Bienvenidos Stemians retomando el tema anterior que explique la importancia que tiene el saber todo lo relacionado con el Banco de Vapor, hoy le voy hablar sobre los compresores alternativos en el área de termodinámica .
El conocimiento del funcionamiento mecánico y comportamiento termodinámico de los compresores alternativos es de gran importancia en nuestra formación como persona, en cualquier empresa o industria conseguimos un compresor, e incluso en nuestro hogar, las neveras emplean un compresor sellado para comprimir el refrigerante. El compresor es un dispositivo muy común se emplea para hacer funcionar los cilindros neumáticos, para llenar de aire los neumáticos en las estaciones de servicio, para permitir el funcionamiento de aerógrafos, para aplicaciones industriales, etc .
Los compresores
Son máquinas que aspiran un gas a una presión baja y lo impulsan comprimido a una presión mayor que la de aspiración. Se utilizan principalmente para comprimir aire a presión más o menos alta, aspirado de la atmósfera, para el accionamiento neumático de máquinas u accesorios.
En este post se plasma el conocimiento obtenido con la realización de pruebas con un compresor de 2 etapas con refrigeración intermedia los cuales se utilizan cuando se trabajan con relaciones de compresión grandes, es decir que la presión de salida es mucho mayor que la de entrada.
Durante la elaboración de la práctica se realizan diversas mediciones de temperatura, presión y caudal en diferentes puntos importantes del compresor, con los cuales calculamos la eficiencia volumétrica de la primera etapa de compresión, trabajo de compresión, la potencia requerida en cada etapa, caudal de agua utilizado para enfriamiento del equipo, cantidad de calor extraído por el agua de enfriamiento después de cada etapa de compresión.
Esquema del sistema compresor alternativo instalado en el laboratorio de la universidad Unexpo
Los objetivos de este post son :
1.-Analizar los procesos termodinámicos que intervienen en un compresor.
2.-Aplicar los conceptos de trabajo de compresión y rendimiento volumétrico al compresor.
3.-Determinar el rendimiento volumétrico de la primera etapa de compresión.
Para conseguir elevar la presión del aire atmosférico se han estudiado y desarrollado cuatro fundamentales familias de compresores que corresponden a otros tantos sistemas basados en principios mecánicos bien diferentes, los cuales tienen cada uno, y con respecto a los otros, sus ventajas e inconvenientes. Estas familias pueden distinguirse de acuerdo con sus características funcionales a la hora de conseguir el aumento de presión de aire atmosférico y podemos establecer su clasificación del siguiente modo:
• Compresores Alternativos.
• Compresores Volumétricos.
• Compresores Centrífugos.
• Compresores Intercambiadores de Onda de Presión
La entrada de trabajo en un compresor se minimiza cuando el proceso de compresión tiene una ejecución internamente reversible. Cuando los cambios en las energías cinética y potencial son despreciables el trabajo viene dado por:
Una forma de minimizar el trabajo del compresor es aproximarlo tanto como sea posible a un proceso internamente reversible con lo cual se minimizan irreversibilidades como la fricción, turbulencia y la compresión en no cuasiequilibrio. Otra manera de reducir el trabajo del compresor es mantener el volumen específico del gas tan pequeño como sea posible durante el proceso de compresión. Lo cual se logra si se mantiene la temperatura del gas en el valor más bajo posible durante la compresión, puesto que el volumen específico de un gas es proporcional a la temperatura. Por tanto reducir, la entrada de trabajo a un compresor requiere que el gas se enfríe cuando se comprime .
Para una mejor compresión del efecto de enfriamiento durante el proceso de compresión, comparando los requerimientos de entrada de trabajo para tres tipos de procesos: un proceso isentrópico (no implica enfriamiento), un proceso politrópico (incluye un poco de enfriamiento) y un proceso isotérmico (incluye bastante enfriamiento). Si se asume que los tres procesos se realizan entre los mismos niveles de presión (P1 y P2), de un modo internamente reversible y que el gas se comporta como gas ideal (Pv = RT), observara que el trabajo de compresión se determina para cada caso mediante: .
Proceso isentrópico (Pvk = constante)
Proceso politrópico (Pvn = constante)
Proceso isotérmico (Pv = constante)
Compresor alternativo
Descripción del Equipo
Se utilizó un banco de prueba de compresor alternativo de dos etapas italiano.
Encendido del equipo:
- Asegúrese que estén cerradas las válvulas V5, V6, V7, V8.
- Asegúrese que estén abiertas las válvulas V3, V4.
- Abra la llave de entrada del agua al sistema.
- Abra las válvulas de entrada de agua a los intercambiadores de calor (V1, V2).
- Pase el interruptor principal de alimentación de corriente al equipo.
- Coloque el interruptor secundario de encendido del equipo en la posición 1.
- Espere a que se estabilice el sistema.
Apagado del equipo:
- Coloque el interruptor secundario de encendido del equipo en la posición 0.
- Corte el suministro de corriente al equipo mediante el interruptor principal.
- Espere a que todos los indicadores de temperatura señalen la temperatura ambiente.
- Cierre las válvulas V1, V2 y V6.
Datos
Procedimientos de los cálculos
El caudal para ambos enfriadores es
Volumen de los cilindros:
a) Cilindro 1:
b) Cilindro 2:
Relación de transmisión motor / compresor: 400mm/120mm=3,333:1
Velocidad del compresor: 3450(1/3.333)=1035 rpm.
Flujo de aire
a) Cilindro 1:
b) Cilindro 2:
Potencia consumida en la primera etapa:
Potencia consumida en la segunda etapa:
Potencia total consumida 980,54 watts
Calor extraído del aire comprimido, Para el agua se utilizara el valor de entalpía del líquido saturado a la temperatura correspondiente:
Calor extraído en el enfriador 1:
Calor extraído en el enfriador 2:
Resultados
Análisis de los Resultados.
El trabajo que efectúa el pistón de la primera etapa sobre el volumen de control, que en nuestro caso es aire, es negativo, y esto concuerda con el hecho de que el aire no genera trabajo sino que lo consume para reducir su volumen de tal modo que con lo cual aumenta su presión. En la segunda etapa, el trabajo se efectúa sobre el volumen de control, y por lo tanto también este será negativo, pero al ser las dimensiones del pistón de la segunda etapa menor que las de la primera etapa y las condiciones de entrada del fluido diferentes a las de la primera etapa se efectuará mayor trabajo. Pero al estar ambos pistones sujetos al mismo cigüeñal y este último conectado por medio de un sistema de poleas a un motor eléctrico, la potencia necesaria será la misma para ambas etapas; la cual se determinó al aplicar la ecuación correspondiente, conociendo el voltaje y el amperaje que consumía el equipo en el proceso en cuestión.
Resulta evidente que el aire transfiere parte de su calor al agua, enfriando el aire y calentando el agua lo cual se observa en la tabla de datos 1 y 2. En este sistema se debe considerar también las irreversibilidades inherentes del mismo, como lo son la fricción entre el pistón y las paredes del cilindro, las caídas de presión en las tuberías por donde circula el aire, etc..
Referencias Bibliográficas
Van Wylen (2002). Fundamentos de Termodinámica. 2da. Edición
Editorial Limusa. México. 702 pp
Yunus CENGEL (2001).Termodinámica, Quinta edición. EDITORIAL MC GRAW HILL. España. Madrid. 300pp
Carlos Segura (2013).Guía Laboratorio de Termodinámica, Compresor Alternativo de la unexpo.Caracas.2pp
Excelente metodología empleada para organizar las ideas a transmitir. Que interesante todo el basamento científico que hay detrás de un "compresor", término que escucho frecuentemente de mi tío que es técnico en refrigeración. Gracias por compartir tus conocimientos. Excelente post @gerardoalfred, felicidades y muchos éxitos. Saludos!
Gracias amigo que bien que te gusto el post y la importancia de lo compresores
Hola @gerardoalfred las referencias no me aportan ninguna información clara del contenido, creo que deberías colocar las referencias de forma correcta
Buenas amigo no entiendo como de forma correcta ?, la referencias citadas son libros
Si son de libros, pero como investigador científico debes saber como colocar una referencia de un libro o una cita, busca en la web como realizar una cita de un libro!!
gracias amigo por la aclaración, listo
Brutal este post <3
gracias, me alegra que te gusto amiga
Todo esta Excelente brother !!
gracias bro !, saludo
¡ENHORABUENA! Este post ha sido votado por toda la comunidad del Proyecto Witness @cervantes. Saludos :)
Gracias por el apoyo a la comunidad
un tema super complejo y explicado a la perfección,
Gracias amigo si es un tema complejo trate de explicarlo de la manera más fácil para toda la comunidad