Practica 1 Maquinas Termicas

Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Culhuacán Lab. Maquinas Térmicas Practica No 1: Compresor de movimiento alternativo Grupo: 7MM1 Equipo: Alumnos: Gómez Pérez Iván Zarate Córdoba Jorge Antonio Ramírez Guerra Gerardo Avellaneda León Iván Fecha de entrega: 15/03/2016

Objetivos: Generales: 1. Repasar la definición de compresor, los tipos de compresores, la utilidad y aplicaciones de los gases comprimidos y en particular del aire. 2. Repasar el ciclo teórico convencional con espacio muerto y el ciclo real de un compresor de movimiento alternativo. Para el compresor de laboratorio, con una etapa: 1. 2. 3. 4.

Conocer sus componentes principales. Conocer sus sistemas de instrumentación. Aprender a operar el equipo: su arranque, operación y paro. En base a datos de mediciones de prueba, efectuar los cálculos para determinar: - El desplazamiento. - Relación de presiones del compresor. - El flujo másico del aire. - La capacidad de aire libre. - El rendimiento volumétrico real.

Potencia y eficiencia: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Potencia eléctrica suministrada. Potencia en la flecha del motor eléctrico. Eficiencia del motor eléctrico. Potencia en la flecha del compresor. Potencia indicada en el compresor. Eficiencia del compresor. Potencia teórica obtenida (del ciclo teórico con espacio muerto sin enfriamiento). 8. Eficiencia del ciclo de compresión.

DESCRIPCION DEL EQUIPO Compresor de movimiento alternativo marca. Gilkes, 1ª etapa. Este compresor permite medir 3 tipos de presiones y temperaturas durante el proceso del sistema, al igual podemos regular la entrada de corriente hacia el motor eléctrico, en el cual observamos el voltaje y amperaje al que estaremos trabajando.

Tiene los siguientes componentes: -

-

Compresor: El compresor que utiliza este equipo es un compresor de embolo, que permiten trabajar con caudales de diferentes magnitudes y con un amplio rango de relación de compresión. El funcionamiento de este tipo de compresor es muy parecido al de un automóvil. Este compresor funciona solo con un cilindro, que trabaja con eje en el que porta una manivela (cigüeñal), acciona la biela que produce un movimiento alternativo en el pistón. Al bajar el pistón, entra aire por la válvula de aspiración; en ese momento la válvula de salida está cerrada. Cuando el pistón desciende hasta el punto muerto inferior las dos válvulas se cierran, en este momento empieza la compresión de aire que ha entrado en el cilindro, debido al inicio de ascenso del pistón. Cuando este aire está comprimido al máximo, entonces se abre la válvula de salida y el aire comprimido es descargado en el depósito y comienza a viajar hacia el circuito a través de los conductos del mismo. El tipo de enfriamiento con el que cuenta este compresor es por medio de aletas que están expuestas al ambiente en el que se encuentra. Motor eléctrico a 110 V. Por medio de una banda y poleas se transmite en movimiento mecánico del motor hacia la polea del cigüeñal del compresor. Tanque almacenador de aire. Sistema de tuberías. Manómetros para presiones y temperaturas. Indicadores eléctricos.

USOS DE AIRE COMPRIMIDO Comenzaremos por la definición de aire comprimido: El aire comprimido es aire atmosférico común que se ha comprimido con un compresor a una presión más alta que la presión atmosférica. El aire seco consta principalmente de oxígeno y nitrógeno. En la atmósfera también hay agua que se mezcla en el aire seco hasta formar un determinado contenido de humedad, dependiendo de la temperatura y del posicionamiento terrestre. El aire comprimido es un medio que puede almacenar grandes cantidades de energía de forma segura y fiable. Esta forma de energía está muy difundida y se utiliza en prácticamente todas las ramas industriales en todo el mundo. Casi el 90% de todas las empresas fabricantes utilizan aire comprimido de una u otra forma en sus procesos de producción. Los medios energéticos comparables como gas, agua y electricidad se suministran normalmente en el lugar de producción por proveedores de energía externos. Estos proveedores deben seguir los requisitos de calidad, ambientales y de seguridad establecidos por autoridades, clientes y organizaciones sectoriales. El aire comprimido, por el contrario, no suele ser suministrado por proveedores externos, sino que se produce en el lugar de uso. Por consiguiente, es responsabilidad del usuario cumplir con los requisitos de calidad y reducir el coste de producción en la medida de lo posible. El aire comprimido es desde muchos puntos de vista un medio energético ventajoso. Es limpio e inocuo, fácil de almacenar y transportar, y sumamente útil para una gran variedad de aplicaciones industriales. El aire comprimido se puede usar para muchos fines; desde la propulsión de herramientas neumáticas para crear movimientos y elevaciones, o para limpiar, desplazar y enfriar materiales. Algunos de los usos industriales que tiene el aire comprimido son los siguientes: 1. Aire comprimido para talleres mecánicos de automóviles: es un elemento muy habitual en talleres mecánicos, en este caso nos referimos a los de automóviles. Normalmente el aire comprimido se utiliza para alimentar herramientas de funcionamiento neumático como atornilladores neumáticos, clavadoras, remachadoras, taladradoras neumáticas. En otras ocasiones se utiliza para pistolas aerografícas para atomizar o aplicar sprays de barnices o pinturas, que de otra forma son difíciles de bombear. 2. Aire comprimido en la industria del calzado: las prensas para la fabricación de calzado vulcanizado necesitan un compresor de aire

comprimido capaz de mantener una elevada presión en el circuito para obtener una adecuada vulcanización. Durante el acabado del zapato se utilizan pistolas de difumar barnices y pinturas para obtener el deseado acabo del calzado antes de su envasado. 3. Aire comprimido en la industria textil: el sector textil ha utilizado el aire comprimido principalmente para el funcionamiento de ciertas herramientas neumáticas y para la limpieza de zonas críticas en los telares como son los peines y la agujas. 4. Aire comprimido en talleres de carpintería mecánica: el aire comprimido está ampliamente utilizado en talleres de carpintería metálica y madera, no solo herramientas como engrapadoras o remachadoras neumáticas utilizan el aire comprimido para su correcto funcionamiento, sino cada vez más se utilizan prensas neumáticas capaces de realizar por ejemplo en aluminio todo tipo de ranuras, punzonados, taladros, mediante un pistón neumático. 5. Aire comprimido en la industria agroalimentaria y bebidas: el empleo del aire comprimido en la industria de la alimentación y las bebidas es mas que impresionante. Procesos donde el aire comprimido debe estar 100% exento de aceite para controlar válvulas y actuadores en líneas automatizadas de llenado, envasado y embotellado.

En México existen variedad de empresas que se dedican al expendio de aire comprimido, principalmente en modo de cartuchos, ya que empresas que necesitan de aire comprimido prefieren generarlo y evitar costos extras.

DIAGRAMAS DE TUBERIA E INSTRUMENTACION

LECTURA, DATOS Y CALCULOS Toma de datos. Lectura

N (rpm)

T1 (°C)

T2 (°C)

T3 (°C)

TA (°C)

P1 (mm H2O)

P3 (mm H2O)

1 2 3

450 550 650

15 15 15

50 70 90

15 19 21

20 20 20

4 7 11

11 19 28

ΔP (mm H2O ) 57 112 175

P2 (bar/psi)

V (volts)

I (Amperes)

.25 / 4 .75 / 12.5 .9 / 15

160 220 260

2.5 3 3.75

5

700

15

100

25

20

14

32

201

.9 / 15

278

3.9

Ejemplo de cálculo (realizado con lectura 1). Convirtiendo presiones a pascales y temperaturas a °kelvin; obteniendo P4 (absoluta antes del orificio): - P = h*ρ*g P1 = (

4 mmH 2 O 1000 mm (1m)) (1000

kg /m3 ) (9.81 m/s²)

P1 = 39.24 Pa P1 abs = P1 + Pabs = 39.24 Pa + 78,000 Pa P1 abs = 78,039.24 Pa - T = °C + 273 T1 = 15°C + 273 T1 = 288 K - P4 = P3 + h P4 = 78,107.91 Pa + 559.17 Pa P4 = 78,667.08 Pa P1 = 78,039.24 Pa (abs)

T1 = 288 K

P2 = 114,772 Pa (abs)

T2 = 323 K

P3 = 78,107.91 Pa (abs)

T3 = 288 K

ΔP = h = 559.17 Pa

TA = 293 K

P4 = 78,667.08 Pa (abs)

Patm = 78,000 Pa

1. Flujo másico de aire. fm=6.305 x 10−6

(

P4 xh T3

fm=2,46 x 10−3

0.5

)

=6.305 x 10−6

Kg s

2. Relación de compresiones. rp=

P 2 114772 = P 1 78039.24

(

( 78,667.08 ) (559.17 ) 288

0.5

)

rp = 1.47 3. Densidad del aire. ρ=

Patm = R∗TA

78 KPa KJ (0.287 )(293 K ) KgK ρ=.9275

Kg m3

4. Capacidad de aire libre. 3

−3

CA Pal =

fm 2.46 x 10 m 3600 s = =2.65 x 10−3 ( ) ρ .9275 s 1hr 3

CA Pal =9.54

m hr

5. Desplazamiento. D= A∗L∗N∗C∗E

π A= ( .0667 m )2=3.494 x 10−3 m2 4

(

D=( 3.494 x 10−3 ) ( .0635 m) 7.5

D=11.98

m3 hr

CA P al 9.54 = x 100 D 11.98 δvol=79

- Potencias – 1. Eléctrica. Pe = V*I = (160v) (2.5A) Pe = 400 W

3

rev 1 min rev =7.5 min 60 s s

(

rev ( ) ( ) m 3600 s 2 1 =3.328 x 10−3 s s 1hr

6. Rendimiento volumétrico. δvol=

N=450

)

(

)

)

2. En la flecha del motor. Pfm=T∗ω

(

Nm=N∗rt= 7.5

rev rev ( 3.5 )=26.25 s s

rad .∙. ω=2 π ( Nm )=2 π ( 26.25 )=164.93 s

)

T = F*l = (21.5N) (.18m) = 3.87 Nm Pfm=( 3.87 ) ( 164.93 ) Pfm=678.27 W

3. En la flecha del compresor. Pfc=δmec ( Pfm ) =( .95 )( 678.27 ) Pfc=644.35 W

4. Potencia indicada. Pind =δi ( Pfc )=( .8 ) ( 644.35 ) Pind =515.48 W 5. Potencia teórica.

[

k∗fm∗R∗T 1 PT =− 1−K

10 ∗0.287∗288 [ ( ][( r p )−1]=−[ 1.4∗2.46 x1−1.4 ] 1.47 )−1] k−1 k

−3

1.4−1 1.4

PT =0.082 KW

Nota: Para lecturas 2, 3 y 4 se realiza el mismo procedimiento con sus datos correspondientes.

Tablas de resultados. Lectura

1. fm (Kg/s)

2. rp

3.

ρ

(Kg/mᶟ)

4. CA Pal (mᶟ/hr)

5. Desplazamiento (m)

6. δ vol (%)

1

2.46 x 10−3 1.47

.9275

9.54

11.98

79

2

3.44 x 10.3 2.47

.9275

13.35

14.64

91

3

4.30 x 10

4

4.59 x 10

−3

2.764

.9275

16.69

17.30

96

−3

2.763

.9275

17.81

18.64

95

Potencias: Lectura 1 2 3 4

1. Pe (W) 400 660 975 1084.2

2. Pfm (W) 678.27 780.15 921.95 992.92

3. Pfc (W) 644.35 741.14 875.85 943.27

4.

Pind

(W) 515.48 592.91 700.68 754.61

5.

PT

(KW) 0.082 0.293 0.419 0.447

BIBLIOGRAFIA http://quantum.cucei.udg.mx/~gramirez/menus/introduccion/compresores.h tml http://www.pwut.ac.ir/FA/Staff/ShamshirGaran11/PresantationFiles/Air %20Compressor-English.pdf Prácticas de Termodinámica I y II, Transferencia de calor.