UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA

Departamento de Ingeniería Mecánica

Programa Vespertino de Prosecución de Estudios

Ingeniería de Ejecución en Mecánica

AVS/CVS/mma

INGENIERIA DE EJECUCIÓN EN MECANICA

PLAN 2002

PROSECUCION DE ESTUDIOS

GUIA DE LABORATORIO

ASIGNATURA

9562 EQ. E INST. TERMICAS E HIDRAULICAS

NIVEL 5

EXPERIENCIA E953

“ENSAYO DE UN COMPRESOR ALTERNATIVO”

2

TITULO: “ENSAYO DE UN COMPRESOR ALTERNATIVO”

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

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.

El caudal viene dado por:

[1]

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

3W W

4a

hd0.62 2g m /s

4 d1

D

Q

D

(2)

Q

(1)

0 h

Placa orificio

Manómetro inclinado

d

3

2.2 Potencia y rendimiento del compresor

La potencia ( cW ) de un compresor a pistón se obtiene como

[3]

Si Q está dada en (m3/s) y P en (2

N

m = pascales) la potencia resulta medida en Watts.

El rendimiento volumétrico del compresor se calcula con

[4]

donde:

cW = 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

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.

k

k 12

c 1

1

PkW Q P 1

k 1 P

v2

caudal medio

D L n4

4

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.

5

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.

La forma de operar se expuso en el punto 2.1.

3.3 Equipos o accesorios manuales

- Cronómetro - Termómetro digital - Termómetro de contacto

6

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.

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)

h (mm)

t (s)

160 150 140 …

50 48 43 ..

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.

Ejemplo: P2 (PSI)

t (s)

0 10 20 ..

0 6 14 ..

7

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)

h (mm)

t (s)

0 10 20 …

0 5 8 ..

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 = (mmHg)

Temperatura ambiente = Ta = (ºC)

Esquema de la instalación Tabla Nº1

Datos de laboratorio Resultados

P2 (PSI)

t (s)

P2 (bar)

P02/P01

(-) t

(s) m

(kgm aire)

0 10 20 30 ..

0 15 31 53 ..

[6] [9] [11]

(2)

(1)

P1

P2

T2

V0 V0 = 378.5 (l)

8

Los valores finales se calculan con las siguientes fórmulas.

22

P (PSI)P bar

14.22 [6]

1 bar = 1 kg/cm2

0

01 a

P(mmHg)

P P bar735.7

[7]

P02 = P01 + P2 [bar] [8]

02

01

P

P [9]

2.089

WW

a

h l/sQ [10]

002m

2

Pm kg

R T

[11]

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)

t (s)

mm tg

t

m

t

P2

(bar)

t (s) P2

(bar)

m

(kgm)

9

5.2 Vaciado de estanque

Datos iniciales:

Presión atmosférica = Pa = (mmHg)

Temperatura ambiente = Ta = (ºC)

Esquema de la instalación

se determina con los valores de la placa orificio.

3m Q [12]

Tabla Nº2

Datos de laboratorio Resultados

P2 (PSI)

t (s)

h (mm H2O)

P2 (bar)

Q (m3/s)

m (kgm)

ṁ (kgm/s)

ANALISIS DE RESULTADOS

P2

(bar)

t (s) P2

(bar)

m

(kgm)

P2

(bar)

m

(kgm/s)

.

t (s)

m

(kgm)

(2)

(1)

P1

P2

T2

V0

(3)

Q

Placa orificio

10

5.3 Vaciado y llenado del estanque en forma simultánea.

Datos iniciales:

Presión atmosférica = Pa = (mmHg)

Temperatura ambiente = Ta = (ºC)

Esquema de la instalación

002

2

Pm

R T

[13]

002

2

Pm

t RT

[14]

Tabla Nº3

Datos de laboratorio Resultados

P2 (PSI)

t (s)

h (mm H2O)

P2 (bar)

Q (m3/s)

m (kgm)

ṁ (kgm/s)

P2/t (bar/s)

ANALISIS DE RESULTADOS

P2

(bar)

Q (l/s) t (s)

2Ptg

t

P2

t

P2

(bar)

(2)

(1)

P1

P2

T2

V0

(3)

Q

Placa orificio

3m Q

11

002

0

Pmm

t t RT

5.4 Rendimiento volumétrico

Datos de laboratorio Resultados

Q1

(l/s) P2

(PSI) t

(s) Po2/P1

(-) v

(%)

t (s)

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.

7. BIBLIOGRAFIA CONSULTADA

8. APENDICE (si el alumno estima conveniente)

m

(kgm)

2

mtg

P

m

P2

P2

(bar)

P02/P01

v