LABORATORIO DEL TERMOCOMPRESOR

1. OBJETIVOS:

Determinar presiones y caudales de funcionamiento del termocompresor pero con agua ya que el termocompresor es de plástico.

Determinar la cantidad de fluido que puede absorber de la línea de succión en basa a una unidad de tiempo.

Determinar el vacio generado en la línea de succión del termocompresor la cual será equivalente a la cantidad de fluido succionado de la alimentación

2. MARCO TEORICO :

Concepto:

Es un dispositivo el cual sirve para aumento de presión de vapor flash o de baja presión, y su posterior reutilización. Termocompresor es aquel que comprime el vapor de baja presión presente en el sistema (generalmente flash), y así poder reutilizarlo o aprovechar su energía. Lo logra inyectando algo de vapor vivo al sistema a través de su cámara de mezcla. Utilizado principalmente en industria papelera.Los termocompresores son bombas a chorro de vapor que utilizan vapor de alta presión que se expande para arrastrar y comprimir vapor de baja presión a una presión intermedia. Los termocompresores son ampliamente empleados en evaporadores de leche y alimentos para captar y recomprimir vapores perdidos.

Aplicación:

La práctica de comprimir un vapor para aumentar su presión y temperatura y permitir nuevamente su uso, se llama TERMOCOMPRESION. Este principio encuentra continuamente aplicaciones más amplias en la industria. El termocompresor de inyección de vapor está diseñado para levantar bajas presiones de vapor con vapores de alta presión, mezclándolos con mucha exactitud.

Las aplicaciones de termocompresores están, en su gran mayoría, concentradas en procesos que reutilizan vapor flash y en equipos que necesitan una presión algo mayor que la que el flash entrega. Un ejemplo típico de esto son las máquinas papeleras con cascada de presión.

Características

Con sólo 3 componentes básicos; boquilla, cámara de mezcla o sección de mezclado y difusor, el Termocompresor es un elemento altamente eficiente en términos energéticos. El equipo comprende, además, un actuador y posicionador electroneumático. La boquilla permite la expansión de la corriente o fluido motriz (también llamado primario o actuante) hasta un estado con alta velocidad. El difusor incluye la sección de entrada de la corriente o fluido succionado (también llamado secundario); en esta cámara, el fluido succionado es arrastrado por el fluido motriz.

La cámara de mezcla permite el mezclado íntimo entre los fluidos motriz y succionado, lo que implica la aceleración del fluido aspirado y la desaceleración del fluido mezclado (mezcla del motriz y el aspirado), con el consiguiente aumento de presión.

Especificaciones Técnicas Generales de un Termocompresor Comercial

Conexión vapor motriz 1” a 8” Flange NormaANSI Clase 150 y 300Conexión vapor de succión 1.1/2” a 16” Flange NormaANSI Clase 150 y 300Material del cuerpo Acero fundido NormaASTMA216Material del difusor Acero fundido NormaASTMA216Actuador Neumático o eléctricoSoporte actuador Acero al carbonoPosicionador ElectroneumáticoSeñal 4 a 20mACalculo del Termocompresor

2. Elevación de presión

Dado que el termocompresor es un equipo que necesita un balance muy ajustado de presión motriz y presión de succión, cada aplicación es revisada y calculada por los ingenieros de Kadant Johnson, para lo que se necesita la siguiente información en cada caso:Presión motrizPresión de succiónPresión de descargaFlujo de descarga

Principales aplicaciones de termocompresores

1. Recirculación

Los termocompresores son usados para recircular el vapor de arrastre o “blow thru” en la sección de secado. Si la Válvula de Presión Diferencial está abierta durante la operación normal, una gran cantidad de energía se está desperdiciando. Esto es un indicativo de que el termocompresor existente no está apropiadamente dimensionado para manejar el flujo. Los ingenieros de Kadant Johnson tienen el conocimiento y la experiencia para diseñar y dimensionar el termocompresor que cerrará el circuito dentro de las condiciones de operación de su máquina de papel. Esto está garantizado.

1. Recirculación

Los termocompresores son también usados para elevar bajas presiones de vapor a niveles más altos, para obtener mayor capacidad de secado.Maximizar el uso de bajas presiones de vapor en un amplio rango de condiciones de operación es una importante tarea, para la cual Kadant Johnson proveerá el termocompresor que se ajustará a los requerimientos de su máquina, obteniendo el mejor rendimiento de ésta.

Ecuación de Bernoulli

P1+( 12 ρV 12)=P2+( 12 ρV 22)P=Presion Estatic aV=Velocida d12ρV 1

2=Presionde velocidad

Como la presión es reducida, la velocidad debe aumentar el vapor motriz el cual se expande de la aguja para alta velocidad.

Como la presión es reducida la velocidad debe aumentar la velocidad es reducida en el difusor para descarga, la presión es mayor

Cómo trabaja:

Razones de Diseño:

Diseño del Termocompresor Diámetro de la Aguja es determinado por el punto de la máxima presión de

operacióno Altas presiones = baja razón de expansión = más vapor motriz requerido

Diámetro de la Garganta es determinado por el punto de la menor presión de operación

o Volumen específico es grande a bajas presioneso Flujo de Succión es determinado por los sifones

o Diferencial de presión + pérdidas en la línea determinan la presión de descarga y velocidad

Eficiencia del Termocompresor

Geometría del termocompresor tiene un gran impacto en el uso de vapor motrizo Gargantas superdimensionadas son ineficienteso Aguja para la geometría de la garganta es importanteo Larga sección cónica convergente antes de la garganta es ineficiente para la

operación Dimensionamiento preciso es esencial

o No se “informan más o menos” las condiciones de operacióno El termocompresor es proyectado de acuerdo con las características del

sifón Modelo CFD (Computational Fluid Dynamic) es una herramienta esencial

o Tecnología moderna junto con la vieja “arte”

Proyecto del Termocompresor

Consideraciones Energéticas

Minimiza el uso de vapor motrizo Usar sifón adecuado

Minimiza el uso de vapor de arrastre Sifones estacionarios pueden reducir el uso de vapor motriz en 75% comparado al rotatorio A veces es posible reducir el tamaño de los sifones rotatorios

o Tamaño correcto del termocompresor Termocompresores súper dimensionados son menos eficientes

o Proyecto correcto del termocompresor.

Diseño de alta eficienciao Geometría de la aguja y garganta es crítica para la

performanceo Uso del termocompresor tipo booster para maximizar el uso

de vapor de baja presión.

3. DESARROLLO DEL LABORATORIO

Materiales:

Termocompresor de plástico 2 Bombas dispuestas en paralelo 1 Rotámetro digital 1 Cronómetro Banco de tuberías. Agua en alimentación. Llave reguladora de caudal. 1 Valde para la succión en la línea de succión del termocompresor. Manómetros Sistema de encendido y apagado de los motores.

DETALLE DE EL BANCO DE TUBERIAS EN EL LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS

4. INSTRUMENTOS A UTILIZAR EN LA EXPERIENCIA

ROTAMETRO BOMBA HIDRAULICA

VÁLVULA REGULADORA DE CAUDAL MANÓMETRO

5. PRODEDIMIENTO DE LA EXPERIENCIA:

Primero encendemos la bomba y regulamos el caudal viendo el caudal de funcionamiento del termocompresor.

Establecimos que el caudal de funcionamiento está por encima de los 8 GPM entonces establecemos las siguientes condiciones constantes en las cuales mediremos 5 medidas de caudal, ya sea tomando un volumen de succión en un periodo relativo de tiempo:

Presion(P)=45PSICaudal (Q )=8.31GPM

Estos datos son los q ingresan hacia la entrada del termocompresor en el cual se generara el vacio que hará posible la succión de fluido por la tubería de succión del termocompresor

Ahora tomaremos los diferentes volúmenes y tiempos respectivos:

Tiempo (seg.) Volumen (ml) Volumen(x 10 -4 m3)

Caudal(x 10 – 5 m3/seg.)

12.28 500 5 4.07212.46 500 5 4.0139.90 400 4 4.040

10.17 450 4.5 4.42510.71 450 4.5 4.202

Luego de ver los datos podemos apreciar que el caudal absorbido y/o el vacio generado por el paso del fluido son máximos para un caudal de 4.425 m3/seg. bajo las condiciones que hemos considerado constantes.

6. CONCLUSIONES:

• Las condiciones de trabajo con equipos ineficientes y relativamente fuera de uso dificultaron la toma de medidas

• Como vemos el caudal máximo de absorción es de 4.425 para una presión de 45 PSI y un caudal de 8.31 GPM

• Solo se logro el funcionamiento correcto del termocompresor conectando las dos bombas en paralelo con el cual obtuvimos un caudal de 8.31 GPM

• Se logro analizar un termocompresor en software asistido por computadora obteniendo velocidades y razones de consumo que se presenta en el termocompresor.