Ensayos en Un Compresor de Aire

 

 

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA E AP INGENIERIA EN ENERGIA

LABORATORIO DE ENERGIA I PRACTICA DE LABORATORIO N° 7

“ENSAYOSENUNCOMPRESORDEAIRE ”  GRUPO: “ ”  INTEGRANTES:

  

  Marcelo Ureña Jesus   Moreno Perea Becquer   Vilela Urcia Derlyz

PROFESOR:



  Neil A. Velásquez Díaz 

FECHA DE EJECUCION:

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  26/01/17

FECHA DE ENTREGA: E NTREGA:



  02/02/17 2017

 

I. 

Objetivos.-

  Conocer en forma objetiva el funcionamiento de un

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compresor alternativo y sus aplicaciones   Analizar y comprobar formulas termodinámicas en el proceso de generación de aire comprimido   Evaluar los parámetros de salida en un ciclo de compresión de aire   Reconocer las características de un ciclo termodinámico de compresión de aire







II. 

Fundamento Fundament o teórico.-

Compresor de aire, también llamado bomba de aire, 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.

 

  Para la producción del aire comprimido se utilizan compresores, que elevan la presión del aire, a la deseada. Podemos clasificar los compresores en dos grandes tipos, según su principio de funcionamiento: - Compresores de desplazamiento positivo, en donde se comprime aire por una reducción de su volumen. Son los más empleados por la industria. - Turbocompresores, que funcionan según la ecuación de Euler. Dentro de los primeros podemos subclasificarlos como: a) Compresores alternativos o de émbolo, que constan de uno o varios cilindros, con sus correspondientes émbolos, y el sistema biela - manivela (que transforma el movimiento rotativo continuo de la máquina motora en un movimiento rectilíneo alternativo). b) Compresores rotativos, que constan de una carcasa y uno o varios rotores, que crean un volumen variable, con su movimiento rotativo. Cálculo teórico del ciclo de trabajo de un compresor de desplazamiento El trabajo que se debe dar al compresor para que realice este ciclo, es la suma algebraica de los trabajos de cada proceso, por lo que el trabajo total es igual a la suma del trabajo de aspiración, más el trabajo de compresión, más el trabajo de descarga. Podemos analizar estos trabajos, a) Compresión isoterma. (Compresión a temperatura constante, por tanto, con refrigeración perfecta).

 

b) Compresión adiabática. (Compresión sin refrigeración) Es decir, el trabajo que se ha de realizar sobre el fluido, en el proceso de compresión es igual al incremento de energía interna que sufre el fluido. c) Compresión politrópica. En la realidad, no se da, ni una ni otra de las evoluciones anteriores; lo que se consigue es una intermedia, es decir una compresión con refrigeración imperfecta, que realmente la podemos describir como una compresión politrópica con un exponente n, comprendido entre: 1 < n < 1,4 Usualmente, para compresores pequeños refrigerados por aire: n = 1,35

Para compresores medianos refrigerados por agua: 1,2 < n < 1,3 Si realizáramos un estudio energético, de todos los procesos, veríamos que el que gasta menos energía es el proceso isotérmico, por lo que nosotros elegiremos compresores que se acerquen lo más posible a este tipo de proceso. Características esenciales: Se denomina desplazamiento o cilindrada, es el volumen barrido en su recorrido por el émbolo. Es un dato que normalmente aparece en los catálogos, aunque su utilidad es relativa, según veremos.

 

Se denomina volumen muerto o espacio perjudicial, al volumen residual que existe entre la cara superior del émbolo en el PMS, y la parte interior de la culata. Normalmente se indica en tanto por ciento de la cilindrada y suele rondar entre el 3 y el 10%. Este volumen provoca, que debido a la expansión del aire comprimido en este espacio, en la carrera de aspiración el volumen de aire realmente entrado al cilindro, sea manifiestamente inferior a la cilindrada. Se denomina caudal teórico, al producto de la cilindrada por el número de revoluciones por segundo. Se denomina relación de compresión (rc), a la relación entre la presión de descarga y la de aspiración. r c

 pdesc arg a 

 paspiracion

 

Debido a que este factor es determinante en la potencia del compresor. Rendimientos. Rendimiento indicado o interno que nos facilita el grado de alejamiento entre el ciclo real respecto al ideal. (Aprox. Un 80%)  i

W ideal  

W indicado

 

Rendimiento mecánico que nos facilita la relación entre el trabajo indicado o real, y el trabajo necesario en el eje. Esto nos proporciona una idea de las pérdidas mecánicas que tienen el compresor. (Aprox. Un 90%).  mi



W indicado W eje

 

 

Rendimiento volumétrico, es la relación entre el caudal realmente aspirado por el compresor y el caudal teórico.  volumetrico



 real  m  teorico m

 

El compresor típico opera a un promedio del 70% de plena carga. • El del Nirvana reduce el coste total de energía en un 22% -30%, comparado

con un compresor de aire rotativo de velocidad fija. • El Nirvana de 2 etapas produce aproximadamente un 11 -15% más de aire

que un compresor de aire de una sola etapa. • Máximos ahorros energéticos del Nirvana de 2 etapas que pueden alcanzar

el 33%-41%.

COMPRESIÓN EN ETAPAS

El grado de compresión 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 ya que relaciones de compresión más altas necesitan un compresor voluminoso que encarece el equipo. 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 3,5-4.

 

Según sea el n nºº de etapas, la relación de compresión compresión

c en en cada cada etapa es:

Siendo n el nº de etapas, que permite disponer de una relación de compresión ideal idéntica en cada etapa. En un compresor de dos o más etapas se puede establecer una relación de compresión total, que es la relación entre la presión absoluta final en la descarga de la última etapa y la presión absoluta inicial en la aspiración de la primera etapa.

DIAGRAMA DE UN COMPRESOR DE DOS ETAPAS

En la compresión en etapas, se puede refrigerar el aire entre cada una de ellas mediante un sistema de refrigeración, cuya acción principal es la de dispersar el calor producido durante la compresión. La refrigeración intermedia perfecta se consigue cuando la temperatura del aire que sale del refrigerador intermedio es igual a la temperatura del aire a la entrada en la aspiración del compresor. Cuando las relaciones de compresión de todas las etapas sean iguales, se logra un consumo de potencia mínimo. Si aumentamos el número de etapas, la compresión se acercará a la isoterma del aire inicial, que es la transformación de compresión que requiere menos trabajo. La compresión en dos o más etapas permite mantener la temperatura de los cilindros de trabajo entre límites razonables; temperaturas anormalmente

 

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 Fig. I.17 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 de una sola vez. 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. De la observación de la Fig. I.17 se deduce que, para compresores de una etapa, o de dos etapas, de simple efecto, pero en la primera fase de compresión, la curva de compresión está siempre comprendida entre la isotérmica y la adiabática, pero aproximándose más a la segunda que a la primera, lo que refleja un proceso politrópico.

 

  Para un compresor de dos etapas, el trabajo teórico efectuado es mínimo cuando los dos cilindros logran idéntica cantidad de trabajo. Debido a que el cilindro de alta presión tiene que admitir todo el aire entregado por el cilindro de baja presión, la presión del refrigerador intermedio viene fijada por el tamaño de los cilindros. El trabajo total es, TAP + TBP.

REFRIGERACIÓN

Durante la compresión se engendra calor, y si no se elimina, se eleva la temperatura del aire a medida que se va v a comprimiendo. En la mayoría de las aplicaciones, la elevación de la temperatura que sufre el fluido al ser comprimido T2 > T1, es perjudicial para su utilización. Por lo tanto, los compresores se refrigeran para evitar este efecto y reducir el trabajo absorbido por la compresión. Siendo poco práctico que el aire

 

retenga todo su calor, se recurre a eliminarlo a medida que se comprime mediante procedimientos apropiados.

REFRIGERACIÓN INTERMEDIA

Sabemos que para grandes relaciones de compresión hay que acudir a la compresión por etapas. La principal ventaja de este tipo de compresión es que permite una refrigeración del fluido (vapor o gas) entre etapa y etapa, que se traduce en un ahorro de la energía a aportar para mover el compresor, tomando la precaución de no refrigerar en exceso, ya que pudiera ser que el ahorro de energía de compresión fuese inferior al de los gastos de refrigeración.

 

 CLASIFICACIÓN DE LOS COMPRESORES ALTERNATIVOS

POR EL NÚMERO DE ETAPAS

Los compresores se pueden clasificar, atendiendo al estilo de actuar la compresión, de una o dos etapas. Compresores de una etapa.- Se componen básicamente de un cárter con cigüeñal, pistón y cilindro. Para su refrigeración llevan, en la parte exterior, aletas que evacuan el calor por radiación y convección; se utilizan en aplicaciones en donde el caudal está limitado y en condiciones de servicio intermitente, ya que son compresores de pequeñas potencias. En estos compresores, la temperatura de salida del aire comprimido se sitúa alrededor de los 180ºC con una posible variación de ±20ºC.

Compresores de una etapa.- Se componen básicamente de un cárter con cigüeñal,

pistón y cilindro. Para su refrigeración llevan, en la parte exterior, aletas que evacúan el calor por radiación y convección; se utilizan en aplicaciones en donde el caudal está limitado y en condiciones de servicio intermitente, ya que son compresores de pequeñas potencias. En estos compresores, la temperatura de salida del aire comprimido se sitúa alrededor de los 180ºC con una posible variación de ±20ºC.

 

 

Compresores de dos etapas 

El aire se comprime en dos etapas; en la primera (de baja presión BP) se comprime hasta una presión intermedia pi = 2 a 3 bars, y en la segunda (de alta presión AP), se comprime hasta una presión de 8 bars. Estos compresores son los más empleados en la industria cubriendo sus caudales una extensa gama de necesidades. Pueden estar refrigerados por aire o por agua. El aire comprimido sale a unos 130ºC con una variación de ± 15ºC.

POR EL MODO DE TRABAJAR EL PISTÓN

De simple efecto.- Cuando un pistón es de simple efecto, Fig I.19a, trabaja sobre

una sola cara del mismo, que está dirigida hacia la cabeza del cilindro. La cantidad de aire desplazado es igual a la carrera por la sección del pistón.

De doble efecto.- El

pistón de doble efecto trabaja sobre sus dos caras y delimita

dos cámaras de compresión en el cilindro, Fig. I.19b. El volumen engendrado

 

es igual a dos veces el producto de la sección del pistón por la carrera. Hay que tener en cuenta el vástago, que ocupa un espacio obviamente no disponible para el aire y, en consecuencia, los volúmenes creados por las dos caras del pistón no son iguales.

De etapas múltiples.-

Un pistón es de etapas múltiples, si tiene elementos

superpuestos de diámetros diferentes, que se desplazan en cilindros concéntricos. El pistón de mayor diámetro puede trabajar en simple si mple o doble efecto, no así los otros pistones, que lo harán en simple efecto. Esta disposición es muy utilizada por los compresores de alta presión, Fig I.19c.

D e pistón pistón di di f er encia nci al.- El pistón diferencial es aquel que trabaja a doble

efecto, pero con diámetros diferentes, para conseguir la compresión en dos etapas, Fig. I.19d. Su utilidad viene limitada y dada la posición de los pistones está cayendo en desuso.

PUESTA EN MARCHA Y PARADA DE LOS COMPRESORES ALTERNATIVOS

En las instrucciones suministradas por el fabricante, se suelen detallar estas operaciones; no obstante, en términos generales se puede decir: Puesta en marcha de compresores alternativos

1. Comprobar líneas, válvulas, juntas, etc. 2. Comprobar los sistemas de lubricación y niveles de aceite. Algo de aceite debe ir al cilindro directamente, pero mucho aceite puede ensuciar las

 

válvulas (hollín) y es antieconómico. Poco aceite puede ser causa de un desgaste prematuro de los anillos del pistón. Poner en marcha el sistema en caso de cilindros lubricados. 3. Comprobar el sistema de refrigeración de agua del cilindro y hacer circular el agua antes de ponerlo en marcha, para prevenir un sobrecalentamiento y pérdida de engrase. 4. Girar el volante lentamente para dar algunas emboladas y desalojar cualquier líquido que pudiera haber en el cilindro, y repartir bien el aceite 5. Arrancar el compresor en descarga y con las válvulas de admisión y escape cerradas y el bypass abierto. Después abrir la impulsión y cerrar el bypass. A continuación ir abriendo la válvula de aspiración lentamente. De esta manera se da tiempo a evaporar todo el líquido. Durante todo el arranque el compresor debe tener las válvulas 2 y 3 de succión abiertas del todo (bloqueadas a tope). Así tenemos la seguridad de que el compresor no trabaja en carga. 6. Poner en carga el compresor, primero al 25%, después 50% y por último al 100%.

 

III. 

Materiales y equipo

         

    

IV. 

01 Compresor alternativo 01 Multímetro 01 Pinza amperimetrica 02 Manométrico 01 Pirómetro

Procedimientos.-

  Verificar inicialmente el estado del equipo y líneas de



conexión eléctrica.   Anotar los valores de placas de motor eléctrico.



  Encender el compresor y verificar el valor de la presión de



trabajo   Tomar datos de los valores de tensión   Tomar lectura del termómetro de aire Elaborando así los resultados. 



V. 

Resultados.-. Presión 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170

T(°C) 63 70 76 88 94 102 110.4 118 122.4 124.1 137.8 148.2

V(v) 214 212 213 217 211 214 210 213 217 214 212 209

I(Amp) 16.3 16.8 17 17.6 18 18.4 19 19.5 19.6 20 20.2 20.6

Pot. 3488.2 3561.6 3689 3819.2 3798 3937.6 3990 4153.5 4253.2 4280 4282.4 4305.4

 

VI. 

Cuestionario

  Graficar Potencia eléctrica, Corriente vs presión



Pot vs Presion 4200 4100 4000 3900       t      o        P

3800 3700 3600 3500 3400 0

20

40

60

80

100

120

140

160

100

120

140

160

Presion

I vs Presion 20 19.5 19 18.5        I

18 17.5 17 16.5 16 0

20

40

60

80 Presion

 

  Hallar los valores del trabajo del compresor en función al



volumen desplazado y las presiones

Presión 60 70 80 90 100 110

T(°C) 63 70 76 88 94 102

V(v) 214 212 213 217 211 214

I(Amp) 16.3 16.8 17 17.6 18 18.4

120 130 140 150 160 170

110.4 118 122.4 124.1 137.8 148.2

210 213 217 214 212 209

19 19.5 19.6 20 20.2 20.6

Pot 3488.2 3561.6 3689 3819.2 3798 3937.6 3990 4153.5 4253.2 4280 4282.4 4305.4

  

 

  Que es rendimiento politrópico y rendimiento isotérmico



  Se llama “rendimiento politrópico” al cociente de los



trabajos politrópico e indicado para un ciclo, o de las potencias politrópica e indicada:

  Análogamente se puede definir el rendimiento isotermo:



  Graficar un ciclo de



compresión de aire en un

diagrama P vs V y T vs S

  Investigar sobre el uso de aire comprimido en la zona industrial a.  El aire comprimido presenta numerosas aplicaciones en los



talleres mecánicos, entre las más destacadas: Talleres de reparación de automóviles, Talleres de Hinchado y reparación

 

de neumáticos, Talleres de Chapa y Pintura de vehículos principalmente. Las herramientas neumáticas son cada vez más empleadas en los trabajos dentro de un taller mecánico. Herramientas como Atornilladores neumáticos, Clavadoras y Remachadoras neumáticas, Taladradoras neumáticas y Pistolas de aire para pintado aerográfico son las principalmente utilizadas. b.  La industria de la fabricación de Calzado y Marroquinería utiliza muchas herramientas y maquinaria que precisa de aire comprimido para su correcto funcionamiento. Desde máquinas de corte neumáticas a máquinas de coser que utilizan el aire comprimido en todo tipo de electroválvulas para el corte de hilo, pasando por máquinas de montado y prensado del zapato. Incluso en el proceso pr oceso de acabado se utilizan pistolas de aire comprimido para difuminar y mejorar el acabado del calzado y marroquinería. c.  Además de toda la maquinaria neumática para la fabricación de muebles así como los útiles neumáticos tales como grapadoras y atornilladores neumáticas, el aire comprimido se utiliza principalmente en las pistolas de aire comprimido para conseguir terminaciones y acabados muy específicos donde un rodillo de pintura no consigue un buen acabado.

VII.  Bibliografía.-

  http://books.google.com.pe/books?id=1rIBBXQhmCwC&pg=P



A426&lpg=PA426&dq=compresion+diagrama+ts&source=bl&ots=iiU_De5h6c&sig=GJX4z88RYaCabUB2sxJCTf 

 

K3Hng&hl=es&sa=X&ei=PgfuULvgD4no9ASG4CgCw&ved=0CEYQ6AEwBQ#v=onepage&q=compresion%20d iagrama%20t-s&f=false

  http://www.google.com.pe/webhp?sourceid=chrome-



instant&ion=1&ie=UTF-8#hl=es&tbo=d&sclient=psyab&q=compresion+diagrama+ts&oq=compresion+diagrama+ts&gs_l=hp.3...226372.227689.1.228193.8.8.0.0.0.5.213.1455. 0j6j2.8.0...0.0...1c.1.0BVNKsG4CPo&pbx=1&bav=on.2,or.r_gc. r_pw.r_qf.&bvm=bv.1357316858,d.eWU&fp=adcc1dc785949 464&ion=1&biw=1366&bih=624