Práctica 10 lab. máquinas térmicas,UNAM FI, Compresores

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de ingeniería

REPORTE 10: COMPRESORES

NOMBRE: LEGAZPI ASCENCIO AXHEL

GRUPO: 8

LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS

Fecha de realización: 08/11/2016

Fecha de entrega: 14/11/2016

LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS REPORTE 10: COMPRESORES Legazpi Ascencio Axhel

Objetivo general El alumno estudiará en forma general los aspectos teóricos y prácticos de los compresores.

Objetivos particularesAl término de la clase, el alumno:I. Describirá el funcionamiento, elementos y aplicaciones de los compresores reciprocantes.II. Calculará los parámetros principales de los compresores reciprocantes incluyendo la

potencia indicada o real de compresión, que se obtiene a partir del diagrama Pv de indicador, de tal forma que le permita comprender claramente su funcionamiento.

Reporte

1. Realizar una tabla comparativa entre los compresores reciprocantes y los compresores rotatorios de tornillo(s). Incluir: Esquema, descripción de su funcionamiento (cómo elevan la presión del gas), elemento que intercambia energía con el fluido, rango de presión [bar] y capacidad [m3 /min], pérdidas de potencia por fricción mecánica, vibración en el compresor, problemas con válvulas. (25%)

Compresor reciprocante Compresor rotatorio de tornillos

Esquema

Descripción de funcionamiento

Está constituido por un cilindro dentro del cual un embolo o pistón se desplaza con movimiento alternativo, aspirando el gas cuando se mueve en una dirección y comprimiéndolo cuando se desplaza en el sentido opuesto. La entrada y salida de gas al cilindro se regula por medio de válvulas que pueden ser del tipo que abre y cierra automáticamente mediante una diferencia de presiones, o pueden ser de las que se operan mecánicamente con levas y varillas en forma análoga a cómo trabajan las válvulas en un motor de gasolina.

El compresor de tornillos es una máquina, que por medio de dos tornillos (hembra y macho) comprime el aire.Al momento que los tornillos empiezan a girar, crean una succión por la toma de aire mientras va aumentando la presión del mismo a través de las cavidades.El macho posee 4 lóbulos y la hembra 6 alveolos.

Elemento El elemento que intercambia energía con Los tornillos son los que están


que intercambia energía con el fluido

el fluido es el pistó. intercambiando energía con el flujo de trabajo.

Rango de presión y capacidad

Puede alcanzar presiones desde 6 Kg/cm2

en los compresores de una etapa. En los de dos etapas se puede llegar hasta 15 Kg/cm2.

Puede operar con valores típicos de entre 1,1 y 75 kW (de 1,5 a 100 CV), produciendo presiones de trabajo de 7 a 8 y 10 bar (101 a 145 psi).

Perdidas por fricción mecánica

Se tienen perdidas en fricción en las válvulas ya que estas están abriendo y cerrando constantemente.

Las pérdidas por fricción se dan en los tornillos giratorios al estar ambos en contacto.

Vibración en el compresor

Provocan mucho ruido y la vibración que genera es alta.

Ausencia de válvulas de admisión y descarga, por lo que admiten golpes de líquido y tienen bajo nivel sonoro y de vibraciones.

Problemas con válvulas

Las válvulas pueden aflojarse debido a la fatiga que presentan al estar abriendo y cerrando.

No cuenta con válvulas de admisión ni descarga solo para control de capacidad.

2. Resolver: (25%) Un compresor de aire de doble efecto de 35 x 35 cm. de diámetro y carrera respectivamente, con un espacio muerto de 8% (C) y un diámetro de vástago de 4 cm., trabaja a 150 rpm, aspirando aire a 1 bar y 30 °C, descargándolo a una presión absoluta de 5 bar. El índice de compresión politrópico es de 1.33. La eficiencia global o total del compresor es del 75%. Dato adicional: Eficiencia volumétrica teórica Nota: Considerar la eficiencia volumétrica real igual a la eficiencia volumétrica teórica. Calcular: 1. El desplazamiento (volumen desplazado) del compresor [m3/min]

vD=V DD+V DI→vD=[π D2

4xLxN ]+¿

vD=[ π 0.3524x 0.35 x150]+¿

2. La eficiencia volumétrica [%]

; r p=P2P1

ηvol=1+0.08 [1−5111.33 ]=0.811693=81.1693%

3. La capacidad [m3 /min]

Q=ηvol∗vD=8.14632m3

min4. La potencia teórica de compresión


W T=n1−n

M RT1[P2P1

n−1n −1] ;

W T=n1−n

QP1[ P2P1n−1n −1]→W T=

1.331−1.33

∗8.14632∗0.1∗106∗[ 511.33−11.33 −1]=-1611.5 [kW]

5. La potencia suministrada en la flecha del compresor Si se considera que la eficiencia del motor (eléctrico) es del 100%Entonces tenemos que

ηg=W T

W E

Despejando W E (potencia eléctrica absorbida por el motor) y sustituyendo ηg=0.75 y W T=¿26.851611.5 [kW]

W E=˙26.851611.50.75

=35.8112 [kW ]

Y con la eficiencia del motor de 100% despejamos la potencia suministrada y sustituimos W E

W Eηmotor=W s

W s=35.8112[kW ]

3. Memoria de cálculos. (30%) Datos obtenidos

T1=Tamb [°C] 20

T2 [°C] 106

P1=Patm[Kg/cm2] 0.796

P2[Kg/cm2] 6.6

N [RPM] 382

Tt [°C] 20

ht [cmH2O] 12

Ad [cm2] 5

Ai [cm2] 4.4

LD[cm] 6.7

KR [Atm/mm] 1/2.5


1.- Índice PolitrópicoPara un proceso de combustión politrópico

Se cumple: T 1 P11−nn =T 2P2

1−nn

Despejamos n y sustituyendo T1 abs , T2abs, P1, P2abs

n=

1

1−ln (T 1

T 2)

ln ( P1P2 )

n=

1

1−ln ( (20+273.15 )K

(106+273.15 )K)

ln ( 0.7966.6+0.796

)

=1.13046

2.- Volumen desplazado Vd [ m3

min]

Datos Diámetro del pistón D=0.1779 [m]Diámetro del vástago Dv=0.0349 [m]Carrera L=0.1524 mRPM N=382 rpm

Sustituyendo datos

vD=V DD+V DI→vD=[π D2

4xLxN ]+¿

vD=[ π 0.177924x 0.1524 x382]+¿

3.- Capacidad Cantidad de aire medido en la descarga del compresor Q[ m

3

min]

Datos H=58.5 [cmHg]dt= 2.54 cm

Sustituyendo datos H, dt y datos obtenidos Tt y ht

Q=0.03005 dt2√ ht x ttH

Q=0.03005 2.542√ 12 x (20+273.15 )K58.5

= 1.50338 [ m3

min]


4.- Eficiencia volumétrica ηv

ηv=QvD

Sustituyendo la capacidad y el volumen desplazado

ηv=1.503382.8384

=0.52964 ηv=52.964%

5.-Presión media efectiva indicada

Pmei=Ad+AiLD

∗K R (N/m2)

Sustituyendo de datos obtenidos Ad,Ai,LDy KR

Pmei=

(4.4+5)cm2

6.7 cm∗1atm

2.5mm∗101.325 KPa

1atm∗10mm

1cm=568.63[KPa]

6.-Potencia Indicada WI [w]

W I=Pmei∗VDSustituimos la presión media efectiva indicada y el volumen de]splazada

W I=568.63 [KPa ]∗2.8384[ m3

min ] 1[min]60 [s ] =26.85[Kw ]

7.-potencia teorica de compresión

W T=n1−n

M RT1[P2P1

n−1n −1] W T=

n1−n

QP1[ P2P1n−1n −1]

W T=

1.130461−1.13046

∗1.50338 [ m3

min]

60[ s]∗9.806∗0.796 [ kgf

cm2 ]

0.0001 [m2]∗[ (6.6+0.796 )[kgf /cm2]

0.796 [kgf /cm2]

1.13046−11.13046 −1]

=-4.7155 [kW]

8.-Eficiencia de compresión ηcomp


ηcomp=WtWI

Sustituyendo potencia indicada y la potencia teórica de compresión

ηcomp=4.7155[kW ]26.9[Kw ]

= 0.17599 ηcomp=17.52%

4. Del archivo anexo. “Guía de aire comprimido” Lea y realice un listado con su justificación de al menos diez ventajas del ahorro de energía en las instalaciones de aire comprimido. (20%)

1.- Utiliza el aire caliente para otros procesos como son el secado, cortinas de calefacción en entradas abiertas de edificios o para precalentar aire de combustión.

2.- Los secadores refrigerativos son adecuados para secar el aire comprimido en un 80% de los casos. Con ellos se evitan las pérdidas de presión provocadas por la instalación de filtros en la red y se consume solamente un 3% de la energía que el compresor usaría para compensar las pérdidas de presión causadas por dichos filtros.

3.- Determinar y prevenir el nivel de fugas ayuda a mantenerlas menores al 10% evita las perdidas en la capacidad.

4.- Antes de incrementar la presión de operación en los puntos de uso, reducir las caídas de presión del sistema, porque al incrementarla, además de aumentar el consumo de energía, acentuara precisamente los problemas de fugas dentro del sistema.

5.- Se aprovecha directamente el aire caliente que sale del sistema de refrigeración del compresor para su uso en la calefacción. El calor derivado se conduce por un sistema de ductos hasta las estancias que se quiera dotar de calefacción.

6.- Con un intercambiador de calor también es posible extraer el calor de desperdicio de los aceites lubricantes utilizados para producir agua caliente, potable o no potable.

7.- La ventaja de controlar la presión y evitar la alta presión en el sistema, aparte de ahorrar energía, aumenta la vida útil de instrumentos, válvulas, uniones y empaques y en algunos casos se reduce la inversión al no tener que comprar válvulas reductoras.

8.- El diseño apropiado de la unidad de recuperación de calor, recupera desde un 50% hasta un 90% de esa energía térmica aprovechable en otras cosas.

9.- Los filtros de aire y la tubería a la entrada del compresor deben mantenerse limpios por lo tanto se debe de dar mantenimiento periódico para ver si se encuentran en buen estado y evitar caídas de presión o aumentos de presión. Un filtro en buen estado no reduce la capacidad ni la eficiencia del compresor.


10.- Mantener las caídas de presión menores a 10% entre la planta de compresión y el punto más alejado de consumo, son una gran ventaja ya que evitan un desempeño pobre del sistema y, por lo tanto, un consumo excesivo de energía ya que por cada 2 psi de caída de presión se tendrá un aumento aproximado de un 1% en el costo equivalente de la potencia consumida por el compresor.

5. Comentarios y libros consultados

Bibliografía

Termodinamica. Cengel-Boles Energy conversión systems. Jhon Wiley & Sons http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articulose/maquinashidraulicas/comprimido/

comprimido.htm

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