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Laboratorio de Ingeniería Térmica Practica #3 Eficiencia de un compresor Carlos Alberto Barajas González IQ693623 Gustavo Ibáñez Sosa IQ 693246
Laboratorio deIngeniería Térmica
Practica #3Eficiencia de un compresor
Carlos Alberto Barajas González IQ693623 Gustavo Ibáñez Sosa IQ 693246
Resumen
En esta práctica se calculó la eficiencia que un
compresor de doble pistón puede tener. Se utilizó un
manómetro para medir la presión que se generó dentro de un
pequeño tanque que almaceno el aire comprimido generado por
el compresor.
Durante la práctica se realizaron 8 corridas con
diferencia de 10 segundos entre cada corrida. Conforme el
tiempo iba aumentando se observó que las RPM fueron
disminuyendo, la temperatura aumentaba, la potencia
experimental aumentaba.
La eficiencia de compresión cada vez era menor ya que
el tiempo iba aumentando y necesitaba más energía para
comprimir el aire que se iba introduciendo al tanque que
cada segundo que pasaba incrementaba la masa del aire.
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Tabla de contenido1. Marco Teórico...................................................3
2. Desarrollo de la práctica...........................................4
2.1. Material y Equipo.............................................4
2.2. Procedimiento Experimental....................................4
3. Mediciones....................................................5
4. Cálculos......................................................6
5. Resultados....................................................8
6. Conclusiones..................................................9
7. Referencias...................................................9
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1. Marco Teórico
Los compresores son máquinas que están diseñadas o
construidas para aumentar la presión en gases. En la
industria los compresores son muy utilizados ya que existe
la necesidad de comprimir los gases con los que se trabajan
en ciertas industrias. Algunas industrias utilizan
compresores para bombeo de gasoductos, embotelladoras de
refresco o cerveza, envases de plástico, etc.
Existen diversas maquinas compresoras de aire que
funcionan de manera diferente cada una de esta, cada una de
estas máquinas de compresión tienen sus pros y contras para
diferentes industrias dependiendo el mecanismo que usen. Los
compresores a pistón o émbolo también llamados
alternativo, son los de uso más difundido y por su diseño,
los compresores de aire de pistón producen altas presiones
en volúmenes pequeños, y generalmente se utilizan para
aplicaciones domésticas e industriales.
El compresor de pistón es uno de los más antiguos
compresores que se diseñaron pero aun siendo de los más
antiguos es el más versátil y eficaz. Funciona con un
pistón que se desplaza hacia delante dentro de un cilindro
donde el pistón está conectado a una biela y un cigüeñal. Si
sólo se usa un lado del pistón para la compresión, se
describe como una acción única. Si se utilizan ambos lados
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del pistón, las partes superior e inferior, es de doble
acción.
El compresor de pistón es el único que permite
comprimir gases como también aire con pocas modificaciones.
El compresor de pistón es el único diseño capaz de comprimir
aire y gas a altas presiones, como las aplicaciones de aire
respirable.
La siguiente imagen muestra el sistema que se usó en
esta práctica.
2. Desarrollo de la práctica
2.1. Material y Equipo
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Wattmetro digital
Tacómetro de sensor
Tanque
Compresor de 2 pistones
Pie de rey
Manómetro
Balanza Mettler Toledo
Termómetro por infrarrojo
Cronometro
2.2. Procedimiento Experimental
El sistema ya estaba previamente instalado, antes de tomar
las mediciones oficiales se realizar pruebas para verificar
que el tacómetro y el termómetro por infrarrojo estuvieran
operando de manera correcta al igual que el compresor y
otros instrumentos y/o equipo.
Se tomaron 8 corridas para registrar diferentes datos como
lo fueron de revoluciones por minuto, masa, temperatura,
potencia y presión. Se pesó la masa del tanque vació y de
esta manera la balanza se taro para tener una nueva medición
sobre la masa de aire que se iría introduciendo al tanque.
Al encender el compresor se empezaron a registrar los
diferentes datos cada 10 segundos para analizar los cambios
de presión que existieron durante la práctica.
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3. Mediciones
Las mediciones se realizaron entre varias personas, para
poder observar las distintas mediciones con un desfase de
tiempo menor al que se tendría si se hubiera realizado entre
una o dos personas.
Las mediciones que se obtuvieron son.
#PotenciaMedida[wtts]
T2 [°C] Masa [g] RPM Tiempo[s]
1 300 25.5 6.6600 1780 5.352 332 25.8 13.9600 1774 12.943 383 26.5 22.6600 1766 22.144 425 27.1 30.2400 1760 31.415 450 27.8 38.4400 1754 42.556 522 28.5 46.1000 1740 56.47 544 29.2 54.3600 1734 70.828 584 29.9 61.8400 1729 85.33
Tabla 1. Mediciones realizadas
También se hicieron las mediciones de las condiciones
ambientales con las que se trabajó, estas fueron.
PISTONESDiametro [m] 0.0474Carrera [m] 0.0152
CONDICIONES
Patm [Pa]85326.3
4Tatm [K] 297.35
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Tabla 2. Condiciones
4. Cálculos
Para realizar los cálculos correspondientes, primeramente se
necesitó hacer cambios de unidades a las mediciones
realizadas, estas quedaron de la siguiente forma.
#PotenciaMedida[wtts]
T2 [K] Masa[kg] RPM Tiempo
[s]
1 300 298.65 0.0067 1780 5.352 332 298.95 0.0140 1774 12.943 383 299.65 0.0227 1766 22.144 425 300.25 0.0302 1760 31.415 450 300.95 0.0384 1754 42.556 522 301.65 0.0461 1740 56.47 544 302.35 0.0544 1734 70.828 584 303.05 0.0618 1729 85.33
Tabla 3. Cambio de unidades
Para el trabajo se realizaron los cálculos del volumen
desplazado por los pistones del compresor, la presión real
dentro del tanque de aire comprimido, el volumen desplazado
real, el flujo volumétrico, la potencia necesaria y la
eficiencia.
Para los cálculos se utilizaron las siguientes formulas
(presentadas en orden en el que se presentaron los cálculos
realizados).
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Volumendesplazadoporlospistones=Π∗D2∗H∗2∗rpm∗t
4∗60smin
Dónde:
D: Diámetro del pistón en m
C: Carrera del pistón en m
t: tiempo en segundos
Pt=m∗R∗T
VDónde:
Pt: Presión manométrica en Pa (En el tanque) [P2]
V: Volumen del tanque de aire comprimido en m3
m: Masa del aire dentro del tanque (en Kg)
R: Constante de los gases (para el aire: 286.9 N*m / Kg*K)
T: Temperatura absoluta en grados Kelvin (del aire en el
interior del tanque)
V1=P2∗V2∗T1T2∗P1
Dónde:
P1: Presión atmosférica en Pa
V1: Volumen desplazado de la atmosfera al compresor en m3
T1: Temperatura inicial en K
P2: Presión dentro del tanque en Pa
V2: Volumen en el tanque (0.0136 m3)
T2: Temperatura final en K
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V̇=Vt
Dónde:
V: volumen desplazado a presión atmosférica
T: Tiempo transcurrido para el volumen en cuestión, en
segundos
W=k
1−k∗P1∗V̇1∗[(Pf
P1)k−1k −1]
Dónde:
k: Constante que relaciona Cp/Cv que corresponde a 1.41 para
el aire
P1: Presión atmosférica en Pa
V̇: Flujo volumétrico de aire a presión atmosféricaPf: Presión final absoluta
W: Potencia calculada en Watts
η=Wcalculada
Wmedida∗100
5. Resultados
Los resultados que se obtuvieron con sus respectivos
cálculos, fueron.
# Potencia
T2
[K]Masa RPM Tie
mpoVdesp
lazado
P2
[PaVdesp
lazado
Flujo
Presio
Potencia
Eficiencia
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Medida[wtts]
[kg] [s] [m3] ]
real
[m3]
Volumetrico[m3/s]
nAbsoluta[Pa]
Calculada[wtts]
[%]
1 300298.65
0.0067
1780
5.35
0.00851
41959.33
0.0067
0.00124
127285.66
-45.04
315.01
4
2 332298.95
0.0140
1774
12.94
0.02052
88039.13
0.0140
0.00108
173365.46
-72.45
721.82
4
3 383299.65
0.0227
1766
22.14
0.03496
143240.54
0.0227
0.00102
228566.87
-99.62
626.01
2
4 425300.25
0.0302
1760
31.41
0.04943
191538.71
0.0302
0.00096
276865.04
-115.2
7827.12
4
5 450300.95
0.0384
1754
42.55
0.06673
244044.76
0.0384
0.00090
329371.09
-127.5
0228.33
4
6 522301.65
0.0461
1740
56.4
0.08774
293356.70
0.0461
0.00082
378683.03
-130.0
6424.91
7
7 544302.35
0.0544
1734
70.82
0.10979
346721.82
0.0543
0.00077
432048.16
-135.7
1424.94
7
8 584303.05
0.0618
1729
85.33
0.13191
395344.34
0.0618
0.00072
480670.67
-138.8
6823.77
9Tabla 4. Resultados
10
100000.00 200000.00 300000.00 400000.00 500000.000.000
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
Presion final vs Eficiencia
Presion final
Efic
iencia
6. Conclusiones
Con los resultados, observamos que en el sistema con el que
se trabajó existe una gran cantidad de fugas ya que se
presenta una gran diferencia entre la potencia observada y
la potencia medida.
También observamos que entre más masa hay en el tanque, se
requiere más energía para poder meter todo el aire, y entre
más energía se necesita la eficiencia del motor va
disminuyendo. Con esto podemos decir que entre menos tiempo
se necesite, menos va a ser la energía que se necesita y
mayor será la eficiencia.
7. Referencias
Ramirez, G. (s.f.). Tipos de compresores y sus características. Obtenido de http://quantum.cucei.udg.mx/~gramirez/menus/introduccion/compreso
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res.html
Starline air compressor . (2012). ¿Qué es un compresor? Obtenido de http://www.starline.com.mx/?page_id=161
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