1. OBJETIVOS

2. METODO

3. EQUIPO Y MATERIALES

4. MARCO TEORICO

Práctica # 1 Maquinas Térmicas II

LABORATORIO DE INGENIERIAS

LABORATORIO DE TERMODINAMICA

Práctica Nº GRUPO Nº TEMA ASIGNATURA

1 COMPRESORES Maquinas Térmicas II

- Obtener las curvas características de un compresor centrífugo a velocidad constante.

- Medición de las diversas variables implicadas en la obtención de las curvas características.

- Operación del compresor centrífugo disponible en el laboratorio.

- Compresor Centrífugo FM42.

- Software de control.

4.1 Compresor Centrífugo

Los compresores de etapas múltiples son utilizados en la industria para alimentación de flujos de gas o aspiración a altas presiones. La energía cinética impartida al gas por la rotación del impulsor es convertida en energía de presión que aumenta progresivamente de una etapa a otra.

Los compresores centrífugos son utilizados principalmente para aplicaciones de compresión en campo. Todas estas aplicaciones comparten requerimientos tales como: rendimiento eficiente, alta confiabilidad, durabilidad y facilidad de mantenimiento. La comprensión en campo impone además requerimientos adicionales en el diseño de los equipos.

En los compresores centrífugos, el desplazamiento del fluido es esencialmente radial. El compresor consta de uno o más impulsores y de números de difusores, en los que el fluido se desacelera. El fluido aspirado por el centro de una rueda giratoria, ojo del impulsor, es impulsado por los álabes de ésta y debido a la fuerza centrífuga, hacia los canales del difusor. Después que la energía cinética se ha convertido en presión, el fluido es conducido hacia el centro del próximo impulsor y así sucesivamente.

Las velocidades de funcionamiento son bastante altas comparadas con otros compresores. La gama comprendida entre 50.000 - 100.000 r.p.m. es bastante frecuente en industrias aeronáuticas y especiales donde el peso es un factor dominante.

Los compresores centrífugos, con velocidades próximas a las 20.000 r.p.m. suele ser la gama comercial más común, aún cuando están fabricando con velocidades un tanto mayores. Debido a las elevadas velocidades con que se construyen los compresores dinámicos de tamaño medio, se utilizan cojinetes amortiguadores inclinados o abiertos en lugar de los rodillos, que son los que se incorporan a los compresores de desplazamiento.

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Práctica # 1 Maquinas Térmicas II

El caudal mínimo de un compresor centrífugo, está limitado principalmente por el flujo de la última etapa.

4.2 Funcionamiento

Un compresor centrífugo eleva la presión de una gas, acelerando primero las moléculas de gas y luego convirtiendo la velocidad de las mismas (energía cinética), en presión (energía potencial). El gas entra al ojo (centro) del impulsor y es acelerado hacia la periferia del mismo, a medida que este gira. Inmediatamente después, el gas entra a un difusor donde su dirección es cambiada, causando desaceleración, lo cual convierte la energía cinética del gas en energía potencial (presión). Si se quiere conseguir una presión mayor, la cámara de retorno dirige el gas hacia el ojo del siguiente impulsor. El gas entra posteriormente en un colector o voluta al terminar una etapa de compresión y el descargado al proceso o pasa a un intercambiador de calor antes de ir a otras etapas de compresión.

4.3 Ventajas

I. En el intervalo de 2.000 a 200.000 ft3/min., y según sea la relación de presión, este compresor es económico porque se puede instalar en una sola unidad.

II. Ofrece una variación bastante amplia en el flujo con un cambio pequeño en la carga. III. La ausencia de piezas rozantes en la corriente de compresión permite trabajar un largo tiempo

entre intervalos de mantenimiento, siempre y cuando los sistemas auxiliares de aceites lubricantes y aceites de sellos estén correctos.

IV. Se pueden obtener grandes volúmenes en un lugar de tamaño pequeño. Esto puede ser una ventaja cuando el terreno es muy costoso.

V. Su característica es un flujo suave y libre de pulsaciones

4.4 Desventajas

I. Los compresores centrífugos son sensibles al peso molecular del gas que se comprime. Los cambios imprevistos en el peso molecular pueden hacer que las presiones de descarga sean muy altas o muy bajas.

II. Se necesitan velocidades muy altas en las puntas para producir la presión. Con la tendencia a reducir el tamaño y a aumentar el flujo, hay que tener mucho más cuidado al balancear los motores y con los materiales empleados en componentes sometidos a grandes esfuerzos.

III. Un aumento pequeño en la caída de presión en el sistema de proceso puede ocasionar reducciones muy grandes en el volumen del compresor

IV. Se requiere un complicado sistema para aceite lubricante y aceite para sellos

Fig. 4.1 Compresor centrifugo de dos etapas.

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5. DESARROLLO

Práctica # 1 Maquinas Térmicas II

5.1 PREPARACION Y AJUSTE DEL EQUIPO

Verificar la conexión del autotransformador a la consola de control del dispositivo.

Enlazar mediante conexión USB la consola IFD7 con la computadora.

Fig. 5.1 Compresor Centrífugo.

5.2 PROCEDIMIENTO

Ingresar al software FM42 CENTRIFUGAL COMPRESSOR.

Presionar FAN ON para encender el equipo y ajustar la velocidad del compresor al 100% en la casilla de control, posteriormente cerrar la apertura de salida en 2/3.

Esperar que se estabilice el sistema y mediante el botón tomar una muestra.

Reducir la velocidad del compresor al 90%, una vez que el sistema se halle estable tomar una nueva

muestra con .

Ahora se reducirá la velocidad en un 10% hasta llegar al 0% de celeridad y se tomará una muestra respectiva en cada uno de los ajustes.

Abrir una nueva hoja de datos mediante el botón .

Cerrar la apertura de salida hasta la mitad.

Realizar el procedimiento anterior reduciendo la velocidad desde el 100% hasta el 0% tomando muestras en cada ajuste.

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6. CÁLCULOS Y RESULTADOS

Práctica # 1 Maquinas Térmicas II

Abrir la apertura de salida completamente y abrir una nueva hoja de datos por medio del botón .

Ajustar la velocidad del compresor al 100% y presionar para tomar una muestra.

Cerrar la apertura de salida lentamente y tomar muestras a la par del cierre.

Una vez realizado el experimento, presionar FAN ON para detener el compresor.

Guardar los resultados para luego abrirlos mediante el programa Excel.

NOMENCLATURA SIMBOLOGIA UNIDAD

Diferencial de presión dpc Pa

velocidad n Rpm

Presión Atmosférica P Pa

Presión de entrada P1 Pa

Presión de descarga P2 Pa

Área A m2

Densidad del aire ρ kg/m3

Volumen de descarga Qv m3/s

Volumen de entrada V1 m3/s

Volumen de salida V1 m3/s

Presión total del compresor Ptc Pa

Torque t N-m

Potencia mecánica Pm W

Potencia de salida del compresor Pu W

Eficiencia global η / Egr %

Algunos de las fórmulas y constantes necesarias para este ejercicio son:

Diferencial de presión d pc=p2−p1 Pa

Área de entrada A1=π ∙d1

2

4m2

Área de descarga A2=π ∙ d2

2

4m2

Volumen de descarga QV =Cd ∙ π ∙d2 ∙√2 ∙ ρ∙ d pc

4 ∙ ρm3/s

Velocidad de entrada V 1=Q1

A1

m/s

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8. CONCLUSIONES

7. ACTIVIDADES DEL ALUMNO

Práctica # 1 Maquinas Térmicas II

Velocidad de descarga V 2=Q2

A2

m/s

Presión total del compresor Ptc=[ (V 22−V 1

2 ) ∙ ρ

2 ]+( p2−p1 ) Pa

Potencia Mecánica de salida Pm=2 ∙ π ∙ n∙ t

60W

Potencia de salida del compresor Pu=Q v∗Ptc W

Eficiencia global Egr=η❑=Pu

Pm

×100 %

CONSTANTE MEDIDA UNIDAD

Densidad del aireρ (según temperatura de

trabajo)kg/l

Gravedad g=9,81 m/s2

Presión atmosférica P=74,66(en Cuenca) kPa

Velocidad n (obtenido del software) rpm

Coeficiente de descarga Cd=0,596

Diámetro de entrada d1=100 mm

Diámetro de descarga d2=75 mm

Torque T (Obtenido del software) N-m

7.1 Llenar la siguiente tabla con los resultados del cálculo :

QV Ptc Pm PU w entrada Egr

7.2 Realizar el gráfico de las curvas características del compresor que se ha demostrado en la práctica.

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9. CUESTIONARIO

Práctica # 1 Maquinas Térmicas II

1. Defina que es un compresor centrífugo en sus propias palabras.

2. ¿Cuál es el tipo de impulsor más empleado en los compresores centrífugos?

3. ¿Cuál es la función del pistón de balanceo?

INFORME

a. Como marco teórico se debe abordar y profundizar los siguientes temas:

1. Curvas características de un compresor centrífugo.2. Partes que constituyen un compresor centrífugo.3. Mantenimiento de compresores.

b. El informe que a entregarse debe contener la siguiente estructura base.

1. Tema.2. Objetivos.3. Marco teórico. (un máx. de 3 planas)4. Procedimiento de la práctica.5. Cálculos / Gráficas/ Esquemas.6. Análisis de resultados.7. Conclusiones.8. Bibliografía.9. Anexos (Cuestionario resuelto).

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