar dichas moléculas de aire comprimidas; durante este movimiento la primera válvula mencionada se cierra. l aire comprimido es guiado a un tanque de reserva. ste tanque permite el transporte del aire mediante distintas mangueras. -a ma$or#a de los compresores de aire de uso doméstico son

de este tipo. • El compresor de !or"#llo A"n más simple que el compresor de émbolo, el compresor de tornillo también es impulsado por motores *eléctricos, diésel, neumáticos, etc.+. -a diferencia principal radica que el compresor de tornillo utili!a dos tornillos largos para comprimir el aire dentro de una cámara larga. 0ara evitar el daño de los mismos tornillos, aceite es insertado para mantener todo el sistema lubricado. l aceite es me!clado con el aire en la entrada de la cámara $ es transportado al espacio entre los dos tornillos rotatorios. Al salir de la cámara, el aire $ el aceite pasan a través de un largo separador de aceite donde el aire $a pasa listo a través de un pequeño orificio filtrador. l aceite es enfriado $ reutili!ado mientras que el aire va al tanque de reserva para ser utili!ado en su trabajo.


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Figure 1 :Intercambiador de calor.

•

S#s!em$ pe"d%l$r T$%ro&&# %onsiste en un pistón que se balancea sobre un eje generando un movimiento pendular exento de ro!amientos con las paredes internas del cilindro, que permite trabajar sin lubricante $

alcan!ar temperaturas de me!cla mucho ma$ores. • Rec#proc$"!es o $l!er"$!#'os tili!an pistones *sistema bloque3 cilindro3émbolo como los motores de combustión interna+. Abren $ cierran válvulas que con el movimiento del pistón aspira4comprime el gas. s el compresor más utili!ado en potencias pequeñas. 0ueden ser del tipo herméticos, semi3herméticos o abiertos. -os de uso doméstico son herméticos, $ no pueden ser intervenidos para repararlos. -os de ma$or capacidad son semi3herméticos o abiertos, que se pueden desarmar $ reparar.

Figure 2 : Pistones (a) Aspiración y (b)Compresión

•

Ro!$!#'o de p$le!$s n los compresores de paletas la compresión se produce por la disminución del volumen resultante entre la carcasa $ el elemento rotativo cu$o eje no coincide con el eje de la carcasa *ambos ejes son excéntricos+. n estos compresores, el rotor es un cilindro hueco con estr#as radiales en las que las palas *2 o varias+ comprimen $ ajustan sus


Página 

extremos libres interior del cuerpo del compresor, comprimiendo as# el volumen atrapado $ aumentando la presión total.

Figure 3 : otati!o de paletas

. • Ro!od#"(m#cos o !%rbom()%#"$s tili!an un rodete con palas o álabes para impulsar $ comprimir al fluido de trabajo. A su ve! éstos se clasifican en axiales.

COMPRESOR RECIPROCANTE DE DOS ETAPAS n nuestro caso utili!aremos un compresor de despla!amiento positivo de dos etapas' n compresor de despla!amiento positivo es una máquina donde se obtiene un aumento en la presión estática cuando se succiona sucesivamente un cierto volumen de aire dentro de un espacio cerrado $ luego se le expulsa, todo esto ocurre por el despla!amiento de un elemento móvil dentro del espacio cerrado. -a compresión del aire u otros gases mediante compresores alternativos *compresores de despla!amiento positivo+ se puede considerar como un proceso de flujo $ estado estable *5&+. -a primera le$ de la )ermodinámica aplicada a un 5& es' H s− H i = W −Q ( KJ / Kg)

(ónde' /i 6 ntalp#a del aire que ingresa al sistema. /s 6 ntalp#a del aire que sale del sistema. 7 6 )rabajo del eje o indicado, reali!ado sobre el sistema. 8 6 0érdida de calor del sistema. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÌA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

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-a ecuación anterior, ahora aplicada a compresores es' H 5− H 1=W 1+ W 2−Q1−Q2− Q 3−Q4 −Q ( KJ / Kg)

Además' H 5− H 1=C p ( T 5 −T 1 ) C p parael aire :1.0035

KJ KgK

(ónde' /2 6 ntalp#a del aire a la entrada de la primera etapa. /9 6 ntalp#a del aire a la salida de la primera etapa. /: 6 ntalp#a del aire a la entrada de la segunda etapa. / 6 ntalp#a del aire a la salida de la segunda etapa. /< 6 ntalp#a del aire a la salida del post3enfriador. 72 6 )rabajo espec#fico entregado a la primera etapa. 79 6 )rabajo espec#fico entregado a la segunda etapa. 82 6 %alor entregado al agua de refrigeración de la primera etapa. 89 6 %alor entregado al agua de refrigeración del inter3enfriador. 8: 6 %alor entregado al agua de refrigeración de la segunda etapa. 8 6 %alor entregado al agua de refrigeración de la post3enfriador. 8 6 0érdidas de calor por convección $ radiación. &e debe observar que se debe tomar a 7 2 $ 79 como el trabajo entregado al compresor o como el trabajo indicado en el cilindro del compresor. n el primer caso incluimos las pérdidas mecánicas del compresor, en el segundo las excluimos. stas pérdidas aparecen como calores parciales en la camiseta de agua $ parcialmente al medio ambiente. %onsideremos un compresor ideal, sin volumen muerto $ que no presente pérdidas de presión en la succión $ descarga, además sin volumen muerto. &u diagrama ser#a el que se muestra a continuación, el área sombreada representa el trabajo total del ciclo de compresión.


Página "

A

l trabajo total en una compresión isotérmica es' W isot = P1 V 1 ln W isot = P1 V 1 ln

( ) ( ) P 2 P1

( KJ / Kg )

V 1 V 2

n una compresión adiabática el trabajo total es' P2

(

P1

)

K − 1 −1 ]( KJ / Kg) K K W ad = P V ¿ K −1 1 1

[¿ ¿

-a ecuación anterior puede reescribirse de la siguiente manera' P 2

(

P1

)

K − 1 −1 ]( KWatt ) K K W ád =m ´ R T 1 ¿ K −1

[¿ ¿

(ónde' W ´ ad 6 0otencia en una compresión adiabática m ´ 6 5lujo de masa de aire =g4s T 1 6 )emperatura de succión del aire

n un proceso politrópico el calor entregado por el aire es'


Página #

Q´ n=¿ C v

n − K m ´ ( T 2−T 1) KWatt n−1

n un proceso isotérmico el calor entregado es' Qísot =W ísot KWatt %uando se desea comprimir aire a altas presiones se utili!an compresores de varias etapas. n diagrama 0 > ? para un compresor de dos etapas se muestra a continuación'

4

2

1

Figure " : #iagra P$% para un compresor de 2 etapas

&i no hubiese enfriamiento intermedio, el proceso de compresión seguir#a una tra$ectoria continua. -a curva de compresión por etapas con interenfriamiento se acerca al proceso isotérmico. 0ara reali!ar el m#nimo trabajo en la compresión, es necesario que la relación de presiones en todas las etapas sean iguales' P2 P1

=

P4 P2

n un compresor de dos etapas la presión intermedia óptima es seg"n la siguiente ecuación' P2=√ P1 x P 4 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÌA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

Página $

l trabajo $ la potencia entregados a un compresor real son diferentes a los obtenidos en el compresor ideal, $a que un remanente de gas que queda en el volumen muerto se expande cuando las válvulas están cerradas. l volumen muerto reduce la capacidad del compresor, esta reducción aumenta a medida que aumenta la relación de compresión. Además, debido a las pérdidas de presión en las válvulas $ tuber#as, la presión del aire durante la succión es menor que la presión del medio de donde es succionado, $ durante la descarga, la presión es ma$or que la presión en la tuber#a de descarga, en la siguiente imagen podemos observar un diagrama indicado de un compresor real.

VS

Volumen muerto Volumen de desplazamiento Vd Figure & : #iagrama de un compressor real

PAR*METROS DE FUNCIONAMIENTO l funcionamiento de un compresor alternativo está caracteri!ado por los siguientes parámetros' •

El porce"!$+e de 'ol%me" m%er!o s la relación entre el volumen muerto ?o $ el volumen de despla!amiento ?d. E=

V 0 V d

3 %ompresores de baja presión'  6 *9 > <@+. 3 %ompresores de alta presión'  6 *< > 2@+. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÌA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

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L$ e,c#e"c#$ 'ol%mé!r#c$ $p$re"!e )omando en cuenta la

•

pérdida de presión en la entrada, se obtiene del diagrama indicado. nVest =

V S V d

•

E,c#e"c#$ 'ol%mé!r#c$ re$l o !o!$l sta eficiencia difiere de la

3

anterior por los siguientes motivos' l fluido se calienta durante toda la carrera de succión cuando se pone en

3

contacto con las válvulas, paredes del cilindro $ pistón. xisten fugas por los anillos del pistón, válvulas $ uniones.

n compresores multi3etapas, la disminución de la eficiencia volumétrica es más acentuada debido a la precipitación de la humedad en el inter3enfriador. sta eficiencia se define como la relación entre el peso de fluido descargado durante la revolución del eje del compresor $ el peso de fluido a las condiciones de la l#nea de succión. nVr=

mr md

•

generalmente E ( 0.65..0.85 )

L$ e,c#e"c#$ #so!érm#c$ s la relación de la potencia isotérmica *7isot+ $ la potencia indicada *0B+.

nisot =

•

W isot PI

L$ e,c#e"c#$ mec("#c$ s la relación entre la potencia indicada *0B+ $ la potencia en el eje del compresor *0+.

PI nm = PE

•

L$ e,c#e"c#$ e-ec!#'$ -lamada también la eficiencia en el eje, es el producto de la eficiencia isotérmica o adiabática $ la eficiencia mecánica.

ne .isot =nisot x nm


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-a potencia real para mover el compresor es ma$or que la potencia teórica, $ está determinada por las siguientes fórmulas' W e.isot = W e .isot =

1 60 ne .isot

W isot nisot x nm

nVr V d N P1 ln

( ) P 2 P 1

( KW )

(ónde' N

V d

6 ?elocidad del eje del compresor *C0D+. 6 ?olumen de despla!amiento *m :+.

E.UIPOS UTILI/ADOS COMPRESOR DE DOS ETAPAS (atos técnicos' PRIMERA ETAPA (Baja Presión) Número de cilindros Carrera !i"me#ro in#erior $ol%men de des&la'amien#o $ol%men m%er#o Presión m"-ima Relación de /elocidades mo#orcom&re. Eciencia de la #rasmisión Ran4o de /elocidades

2 101. mm 101. mm 1. l# 2*.+ cm, 10., ar 0,01 0.*3 ,005+00 RPM

'able 1:#atos tcnicos del compresor de 2 etapas  *a+a presión

6E78N!A ETAPA (Al#a Presión) Número de cilindros Carrera !i"me#ro in#erior $ol%men de des&la'amien#o UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÌA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

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1 101. mm .2 mm 0.,l#

$ol%men m%er#o Presión m"-ima Relación de /elocidades mo#orcom&re. Eciencia de la #rasmisión Ran4o de /elocidades

23.2 cm, 1,.3 ar 0,01 0.*3 ,005+00 RPM

'able 2:#atos tcnicos del compresor de 2 etapas $ Alta presión

INSTRUMENTACIÓN Ins#r%men#o

can #. 

0 5 2009C



(5109C) 5 1109C

2 2

0 a 1 :4cm 2; 0 a 20 :4cm2 0 a 0 mm >2?

2

0 a ,0 :4

2

0 a 2000 RPM

Con#óme#ro

2

***;*** re/.;

$ol#
2

0 a ,+0 $

Am&er
2

0 a 2+ A

Indicador de dia4rama MAI>AC:

1

Termóme#ro de %lo sin cora'a Termóme#ro de %lo con cora'a Manóme#ro de Bo%rdon Manóme#ro inclinado de l<=%ido !inamóme#ro Tacóme#ro

ran4o

'able 3: #atos tnicos de instrumentos.

*a+


*b+

Página 13

Figure ,:(a) Arrancador de los compresores. y (b)'ubos de eynolds.

(a)

(b)

Figure -:(a) Compresor de ba+a presión (CAP) y (b) Compresor de alta presión(C*P).

(a)


(b)

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Figure :(a) /ntrada del aire de admisión y (b) 'ang0ue de aire de salida.

(a)

(b)

Figure  : (a) 'ermómetros y (b)anómetros

(a)


(b)

Página 1

Figure 1 : (a)'acómetro y (b) #4namo

(a)

(b)

Figure 11: (a) %olt4metro y (b) Amper4metro

PROCEDIMIENTO ANTES DEL ENCENDIDO a+ Ebservar si los manómetros inclinados se encuentran en cero, los termómetros estén ubicados en los correspondientes puntos *teniendo en cuenta el rango de medición que deben de tener+. b+ -lenar los po!os de aceite de los termómetros con aceites *que estén presente+. c+ (renar el condensado del inter3enfriador, post3enfriador $ tanque de almacenamiento *si es que no se ha hecho antes de esta parte+.

PROCEDIMIENTO DE ENCENDIDO a+ bicar las válvulas A,  $ % en la posición correcta.


Página 1!

b+ Ajustar los flujos de agua de refrigeración *de los tubos de Ce$nolds+ hasta obtener lecturas comprendidas entre 2 $ 9< cm en los mencionados medidores de flujo de Ce$nolds. c+ Accionar las llaves de funcionamiento en vac#o. d+ bicar los reguladores de velocidad en su posición m#nima. e+ ncender primero el compresor de alta presión, luego el compresor de baja presión, manejando lentamente los arrancadores. f+ %uando la presión en el tanque de almacenamiento se acerca al valor deseado *que es de F Gg4cm9+, abrir lentamente la válvula de estrangulamiento. -a posición correcta de la válvula de estrangulamiento para obtener una presión constante en el tanque será aquella que produ!ca la misma ca#da de presión en la tobera de descarga con respecto a la ca#da de presión en el orificio de entrada de aire de admisión. squema de la instalación' &8DA ( -A B1&)A-A%BH1


Página 1"

C*LCULOS 0 RESULTADOS DATOS OBTENIDOS Punt o

2

Aire

Ambiente

P, P2 (6g7cm2) F 1.5

'A

)emperatura del aire '1

'2

92.2

18

80

'3 (8C) 27

'"

'&

Danómetro ',

105

30

28

5 5' (mm 92) 13

9

F

2

92.2

20

91

29

102

34

24

15.5

:

F

2.5

92.2

20

100

31

94

35

23

16



F

3.5

92.2

20

113

31

75

35

23

17.5

'able ": #atos parte 1.


Página 21

%0 Punt o

%A0

)ubos de Ce$nolds

F (6g) 4.4

% (%) 200

I (A) 11

 (P) 1500

F (6g) 3.9

% (%) 155

I (A) 13

C*P

2

 (P) 1320

18

P/ CAP (cm 92) 20.7 20.5

9

1160

5.4

160

14

1100

4.4

175

:

940

6.1

165

15.5

1000

4.3



800

6.6

170

15

1150

3.8

19.5

10

17.5

20.5

20.5

19.5

150

9.5

17.5

20.5

20

19

130

11

17.5

20.2

20

19

'able & : #atos parte 2

Agua refrigerante

Ireas

Punto 'ia

'1a

2

23

40.5

'3a (8C) 28

'2a

'"a

9

23

41

28

41

26

: 

23 23

41 41.5

29 29

40 36

26.5 26.5

40

34

C*P CAP 2 (cm )

'able , : #atos parte 3

-a hoja original de datos se encuentra adjunta al final del informe.

C(lc%lo de los 1%+os de $2%$ de re-r#2er$c#3" 5órmulas para determinar los flujos en función de la altura del agua alcan!ada en los medidores. 0,527

%ompresor de baja presión'

Q 1=10.4 H

%ompresor de alta presión'

Q 2=8.3 H

Bnter3enfriador

'

Q3=12.4 H

0ost3enfriador

'

Q4 =11.7 H

0,545

(¿/ hr )

(¿/ hr )

0,50

(¿ / hr. )

0,494

(¿/hr )

P$r$ el p%"!o 4

Ceempla!ando nuestros datos' 0.527

Q 1=10.4 ( 18)

=49.08 <¿ hr =0.0136 g / s


Página 22

/I

0.545

Q 2=8.3 ( 20.5 )

= 42.48 <¿ hr = 0.0118 g / s

0.50

Q 3=12.4 ( 19.5 )

= 48.82 <¿ hr = 0.0179 g / s

0.494

Q 4 =11.7 ( 20.7 )

=59.60 <¿ hr =0.0126 g / s

P$r$ los dem(s p%"!os

-as alturas se mantuvieron constantes por lo tanto estos son los flujos de agua refrigerante para todos los puntos. .4 5627s8

Punto 1 2 3 "

.95627s8

0.01,, 0.01,1 0.01,1 0.01,1

0.0120 0.0120 0.0113 0.0113

.:5627s8 0.01+ 0.01+ 0.01+ 0.01++

.;5627s8 0.011 0.011 0.01,* 0.01,*

'abla -: Calculo de los ;lu+os de agua.

C(lc%lo del 1%+o de $#re tili!ando el medidor de la caja de aire cu$o diámetro de orificio es :2,J< mm' %audal' ´ a=36.094 x 10−4 V m´ a=1.2577

(ónde'

√

T !

´ a=36.094 x 10 V

−4

´ a= 0.00714 ( V

√

P !

P ! H

P$r$ el p%"!o 4

m´ a=1.2577

√

H T !

P ! 6 .JJ bar T ! 6 9JF =

√

0.013∗298 m 3 0.99

(

s

)

m3 ) s

0.99∗0.012 298

Kg ) s

(

Kg m´ a=0.00826 ( ) s UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÌA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

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Punto

1 2 3 "

1, 1+.+ 1 1.+

á V 0.001,**3 0.00*,+ 0.00*211 0.003230*

m´ a

5627s8

0.00320* 0.00*02003 0.00*11 0.00*+3,

'abla &: Calculo de los ;lu+os de aire.

C(lc%lo de l$ po!e"c#$ eléc!r#c$ s%m#"#s!r$d$ $ c$d$ mo!or Para ambos motores de corriente continua P E " =V ∗ I ( #atts) Donde: V: volts : am!eres

P$r$ el p%"!o 4 P E "C$P =200∗11=2.2

P E "C!P =155∗13=2.015 K#

P$r$ los dem(s p%"!os P%"!o

CBP

1 2 , 

CAP 2200 220 2++.+ 2++0

PEL !o!$l 5=8 201+ 1+0 12+ 1,0

21+ ,**0 ,*32.+ ,*30

"abla 6: #alculo de la !otencia suministrada al motor

C(lc%lo de l$ po!e"c#$ $l e+e e"!re2$d$ por el mo!or eléc!r#co P E% =

& ∗ N 3.0592

(#atts )

D$nde:

´ %: Kg &: 'P( del motor el)ctrico*3+&r!m ,del com!resorUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÌA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

Página 24

P$r$ el p%"!o 4 P E%C$P = P E%C!P =

4.4∗1320 3.0592 3.9∗1500 3.0592

=1.898 K# =1.91 K#


CBP

1 2 , 

CAP 13*3.+,+++ 20.+*12 13.,2, 12+.*12,

PEM !o!$l 5=8 1*12.2 1+32.112* 10+.+*2, 123.30,

,310.30020* ,2*.011, ,2*.*2* ,1+.1*+

"abla 7: #alculo de la !otencia entreada !or el motor el)ctrico.

C$lc%lo de l$ po!e"c#$ e"!re2$d$ $l compresor /iendo la eiciencia mecnica de la transmisi$n 0.98 tenemos ue: PE=0.98∗ PE%

P$r$ el p%"!o 4 P E C$P= 0.98∗1.898 =1.860 K# P E C!P= 0.98∗1.91 =1.874 K# Podemos airmar ue la !otencia total entreada a ambos com!resores es de a!ro+imadamente 4.006 .

P$r$ los dem(s p%"!os P%"!o 1 2 , 

CBP

CAP 130.+3+ 200.22 13,.3+*,1 1*1.22+*


Página 2

PE !o!$l 5=8 13.01*,+1 1++0.011 1,.3,1 1,**.*03,

,,.+321 ,++.112* ,21.,,2 ,0*1.,,10

C(lc%lo de l$ po!e"c#$ #"d#c$d$ ´ ∗V d (#atts ) PI = p Donde: p ´ : es la !resi$n media indicada en

N 2

m

3

V d : es el volumen des!laado !or unidad de tiem!o

m s

´ : Primero calcularemos p p ´=

K ∗ ! "

Donde  es la constantes del resorte  el rea del diarama  ; la lonitud del diarama.

¯¿ m psi K 1= 48 =130.272 ¿ p'lg

¯¿ m psi K 2=180 =488.6 ¿ p'lg

P$r$ el p%"!o 4 −3

´ C$P= 130.272∗370.43∗10 p 39.68 −3

´ C!P= 488.6∗380∗10 p 44.5

=1.82 ¯¿

=4.17 ¯¿

P$r$ los dem(s p%"!os "eniendo en cuenta los datos obtenidos del diarama indicado

CBP A (mm2)

CAP @ (mm)


Página 2!

A (mm2)

@ (mm)

 1,0.2 2

22.1

,*.*

,1.11

1.*

,2,., 00.1

,0+.0,

.*,

,++.+

.11

,3.,3

,1.+

,.1,

2.+2

,1.*

+.,

P%n#o

33.

Pmi CBP 0.,030 0.*3+0**+ 1.0*33* 1.22,311

1 2 ,  Determinación de



Pmi CAP ,.,110* ,.*,33+* ,.31+2*1 ,.2+30,1

V d :

Debido a ue la relaci$n de velocidades motor
P$r$ el p%"!o 4 V dC$P =

1.647∗1320 3

3

3

dm m =549 =0.012 min seg 3

3

0.463∗1500 dm m V dC!P = =154.33 = 0.0038 3 min seg


Vd CBP

1 2 , 

0.01203 0.0101 0.00301 0.00,2

P$r$ el p%"!o 4 =stamos en condiciones de calcular las PI .

5

PI C$P=0.73∗10 ∗0.012 =2.545 K# 5

PI C!P=3.31∗10

∗0.003858= 0.142 #


Página 2"

Vd CAP 0.00,3+3,, 0.00232* 0.002+222 0.002*+30

P$r$ los dem(s p%"!os Punto 1 2 3 4

PI CBP 332.**2 10+.*112 *.303+3+3 3*3.,,,2

PI CAP

12*.3+03 111.,22 **+.3,,13 101,.,1

PI total (! 212.+202*+ 210.2333 1*0.+1*0 1*11.31+10

"abla8: #alculo de la !otencia indicada.

C(lc%lo de los c$lores $bsorb#dos por el $2%$ de re-r#2er$c#3" Q =m ´ C p ( T *a−T ia ) >:1234

P$r$ el p%"!o 4 Q C$P=0.0136 Q C!P=0.011

Kg KJ ∗ 4.18 ∗( 40.5 −23 )=0.97 K# s Kg∗+ C

Kg KJ ∗ 4.18 ∗( 28−23 )=0.25 K# s Kg∗+ C

Q IE =0.015

Kg KJ ∗4.18 ∗( 40 −23 ) =1.11 K# s Kg∗+C

Q PE =0.014

Kg KJ ∗4.18 ∗( 34 −23 ) =0.648 K# s Kg∗+C

=l calor total absorbido !or el aua es:

∑Q

ag'a

=2.98 K#

P$r$ los dem(s p%"!os P%"!o 1 2 , 

.CBP

.CAP

.IE

.PE

To!$l56=8

0.*01102 1 0.*3,12,2  0.*3,12,2  1.010,22

0.2+01,+, , 0.2+01,+, , 0.2*1+00 2 0.2*1+00

1.11*1 + 1.1,,++ 2 1.10*0*  0.31*02+

0.3*0 , 0.1*,1+ + 0.20,33, 1 0.20,33,

2.*3,3, 2 2.+3+2+  2.+*21+2  2.,+22,0


Página 2#

+

2

1

3

'abla: Calculo de los calores absorbidos por el agua de re;rigeración

C(lc%lo por r$d#$c#3" > co"'ecc#3" #lculo de las ental!?as en la entrada del com!resor de ba>a  a la salida del !ost@enriador. h1=C p∗T 1

=ntal!?a de inreso: =ntal!?a de salida:

h5=C p∗T 5

h5− h1=C p∗( T 4 −T 2 )

P$r$ el p%"!o 4 h5− h1=1.0035∗( 27−20 )=7.0245

KJ Kg

´ 5− H ´ 1= ´m∗( h5− h1 ) H ´ 5− H ´ 1=0.008∗( 7.02 )= 0.058 K# H Aora !odemos determinar las !)rdidas de calor !or radiaci$n  convecci$n 0.058 K# =3.73 K# −2.98 − ´ Q R

´ R =0.69 K# Q


P%"!o 1 2 " 4

T?

T4 ,0 , ,+ ,+

13 20 20 20

Punto 1 2 " 4 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÌA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

?@4 0.0**+2+1 0.122,1, 0.1,*,+, 0.123*+

#$ (%! 0.+122,* 0.3+31,* 0.320011 0.+*3*1* Página 2$

=stamos a!tos !ara traar un diarama de /&=B.

4.215 

0.405 

3.81 

0.08 

3.73 

2.162  1.568 

0.202 

Figure 12 : #iagrama de

Página 30

C(lc%lo de l$s e,c#e"c#$s mec("#c$s PI nm = PE

P$r$ el p%"!o 4 nmC$P = nmC!P =

882.66 1860.56

=0.474

1279.85 =0.683 1874.02


nm P%n#o

CBP

CAP

0.0* 0.32* 22 23 0.+2122 0.13,1 2 00, 33 0.+1,0 0.22*, , 333 * 0.+,11 0.2,33  1 , "abla 7: #alculo de las eiciencias mecnicas. 1

C(lc%lo de l$s e,c#e"c#$s 'ol%mé!r#c$s $p$re"!es Para el clculo de las eiciencias volum)tricas !odemos considerar ue Ps , P1  a ue esto ocurre cuando las !)rdidas de !resi$n en la entrada son !eueCas as? nuestra ecuaci$n ueda como siue:

P$r$ el p%"!o 4 n v =1− -

[( ) ] P 2 P 1

1

m

−1  - =

V m V /

[( ) ] [( ) ]

0.0295 1.5 n vC$=1− ∗ 1.647 0.99 0.0282 8 n vC!=1− ∗ 0.463 1.5

1 1.20

1 1.25

−1 =0.988

−1 = 0.850


Página 31


n/ P%n#o

CBP

CAP

1

0.**,

0.323

2

0.*3

0.3

,

0.**

0.*0



0.*

0.*,

'abla : Calculo de las e;iciencias !olumtricas aparentes.

C(lc%lo de l$s e,c#e"c#$s 'ol%mé!r#c$s re$les =n el com!resor de ba>a !resi$n la masa de aire ue ocu!ar?a todo el volumen de des!laamiento ser?a: P ! md = ∗( V d ) R T 1

P$r$ el p%"!o 4 5

0.99∗10 Kg.aire md = ∗1.647∗10−3=0.00193 287∗295 rev

;a masa !or unidad de tiem!o es: m´ d =

md∗ N 60

Donde:&*1302.8: 'P( del com!resor ;ueo: m´ d =

0.00193∗1320 / 3 Kg =0.014 60 s

m´ r= 0.008 nVrC$ =

Kg s

0.08 =0.57 0.014


Página 32

Para el com!resor de alta !resi$n se !rocede de iual manera considerando de ue la !resi$n de inreso es la !resi$n intermedia de 1.8 bar  la tem!eratura de inreso 27#.

;a masa ue inresa al com!resor en cada revoluci$n es: P2 md = ∗( V h ) R T 3 5

1.5∗10 Kg .aire md = ∗0.463∗10−3= 0.0008 287∗300 rev

Ba ue: m´ d =

N = 440.3

rev s

0.0008∗1500 / 3 Kg =0.006 60 s

m´ r= 0.008 nVrC! =

Kg s

0.008 0.006

=1.057


md

P%n#o 1 2 , 

CBP 0.001*+2 ,, 0.001*,* 01 0.001*,* 01 0.001*,* 01

CAP 0.00030 2 0.00103 , 0.001,2 3 0.0013+ ,+

m´ d #eórico

P%n#o 1 2 , UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÌA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

CBP

CAP

0.01,1 0.0021 11 3 0.012*+ 0.00+23 32 *, 0.01012+ 0.00,0 Página 33

*2 , 0.0031 0.0113 31 



n/ P%n#o 1 2 , 

CBP 0.+*3 0, 0.213 312 0.*0+0 3 1.1121+ *,,

CAP 1.223*, 02 1.,31++ +2 1.2,0 2+ 0.30* 0,2

C(lc%lo de l$ po!e"c#$ #so!érm#c$ ´ =W ísot = P1 V ´ 1 ln Q

( )[ P 2 P1

# ]

(onde' ´1 V

' ?olumen real del aire que circula por el compresor 02' 0resión de entrada ?d' volumen de despla!amiento. 1 ' velocidad del compresor ´ = 0v real∗v d∗ N V 1

0isot =

60

;a eiciencia isot)rmica se deine como siue: ´ IS1T W Pind

iso# () P%n#o

CBP

CAP

1

0.23+1 1.1*003,1

2

0.+,,,303 1.03,31,,

,

0.1,3**, 0.*,0023


Página 34



1.01+, 0.*123,03

niso# P%n#o

CBP

CAP

1

0.,2,,,

0.*,02113

2

0.+0**22

0.*2+*

,

0.+++31+

0.*,,*10



1.1,23221

0.3211,3

'abla: C>lculo de la potencia isoentrópica


Página 3

RECOMENDACIONES •

/e recomienda seuir estrictamente el !rocedimiento indicado a in de no esorar

•

mucAo los eui!os ,motores el)ctricos  com!resoras- en el arranue del sistema. /e recomienda realiar la e+!eriencia en ru!o de m?nimo 5 !ersonas debido a la

•

cantidad de datos ue Aa ue tomar al mismo tiem!o. /e recomienda reular la !resi$n en el tanue de almacenamiento a 8 bar a>ustando

•

la vlvula de esca!e corres!ondiente. /e recomienda ue la !ared del tubo de entrada de aire al com!resor deba ser lia !ara ue el lu>o de entrada sea laminarE esto siniica ue el nFmero de 'enoldssea menor a 2300.

CONCLUSIONES 0 OBSERVACIONES •

;os calores absorbidos !or los eui!os son menores conorme nos acercamos a la

!resi$n intermedia te$rica. • ;a eiciencia es m+ima conorme la relaci$n de !resiones se acerca a la !resi$n

•

intermedia ideal ;a eiciencia isot)rmica es m+ima conorme la !resi$n intermedia se acerca a la

!resi$n intermedia ideal. • ;as alturas en los tubos de 'enolds ueron en alunos casos menores a 10 cm  lo

•

comFn es ue deber?an salir maores de 10 cm. ;a eiciencia aumenta conorme la relaci$n de !resiones ,√PiGP- se acerca a la !resi$n intermedia ideal


Página 3!

Compresores Informe

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