Compresor Experimental de Aire

 

Compresor experimental de aire (2 Etapas) 1) 1)   OBJETIVO: Conocer el funcionamiento de un compresor alternativo de 2 etapas, para lo cual se aplicaran los conocimientos teóricos adquiridos. 2) 2)   EQUIPO: Descripción # de cilindros Carrera (mm) Diámetro Interior (mm) Volumen de Desplazamiento (mm) Volumen Muerto (cm3) Presión Máxima (bar) Relación de Velocidades Motor-Compresor Eficiencia de la transmisión Rango de Velocidades

Primera (Baja Presión) 2 101.6 101.6

Etapas

Segunda (Alta Presión) 1 101.5 76.2

1.647

0.463

29.5 10.3

28.2 13.8

3:1

3:1

0.98 300 500

0.98 300 500





3) 3)   MARCO TEORICO: Compresor de Aire: El Compresor de aire es una máquina que disminuye el volumen de una determinada cantidad de aire y aumenta su presión por procedimientos mecánicos. El aire comprimido posee una gran energía potencial, ya que si eliminamos la presión exterior, se expandiría rápidamente. El control de esta fuerza expansiva proporciona la fuerza motriz de muchas máquinas y herramientas, como martillos neumáticos, taladradoras, limpiadoras de chorro de arena y pistolas de pintura.

 

Compresión en etapas: El grado de compresión εc es el cociente entre la presión absoluta de descarga p2 y la presión absoluta de admisión o entrada p1. Puede tener cualquier valor pero en la práctica, en compresores de una sola etapa no suele pasarse de relaciones de compresión de 3,5 a 4, ya que relaciones de compresión más altas necesitan un compresor compresor voluminoso que encarece el equipo. Además como toda compresión compresión lleva consigo un aumento d dee temperatura de los gases que se procesan, existe el riesgo de que éstos salgan excesivamente calientes, lo que perjudicaría tanto el equipo mecánico como la lubricación de la máquina. Cuando la relación de compresión es muy grande, se aconseja el empleo de compresores de varias etapas escalonadas con o sin refrigeración intermedia, cada una de las cuales tiene una relación de compresión del orden de 3,5 a 4. Según sea el nº de etapas, la relación de compresión en cada etapa es:

  √ 

 

Donde: n: Es el nº de etapas, que permite disponer disponer de una relación de compresión compresión ideal idéntica en cada etapa. Compresores de dos etapas: El aire se comprime en dos etapas: - En la primera (BP) se comprime hasta una presión intermedia Pi = 2 a 3 bar. - En la segunda (AP), se comprime hasta una presión de 8 bares. Estos compresores son los más empleados en la industria. Pueden estar refrigerados por aire o por agua. El aire comprimido sale a unos 130ºC con una variación de ± 15ºC.

Diagrama P vs. V en un compresor de 2 etapas

 

Diagrama de un compresor de 2 etapas: La compresión en dos o más etapas permite mantener la temperatura de los cilindros de trabajo entre límites razonables; temperaturas altas llevan consigo el riesgo de explosiones y carbonización del aceite lubricante y problemas en las válvulas. Los compresores más usuales en el mercado tienen refrigeración intermedia, y son de dos etapas. El diagrama indicado en la figura anterior corresponde a un compresor de dos etapas, y en ella los diagramas independientes de cada cilindro se consideran como si fueran de un compresor de una etapa. La superposición de los diagramas de trabajo correspondientes al cilindro de baja presión, que es el que comprime el aire aspirado hasta una presión aproximada de 2 a 3 bar, y al de alta presión, que comprime el aire recibido hasta la presión de trabajo o descarga, indica que la energía que requiere el conjunto de cilindros es muy inferior a la que exigiría si toda la compresión se hubiera realizado en una etapa. El área rayada corresponde a un trabajo perdido que se realiza dos veces sobre el aire, en la expulsión del cilindro de baja presión y en la compresión del cilindro de alta presión. 4) 4)   PROCEDIMIENTO: - 

-  -  -  -  -  - 

Antes de encender el equipo: a)  a)  Verificar que los manómetros inclinados se encuentren en cero. b)  b)  Llenar los pozos de aceite donde van colocados los termómetros. c) c)   Drenar el condensado del inter enfriador, post enfriador y tanque de almacenamiento. 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 y accionar las llaves de funcionamiento en vacio. Pedir instrumentación adicional en el almacén a lmacén (6 termómetros, tacómetro, cronometro e indicador de diagrama). Ubicar los reguladores de velocidad en su posición mínima. Encender primero el compresor de alta presión, pr esión, luego el compresor de baja presión. Cuando la presión en el tanque de almacenamiento se acerca al valor deseado, abrir lentamente la válvula de estrangulamiento, siendo la posición correcta de esta para la obtención de una presión constante en el tanque cuando las caídas de presión tanto en la tobera y orificios de entrada sean iguales.

 

5) 5)   DATOS OBTENIDOS: Presión de Aire Pto. (Kgf/cm2) P6 P2 1 12.7 3.2 2 8 1.6 3 8 2.25 4 8 4

Temperatura de Aire (ºC) TA 24.8 24.8 24.8 24.8

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 27 115 36 120.5 36.2 28.5 25 24 76 25 103 23 30 22 25 118 26 105 24 31 23 25 123 32 71 30 29 22.5

Dinamómetro de baja presión

h0 20.5 13.5 16 14.5

Dinamómetro de alta presión

Pto.

1 2 3

1205.5 1075 1250

Fuerza (Kgf) 6.8 5.2 7.2

4

120 0 1200

7.2

RPM

Volt. (V) 195 212 242

Amp. (A) 15 12 17

230

17

1118.2 1475 750

Fuerza (Kgf) 5.4 4 3.5

Volt. (V) 170 220 105

Amp. (A) 12.5 10.5 9.2

725

3.5

105

9

RPM

Temperatura de Agua de Refrigeración (ºC) Tia T1a T2a T3a T4a  24 40.5 29.5 36 33.5 24 34 25 27.5 27.5 24 41 28.5 28 26.1 24 43 30 28 27

Manómetros (mm.H20) hT 20 17 12 12

Altura de los medidores de Agua (cm de H2O)

Área del diagrama indicado (cm2)

CBP

IE

CAP

PE

CBP

CAP

30.9 21.5 25.3

29.1 31 30.3

20.5 40 39.1

25 30.6 30.1

4.8 3.73 3

5.1 3.07 1.3

39

30

25

30

3.43

2.57

6) 6)   METODOS DE CÁLCULO: A continuación se detallan los cálculos con los primeros datos obtenidos (punto 2). a)  a)  Flujo de Agua de Refrigeración: Ref rigeración:

          

Compresor de Baja:

Compresor de Alta:             

                   

Inter enfriador:

 

Post enfriador:

 

b) b)   Flujo de Aire: Utilizando el medidor de la caja de aire cuyo diámetro de orificio es 31.95mm.

 

   √   √         ̇  √   √     √        

Donde: PA: Presión Barométrica (bar) H=h0 (m de H2O) TA: TBS (K) c) c)   Potencia Eléctrica: Para ambos motores:

      

   

d) d)   Potencia al Eje:       

         

 

 

e) e)   Potencia Entregada: Considerando una Eficiencia Mecánica de 0.98:



   

f) f)   Potencia Indicada:

             ̅   ̇  ̅     

Además:

̅ ̇    

Donde: Presion Media Indicada (bar) Presion : Volumen desplazado por unidad de tiempo (m3/s) : Constante de Resorte (bar/m) : Área del Diagrama (m 2) : Longitud del diagrama (m)

 

 

 

 

    ̅       ̅      

   

Debido a que la relación de velocidades motor/compresor es 3:1

     ̇                           ̇         

Potencias Indicadas:

            ̇                       ̇ ̇        ̇  ̇       ̇ ̇                      

 

g) g)   Calores Absorbidos por el agua de refrigeración:

 

 

 

 

 

h) h)   Energía Aprovechable:

 

 

i) i)   Perdida de Calor por Radiación y Convección:

 ̇  ̇   ̇   ∑                               [( )  ]   

 

 j)  j)   Eficiencias Mecánicas:

 

 

k) k)   Eficiencias Volumétricas Aparentes:





 

Donde:  



 

 

  

(Primera Etapa)    (Segunda Etapa)



         [(  )  ]       [()  ]  



  

 





    

  

   

  



 



 

l)  l)  Eficiencias volumétricas Reales: - 

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

 )       (      ̇      ̇      ̇                               ̇        ̇      ̇    

 

 

  

 

 

- 

En el compresor de alta presión:

 

 

 



 

 

m) m)   Potencia Isotérmica y Eficiencia Térmica: - 

En el compresor de baja:

  )             (                ( )   

 

 

- 

En el Compresor de Alta:

 

 

 

7) 7)   RESULTADOS OBTENIDOS: Pot. Eléctrica (Kw) CBP 1 2.925 2 2.544

CAP

CBP

CAP

Pot. Entregada (Kw) CBP

CAP

Pot. Ind (Kw) CBP

CAP

(%)

(%)

(%)

CBP







CAP

CBP

CAP

CBP

 (%)

CAP

CBP

CAP

72.2 71.88

62.4 35.61

79.2 61.06

2.679 1.97 1.827 1.928

2.62 1.79

1.934 2.069 2.06 9 1.302 2.87 78.5 67.32 95 90 81.86 1.89 1.9425 1.4403 1.198 108.4 76.205 97.98 89.64 73.6

3 4.114 0.966 2.942 0.858

2.88

0.84

1.794

0.31

1.921 62.24

4

2.768

0.813 0.81 3

2.044

0.684

2.496 73.87 84.12 94.97 96.34 68.23 82.65 59.09 66.24

3.91

2.12 2.31

Pot. al eje (Kw)

Calor por Refrig. (Kw)

0.945 2.824 0.829

36.88

97.02 92.33 68.81 126.58 51.73 160.66

8) 8)   CONCLUSIONES:

9) 9)   BIBLIOGRAFIA: -  -  - 

Guía de Laboratorio http://www.sapiensman.com/neumatica/neumatica3A.htm http://libros.redsauce.net/Compresores/PDFs/1Compresores.pdf