ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL
Termodinámica 1 Informe de Compresión en dos etapas
Nombre: Kevin Gonzalo Mero Constantine Paralelo: 2 Profesor: Ing. Jorge Duque
Laboratorio de Termodinámica I Compresión en dos etapas Mero Constantine Kevin Gonzalo Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP) Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL) Guayaquil – Ecuador
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Introducción El sistema de doble etapa cumple en aligerar el trabajo de compresión de los compresores mecánicos a fin de obtener una mejor eficiencia volumétrica. Por su parte, cumple con otra premisa la cual es disminuir considerablemente la temperatura de descarga –registrada en la etapa de alta- mientras las disminuidas relaciones de compresión parciales lo hacen un sistema preferente por sobre otros que utilizan más de un compresor para similar tarea a igual capacidad frigorífica. De esto se desprende que es un sistema de alta eficiencia energética.
La ecuación de flujo estacionario da:
̇⁄
;
En general hay poca diferencia entre las velocidades de entrada y salida de manera que para un flujo másico de
de fluido que circula por el compresor:
̇ ̇
Trabajo para compresión politropica Recordando que el politrópico se define como un proceso reversible, que:
̇ ̇
y
Para un gas ideal; esto es:
( ) ̇ ̇ ̇ Durante una compresión politropica a partir de temperaturas atmosféricas, este calor Q es normalmente negativo. Utilizado valores conocidos en la ecuación de flujo estacionario, obtendremos:
̇ ( ) y la relación de presiones absolutas se conoce como RELACION DE Si COMPRESION , entonces la expresión final para evaluar el trabajo politrópico será: ̇ ( )
Trabajo para compresión isotérmica
̇
Para un gas ideal la temperatura se mantiene constante, En un proceso isotérmico
O bien
y
y
Trabajo mecánico El trabajo mecánico lo determinamos de acuerdo con:
̇ ̇ CALCULO DEL ÍNDICE POLITROPICO La relación entre P, V y T está dada por:
O:
, entre 1 y 2 tenemos un proceso politrópico: por lo que:
() ( ) () () () () ( ) y
Esta expresión nos permite obtener el coeficiente politrópico del aire con la definición de los puntos de estado conociendo sus presiones y temperaturas.
FLUJO MÁSICO DE AIRE
⁄ ̇ ( ) []
Donde
es la presión diferencial a través de la placa orificio.
Lectura manométrica en (mm H 2O)
Presión atmosférica (BAR)
FLUJO MÁSICO DE AGUA
EFICIENCIAS La eficiencia isotérmica se define como:
La eficiencia politropica se define como:
Equipos e Instrumentación Lugar: Laboratorio de Termodinámica I Instrumento: Tutor de compresión de aire G ilkes
El manómetro mide en bares y mmH2O 0 Y el termómetro mide en C
Procedimiento Experimental -Compresor de aire primera etapa Este es de trabajo eléctrico y usa un motor eléctrico a través de banda y poleas conectan al compresor, y el este toma el aire lo filtra la aire y lo comprime, cuando se comprime lo eleva la presión y la temperatura luego de comprimir el aire en la segunda etapa lo comprime más con aire de mayor presión en primera etapa entra con presión. Con las variables de presión y temperatura y caudales calculamos el trabajo entregado al compresor eléctrico
-Compresor de aire segunda etapa Para comprimir el aire hacemos un trabajo el aire se comprime las moléculas se agrupa una con otra y lo que eleva la aire es la presión entonces el aire tiene mayor energía y le da trabajo al aire para comprimirlo
Resultados PRESENTACIÓN DE TABLAS DE DATOS I ETAPA
28.5
1.75
4
72
32
150
42
1150
600
II ETAPA
1.5
5.5
?
?
33
114
82
30
Cálculos Cálculos para la I ETAPA
Calculo del coeficiente politrópico para la presión:
Calculo del coeficiente politrópico para temperatura
25
30
105 0
Cálculo del índice n:
Calculo del flujo másico del agua:
Para esto se necesita el flujo másico de aire:
⁄ ̇ ( ) [] ⁄
̇
] [
] ̇ [ ] [
Se procede a calcular los trabajos:
̇ ̇ ( )
Calculamos las eficiencias: La eficiencia isotérmica se define como:
La eficiencia politropica se define como:
Cálculos para la II ETAPA
Calculo del coeficiente politrópico para la presión:
Calculo del coeficiente politrópico para temperatura:
Cálculo del índice n:
Se procede a calcular los trabajos:
̇ ̇ ( ) Se calcula las eficiencias: La eficiencia isotérmica se define como:
La eficiencia politropica se define como:
I ESTAPA
II ETAPA
Wmec
12.6477
11.55
Wpol
-16.7019
-2.97
Wiso
14.1207
2.74
1.11
0.24
1.32
0.26
Análisis de los Resultados En esta práctica hemos aplicado los conceptos vistos en termodinámica 1 y los hemos aplicado al igual que hemos utilizado la parte conceptual y las fórmulas para distintas formas de trabajo que se presenta durante este proceso de compresión de dos etapas realizados en la practicas y calculado posteriormente y hemos vistos cuan eficiente es el ciclo realizado de esta máquina mediante las eficiencias respectivas de cada proceso. Estos resultados pueden tener una mínima variación de error debido a que los datos fueron tomados de los respectivos instrumentos de medición a través de la observación y por esta razón pueden variar un poco.
Conclusiones Durante esta práctica hemos comprendido el funcionamiento y en que consiste básicamente la compresión en dos etapas aplicando la Primera Ley de la Termodinámica a un intercambiador de calor para calcular el flujo másico del agua
además usando las fórmulas
adecuadas vistes en la parte teórica de la materia y en la guía hemos calculado el coeficiente politropico para el aire y los respectivos trabajos politropico, isotérmico, mecánico y las respectivas eficiencias isométrica y politropica
Recomendaciones Una recomendación es observar detenidamente los valores que presentan los instrumentos de medición sobre todo al momento de calcular la temperatura hacerlo cuidadosamente y con la mayor precisión posible, así como también tomar correctamente los valores observados de las presiones.
Referencias Bibliográficas -http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_doble_etapa -Guía para Laboratorio de Termodinámica I
