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CURSO : Laboratorio de Ingeniería Mecánica III
COMPRESOR DE DOS ETAPAS PROFESOR : Ing. Aguilar Vizcarra Duilio Leoncio SECCION : B
INTEGRANTES : BORJA CORNELIO, ALAN20092060JFLORES SANCHEZ, RICK20101095A HUAROTO SEVILLA, JUAN20112073DQUISPE QUISPE, LUIS20101179KRODAS CERVANTES, RAUL20002532D
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
2
2015 - 2
3
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
pequeña turbina de aire para mover un eje, como en los instrumentos odontológicos o
expandirse a través de una tobera para producir un chorro de alta velocidad, como en
una pistola para pintar. El aire comprimido suministra fuerza a las herramientas
llamadas neumáticas, como perforadoras, martillos, remachadoras o taladros de roca.
El aire comprimido también se emplea en las minas de carbón para evitar que se
produzcan explosiones por las chispas de las herramientas eléctricas que hacen
detonar las bolsas de grisú.
El aire comprimido aumenta grandemente la producción en los más grandes campos
industriales, tales como la minería, metalurgia, ingeniería civil y arquitectura, en todas
las ramas de la construcción de maquinarias, en las industrias del cemento, vidrios y
químicos.
El desarrollo de métodos económicos para comprimir el aire u otros gases, requiere
de los conocimientos de teoría, diseño y operación de máquinas que compriman estos
gases.
En la presente experiencia tendremos oportunidad de aplicar los conocimientos
teóricos aprendidos en los cursos de termodinámica sobre compresión de aire.
4
ÍNDICE
OBJETIVOS…………………………………………………………………………………………………….PÁG. 4
FUNDAMENTO TEÓRICO…………………………………………………………………………….….PÁG. 5
EQUIPOS UTILIZADOS……………………………………………………………………………….……PÁG. 14
PROCEDIMIENTO DE ENSAYO…………………………………………………………………………PÁG. 18
ESQUEMA DE LA INSTALACIÓN………………………………………………………………………PÁG. 19
CÁLCULOS Y RESULTADOS……………………………………………………………………………..PÁG. 20
OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES…………………………………………………………….…PÁG. 34
RECOMENDACIONES………………………………………………………………………………..……PÁG. 35
BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………………………….PÁG. 35
5
OBJETIVOS
- Conocer la disposición del equipo y los instrumentos utilizados.
- Conocer en forma objetiva el funcionamiento de un compresor
experimental de aire de dos etapas y además aplicar los conceptos teóricos.
FUNDAMENTO TEORICO
INTRODUCCION
Se llaman compresores a las máquinas que pueden proporcionar gases a alta presión,
mediante algún agente externo que realiza trabajo sobre el gas. Un compresor de aire toma el
aire atmosférico, lo comprime, lo proporciona a alta presión a un recipiente de almacenado,
de donde puede ser conducido al lugar que se precise. Dado que los procesos de compresión
requieren que se realice trabajo sobre el gas, es evidente que un compresor deberá accionarse
con alguna clase de motor primario.
De la energía recibida por el compresor desde el motor primario, parte se empleará en realizar
trabajo contra el razonamiento, otra parte se perderá por radiación y en el refrigerante
empleado para refrigerar la máquina y el resto se mantendrá dentro del mismo aire. El motor
primario transforma solamente una parte del calor que recibe en trabajo, y en lo que respecta
solamente al compresor, este recibe la energía disponible en el árbol del motor primario.
6
EL COMPRESOR ALTERNATIVO DE AIRE
Este tipo de compresor consiste esencialmente en un sistema de cilindro - émbolo y la figura 2
muestra diagramáticamente un compresor elemental de un cilindro de acción simple.
El giro de la manivela C produce un movimiento alternativo en
el émbolo P, del cilindro B. Cuando el compresor funciona se
aspira por A aire atmosférico dentro de la cámara 1 a través de
la pequeña válvula de disco i interior al cilindro, así que la
presión en la cámara 1 será, aproximadamente, la presión
atmosférica. El aire comprimido sale a través de la válvula d, por
la cámara D y luego a través de E hacia la línea de suministro, La
presión en la cámara D será pues, aproximadamente, igual a la
del aire en el recipiente colector.
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La operación de la máquina es como sigue:
En la carrera descendente del émbolo, la presión en el cilindro descenderá hasta ser
ligeramente inferior a la atmosférica, estando ambas válvulas cerradas. Se abre entonces
automáticamente la válvula i, en virtud de la diferencia de presiones a través de la misma, y el
aire es aspirado dentro del cilindro hasta que el émbolo completa su movimiento
descendente.
Al empezar la carrera ascendente, se elevará la presión en el cilindro, y la válvula ¡cerrará en'
el momento en que la presión llegue a ser algo superior a la atmosférica. La presión del
cilindro' crece invariablemente, hasta que sea algo mayor a la de la cámara D. Se abre
entonces la válvula la d, y al completar el émbolo su carrera ascendente, el aire es empujado
hacia la línea de suministro.
EL COMPRESOR DE AIRE ALTERNATIVO DE SIMPLE PASO (DESPRECIANDO EL ESPACIO
MUERTO)
La figura 3 muestra esquematizado el cilindro de un compresor de aire de simple paso,
provisto de un émbolo accionado por manivela. El compresor es hipotético, ya que se le
considera sin espacio muerto y, por tanto, hay un momento en que el volumen del gas es cero.
Supongamos que el émbolo está en punto muerto interior. Mientras se mueve hacia la
derecha, el volumen de aire crece, permaneciendo la presión constante Pa que es la presión
atmosférica. En la posición mostrada en línea seguida, el émbolo ha recorrido la mitad del
camino entre los puntos muertos interno y externo; la presión en el cilindro es Pa y el volumen
Va Cuando el émbolo alcanza la posición extrema en B, el Volumen de aire en el cilindro es V b y
la presión, como antes, Pa Se ha aspirado aire a través de la válvula (no representada), con un
volumen igual al barrido, y la presión ha permanecido constante a Pa.
8
En la carrera de regreso, ambas válvulas
estarán cerradas hasta que la presión en el
cilindro, que ahora crece, alcance un valor
Pd de la presión de suministro. Se abre
ahora la válvula de escape (no
representada) (en c), y se suministra aire a
la presión constante Pd, hasta que el
émbolo alcance de nuevo la posición del
punto muerto interior A. Antes de que
vuelva a empezar el siguiente ciclo, la
presión desciende instantáneamente desde Pd, hasta Pa, mientras el émbolo empieza a
moverse hacia la derecha.
En el diagrama P - V, a - b representa la admisión de aire en el interior del cilindro. Este
proceso no es la fase de un proceso a presión constante, ya que entre a y b la masa de aire
cambia.
b - c. Esta es la fase de un proceso (usualmente compresión politrópica), en que ambas
válvulas están cerradas, por tanto, el cilindro lleno de gas es un sistema cerrado.
c-d . representa el escape del aire. Esta no es la fase de un proceso, Ya que el sistema es
abierto.
El diagrama P - V representado en la figura 3, es pues un diagrama indicador de un compresor
hipotético que no tiene volumen muerto. Las áreas que se hallan debajo de ab, bc y cd
representan trabajo realizado. Para mayor comodidad, el diagrama se repite y modifica en la
fig. 4.
a-1, aspiración a la presión p1.
1-2, compresión politropica, PVn = cte. Durante este proceso.
2-d, escape, a la presión p2.
9
El trabajo realizado por el ciclo por kg de aire
w ciclo=n
n−1mRT 1 [(P2
P1 )n−1
1 −1]Potencia en caballos de vapor (CV) necesaria para hacer funcionar la máquina es:
potencia del aire=nNmR (T 2−T 1 )(n−1) x60 x75
EL INDICE DE COMPRESION
10
El proceso real de compresión que tiene lugar mientras ambas válvulas están cerradas, es
generalmente politrópico, de tal forma que se mantiene constante durante el proceso la
relación PVn. El valor de n varía, generalmente, entre 1 y .
representa tres ciclos de compresores, a-b-c-f, a-b-d-f y a-b-e-f, cuyos índices de compresión
valen, respectivamente, 1, n y .
Se desprende claramente del diagrama que el trabajo efectuado en cada ciclo es distinto,
siendo mínimo cuando n = 1.
Ya que el trabajo de compresión corre a cargo del motor primario, es obvio que lo mejor será
efectuar un proceso de compresión isotérmica.
Para alcanzar las condiciones isotérmicas, los cilindros de los compresores alternativos están
generalmente refrigerados con agua, el aire será enfriado durante la compresión por el agua
fría que pasa por la camisa.
Suponiendo que sea posible la compresión isotérmica (lo cual no es cierto en la práctica), el
trabajo ideal sería:
w iso=p1V 1 logeV 2
V 1
En el compresor alternativo de aire, ideal, el proceso de compresión sería isotérmico, y el
rendimiento isotérmico de un compresor se define como:
rendimiento isotermico= trabajo realizado isotérmicamentetrabjo real realizado
x 100
11
EL COMPRESOR DE DOS ETAPAS
El sistema general de la instalación de
una máquina de dos escalonamientos
está representado en la figura 10. El aire
se toma en A en el cilindro de baja
presión (B.P.), en el que tiene lugar una
compresión hasta una presión
intermedia entre la de entrada y salida.
El aire que sale del cilindro B.P. pasa por
un refrigerante intermedio (interpuesto
en el sistema) que es un intercambiador
de calor, extrayendo el calor del aire por
transmitirse al agua refrescante. El cilindro de alta presión (A.P.) se alimenta con aire
frío, que proviene del refrigerante, realizándose la compresión del aire hasta la presión
final de suministro. El movimiento del motor primario se transmite a los dos cilindros
por un mismo cigüeñal. El aire comprimido sale finalmente por el punto D.
En la figura 11 se muestra un diagrama P - V. El proceso a - 1 representa la entrada de aire en
el cilindro B.P. a la presión constante de P1, suponiendo el compresor sin espacio muerto. El
volumen de aire que se introduce es igual pues a V1. La compresión en el cilindro B.P. está
representada por la curva 1-2, de acuerdo con alguna relación tipo PV n = constante, en la que
la presión al fin de la compresión es Pi.
El proceso 2-b es el de entrega a presión constante, desde el cilindro al refrigerante, siendo V2.
el volumen cedido a la presión P1 y a la temperatura T2.
En el refrigerante el aire se enfría y por tanto se reduce el volumen específico; en el cilindro
A.P. se introduce un volumen de aire V3, proceso representado por la línea b-3.
12
La fase 3-4 en el diagrama representa la compresión del aire en el cilindro A.P. de acuerdo con
una relación PVn' = constante, desde la presión Pi hasta la presión Pd.
Finalmente, el suministro del aire a la presión Pd. se representa por la línea 4-c.
En los puntos 1, 2, 3 y 4 la masa de aire es la misma. El volumen de aire disminuye: desde 1
hasta 2 en virtud del proceso de compresión en el cilindro B.P.; desde 2 hasta 3 en virtud del
proceso de enfriamiento que tiene lugar en el refrigerante y, desde 3 hasta 4 en virtud del
proceso de compresión en el cilindro A.P.
El diagrama representando es naturalmente teórico. El diagrama para un compresor de dos
escalonamientos será algo distinto al mostrado, como puede verse en la figura 12.
Las líneas onduladas durante las carreras de admisión y escape son de' das a las oscilaciones
que originan las válvulas. Los diagramas de B.P. y A.P solapan debido a la caída de presión en el
refrigerante y pueden también perfectamente apreciarse los efectos del espacio muerto.
CONDICIONES PARA EL TRABAJO MÍNIMO EN UN COMPRESOR DE DOS ESCALONAMIENTOS
Volviendo al diagrama hipotético de la figura 13, el paso de estado 1-5 representa una
compresión politrópica desde la presión P1 hasta Pd. Si se hubiere realizado la compresión en
un solo paso, el trabajo realizado sería el representado por el área al5c
13
En el compresor de dos etapas, el trabajo efectuado es la suma de las dos cantidades de
trabajo separadas de cada cilindro y por tanto igual a la suma de las áreas al2b y b34c. Puede
apreciarse en la figura 13 que el área al5c es mayor que la suma de las áreas al2b y b34c en un
total igual al área 2345. Este área, entonces, representa el trabajo ahorrado al efectuar la
compresión en dos pasos.
14
EQUIPOS UTILIZADOS
COMPRESOR DE DOS ETAPASDatos técnicos:
PRIMERA ETAPA (Baja Presión)
Número de cilindros 2
Carrera 101.6 mm
Diámetro interior 101.6 mm
Volumen de desplazamiento 1.647 lt
Volumen muerto 29.5 cm3
Presión máxima 10.3 bar
Relación de velocidades motor/compre. 03:01
Eficiencia de la trasmisión 0.98
Rango de velocidades 300-500 RPM
Tabla 1: Datos técnicos del compresor de 2 etapas – Baja presión
SEGUNDA ETAPA (Alta Presión)Número de cilindros 1
Carrera 101.6 mm
Diámetro interior 76.2 mm
Volumen de desplazamiento 0.463lt
Volumen muerto 28.2 cm3
Presión máxima 13.8 bar
Relación de velocidades motor/compre. 03:01
Eficiencia de la trasmisión 0.98
Rango de velocidades 300-500 RPM
Tabla 2: Datos técnicos del compresor de 2 etapas - Alta presión
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INSTRUMENTACIÓN
Instrumento cant. rango
Termómetro de bulbo sin coraza 6 0 - 200°C
Termómetro de bulbo con coraza
6 (-10°C) - 110°C
Manómetro de Bourdon 2 0 a 14 Kg/cm2, 0 a 20 Kg/cm2
Manómetro inclinado de líquido 2 0 a 70 mm H2O
Dinamómetro 2 0 a 30 Kg
Tacómetro 2 0 a 2000 RPM
Contómetro 2 999,999 rev.,
Voltímetro 2 0 a 350 V
Amperímetro 2 0 a 25 A
Indicador de diagrama MAIHACK 1
Tabla 3: Datos técnicos de instrumentos.
(a) (b)
(a) Arrancador de los compresores. y (b)Tubos de Reynolds.
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(a) (b)
(a) Compresor de baja presión (CAP) y (b) Compresor de alta presión (CBP).
(a) (b)
(a) Entrada del aire de admisión y (b) Tanque de aire de salida.
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(a) (b)
(a) Termómetros y (b) Manómetros
(a) (b)
(a)Tacómetro y (b) Dinamómetro
(a) (b)
(a) Voltímetro y (b) Amperímetro
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PROCEDIMIENTO DE ENSAYO
1) Antes del encendido:
Observar si los manómetros inclinados se encuentran en cero.
Llenar los pozos de aceite de los termómetros con aceite.
Drenar el condensado del inter enfriador, post enfriador y tanque de almacenamiento.
Colocar los termómetros en cada lugar de toma de mediciones.
2) Procedimiento del ensayo:
Verificar que las válvulas de 3 vías estén en la posición correcta.
Ajustar los flujos de agua de refrigeración, hasta obtener lecturas comprendidas entre 10
y 25 cm. En los medidores de flujo.
Accionar las llaves de funcionamiento en vacío
Ubicar los reguladores de velocidades en su posición mínima.
Encender primero el compresor de alta presión y luego el de baja, manejando
lentamente los arrancadores.
Cuando la presión en el tanque de almacenamiento se acerque a la presión deseada,
abrir lentamente la válvula de estrangulamiento. La posición correcta de la válvula de
estrangulamiento para obtener una presión constante en el tanque, será aquella que
produzca la misma caída de presión en la tobera de descarga con respecto a la caída de
presión en el orificio de entrada.
Tomar los datos de temperaturas, presiones, rpm, etc. Además usar el indicador de
diagrama en los compresores de alta y baja para obtener el diagrama indicado.
Posteriormente se mide esta área con el planímetro.
Repetir las mismas tomas de datos para otras medidas de presion de P2
ESQUEMA DE LA INSTALACIÓN
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CÁLCULOS Y RESULTADOS
Datos obtenidos:
presión Kg/cm2 temperatura del aire en °C manómetros mm
H2O
P6 P2 TA T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 h0
1 8 1,7 24 24 85 29,5 124 30 26 23 12
2 8 2,5 24 24,5 101 32 114 36 25 24 16
3 8 3 24 24,5 117 36 103 38 24 25 21,5
4 8 3,7 24 24,5 126 37,5 89 38 25 26 22
dinamómetro de baja presión dinamómetro de alta presión altura de los medidores de
agua (cm H2O)
RPM F (Kg) voltaje
(V)
corriente
(A)
RPM F (Kg) voltaje
(V)
corriente
(A)
C.B.P I.E C.A.P P.E
1000 5 150 12 1400 3,8 210 11 17,3 18,1 17,8 19,4
1200 5,6 170 13,5 1280 3,2 192 10 17,3 18,1 17,8 19,4
1375 6,2 197 15 1200 3,5 182 10 17,3 18,1 17,8 19,4
1400 7 200 16,5 1000 3 150 9,5 17,3 18,1 17,8 19,4
Temperatura del agua de refrigeración área del diagrama (cm 2) longitud del diagrama (cm)
Tia T1a T2a T3a T4a C.B.P C.A.P C.B.P C.A.P
24 37 40 31 32 3,42 3,7 4 4,24
26 40 40 30 32 2,61 3,4 3,57 4,31
26,5 44 40 28 32 3,57 3,57 4,1 4,31
27 47 40 32 31 3,14 3,24 3,55 4,29
22
Cálculo de los flujos de agua de refrigeración:
- Compresor de baja presión:
Q1=10,4∗H 0,527
Q1=10,4∗17,30,527
Q1=46,718<¿hr=0,01298kg/ s
- Interenfriador:
Q2=12,4∗H0,5
Q2=12,4∗18,10,5
Q2=52,755<¿ hr=0,01465 kg /s
- Compresor de alta presión:
Q3=8,3∗H0,545
Q3=8,3∗17,80,545
Q3=39,862<¿hr=0,01107 kg/ s
- Postenfriador:
Q4=11,7∗H 0,494
Q4=11,7∗19,40,494
Q4=50,624<¿hr=0,01406 kg /s
Cálculo del flujo de aire:
Utilizando el medidor de la caja de aire cuyo diámetro de orificio es igual a 31,95mm:
V a=36,094 x10−4∗√ H ¿T A
PAm3 / s
ma=1,2577∗√ PA∗HT A
kg /s
Donde:
T A=297 K
PA=0,99 ¿
23
Para el pto. 1:
V a=36,094 x10−4∗√ 0,012∗2970,99
=0,00685m3/ s
ma=1,2577∗√ 0,99∗0,012297
=0,00795 kg /s
flujo de aire
V a(m3/ s) ma(kg /s )
1 0,00685 0,00795
2 0,00791 0,00918
3 0,00917 0,01065
4 0,00927 0,01077
Cálculo de potencia eléctrica suministrada a cada motor:
Para ambos motores de corriente continua:
PEL=V∗I watts
Para el pto. 1:
PELCBP=150∗12=1800watts
PELCAP=210∗11=2310watts
potencia eléctrica (kw)
C . B .P . C . A .P .
1 1,8 2,31
2 2,295 1,92
3 2,955 1,82
4 3,3 1,425
24
Cálculo de la potencia al eje entregada por el motor eléctrico:
PEM= F∗N3,0592
watts
Para el pto. 1:
PEMCBP=5∗1000
3,0592=1634,41watts
PEMCAP=3,8∗1400
3,0592=1739,02watts
potencia al eje (kw)
C . B .P . C . A .P .
1 1,634 1,739
2 2,197 1,339
3 2,787 1,373
4 3,203 0,981
Cálculo de la potencia entregada al compresor:
Siendo la eficiencia mecánica de la transmisión igual a 0,98 tenemos que:
PE=0,98∗PEM
Para el pto. 1:
PECBP=0,98∗1634,41=1601,73watts
PECAP=0,98∗1739,02=1704,24 watts
La potencia entregada por ambos compresores es: 1,602 + 1,704 = 3,306kw
25
potencia al compresor (kw)
C . B .P . C . A .P .
1 1,602 1,704
2 2,153 1,312
3 2,731 1,345
4 3,139 0,961
Cálculo de la potencia indicada:
P I=p∗V dwatts
Donde:
p: es la presión media indicada en Nm2
V d: es el volumen desplazado por unidad de tiempo m3
s
- Primero calcularemos p :
p= K∗AL
Donde ’K’ es la constantes del resorte, ‘A’ el área del diagrama y ‘L’ la longitud del
diagrama.
K 1=72 psipulg
=195,44 ¿m
¿
K2=180 psipulg
=488,6 ¿m
¿
Para el pto. 1:
pCBP=195,44∗3,42∗10−2
4=1,671 ¿
26
pCAP=488,6∗3,7∗10−2
4,24=4,264 ¿
- Determinación de V d:
Debido a que la relación de velocidades motor/compresor es 3:1
V dCBP=V h∗N
3( dm
3
min)
V h :Volumendedesplazamiento (¿)
N :velocidad delmotor (rpm)
Para el pto. 1:
V dCBP=1,647∗1000
3=549 dm
3
min=0,00915 m
3
seg
V dCAP=0,463∗1400
3=216,07 dm
3
min=0,0036 m
3
seg
Para el pto. 1:
Estamos en condiciones de calcular las P I:
PICBP=1,671∗105∗0,00915=1,529Kw
PICAP=4,264∗105∗0,0036=1,535Kw
potencia indicada (kw)
C . B .P . C . A .P .
1 1,529 1,535
2 1,569 1,269
3 2,141 1,249
4 2,214 0,949
27
Cálculo de los calores absorbidos por el agua de refrigeración:
Q=mC p (T ja−T ia ) j=1 ;2;3 ; 4
QCBP=0,01298 Kgs
∗4,18 KJKg∗° C
∗(37−24 )=0,705Kw
Q IE=0,01465 Kgs
∗4,18 KJKg∗°C
∗( 40−24 )=0,98Kw
QCAP=0,01107 Kgs
∗4,18 KJKg∗° C
∗(31−24 )=0,324 Kw
QPE=0,01406 Kgs
∗4,18 KJKg∗°C
∗(32−24 )=0,47Kw
El calor total absorbido por el agua es:
∑Q agua=2,479 Kw
Q absorbido por el agua de refrigeración
C.B.P I.E C.A.P P.E
1 0,705 0,98 0,324 0,47 2,479
2 0,759 0,858 0,185 0,353 2,155
3 0,949 0,827 0,069 0,323 2,169
4 1,085 0,796 0,231 0,235 2,348
Cálculo por radiación y convección:
Cálculo de las entalpías en la entrada del compresor de baja y a la salida del post-
enfriador.
Entalpía de ingreso: h1=Cp∗T1
Entalpía de salida: h5=Cp∗T5
28
h5−h1=C p∗(T 5−T 1 )
Para el pto. 1:
h5−h1=1,0035∗(30−24 )=6,021 KJKg
H 5−H1=m∗(h5−h1 )
H 5−H 1=0,00795∗(6,021 )=0,048 Kw
Ahora podemos determinar las pérdidas de calor por radiación y convección:
0,048 Kw=3,306 Kw−2,479Kw−QR
QR=0,779Kw
variación de entalpias y pérdidas por radiación y convección
h5-h1 (Kj/Kg) H5-H1 (Kw) QR
1 6,021 0,048 0,779
2 11,54 0,106 1,204
3 13,547 0,144 1,763
4 13,547 0,146 1,607
29
Diagrama Sankey (Para pto. 1)
30
Cálculo de las eficiencias mecánicas:
nm=PIPE
Para el pto. 1:
nmCBP=1,5291,602
=0,954
nmCAP=1,5351,704
=0,901
eficiencia mecánica
C.B.P C.A.P
1 0,954 0,901
2 0,729 0,967
3 0,784 0,928
4 0,705 0,988
Cálculo de las eficiencias volumétricas aparentes:
Para el cálculo de las eficiencias volumétricas podemos considerar que Ps≈ P1 , ya que
esto ocurre cuando las pérdidas de presión en la entrada son pequeñas, así nuestra
ecuación queda como sigue:
Para el pto. 1:
nv=1−ε [( P2
P1 )1m−1]; ε=V m
V D
nvCB=1−0,02951,647
∗[( 2,70,99 )
11,20−1]=0,977
nvCA=1−0,02820,463
∗[( 92,7 )
11,25−1]=0,901
31
E. volumétrica aparente
C.B.P C.A.P
1 0,977 0,901
2 0,967 0,931
3 0,961 0,944
4 0,952 0,958
Cálculo de las eficiencias volumétricas reales:
En el compresor de baja presión la masa de aire que ocuparía todo el volumen de
desplazamiento sería:
md=PA
RT 1∗(V d )
Para el pto. 1:
md=0,99∗105
287∗297∗1,647∗10−3=0,00191 Kg .aire
rev
La masa por unidad de tiempo es:
md=md∗N
60
Donde:
N: RPM del compresor
Luego:
md=0,00191∗1000
180=0,01062 Kg
s
mr=0,00795 Kgs
32
nVr CB=0,007950,01062
=0,749
Para el compresor de alta presión se procede de igual manera, considerando de que la
presión de ingreso es la presión intermedia de 2,7 bar y la temperatura de ingreso
29,5°C.
La masa que ingresa al compresor en cada revolución es:
md=P2
RT 3∗(V d )
md=2,7∗105
287∗302,5∗0,463∗10−3=0,00144 Kg.aire
rev
Ya que: N=1400 rpm
md=0,00144∗1400
180=0,0112 Kg
s
mr=0,00795 Kgs
nVrCA=0,007950,0112
=0,71
E. volumétrica real
C.B.P C.A.P
1 0,749 0,71
2 0,721 0,698
3 0,73 0,765
4 0,725 0,794
Cálculo de la potencia isotérmica:
Q= ˙W isot=P1V 1 ln( P2
P1)kw
Donde:
33
V 1: Volumen real del aire que circula por el compresor
P1: Presión de entrada
Vd: volumen de desplazamiento.
N : velocidad del compresor
V 1=ηvreal∗vd∗N
60
La eficiencia isotérmica se define como sigue:
ηisot=W ISOT
Pind
potencia isotérmica (Kw)
C.B.P C.A.P
1 0,68 0,831
2 0,99 0,759
3 1,269 0,766
4 1,432 0,624
E isotérmica
C.B.P C.A.P
1 0,445 0,542
2 0,631 0,598
3 0,593 0,613
4 0,647 0,657
34
OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
- Los calores absorbidos por los equipos son menores, conforme nos acercamos a la
presión intermedia teórica.
- La eficiencia es máxima conforme la relación de presiones se acerca a la presión
intermedia ideal
- La eficiencia isotérmica es máxima conforme la presión intermedia se acerca a la presión intermedia ideal.
- La variación del calor en los Inter-enfriadores es pequeña, por lo que la eficiencia
volumétrica varía en pequeño margen.
- Los calores absorbidos por los equipos son menores conforme nos acercamos a la
presión intermedia teórica.
- Las alturas en los tubos de Reynolds estuvieron alrededor de los 20 cm.
- Con esta experiencia podemos comprobar que el trabajo de compresión disminuye a
medida que la presión intermedia se acerca al valor teórico.
35
RECOMENDACIONES
- Recomendamos primero tomar las medidas de revoluciones y fuerza en cada uno de
los motores, después tomar las gráficas de cada compresor y finalmente tomar las
temperaturas.
- Recomendamos drenar el condensado del Inter-enfriador, post-enfriador y tanque de
almacenamiento, durante la toma de los datos, asi también esperar unos minutos para
que las medidas de los instrumentos se estabilicen.
- Es bueno también tener en cuenta que hay que esperar a que la presión en el tanque
sea de 8 Kg/cm2 que será nuestra presión de trabajo.
- Notamos que es necesario tomar las medidas de los tubos de Reynolds y verificar si en
algún momento cambia su altura.
BIBLIOGRAFÍA
- Compresores del aire. Augene Feller
- Manual de laboratorio de ingeniería mecánica. Tomo III.
Autores: Profesores del Departamento de Energía – Facultad de Ingeniería
Mecánica (FIM - UNI)