UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica AVS/CVS. INGENIERIA CIVIL MECANICA PROGRAMA DE PROSECUCION DE ESTUDIOSVESPERTINO ASIGNATURA 9518 MAQUINAS TERMICAS NIVEL 4 EXPERIENCIA C923 “ENSAYO DE UN COMPRESOR ALTERNATIVO” UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica AVS/CVS. “ENSAYO DE UN COMPRESOR ALTERNATIVO” TITULO: 1. OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO 1.1. Medición del caudal, tiempo de llenado y vaciado del estanque de acumulación como función de la presión y temperatura en el estanque. 1.2. Determinar la capacidad de bombeo del compresor. 1.3. Obtener la curva de rendimiento del compresor. 2. BASE CONCEPTUALES 2.1 Medición de caudal Para facilitar la medición de caudal de aire, se hará uso de una placa orificio conectada a la línea de consumo de aire del estanque de acumulación del compresor. Bajo estas condiciones el aire se comporta como incompresible. datos Placa orificio D d (1) (2) 0 Q h Manómetro inclinado d = 30.95 (mm). D = 79.50 (mm). Q = caudal (m3/s). h = columna de agua (mm). g = 9.806 (m/s2). w = peso especifico del agua (kgf/m3). a = peso especifico del aire (kgf/m3). CQ = coeficiente de gasto = 0.62. UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica AVS/CVS. El caudal viene dado por: d2 Q 0.62 4 [1] 2g W a hW 4 d 1 D m /s 3 Aquí hw = lectura de h actual – lectura de h inicial (considerada lectura “0” o ho) o bien hw = h – ho, en mm de H2O [2] 2.2 Potencia y rendimiento del compresor La potencia ( Wc ) de un compresor a pistón se obtiene como k k 1 P k 2 Wc Q P1 P 1 k 1 1 Si Q está dada en (m3/s) y P en ( [3] N = pascales) la potencia resulta medida en Watts. m2 El rendimiento volumétrico del compresor se calcula con v caudal medio 2 4 D L n donde: Wc = potencia consumida por el compresor. Q = caudal volumétrico bombeado por el compresor y medido con la placa orificio. P1 = presión ambiental. P2 = presión interna del estanque de acumulación. k constante adiabática (cp/cv) = gas ideal k = 1.4 gas industrial k = 1.3 [4] UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica AVS/CVS. D = diámetro del pistón del compresor. L = carrera del pistón. n = número de revoluciones del compresor (rpm). 2.3 Ecuación de gas ideal Esta ecuación se utiliza para calcular la masa que se acumula en el estanque del compresor como función de la presión P2 y de la temperatura T2 P2 = mRT2 [5] en que: P2 = presión medida en el manómetro del estanque. = volumen del estanque. R = constante particular del aire. T2 = temperatura medida en el interior del estanque. m masa acumulada en el estanque. = 3. EQUIPO EXPERIMENTAL Para la realización de esta experiencia se hace uso de los siguientes equipos e instrumentos: 3.1 Compresor a pistón del tipo alternativo Características técnicas del compresor Marca = Mohrfoll. Modelo = V100. Caudal = 41.3 (pie3/min) = 19.49 (l/s). Presión máxima = 150 (PSI) = 10.55 (bar). Potencia del motor = 10 (HP). n (velocidad) = 600 (rpm). Diámetro pistón = D = 4 ½” = 11.43 (cm). Carrera = L = 3 ¾” = 9.53 (cm). Volumen estanque = o = 100 (galones) = 378.5 (l). Embolada = V = 2 L D2/4 (l). Nº de pistones = 2. Posición de cilindros = en V paralelos. UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica AVS/CVS. 3.2 Medidor de caudal Para esta operación se utiliza una placa orificio que forma parte de otro equipo de laboratorio instalado en la cercanía del compresor. La altura de presión “h” se mide mediante un manómetro inclinado tal como se muestra en la fotografía adjunta. La lectura “h” que se mide es equivalente a una altura vertical que representa la misma altura de presión como si el tubo manométrico fuera vertical. UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica AVS/CVS. La forma de operar se expuso en el punto 2.1. 3.3 Equipos o accesorios manuales - Cronómetro - Termómetro digital - Termómetro de contacto UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica AVS/CVS. 4. METODO OPERACIONAL 4.1 Se energiza el motor eléctrico del compresor. 4.2 Para medir el tiempo de llenado y el aire acumulado se procede de la siguiente manera: a. Tener estanque de acumulación inicialmente vacío. b. Tener cerrada la válvula de consumo de aire (caudal cero). c. Poner en funcionamiento el compresor y luego tomar lecturas simultáneas de presión P2 y tiempo. Estas lecturas deben estar separadas en rangos de P2 de 10 en 10 PSI. Ejemplo: P2 (PSI) 0 10 20 .. t (s) 0 6 14 .. d. La toma de datos termina cuando el compresor se detiene a P2 máxima. 4.3 Vaciado del estanque Para esta operación se procede como sigue: a. Mantener el estanque completamente lleno a la máxima presión P2. b. Se abre completamente la llave de descarga del compresor. c. Se toma el valor de la presión P2 al mismo tiempo que se mide el caudal instantáneo en la placa orificio y el tiempo. d. Igual que en el caso anterior, cada vez que varíe P2 en 10 PSI se mide el caudal (con h) y el tiempo. P2 (PSI) 160 150 140 … h (mm) 50 48 43 .. t (s) 0 4 6 .. e. Este proceso termina cuando el estanque se ha vaciado completamente, esto es, cuando P2 y h hayan llegado a cero y el tiempo indique un valor que fue el máximo ocupado. UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica AVS/CVS. 4.4 Llenado y vaciado simultáneo del estanque a. Se debe mantener el estanque totalmente vacío. b. La válvula de salida o de consumo del estanque que llega a la placa orificio debe estar abierta. c. Al poner en funcionamiento el compresor se observa que levemente empiezan a subir la presión P2 y el valor de h. Aquí todos los valores iniciales son ceros. P2 (PSI) 0 10 20 … h (mm) 0 5 8 .. t (s) 0 12 22 .. d. La medición termina cuando el compresor se detiene. 5. DATOS EXPERIMENTALES Y RESULTADOS 5.1 Llenado de estanque Datos iniciales: Presión atmosférica = Pa = Temperatura ambiente = Ta = (mmHg) (ºC) Esquema de la instalación (1) (2) P1 P2 V0 T2 V0 = 378.5 (l) Tabla Nº1 Datos de laboratorio P2 t (PSI) (s) 0 0 10 15 20 31 30 53 .. .. P2 (bar) [6] Resultados P02/P01 t (-) (s) [9] m (kgm aire) [11] UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica AVS/CVS. Los valores finales se calculan con las siguientes fórmulas. P2 P2 (PSI) 14.22 bar [6] 1 bar = 1 kg/cm2 P0 P01 Pa (mmHg) 735.7 bar [7] P02 = P01 + P2 [bar] [8] P02 P01 [9] Q 2.089 W a hW [10] m [11] P02 0 R T2 kgm l/s UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica AVS/CVS. ANALISIS DE RESULTADOS 1. Llenado de estanque Los gráficos que se muestran a continuación son obtenidos de los resultados de la Tabla Nº1. m (kgm) m (kgm) P2 (bar) t m m m tg t t (s) t (s) P2 (bar) 5.2 Vaciado de estanque Datos iniciales: Presión atmosférica = Pa = (mmHg) Temperatura ambiente = Ta = (ºC) Esquema de la instalación Placa orificio la (1) (2) P1 P2 V0 T2 Q se determina con los valores de placa orificio. (3) m3 Q [12] UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica AVS/CVS. Tabla Nº2 P2 (PSI) Datos de laboratorio t h (s) (mm H2O) P2 (bar) Resultados m Q 3 (kg (m /s) m) ANALISIS DE RESULTADOS m (kgm) P2 (bar) P2 (bar) t (s) . m (kgm/s) m (kgm) P2 5.3 Vaciado y llenado del estanque (bar)en forma simultánea. Datos iniciales: Presión atmosférica = Pa = Temperatura ambiente = Ta = (mmHg) (ºC) t (s) ṁ (kgm/s) UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica AVS/CVS. Esquema de la instalación Placa orificio (1) (2) P1 P2 V0 T2 Q (3) m3 Q m P02 0 R T2 [13] P m 02 0 t RT2 [14] Tabla Nº3 Datos de laboratorio P2 t h (PSI) (s) (mm H2O) P2 (bar) Q (m3/s) Resultados m (kgm) ANALISIS DE RESULTADOS P2 (bar) P2 (bar) t P2 P2 tg t Q (l/s) t (s) ṁ (kgm/s) P2/t (bar/s) UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica AVS/CVS. m (kgm) P2 m m tg P2 P2 (bar) m m P02 0 t t RT0 5.4 Rendimiento volumétrico Datos de laboratorio Q1 P2 t (l/s) (PSI) (s) Po2/P1 (-) Resultados v (%) v t (s) P02/P01 6. INFORME 1. Completar las tablas de resultados según lo estime el alumno. 2. Evaluar el caudal del compresor en función de la presión de trabajo. 3. Rendimiento del compresor. 4. Otros aspectos que el profesor desee evaluar. UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica AVS/CVS. 7. BIBLIOGRAFIA CONSULTADA 8. APENDICE (si el alumno estima conveniente)