universidad de santiago de chile

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”
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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.
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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]
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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.
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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.
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La forma de operar se expuso en el punto 2.1.
3.3 Equipos o accesorios manuales
-
Cronómetro
-
Termómetro digital
-
Termómetro de contacto
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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.
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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]
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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
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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]
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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)
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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)
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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.
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7. BIBLIOGRAFIA CONSULTADA
8. APENDICE (si el alumno estima conveniente)