Armfield Fm-24 Compresor Centrifugo

8/18/2019 Armfield Fm-24 Compresor Centrifugo

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OBJETIVOS

Objetivo general.Evaluar el funcionamiento de un compresor centrífugo mediante la observación de suscomponentes y la obtención de sus curvas operacionales.

Objetivos específicos.• Operación del compresor centrífugo disponible en el laboratorio.• Obtener un conocimiento básico que capacite en la comprensión de los valores arrojados por

los sensores y medición de las diversas variables implicadas que permitan evaluar elrendimiento del compresor.

• Conocer e interpretar las curvas características de un compresor centrífugo.

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MARCO TERICO

El compresor centrífugo es una turbomáquina que consiste en un rotor que gira dentro de unacarcasa provista de aberturas para el ingreso y egreso del fluido. El rotor es el elemento queconvierte la energía mecánica del eje en cantidad de movimiento y por tanto energía cinética del

fluido. En la carcasa se encuentra incorporado el elemento que convierte la EC en energía potencial de presión el difusor! completando así la escala de conversión de energía."os compresores de etapas m#ltiples son utili$ados en la industria para alimentación de flujos degas o aspiración a altas presiones. "a energía cinética impartida al gas por la rotación delimpulsor es convertida en energía de presión que aumenta progresivamente de una etapa a otra."os compresores centrífugos son utili$ados principalmente para aplicaciones de compresión encampo. %odas estas aplicaciones comparten requerimientos tales como& rendimiento eficiente'alta confiabilidad' durabilidad y facilidad de mantenimiento. "a comprensión en campo imponeademás requerimientos adicionales en el dise(o de los equipos.En los compresores centrífugos' el despla$amiento del fluido es esencialmente radial. Elcompresor consta de uno o más impulsores y de n#meros de difusores' en los que el fluido sedesacelera. El fluido aspirado por el centro de una rueda giratoria' ojo del impulsor' esimpulsado por los álabes de ésta y debido a la fuer$a centrífuga' )acia los canales del difusor.*espués que la energía cinética se )a convertido en presión' el fluido es conducido )acia elcentro del pró+imo impulsor y así sucesivamente."as velocidades de funcionamiento son bastante altas comparadas con otros compresores. "agama comprendida entre 5,.,,, - ,,.,,, r.p.m. es bastante frecuente en industrias aeronáuticasy especiales donde el peso es un factor dominante."os compresores centrífugos' con velocidades pró+imas a las /,.,,, r.p.m. suele ser la gamacomercial más com#n' a#n cuando están fabricando con velocidades un tanto mayores. *ebido alas elevadas velocidades con que se construyen los compresores dinámicos de tama(o medio' seutili$an cojinetes amortiguadores inclinados o abiertos en lugar de los rodillos' que son los quese incorporan a los compresores de despla$amiento.El caudal mínimo de un compresor centrífugo' está limitado principalmente por el flujo de la#ltima etapa.

!"nciona#iento

0n compresor centrífugo eleva la presión de una gas' acelerando primero las moléculas de gas yluego convirtiendo la velocidad de las mismas energía cinética!' en presión energía potencial!.El gas entra al ojo centro! del impulsor y es acelerado )acia la periferia del mismo' a medidaque este gira. 1nmediatamente después' el gas entra a un difusor donde su dirección es cambiada'causando desaceleración' lo cual convierte la energía cinética del gas en energía potencialpresión!. 2i se quiere conseguir una presión mayor' la cámara de retorno dirige el gas )acia elojo del siguiente impulsor. El gas entra posteriormente en un colector o voluta al terminar unaetapa de compresión y el descargado al proceso o pasa a un intercambiador de calor antes de ir aotras etapas de compresión.

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Ventajas

1. En el intervalo de /.,,, a /,,.,,, ft4min.' y seg#n sea la relación de presión' estecompresor es económico porque se puede instalar en una sola unidad.

11. Ofrece una variación bastante amplia en el flujo con un cambio peque(o en la carga.

111. "a ausencia de pie$as ro$antes en la corriente de compresión permite trabajar un largotiempo entre intervalos de mantenimiento' siempre y cuando los sistemas au+iliares deaceites lubricantes y aceites de sellos estén correctos.

16. 2e pueden obtener grandes vol#menes en un lugar de tama(o peque(o. Esto puede ser una ventaja cuando el terreno es muy costoso.

6. 2u característica es un flujo suave y libre de pulsaciones

$esventajas

1. "os compresores centrífugos son sensibles al peso molecular del gas que se comprime."os cambios imprevistos en el peso molecular pueden )acer que las presiones dedescarga sean muy altas o muy bajas.

11. 2e necesitan velocidades muy altas en las puntas para producir la presión. Con latendencia a reducir el tama(o y a aumentar el flujo' )ay que tener muc)o más cuidado al balancear los motores y con los materiales empleados en componentes sometidos agrandes esfuer$os.

111. 0n aumento peque(o en la caída de presión en el sistema de proceso puede ocasionar reducciones muy grandes en el volumen del compresor

16. 2e requiere un complicado sistema para aceite lubricante y aceite para sellos

C"rvas características %el banco e&peri#ental

0na ve$ automati$ado el banco de pruebas del compresor centrífugo' se )acen mediciones conlos sensores y mediante la aplicación de un soft7are se generan las curvas de funcionamiento del prototipo&

6elocidad de rotación en función del volumen del caudal.

8resión total en función del volumen del caudal.

Eficiencia general en función del volumen total de caudal.

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!ig"ra. ' Curvas características del compresor centrífugo :;/

En las curvas características del compresor se ilustra la relación entre la presión' la descarga'eficiencia y potencia en un amplio rango de condiciones de operación' pero no indican en cual punto de las curvas el compresor estará operando. El punto de operación se consigue mediante laintersección de la curva de presión-descarga del compresor con la curva de presión-descarga del

sistema' como se muestra en la :ig.


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$ESCRI)CI* T+C*ICA $E, COM)RESOR ARM!IE,$ !M-'(

Esta unidad de banco-tapa transparente emplea la entrada y salida de conductos que permiten laobservación visual del sistema de medición. 0n dispositivo de apertura ajustable permite lavariación de la tasa de flujo de aire' que es controlada por una placa perforada.

El compresor centrífugo es una etapa de siete unidades' impulsado por un motor de inducción>C de salida de /,?. "a presión má+ima es B;:1E"* :; /.

. 6atímetro./. ;otor Eléctrico.

4. 1nfrarrojo óptico reflectante.condicionamiento de se(al.3. *ispositivo de temperatura sensible del semiconductor.9. Conducto de entrada.=. 8laca Orificios.. 8uerto del sensor de presión.,. 8uerto del sensor de presión.. *ispositivo de presión sensible pie$oresistivo./. 2éptima etapa del compresor.4. 8uerto del sensor de presión.

nc)o&


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Especificaci1n %e transporte

8eso bruto& 8"1C>C1D ED "> 1D2%>">C1D

;ide la temperatura de entrada del aire. apreciación -


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)ROCE$IMIE*TO E3)ERIME*TA,

. Encender la computadora y acceder al soft7are "abvie7.

/. Configurar el soft7are en función de la data que se desee obtener se recomiendan, muestras y < o 5 segundos para cada una!.

4. Encender el compresor verifique que la entrada y salida del aire no estén

obstruidas!.pague el compresor.

3. Iuarde la data generada.


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$ATOS E3)ERIME*TA,ES

Tabla (. *atos suministrados por el fabricante.

)ar4#etros Me%i%as

*iámetro de entrada 4/ mm

*iámetro de salida 4 mm

*iámetro del orificio de la placa 45 mm

Coeficiente de descarga de la placa orificio ,'53

8resión atmosférica ,4/5 8a

8otencia de entrada del motor /5, ?atts

Tabla 0. 6alores arrojados por el 2oft7are para el compresor centrífugo con una velocidad del ,,J.

Te#perat"ra %el

fl"i%o 56C7

Veloci%a% %el

co#presor 5897

$. presi1n %el

co#presor 5:pa7

$. )resi1n %e la

placa orificio 5:pa7'=


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$ensi%a% 5#


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!ig"ra >. Curva Característica 8resión vs Caudal

01020304050607080

Potencia vs Caudal

Caudal (m³/s)

Potencia (W)

!ig"ra . Curva Característica 8otencia vs Caudal


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!ig"ra . Curva Característica Eficiencia vs Caudal

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A*A,ISIS $E RES;,TA$OS

En las tablas n#meros < y 5 muestran los parámetros de flujo obtenidos e+perimentalmente'resultante de los cálculos en el estudio y comprensión de los valores de reflejados por el

compresor en la práctica.2e puede observar que la densidad del fluido no es constante' esto puede deberse a los cambiosde temperatura por los que el fluido pasa en el proceso' a pesar de ser peque(os se deben tener encuenta' el flujo volumétrico se ve reducido a medida que incrementa la presión' esto e+plica lacapacidad de los compresores centrífugos ya que son usados cuando se requiere más volumen a baja presión' mediante la obstrucción de la tubería de descarga se aprecia cómo se ven afectadosalgunos parámetros como la velocidad al reducirse' ec)ando a un lado el efecto del diámetro dela tubería sobre esta' además de la caída de presión en la placa orificio.

En las figuras 5' 3 y 9 se muestran las curvas de funcionamiento del compresor' se puedeapreciar con más facilidad mediante el estudio de las mismas las características del compresor centrifugo' enla$ando estas variables con el flujo volumétrico' tales como presión' potencia yeficiencia' ilustrándose la relación que poseen entre sí' pero no indican en qué punto de la curvadel compresor funcionarán' el punto de trabajo se encuentra tra$ando la curva de la presión dedescarga' con el sistema de descarga de la curva de presión. "a intersección de las dos curvasrepresenta la presión y la aprobación de la gestión que el produce en caso de operar en elsistema de tuberías dado. 2e verá que el punto de operación de funcionamiento óptimo se logra sieste punto de trabajo coincide con el punto má+imo en la curva de rendimiento de descarga delcompresor' pese a esto se observa que en el punto seis se obtuvo el mayor rendimiento en elcompresor.

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CO*C,;SIO*ES D RECOME*$ACIO*ES

. El fluido cambia su densidad y temperatura en el proceso.

/. "os compresores se caracteri$an por utili$an fluidos compresibles a diferencia de las

bombas.

4. 1ncrementan la presión directamente' reduciendo el volumen del gas' es por esto que se

usan cuando se requieren altas presiones y vol#menes de aire reducidos.


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RE!ERE*CIAS

'F )ttp&777.consulte+im.)u@atalogusarmfieldds)tmlfmseriesfm/.)tm.(F ;>%>1K' C. GMec4nica %e los !l"i%os H Ma/"inas 8i%r4"licas /da Edición.Editorial Aarla. ;é+ico =/!.

0F )ttp&777.armfield.co.u@ .

=

http://www.consultexim.hu/katalogus/armfield/dshtml/fmseries/fm12.htmhttp://www.armfield.co.uk/http://www.armfield.co.uk/http://www.consultexim.hu/katalogus/armfield/dshtml/fmseries/fm12.htm


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A)+*$ICE A

Eje#plo %e c4lc"los. ;uestra

$ensi%a% %el aire #e%iante la ec"aci1n %e esta%o

ρ= P R∗T !

*ónde&8& presión barométrica del ambiente ,'4/5 @8a!B& ,'/=9 L@[email protected]@N%& %emperatura del aire LF@N

ρ= 101,325(kPa)0,2870[kj /kg.°k ]∗(19,9848+273)[ º k ]=

1,2050 [ kgm

3 ]

!l"jo vol"#trico 5Kv7

QV =Cd∙π ∙d

2∙√ 2∙ ρ ∙ d pc

4 ∙ ρ /!

*ónde&v& :lujo volumétrico m4seg!P& *ensidad del >ire @gm4!C*& Coeficiente de flujo Q ,'53*8laca Orificios& *iámetro de la placa orificios m!dpc& *iferencial de presión a través de la placa orificios 8a!

Qv=0,596 ∙ π ∙0,035

2∙√ 2∙1,2050 ∙124,976

4 ∙1,2050

Qv=0,00826m3/ seg


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Veloci%a% %el aire en la s"cci1n H en la %escarga %e la t"bería.

V s=QV

AS;V D=

QV

A D 4!

*onde&v& :lujo volumétrico m4seg!

*onde AS es el area de succión y A D el área de descarga m2

!

V s=0,00826m

3/segπ

4∗0,032❑

2m❑

2

=10,2705m /s

V D=0,00826m

3/seg

π

4∗0,039❑

2m❑

2

=6,9145m/ s

)resi1n total en el co#presor )t

Pt =∆ Po+1

2 ρ(V D

2−V S2)

*ónde&R8o& *iferencial de presión estática a través del compresor 8a!P& *ensidad del >ire @gm4!6*& 6elocidad del aire a la descarga mseg!62& 6elocidad del aire a la succión mseg!

Pt =6637,34+1

21,2050(6,9145❑

2 −10,2705❑2 )

Pt =6602,59 Pa

)otencia cons"#i%a por el fl"i%o

/,


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Pf!"do=QV ∗ Pt 5!

*ónde&8fluido& 8otencia consumida por el fluido ?!v& :lujo volumétrico m4seg!8t& 8resión total en el compresor 8a!

Pf!"do=0,00826∗6602,59

Pf!"do Q 5


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A)E*$ICE BAsignaci1n

'.- C"rvas %e !"nciona#iento %e "n co#presor centríf"go.

"a mejor manera de describir las características de funcionamiento de un compresor centrífugoes mediante el uso de curvas características."as curvas características del compresor ilustran la relación entre la presión' flujo' la eficiencia yel poder sobre una amplia gama de posibles condiciones de funcionamiento' pero no indican enqué punto de la curva del compresor funcionarán. El punto de trabajo se encuentra tra$ando la

curva de la presión de descarga' con el sistema de descarga de la curva de presión. "aintersección de las dos curvas representa la presión y la aprobación de la gestión que el produceen caso de operar en el sistema de tuberías dado. 2e verá que el punto de operación defuncionamiento óptimo se logra si este punto de trabajo coincide con el punto má+imo en lacurva de rendimiento de descarga del compresor.

(.- Clasificaci1n %e los co#presores centríf"gos.

Co#presores %e paletas %esli9antes.Este tipo de compresores consiste básicamente de una cavidad cilíndrica dentro de la cual estáubicado en forma e+céntrica un rotor con ranuras profundas' unas paletas rectangulares se

desli$an libremente dentro de las ranuras de forma que al girar el rotor la fuer$a centrifugaempuja las paletas contra la pared del cilindro. El gas al entrar' es atrapado en los espacios queforman las paletas y la pared de la cavidad cilíndrica es comprimida al disminuir el volumen deestos espacios durante la rotación.

Co#presores %e pist1n lí/"i%o.El compresor rotatorio de pistón de liquido es una maquina con rotor de aletas m#ltiple girandoen una caja que no es redonda. "a caja se llena' en parte de agua y a medida que el rotor da

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vueltas' lleva el líquido con las paletas formando una serie de bolsas. Como el liquido'alternamente sale y vuelve a las bolsas entre las paletas dos veces por cada revolución!. >medida que el líquido sale de la bolsa la paleta se llena de aire. Cuando el líquido vuelve a la bolsa' el aire se comprime.

Co#presores %e l1b"los 5Roots7.2e conocen como compresores de doble rotor o de doble impulsor aquellos que trabajan con dosrotores acoplados' montados sobre ejes paralelos' para una misma etapa de compresión. 0namáquina de este tipo muy difundida es el compresor de lóbulos mayor conocida como SBootsS'de gran ampliación como sobre alimentador de los motores diesel o sopladores de gases a presión moderada. "os rotores' por lo general' de dos o tres lóbulos están conectados medianteengranajes e+teriores. El gas que entra al soplador queda atrapado entre los lóbulos y la carcasaTcon el movimiento de los rotores de la máquina' por donde sale' no pudieron regresarse debido alestrec)o juego e+istente entre los lóbulos que se despla$an por el lado interno.

Co#presores %e tornillo."a compresión por rotores paralelos puede producirse también en el sentido a+ial con el uso delóbulos en espira a la manera de un tornillo sin fin. >coplando dos rotores de este tipo' unoconve+o y otro cóncavo' y )aciéndolos girar en sentidos opuestos se logra despla$ar el gas' paralelamente a los dos ejes' entre los lóbulos y la carcasa."as revoluciones sucesivas de los lóbulos reducen progresivamente el volumen de gas atrapado y por consiguiente su presión' el gas así comprimido es for$ado a+ialmente por la rotación de loslóbulos )elicoidales )asta U descarga.

0.- Ventajas %el co#presor centríf"go.

. En el intervalo de /.,,, a /,,.,,, ft4min.' y seg#n sea la relación de presión' estecompresor es económico porque se puede instalar en una sola unidad.

/. Ofrece una variación bastante amplia en el flujo con un cambio peque(o en la carga.

4. "a ausencia de pie$as ro$antes en la corriente de compresión permite trabajar un largotiempo entre intervalos de mantenimiento' siempre y cuando los sistemas au+iliares deaceites lubricantes y aceites de sellos estén correctos.


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"as etapas en un compresor centrífugo buscan aumentar la cantidad de energía que se lesuministra al fluido para un mejor rendimiento y de esta manera buscar un mayor nivel en lacompresión a la salida del equipo.

>.- C"4l es el p"nto %e operaci1n %el co#presor centríf"go.

Es el punto óptimo de capacidad de carga en el cual se espera que funcionara generalmente elcompresor. 8or lo general se garanti$a el rendimiento del compresor en el punto de operaciónnormal.

.- Ca#po %e aplicaci1n %e los co#presores centríf"gos #"ltietapas.

0na lista parcial de aplicaciones de compresores centrífugos incluyen&

• En el transporte por tubería de gas natural para mover el gas desde el lugar de producción)asta el consumidor.

• En las refinerías de petróleo ' plantas de procesamiento de gas natural ' petroquímica y plantas químicas .

• En el aire las plantas de separación para la fabricación de purificar los gases productofinal.

• En refrigeración y aire acondicionado equipo refrigerante ciclos& ver -de refrigeración por compresión de vapor .

• En la industria y la fabricación de suministro de aire comprimido para todo tipo de)erramientas neumáticas .

• En las turbinas de gas y las unidades de energía au+iliar.

• En presuri$ado avión con objeto de la presión atmosférica a gran altura.

• En el motor del automóvil y del motor diesel turbo cargadores y s#per cargadores.

• En el campo petrolero de re-inyección de alta presión de gas natural para mejorar larecuperación de petróleo.

Compresores centrífugos multietapas son ampliamente utili$ados en sistemas de tuberías de gasy la industria química. *efinir los parámetros óptimos de dise(o es de vital importancia para ela)orro de energía en funcionamiento de la unidad debido a que estas máquinas tienen una altatasa de flujo de masa y una significativa capacidad total.

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A)E*$ICE C

Ane&os

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:igura =. Vanco de pruebas >B;:1E"* :;-/.

:igura . 2ensores del Vanco de pruebas >B;:1E"* :;-/.

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