Determinação Experimental do Índice Politrópico em um Processo de Compressão

ESCOLA FEDERAL DE ENGENHARIA DE ITAJUBÁ

Departamento de Mecânica

Ensaio de Laboratório de EME-35 (Fenômenos de Transporte)

Determinação Experimental do Índice Politrópico em um Processo de Compressão( LAB 6)

1. Objetivo

Analisar a transformação politrópica que ocorre no compressor de 2 estágios do laboratório de máquinas térmicas. Calcular o valor de n média para ar atmosférico em ambos os estágios, bem como os calores médios através de medições de pressões e de temperatura.

1. Teoria

Transformação de estado

Num sistema gasoso as transformações podem ser isométricas (volume constante), isobáricas (pressão constante), isotérmicas (temperatura constante), adiabáticas (sem troca de calor, [pic 1]), ou politrópicas (com o calor específico constante).

        O estado de um gás perfeito (ideal ou semi-perfeito) pode ser dado pela expressão:

           [pic 2]    ou     [pic 3]    ou     [pic 4]            (1)

Esta equação relaciona a pressão, o volume específico ou a massa específica e a temperatura de um determinado gás, em função da constante R.

No diagrama de CLAPEYRON (p x v), o estado de um gás é dado por um ponto e as transformações podem ser representadas por linhas conforme se vê abaixo

                Fig1. Diagrama de compressão de um gás[pic 5]

        As transformações dos gases podem ser interpretadas pela expressão

                PVn = constante ou Pvn = constante    (2)

        Como vemos pela figura 1, n é um índice que pode variar entre 0 e [pic 6].

                Fig2. Transformação de estado de gases.[pic 7]

        As fórmulas

[pic 8]               (3)

        [pic 9]        (4)     [pic 10]     (5)

        

Partindo da equação (4)

1. Quando Cn = 0,  [pic 11]

A transformação será isoentrópica ( adiabática e reversível)

                        [pic 12]

        Assim sendo [pic 13], o calor específico da transformação é nulo.

1. Quando [pic 14]

A transformação será isométrica (volume constante)

[pic 15]    ou  [pic 16] outra cte.

ou seja,  [pic 17]

1. Quando [pic 18]

A transformação será isobárica (Pressão cte.)

[pic 19]

1. Quando  [pic 20], temos que:

[pic 21]

A equação da transformação será    [pic 22]

A transformação será isotérmica (temperatura cte)

Pois  [pic 23]     ou       PV = cte

[pic 24]

O índice politrópico (n)

Partindo da equação (3),       [pic 25]    temos que,

[pic 26]      ou        [pic 27]

ou   [pic 28]

dividindo por  [pic 29],

[pic 30]

[pic 31]           (6)

Temos ainda,          [pic 32]          (7)

e              [pic 33]                 (8)

1. Procedimento de Teste

1. Medir a pressão atmosférica local (Barômetro)
2. Ligar o compressor e selecionar uma certa pressão
3. Abrir a válvula de saída de ar do compressor e controlar para que haja estabilização do calor da pressão selecionada (entre 5 e 10 kgf/cm2).
4. Medir as pressões e temperaturas na entrada e saída do dois estágios.
5. De posse destes valores medidos, aplicar as equações (6) e (5) a fim de calcular os valores dos índices politrópicos e respectivos calores liberados.

1. Esquema do Ensaio

                    1o estágio                               2o estágio[pic 34]

Compressor de dois estágios

1. Tabela1: Valores medidos das variáveis primárias

		1o  estágio	2o estágios
No de ensaios	Pressão do reservatório kgf/cm2	Patm mmHg	[pic 35] mmH20	P2 kgf/cm2	Tamb=T1 (ºC)	T2 (ºC)	P3 kgf/cm2	P4 kgf/cm2	T3 (ºC)	T4 (ºC)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

        Observações

1. Propriedades para o ar:

[pic 36] = 0,24 kcal/kgoC, [pic 37] = 0,17kcal/kgoC,  [pic 38], n < kar

1. [pic 39] onde [pic 40]= perdas de carga no conduto que leva o ar ao 1o estágio.
2. [pic 41] Considerando que não há perda de carga considerável entre 2 e 3
3. P4 > Preservatório  →  pois há perdas distribuídas e localizadas entre os pontos 4 e o reservatório.
4. [pic 42] é medido através de um manômetro em tubo U.

1. Conclusões

• Avaliar seus resultados em vista de análise feita acima. Os resultados são satisfatórios ou insatisfatórios?
• Sugerir refinamentos ao experimento.

1. Referências

• Citar todas as refer6encias utilizadas para a redação do relatório utilizando o modelo abaixo.

Van Wylen, G. J. e Sonntag, R. E., 1985, Fundamentals of Classical Thermodynamics, John Wiley & Sons, Terceira edição.