Práctica 4- Eficiencia isoentrópica de un compresor PDF

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Con jaime Isaac...

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Práctica No. 4 Eficiencia isoentrópica de un compresor Elementos de competencia: Analizar los estados termodinámicos en la entrada y salida de un compresor bajo diferentes condiciones de operación para evaluar su sensibilidad en la potencia de salida y en eficiencia isoentrópica. Evidencia de aprendizaje: completar el instructivo de prácticas. Criterios de desempeño: Ponderación Revisión bibliográfica Desarrollo de la práctica (Observaciones, cálculos, gráficas)

20 % 30%

Conclusiones Bibliografía

30% 10%

Limpieza y claridad en la presentación

10% 100%

TOTAL

Obtenido

Actividades de aprendizaje: Mediante el apoyo de software, construya un modelo que le permita evaluar el desempeño de un compresor. Material y equipo: • Equipo de cómputo

• Equipo de impresión

• Software de simulación CyclePad

• Libro de texto

INTRODUCCIÓN Un compresor es una máquina, diseñada para comprimir fluidos compresibles como gases y vapores incrementando su presión. La principal clasificación de los diferentes tipos de compresores se realiza por su principio de funcionamiento quedando dividido en compresores de desplazamiento positivo y compresores dinámicos como se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Clasificación de tipos de compresores. El principio de funcionamiento de los compresores de desplazamiento positivo se basa en la disminución del volumen del aire en la cámara de compresión donde se encuentra confinado, produciéndose el incremento de la presión interna hasta llegar al valor de diseño previsto, momento en el cual el aire es liberado al sistema. Algunos de ellos se muestran en la Figura 2. Scroll

Tornillo

Lóbulos

Figura 2. Algunos compresores de tipo de desplazamiento positivo El principio de funcionamiento de los compresores dinámicos se basa en la aceleración molecular. El aire es aspirado por el rodete a través de su campana de entrada y acelerado a gran velocidad. Después es descargado directamente a unos difusores situados junto al rodete, donde toda la energía cinética del aire se transforma en presión estática. A partir de este punto es liberado al sistema.

Figura 3. Esquema de compresor centrífugo A estos dispositivos el trabajo se suministra desde una fuente externa a través de un eje giratorio. La transferencia de calor es insignificante a menos que haya enfriamiento

intencional, asimismo, los cambios de energía cinética y potencial son despreciables. El balance de energía general Ecuación (1), se puede particularizar para un compresor como se muestra en la Ecuación (2). q − w = h2 − h1 +

v22 − v12 2

+ g(z 2 − z1 )

w = h2 − h1

(1)

(2)

Aunque es inevitable tener alguna transferencia de calor entre el compresor y los alrededores, se propone un modelo ideal bajo condiciones adiabáticas y sin irreversibilidades (isoentrópico) el cual sirve como punto de comparación en la operación real de los compresores mediante la eficiencia isoentrópica como se muestra en la Ecuación (3). Los estados termodinámicos se muestran en un diagrama de Mollier en la Figura 4.

 isentrópico

=

ws = wa

h2s − h1 h2a − h1

Representación de un compresor Diagrama de Mollier Figura 4. Esquema y diagrama termodinámico de un compresor

(3)

Desarrollo de la práctica: 1. En el modo de diseño del software CyclePad, construya sistema que consta de un compresor, una corriente de entrada y una de salida bajo el modo de sistema abierto, como se observa en la siguiente Figura.

Figura 5. Esquema para la construcción de simulación de compresor.

2. Seleccione la entrada, aquí se configura la sustancia y el estado termodinámico. La operación de un compresor de un refrigerador doméstico y de aire acondicionado de automóviles, operan en la mayoría de los casos con refrigerante R13a. Seleccione esta sustancia de la lista al seleccionar la entrada. La condición de entrada es como vapor saturado y fijar una propiedad adicional según indique el profesor (Presión o Temperatura). 3. Seleccione el compresor y utilice un modelo isoentrópico y adiabático. 4. Seleccionar la salida, fijar la presión de descarga según indique el profesor (1000 kPa) 5. Bajo estas consideraciones, observe la temperatura a la descarga del compresor (T2s) esta temperatura corresponde a la temperatura mínima en la descarga ya que se determina bajo una condición isoentrópica). 6. Seleccione el compresor, y cambie el modelo del compresor de isoentrópico a adiabático. 7. Incremente la temperatura en intervalos de 2°C hasta llegar a una temperatura 20°C superior a la obtenida en el modelo isoentrópico. Tenga en cuenta que la presión se mantiene constante durante el proceso. 8. Utilizando un diagrama T‐s y P‐h localice el punto de entrada, salida y los procesos isoentálpicos y 4 procesos con diferente temperatura de salida. 9. Leer los datos que resulten de la eficiencia isoentrópica y potencia.

10. Realizar gráficos de la variación de la eficiencia isoentrópica y potencia vs. La temperatura de salida. 11. Utilizando las ecuaciones termodinámicas, compruebe que los resultados obtenidos mediante simulación son congruentes, al menos de dos estados.

Datos experimentales o de simulación; utilice la información proporcionada por el profesor para los puntos del desarrollo 2 y 4.

P= T= x= h= s=

Condición de entrada [kPa] [C] [kJ/kg] [kJ/kg K]

Figura 6. Identificación de los estados en un diagrama h vs. s de un compresor Complete la siguiente tabla según los resultados obtenidos de la simulación.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Temperatura (°C) 44.58 46.58 48.58 50.58 52.58 54.58 56.58 58.58 60.58 62.58

Wneto (kW) isentrópico (%) 31.73 70 33.93 70 36.13 70 38.31 70 40.45 70 42.59 70 44.73 70 46.87 70 48.99 70 51.07 70

70

70

60

60 Temperatura (°C)

Temperatura (°C)

Realice los siguientes gráficos según los resultados obtenidos. Utilice software e incluya hojas adicionales según convenga.

50 40 30 20 10

50 40 30 20 10

0

0

0

10

20

30

40

50

0

20

Wneto (kW)

40

60

ƞ isentrópico

Desarrolle en prosa su conclusión utilizando como guía las siguientes preguntas: ¿se cumplió el desarrollo de la competencia cómo y por qué?, ¿Considera de relevancia el uso de la eficiencia isoentrópica?, liste las observaciones más relevantes del estudio. Con la ayuda del simulador pudimos observar en el simulador como se comporta el compresor en un proceso adiabático y un isoentrópico, es decir un proceso termodinámico donde la entropía cambia y otro en donde se mantiene constante. Con la eficiencia isoentrópica podemos saber el rendimiento que tiene una turbina, motor o compresor, en comparación con la que debería tener normalmente, puesto que la eficiencia es una relación entre el trabajo real realizado y el trabajo que el se hace bajo condiciones isentrópicas.

Utilice el formato APA para referenciar la bibliografía consultada: Cengel, Y. A., & Boles, M. A. (2014). Termodinámica (Octava ed.). México, D.F.: McGraw-Hill.

Connor, N. (2020, 13 enero). ¿Qué es el proceso adiabático vs isentrópico? Definición. Thermal Engineering. https://www.thermal-engineering.org/es/que-es-el-procesoadiabatico-vs-isentropico-definicion/

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