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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

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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.

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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

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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.

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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.

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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

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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 ¿

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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

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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

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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

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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

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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

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Diagrama Sankey (Para pto. 1)

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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

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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)