Practica: motor a combustión interna, Apuntes de Termodinámica Aplicada

¡Descarga Practica: motor a combustión interna y más Apuntes en PDF de Termodinámica Aplicada solo en Docsity!

Laboratorio de

Termodinámica Aplicada

Práctica 2

Flujo estacionario o estado estacionario

Compresor reciprocante de baja presión

Torres Rodríguez Oscar Said

Ingeniería Mecánica

Grupo: 8297

FLUJO ESTACIONARIO O ESTADO ESTACIONARIO

COMPRESOR RECIPROCANTE DE BAJA PRESIÓN

CUESTIONARIO PREVIO

Previo a la realización de la práctica se deberá entregar resuelto el siguiente cuestionario.

1. ¿Qué es un compresor?

Un compresor es una máquina cuya función consiste en incrementar la presión de un fluido. Al

contrario que otro tipo de máquinas de similar función , el compresor eleva la presión de

fluidos compresibles como el aire y todo tipo de gases.

Su funcionamiento consiste en unos cambios de energía entre la máquina y el fluido, donde el

trabajo que ejerce el compresor es transferido al fluido que pasa por él convirtiéndose en

energía de flujo. En este proceso se aumenta la presión y la energía cinética que impulsa al

fluido a salir.

2. ¿Qué dice el principio de desplazamiento positivo?

Consiste en que el movimiento del fluido en la máquina se produce por la variación, aumento o

disminución, del volumen de una cámara. La zona de aspiración y la de impulsión deben

permanecer separadas.

3. Explique seis aplicaciones de un compresor.

Para inflar llantas, para operar accesorios neumáticos, como pistolas de clavos,

destornilladores y grapadoras neumáticas, para suministrar plantas de producción, ofrecer una

fuente confiable de energía, para máquinas de correa de dos etapas o compresores de tornillo

rotativo, para pistolas de pintura.

4. Realice un mapa conceptual de la clasificación de los compresores

a) Ley de Boyle :La ley de Boyle es una ley de los gases, que establece que la presión y el

volumen de un gas tienen una relación inversa. Si el volumen aumenta, entonces la presión

disminuye y viceversa, cuando la temperatura se mantiene constante.

Por lo tanto, cuando el volumen se reduce a la mitad, la presión se duplica; y si el volumen

se duplica, la presión se reduce a la mitad.

No es necesario conocer el valor exacto de la constante (k) para poder hacer uso de la ley: si

consideramos las dos situaciones de la figura, manteniendo constante la cantidad de gas y la

temperatura, deberá cumplirse la relación:

b) Ley de Charles

Según la ley de Charles, si un globo se llena con un gas calentado, su volumen debe

expandirse. A un volumen elevado, el globo ocupa un volumen mayor con el mismo peso

que el aire circundante; su densidad ahora es menor que la del aire frío y, en consecuencia,

el globo comienza a elevarse.

c) Gay Lussac

Descubrió la relación entre la presión de un gas y su temperatura absoluta. La Ley de

Gay-Lussac establece que la presión de una determinada masa de gas varía directamente

con la temperatura absoluta del gas, cuando el volumen se mantiene constante.

LABORATORIO DE TERMODINÁMICA APLICADA 2

FLUJO ESTACIONARIO O ESTADO ESTACIONARIO

COMPRESOR RECIPROCANTE DE BAJA PRESIÓN

OBJETIVO

Realizar un estudio completo del compresor de baja presión del laboratorio, considerando

el ciclo de compresión ideal y real, en base a un proceso adiabático isentrópico. Así como

las correcciones a las ecuaciones teóricas del ciclo real, empleando la carta generalizada de

compresibilidad.

EQUIPO Y MATERIAL

Compresor reciprocante de baja presión, manómetros tipo Bourdon y de columna de

agua, termómetro electrónico digital.

INTRODUCCIÓN

La tendencia de las industrias modernas en todo el mundo es la de construir plantas más

grandes con equipos más grandes y confiables para producir mayor cantidad de artículos al

menor costo y así poder competir en un mercado globalizado.

En la mayoría de las industrias de procesos, el compresor es un equipo clave que se utiliza

para comprimir aire que será usado para darle energía de trabajo a instrumentos y válvulas

o para operar máquinas automáticas de molido, llenado, estampado, troquelado, y para

operar un sin fin de aplicaciones diversas; se emplean también para comprimir gases en

procesos químicos, gases refrigerantes; asimismo, se usa el compresor en estaciones de

compresión de gas natural en los campos de extracción de petróleo para poder

transportarlo a través de grandes distancias hasta los centros de consumo.

El compresor es una máquina capaz de incrementar la presión de un gas, vapor o mezcla

de gases y vapores. La presión se incrementa por la reducción del volumen específico del

fluido durante su paso por la máquina.

De un paso

De múltiples pasos

Enfriados por aire

Enfriados por agua

Impulsados por máquina de gas integral

Impulsados por máquina de gas separada

∙ Compresores rotativos

Tipo de abanico deslizante

De dos lóbulos

De tres lóbulos

De pistón líquido

II. Tipo dinámico.

∙ Compresores de flujo radial (compresores centrífugos)

De una etapa

De dos o más etapas:

Modular

Horizontal

Seccional

∙ Compresores de flujo axial

∙ Compresores de chorro

COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Los compresores de tipo reciprocante son máquinas de dos tiempos de émbolo y de

cilindro con válvula de admisión y descarga.

Durante el primer tiempo se abre la válvula de admisión y se realiza el retroceso del

émbolo al punto muerto anterior (pma), durante el segundo tiempo, esta se cierra la

válvula de admisión, el émbolo avanza al punto muerto posterior (pmp) realizando la

compresión, y se abre la válvula de escape.

El émbolo funciona mediante un mecanismo de biela, manivela y corredera

Cuando exclusivamente un extremo del émbolo actúa como compresor, se llama de acción

simple o de un paso.

Cuando ambos extremos del émbolo actúan como compresores, se llama de doble acción y

tiene aproximadamente doble de capacidad que el de acción simple en cuanto a volumen

comprimido.

Atendiendo al método que emplea la máquina para elevar la presión del fluido, el

compresor puede ser de uno a múltiples pasos

∙ El compresor de un solo paso toma fluido de la atmósfera o de un recipiente

adecuado, lo comprime con el avance del émbolo y lo descarga a la presión que

haya logrado en ese avance.

∙ El compresor de múltiples pasos toma igualmente el fluido de la atmósfera o de un

recipiente adecuado de gran tamaño, lo comprime con el avance del émbolo y lo

descarga a la válvula de admisión de un cilindro de mayor presión, el cual

recomprime el fluido descargándolo a esa presión o bien a un tercer paso de

compresión, y así sucesivamente; los cilindros de recompresión deben estar

diseñados de tal manera que sus volúmenes sean inversamente proporcionales a

las presiones de entrada del fluido.

Normalmente los compresores se construyen de dos pasos; uno de compresión y otro de

recompresión, aunque pueden hacerse arreglos de compresores en paralelo que

descarguen en cabezales comunes para lograr mayor volumen de fluido comprimido y no

mayor presión.

Salvo casos especiales (cuando se requieren muy altas presiones) se emplean compresores

de 4 y 6 pasos de compresión.

Gases ideales

Un gas ideal sólo es ideal en el sentido de que sigue las leyes de los gases perfectos

Ley de Boyle. Es la relación entre la presión y el volumen

Si se mantiene constante la temperatura de una cantidad dada de gas, su volumen

varía en relación inversa a la presión absoluta durante la variación de su condición o

estado.

Ley de Charles y Gay Lussac

Primer enunciado

∙ Si la presión sobre una cantidad particular de gas se mantiene constante, entonces,

con una variación de la condición o estado, el volumen variará en proporción

directa a su temperatura absoluta.

Empleando el factor de compresibilidad generalizado se determina con precisión el

comportamiento presión-temperatura de cualquier gas.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Antes de operar el compresor de baja presión del laboratorio es necesario realizar las

siguientes actividades:

▪ Identificar las partes del compresor (ver figura 1).

▪ Revisar el nivel de aceite en el compresor.

▪ Eliminar cualquier objeto extraño del compresor.

▪ Conectar el suministro de energía.

▪ Anotar los valores iniciales de los manómetros.

▪ Cerrar la válvula de descarga del tanque recibidor, localizado en la parte inferior del

tanque

▪ Cerrar la válvula de alivio color naranja del manómetro.

Figura 1. Compresor de baja presión

Arrancar el equipo, accionando el interruptor de encendido y girando el reóstato en

sentido manecillas del reloj, hasta que alcance una velocidad de 600 rpm.

▪ La presión P2 deberá mantenerse en 6 bar constante.

▪ La temperatura T2 deberá estar arriba de 150 °C.

La presión P2 se mantiene constante, abriendo un poco la válvula de alivio color naranja.

Inicio de toma de lecturas, cuando la temperatura T2 no varié y la presión P2 se mantenga

en 6 bar manométrica, se procede al llenando la tabla 2.1 correspondiente.

Finalizada la primera toma de lecturas se procede a aumentar la velocidad del compresor,

girando en sentido horario el reóstato hasta que el compresor obtenga 700 rpm y

nuevamente se toman los valores correspondientes, llenando la tabla 2.2, y por último

para 800 rpm, llenando la tabla 2.3. Manteniendo siempre 6 bar durante la toma de

valores.

Al terminar la toma de lecturas se procede a disminuir la velocidad del compresor, girando

en sentido antihorario el reóstato hasta que el compresor se detenga y posteriormente se

debe abrir el interruptor de encendido.

Descargar el aire del tanque recibidor, abriendo un poco la válvula de descarga ubicada en

la parte inferior de mismo.

La figura 2 y 3 facilitan la comprensión de los procesos termodinámicos que ocurren en el

interior del compresor.

Figura 2. Ciclo sin espacio perjudicial

SECUENCIA DE CÁLCULOS

I. CICLO IDEAL DE COMPRESIÓN

1. Volumen desplazado en el cilindro por el pistón,

2. Volumen de succión en el compresor,

3) Potencia adiabática ideal del compresor,

4. Volumen del gas en la descarga

II. CICLO REAL DE COMPRESIÓN

1. Volumen del gas reexpandido

2. Volumen del gas útil en la succión

3. Potencia adiabática real del compresor,

4. Volumen del gas en la descarga

diagrama de la figura 4 y 5, asimismo con los valores de presión y temperatura reducida

respectivas_._

3. Volumen del gas reexpandido

4. Volumen del gas útil en la succión

5. Potencia adiabática real del compresor

6. Volumen del gas en la descarga

7. Eficiencia volumétrica

8. Eficiencia volumétrica con datos del fabricante

Nota 3: para este cálculo, se emplearán los datos y valores que proporciona el fabricante del

compresor con la finalidad de comparar la eficiencia volumétrica con la obtenida mediante las

ecuaciones anteriores.

Tabla 1: Datos del fabricante

Presión

Manométrica (bar)

Volumen

m

3

0.0 (^) 2.294 x 10

1.0 (^) 2.307 x 10

2.0 (^) 2.319 x 10

3.0 (^) 2.331 x 10

4.0 (^) 2.345 x 10

5.0 (^) 2.360 x 10

6.0 (^) 2.373 x 10

7.0 (^) 2.388 x 10

8.0 (^) 2.401 x 10

9.0 (^) 2.414 x 10

10.0 (^) 2.425 x 10

Nota4: Antes de que inicie el arranque del equipo, los instrumentos de medición deberán estar

calibrados, de no ser así, anotar los valores de las lecturas antes de operar el equipo y cuando esté

en operación, siendo la diferencia de ambas el valor real

LECTURAS EN EL EQUIPO

Tabla 2:1: Lecturas a 600 rpm

Concepto Símbolo Unidad Lectura

Presión en la succión mm H 2 O 7

Presión en la descarga bar 6

Presión después de la placa

de orificio

mm H 2 O 0

Caída de presión en la placa

de orificio

mm H 2 O 91

Temperatura en la succión °C 26

Temperatura en la descarga °C 150

Temperatura antes de la

placa de orificio

°C 24

Velocidad de compresor rpm 600

Tabla 3:2: Lecturas a 700 rpm

Concepto Símbolo Unidad Lectura

Presión en la succión mm H 2 O 9

Presión en la descarga bar 6

Presión después de la placa

de orificio

mm H 2 O 4

Caída de presión en la placa

de orificio

mm H 2 O 38

Temperatura en la succión °C 26

Temperatura en la descarga °C 210

Temperatura antes de la

placa de orificio

°C 26