17.1 Determinarea curbei debitului in functie de raportul presiunilor

17.1.1 Notiuni generale

In figurile 17.1 si 17.2 sunt prezentate diagrama teoretica a unui compresor tehnic si respectiv diagrama indicata, in baza carora s-au stabilit marimile caracteristice ale compresorului.

Fig. 17.1 Diagrama teoretica a unui compresor tehnic cu piston                         Fig. 17.2 Diagrama indicata a unui compresor tehnic cu piston

Se definesc:

	[-], (17.1)

care se numeste grad volumetric de compresie sau coeficientul spatiului mort relativ si

[-] (17.2)

care este numit coeficient de umplere.

Randamentul de debit se defineste cu relatia:

[-] (17.3)

(vezi fig. 17.2), in care T_o este temperatura aerului la aspiratie, in K, iar T₁ - temperatura aerului la sfarsitul aspiratiei, in K .

Asupra randamentului de debit al compresorului influenteaza marimile mai sus -mentionate precum si raportul presiunilor ( a presiunii de refulare fata de presiunea de aspiratie). Modul teoretic in care influenteaza raportul presiunilor, asupra randamentului de debit pentru un compresor cu un e dat, este redat in figura 17.3, din care se observa ca odata cu cresterea presiunii p₂ scade valoarea lui m .

Se mentioneaza faptul ca in realitate p_2max depinde si de temperatura de refulare a gazului care in general nu poate depasi 453 K, deoarece uleiul utilizat pentru ungere, se cocsifica la 470 K.

Influenta grupata a parametrilor µ , l , m si p₂ / p₁ asupra debitului de refulare se determina experimental, folosind metoda determinarii debitului prin umplerea unui rezervor etalonat de volum V. Cantitatea de gaz ce se gaseste intr-un astfel de recipient la T₁ si p₁ este data de relatia:

[kg] (17.4)

Daca in acest recipient se introduce o cantitate de m kg de gaz, presiunea si temperatura vor creste la p₂ si T₂. Cantitatea de gaz ce rezulta in recipient este:

[kg] (17.5)

Pentru o variatie deci a presiunii si temperaturii de la p₁ , T₁ la p₂ , T₂ in t secunde vom avea debitul masic dat de relatia :

[kg/s] (17.6)

iar debitul volumetric:

[m3 / min] (17.6)

unde:

[kg / m3]

In relatia (17.5) p₁ si p₂ se introduc in N / m², R in J / (kg. K), ( R = 287 J / (kg. K) pentru aer ); V in m³ si T₁ respectiv T₂ in K.

17.1.2 Descrierea instalatiei

Instalatia pentru determinarea curbei debitului in functie de raportul presiunilor, redata in figura 17.4 consta din: compresorul (2), actionat de un motor electric (4), separatorul de ulei (7) pentru retinerea particulelor de ulei din aerul refulat de compresor, recipientul (5) prevazut cu un manometru (3) pentru citirea presiunii de refulare (reglarea se face cu ventilul (8), recipientul etalonat (6) cu V = 0,262 m³, care este echipat cu un manometru (3), termometru (9), supapa de siguranta (1) si un ventil de golire (10).

Fig. 17.4 Standul de masuratori.

17.1.3 Mersul lucrarii

Se pune in functiune compresorul si se aduce la regim normal de lucru. Prin reglarea ventilului (8) se mentine o presiune constanta p in recipientul (5), (de exemplu pentru inceput se poate alege 2 . . . 3 bar). La fiecare noua incercare presiunea se poate mari cu 1, 2 sau 3 bar.

Se citesc parametrii initiali p₁ si t₁ din recipientul (6), pornind in acelasi timp cronometrul. Se cronometreaza timpul in care in recipientul (6) se ajunge la o valoare aleasa pentru p₂ , se citeste si t₂. In tot acest interval de timp, presiunea in recipientul tampon (5) se mentine constanta prin manevrarea ventilului (8). Este necesar ca diferenta de presiune dintre recipientul (5) si (6) sa fie de cel putin 1 bar ( cand se ajunge la citirea finala p₂). Se repeta masuratorile pentru diferite presiuni realizate in recipientul (5), notandu-se de fiecare data p₁, p₂, t₁, t₂ si timpul t . Pe baza rezultatelor obtinute se traseaza diagrama:

D_m = f ( b ) ,

unde: , p_b fiind presiunea barometrica si reprezinta presiunea de aspiratie a compresorului, iar p este presiunea de refulare a compresorului.

17.1.4 Prelucrarea si interpretarea rezultatelor

Valorile masurate si calculate se trec in tabelul 17.1.

Tabelul 17.1 Valori masurate si calculate.

M a r i m e a	Simbol	U.M.	Masuratoarea
			1	2	3	4	5	6
Presiunea in recipientul intermediar (5)	p	bar
Presiunea in recipientul etalon (6) la inceputul masuratorii	p1	bar
Presiunea in recipientul etalon la sfarsitul masuratorii	p2	bar
Timpul in care creste presiunea de la p1 la p2	t	s
Temperatura aerului in recipientul etalon la inceputul masuratorii	t1	oC
Idem, la sfarsitul masuratorii	t2	oC
Masa de aer din recipientul etalon la inceputul masuratorii	m1	kg
Idem, la sfarsitul masuratorii	m2	kg
Debitul masic	Dm	kg / s
Debitul volumic	Dv	m3/min
Debitul volumic la conditia starii normale	Dvo	m3N/min

Debitul volumic la conditiile starii normale, se determina cu relatia:

[m3N / min] (17.8)

unde: p_b este presiunea barometrica locala, in bar; p_m - presiunea manometrica (finala) din recipientul etalon (p_m = p₂), in bar si p_o = 1,01325 bar presiunea la starea normala de referinta; T_o si T sunt temperatura absoluta a starii normale (T_o = 273,16 K) si respectiv a aerului din recipient, in K.

Se va trasa diagrama D_m = f (b ) cu concavitatea conform figurii 17.5.

Fig. 17.5 Curba de debit Dm = f (b ).

17.2 Bilantul termic

17.2.1 Notiuni generale

Pentru compresorul cu piston din schema prezentata in figura 17.1 ecuatia de bilant termic este:

[kW] (17.9)

in care:

este echivalentul in flux termic a energiei electrice consumate, in kW;

- lucrul mecanic efectiv consumat, pentru comprimare, in kW ;

- fluxul termic pierdut, prin apa de racire, in kW ;

- fluxul termic pierdut in mediul ambiant prin convectie si radiatie, in kW ;

-restul bilantului termic, in kW .

De la contorul electric se citeste valoarea lui P_c [ kWh ] astfel incat:

[kW] (17.10)

In cazul in care se cronometreaza timpul t in secunde pentru " z " rotatii a discului contorului care are o constanta k, data, se determina P_c, cu relatia :

[kW] (17.11)

se determina cu relatia:

[kW] , (17.12)

in care: L_i este lucrul mecanic indicat in J / ciclu, n - turatia in rot / min, iar h _m = 0,8 ~ 0,85 este randamentul mecanic al compresorului ( nota: un ciclu se realizeaza la o rotatie completa a arborelui cotit).

Pentru determinarea lui se utilizeaza relatia :

[kW] , (17.13)

unde: este debitul apei de racire in kg / s, care se masoara cu apometrul sau prin captare intr-un vas si cronometrare ; = 4,1863 kJ/(kg.K), caldura masica a apei; t_ai si t_ae sunt temperatura apei la intrarea si iesirea din compresor , in ^oC.

Fluxul de caldura pierduta in mediul ambiant se determina cu relatia:

[kW] (17.14)

in care: a _i este coeficientul de transfer termic de suprafata prin convectie si care tine seama si de radiatie, in W /(m².K) si se determina conform (14.17); t_si si t_amb sunt temperatura suprafetelor exterioare ale compresorului si respectiv a mediului ambiant, in ^oC; S_i - aria suprafetei care are temperatura medie t_si, in m².

De obicei, pentru compresoarele racite si pentru cele neracite .

Restul bilantului termic se recomanda sa fie sub 3% din valoric rezulta din:

[kW] (17.15)

Nota: in cazul in care L_i nu se poate determina din cauze obiective (defectiune de aparate) se va proceda la aproximarea lui si se va determina cu relatia:

[kW] (17.16)

17.2.2 Descrierea instalatiei

In aceasta lucrare este folosita instalatia din figura 17.1. care se completeaza cu: aparatura pentru determinarea debitului apei de racire (apometru sau prin masuratori directe); indicator mecanic pentru ridicarea diagramei indicate; termometre si cronometru.

17.2.3 Mersul lucrarii, prelucrarea si interpretarea rezultatelor

Masuratorile se vor efectua dupa circa 10 . . . 15 minute de la pornirea instalatiei (timp in care se considera ca s-a ajuns la un regim termic stationar de lucru al compresorului).

Marimile masurate si calculate se trec in tabelul 17.2.

Tabelul 17.2 Marimi masurate si calculate pentru bilant termic