Tp Compress Eur 2011

7/30/2019 Tp Compress Eur 2011

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T.P. Machines Thermiques : Compresseur / Page : 1

T.P. COMPRESSEUR

But du T.P. :Tester les performances dun compresseur piston bi-tag refroidissement intermdiaire.

Introduction :Les compresseurs sont des machines destines accroitre la pression dun gaz. Dans le cas

dun liquide, cest une pompe qui ralise cette opration.

CLASSIFICATIONDES COMPRESSEURS :

- Compresseurs alternatifs piston pour les taux de compression levs et des dbits moyens- Compresseurs rotatifs volumtriquespour taux de compression faibles et forts dbits.- Turbocompresseurs ( centrifuges ou axiaux pourles forts dbits et faibles taux de compression.- Compresseurs vis.

PRINCIPE DU COMPRESSEUR PISTON

La machine comporte essentiellement un cylindre dans lequel se dplace un piston dont lemouvement alternatif fait varier la capacit d'un volume offert au fluide. Des clapets automatiques sousleffet des pressions qui rgnent sur leurs faces isolent ce volume de l'aspiration et du refoulement.Lepiston est entrain par le vilebrequin qui est lui mme mu par une source extrieure dnergiemcanique.

Ds que le piston commence se dplacer vers le bas le clapet dadmission s'ouvre sous l'actionde la pression extrieure et de la dpression cre par la descente du piston : le gaz pntre dans lecylindre. Cette aspiration a lieu pendant toute la descente du piston

Lorsque le piston remonte, le clapet se referme et le gaz emprisonn est comprim dans levolume jusqu la pression de refoulement : le clapet de refoulement souvre alors sous leffet de cettepression et le gaz peut schapper vers lextrieur.

La limitation du systme est gomtrique et mcanique et se traduit par une limitation du taux de

compression par tage. Elle est denviron 8 pour un compresseur mono-tag

ADMISSION REFOULEMENT


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Lorsque lon dsire une pression plus leve, on a recours la compression bi-tage, cest dire deux tages de compresseurs placs en srie mais avec un systme de refroidissement entre lesdeux tages afin de ne pas atteindre une temprature de refoulement trop leve.

RAPPELS de THERMODYNAMIQUE

Gaz parfait :

Equationd'tat: P$V= R$ pourune mle de gaz

P$V= r$pour un kilo de gaz

Relations de Mayer :CpCv = R =p

Cv

On en dduit facilement :

Cp= $R

1

Cv = 1

Avec R = 8.32 J/mol/K et r = R/M -----> r=287 J/kg/K dans le cas de lair

Travail spcifique de transformation:

- Compression isotherme : W=r$T$Ln P2P1 en J/kg.

- Compression adiabatique :W= 1

1 $ r$ T1 $P2P1

1

Travail de la machine :

Ce travail doit tenir compte galement du travail de circulation du fluideP2 $V2 P1 $V1

Dans le cas du compresseur isotherme, le travail de circulation est nul et donc le travail ducompresseur est gal au travail de compression

- Compresseur adiabatique :

W=

1 $ r$ T1 $P2P1

1

- Compresseur polytropique :


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T.P. Machines Thermiques : Compresseur / Page : 3Le compresseur isotherme est trs peu utilis car il ncessite un systme de refroidissement trs

important. Le compresseur adiabatique parfait nexiste pas dans la ralit car il y a toujours transmissionde chaleur par les parois du cylindre. On fait donc rfrence au compresseur polytropique pour traduireles performances relles dun compresseur adiabatique. Lhypothse la plus simple pour uncompresseur rel consiste considrer que la compression adiabatique ne seffectue pas avec lindicemais avec un indice k donc la valeur est en gnral < .

Dans le cas du compresseur polytropique, on peut donc crire le travail du compresseur :

W= kk1 $ r$T1 $P2P1

K1K

1

On peut galement crire la relation entre les tempratures absolues et les pressions absoluesdans le cas de la compression polytropique:

T2T1

=P2P1

k

De cette relation, on peut dduire la valeur de k lindice polytropique si on connait T2, T1, P2 etP1

k= 1

1Ln

T2T1

LnP2P1

Cycle du compresseur piston - Cycle mono-tag :

Le cycle thorique du compresseur pistons mono tag a lallure de la figure prcdente. Lecycle rel est peu diffrent car les compresseurs pistons sont en gnral des machines tournant desrgimes assez lents compars aux moteurs alternatifs et seuls les problmes douverture et de fermeture

des clapets viennent modifier lgrement la forme thorique du cycle.

0 100 200 300 400 500 600

Volume cm3

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Milliers

P

ression(Pa)

Cycle CompresseurDiagramme PV


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T.P. Machines Thermiques : Compresseur / Page : 4Cycle bi-tag : Le cycle bi-tag est une combinaison de deux cycles mono tags en cascade

avec simplement une modification des volumes balays et des tempratures dentre puisque dans unemachine de ce type, cest le dbit masse qui est constant mais le dbit volumique nest pas le mme lentre des deux tages puisque la pression est trs diffrente.

Le choix de la pression intermdiaire est important dans un compresseur bi-tag. Pourminimiser lnergie ncessaire au compresseur, on peut montrer simplement que le taux de compressiondes deux tages doit tre identique :

P3/P2 = P2/P1 ce qui revient crire P2 = P1 $P3

COEFFICIENT de REMPLISSAGE ou RENDEMENT VOLUMETRIQUE

Une caractristique importante des compresseurs piston est le coefficient de remplissageappell aussi rendement volumtrique. Le rendement volumtrique ou coefficient de remplissagereprsente le rapport du dbit rel de gaz entrant dans la machine par rapport au dbit thorique.

La comparaison peut tre faite en volume ou en masse. Il est prfrable de comparer les dbits massecar dans une machine cest le dbit masse qui est constant : le dbit volumique dpend des conditionsde temprature et de pression.

Le dbit thorique est calcul partir du volume balay par le piston :

Mth= *Cyl*Navec : masse volumique dans les conditions dentre ducylindre

Cyl : cylindre de ltageN : vitesse de rotation

Pour le premier tage, les conditions dentre correspondent aux conditions ambiantes. Pour ledeuxime tage, elles correspondent aux conditions dentre de ltage.

Le dbit rel est mesur directement ----> Mr.

En thorie, le coefficient de remplissage idal est gal 1. Cependant louverture du clapetdadmission ne se faisant pas pendant toute la phase de descente du piston ( voir cycle ), lecompresseur piston a un coefficient de remplissage thorique < 1

Rv= 1 VmVb & ((

P2P1 )

1 1)

avec Vm : volume mortVb : volume balay ( cylindre )

En ralit, le remplissage est diminu par les pertes de charge aux clapets qui ne souvrent pasinstantanment. le coefficient rel est donc donn par :

Rv= rMth


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DESCRIPTIF DE LINSTALLATION :

Compresseur :

Linstallation comporte un compresseur bi-tag de type MILLS BIA 34 S dont lescaractristiques sont les suivantes :

1er tage : Alsage : 100 mmCourse : 64 mm

2me tage : Alsage : 57 mmCourse : 64 mm

Pour les deux tages le volume mort reprsente 10% du volume balay.

Vitesse de rotation : 1 000 t/mn

Le refroidissement intermdiaire est assur par un changeur ailet ventil.

La tubulure de refoulement est galement ailete pour refroidir lair avant son stockage dans unrservoir de 500 litres

Lentrainement du compresseur seffectue par un moteur lectrique aliment en triphas. Lavitesse de rotation est constante.

Instrumentation :

Mesure de dbit : le dbit dair entrant est mesur par un dbitmtre vortex plac sur latubulure dadmission avec les longueurs de tranquillisation adquates.

Mesures de temprature : les tempratures dentre et de sortie de chaque tage sontmesures par des thermocouples placs dans les tubulures. Un thermocouple supplmentaire est placdans la cuve.

Mesures de pression : la pression de refoulement du 1er tage et celle du 2me tage sontmesures par des capteurs de pression relis des prises places sur les tubulures. Avant darriver auxcapteurs, lair est en partie refroidi et passe dans une chambre de tranquillisation afin dviter desoscillations de mesure dues au mouvement alternatif du compresseur. Un manomtre permet de vrifierla pression dans la cuve, mme compresseur arrt.

Mesure de puissance :

La puissance lectrique instantane est mesure par un compteur lectrique

Scurits :La pression maximale dans le rservoir est limite par un pressostat de scurit qui coupe

automatiquement lalimentation du compresseur ds que cette pression maximale est atteinte.

Une lectrovanne purge automatiquement la tubulure de refoulement du compresseur aprslarrt pour viter un redmarrage sous pression du compresseur.

Compte tenu de linstallation qui est en fait conforme une centrale de production dair comprimet non pas un rel banc dessais de compresseur, toutes les mesures sont faites en rgime dynamiquependant la mise en pression du rservoir.


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Mesures :

Toutes les mesures sont centralises sur la console extrieure. Comme elles sont faites endynamique, il est important de bien reprer les appareils avant de dmarrer le compresseur. Les relevsde mesure doivent tre effectus toutes les 2 minutes jusqu larrt du compresseur qui est automatiquelorsque la pression maximale est atteinte dans le rservoir. La dure totale des mesures est de lordre de15 minutes environ.

PARTIE PRATIQUE

Schma et descriptif de linstallation :

- Faire un schma complet et dtaill du banc dessais incluant les circuitsdalimentation en air, eau, carburant, la position des diffrents capteurs

- ce schma doit tre ralis en sinspirant du schma donn en exemple dans

la salle de TP et en utilisant l ensemble des symboles affichs sur la cabine, etpermettre dillustrer clairement le fonctionnement du banc dessais et de lamachine.

- accompagner ce schma par un descriptif technique prcis des composantsde linstallation

- lorsque votre schma et votre descriptif sont prts, les faire vrifier par votreenseignant avant de dmarrer les mesures

Dmarrage de linstallation :

- Vrifiez que la pression rservoir est 0 (manomtre sur le rservoir). Si ce nest pas le cas,vidangez le rservoir en ouvrant la vanne au bas du rservoir :

ATTENTION lorsque le rservoir est sous pression, il faut ouvrir la vanne trsprogressivement et en portant un casque antibruit : la dtente de lair sous pression peut tretrs violente et provoquer des incidents aux tympans.

- Vrifiez que la vanne de vidange est ferme

- Allumez tous les instruments de mesure du tableau de commande

- Le dmarrage de linstallation se fait en tournant la cl place droite sur la console

Relev de mesures :

Toutes les 2 minutes pendant le fonctionnement du compresseur jusqu larrt du compresseur- Dbit dair- Pression intermdiaire- Pression de refoulement du 2me cylindre- Temprature dadmission- Temprature de refoulement du 1er cylindre

- Temprature dadmission du 2me cylindre- Temprature de refoulement du 2me cylindre


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T.P. Machines Thermiques : Compresseur / Page : 7- Temprature de la cuve- Puissance lectrique

- Temps final (arrt par le pressostat de la cuve), pression finale (manomtre cuve).

Arrt de linstallation :

Lorsque le compresseur est arrt :

- Coupez le contact en tournant la cl pour viter un redmarrage intempestif

- Vidangez le rservoir en prenant les prcautions dcrites prcdemment

Exploitation et compte rendu dessais ,

Vous pouvez utiliser du papier millimtr ou un tableur (Excel, Open office) sur un

ordinateur au fond de la salle.

- Tracez sur un mme graphique les mises en pression du 1er et du 2me cylindre en fonction dutemps- Tracer lvolution du taux de compression en fonction du temps- Calculer le dbit masse dair lentre en fonction du temps.- En dduire la quantit dair entre dans la cuve.- Calculer la masse dair dans la cuve au dbut et la fin de la squence : comparer au rsultatprcdent.

- Pour un temps de 4 et de 12, calculez les indices polytropiques du premier tage et dudeuxime tage- Reportez dans un diagramme de Clapeyron les points caractristiques du cycle PV pourles deux tages 4 et 12.

- Pour un temps de 12 :- Comparez la pression intermdiaire avec la pression optimale thorique- Calculez le travail spcifique par kg dair pour chaque tage :

- dun compresseur isotherme quivalent ( T = temprature dentre )- dun compresseur isentropique quivalent ( mme taux de compression)- dun compresseur polytropique quivalent ( mme taux de compression et

mmes indices polytropiques

- en dduire la puissance thorique absorbe par le compresseur et sonrendement global en comparant la puissance lectrique absorbe

- Calculez le coefficient de remplissage ou rendement volumtrique de chaque tage(thorique et rel)

- Conclusion sur le TP

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