Dissertação (mestrado) Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico, 1992 / Made available in DSpace on 2016-01-08T17:41:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 87149.pdf: 3501135 bytes, checksum: 4f7b9caf4257380805a07d5084db3cfa (MD5) Previous issue date: 1992 / É apresentado neste trabalho um modelo matemático aplicado a compressores abertos de grande porte. O modelo consiste de um conjunto de equações algébricas e diferenciais que resolvem os mais variados processos envolvidos num compressor em funcionamento. Após implementado num programa de simulação dinâmica, este modelo permite a avaliação do desempenho do compressor, através de um índice que individualiza as perdas de massa e energia envolvidas. Levantamentos experimentais para a determinação das chamadas áreas efetivas de escoamento e força são realizados, como também a determinação numérica dos modos normais e respectivas freqüências naturais, parâmetros empíricos necessários à resolução das equações de escoamento e dinâmicas. O efeito do batente na movimentação da válvula de sucção é considerado. Para a válvula de descarga é levado em conta um efeito de rigidez variável, devido a presença do booster, uma segunda palheta sobreposta à palheta principal, que atua de forma a otimizar o projeto do sistema de descarga do compressor. A modificação de parâmetros geométricos e de funcionamento é feita com o objetivo de avaliar a reação do compressor em termos de melhora do desempenho. Assim, pode-se distinguir as alterações que levam a um aperfeiçoamento de projeto.

Selecciona el sistema de bombeo más adecuado para alimentar con agua de mar la planta de ósmosis inversa instalada en la unidad minera Cerro Lindo perteneciente a la Compañía Minera Milpo S.A.A., la cual cuenta con un sistema de succión y descarga desarrollado por el área de diseño e ingeniería. / Trabajo de suficiencia profesional

As turbocharging requirements raise to face an increasingly stricter environmental regulation of internal combustion engines, concerns regarding their acoustic emission become more pressing. Since downsized engines require higher boost pressures and lower mass flow rates, the turbocharger compressor is forced to work at more unstable regimes, where flow patterns become more complex and noise levels rise. This thesis aims to thus to investigate these issues, proposing methodologies to characterize the acoustic emission of turbocharger compressors and implementing them in different experiments with a special focus on the link between acoustic emission and flow behaviour at unstable conditions. A literature review is carried out in order to assess the state of the art principally regarding experimental techniques related to this issue but also including the latest developments in terms of understanding the flow characteristics through numerical simulations. Different methodologies are consequently proposed and implemented into a custom test rig inside an anechoic chamber as to experimentally measure and analyze the acoustic output of the compressor. From this measurement campaign a characterization of the noise spectral content across the compressor map is obtained and described, identifying different acoustical phenomena such as blade passing tonal noise, low frequency content associated to deep surge, higher frequency broadband ascribed to tip clearance interaction, and broadband noise in the plane wave range known as whoosh in the literature, of special concern for automotive manufacturers. This particular phenomenon is detected even at more stable conditions at higher flow rate, and rising in level as flow rate is diminished to the point of being masked by lower frequency content. After a validation of the selected procedure in realistic engine conditions, experimental data is compared against a numerical model of the compressor developed in a parallel work to assess its validity and propose different post-processing techniques to extract additional insights about the behaviour of the flow at different conditions, hinting at the main generation mechanism for whoosh being located at the compressor diffuser. Since numerical simulations predict a reduced amount of reversed unstable flow at conditions where whoosh noise is still measured, an experimental campaign is performed where detailed measures of local temperature near the compressor wheel are used to determine the evolution of reversed flow, with supplemental readings through pressure probes in the inducer and diffuser being used to link this evolution with the fluctuation of spectral content. Temperature results are also correlated with measurements of the velocity field through particle imaging, demonstrating a clear link between the reversed flow field and temperature readings. Different experimental campaigns are then described where modifications of the inlet geometry immediately upstream the compressor are performed in order to assess how the air flow presentation can influence acoustic performance. Geometries featuring reservoirs, nozzles and guide vanes are shown to potentially reduce noise levels. A 90º elbow parametric study is performed, demonstrating how the inner radius of the elbow influences circumferential temperature differences and noise levels, leading to the hypothesis of geometry influence on whoosh noise being related to air presentation changes that promote lower or higher growth of reversed backflow, which in turns carries upstream the spectral content being generated in the compressor diffuser. / A medida que los requerimientos de turbocompresión aumentan para afrontar una regulación de los motores de combustión interna cada vez más estricta, la preocupación respecto a su emisión acústica se hace más acuciante. Debido a que motores de menor tamaño requieren mayores aumentos de presión y menores gastos másicos, el compresor del turbogrupo se ve forzado a trabajar en regímenes más inestables, los patrones de flujo se hacen más complejos y los niveles de ruido aumentan. Esta tesis tiene como objetivo investigar estas cuestiones, proponiendo metodologías para caracterizar la emisión acústica de compresores de turbogrupos, e implementándolas en diferentes experimentos enfocados especialmente en la relación entre emisión acústica y comportamiento del flujo en condiciones inestables. Por tanto, se lleva a cabo una revisión bibliográfica para evaluar el estado del arte, especialmente en lo concerniente a técnicas experimentales relacionadas con el problema, pero incluyendo también los últimos desarrollos en términos de comprensión de las características del flujo mediante simulaciones numéricas. Como resultado, diferentes metodologías se proponen e implementan en un banco de ensayo hecho a medida dentro de una cámara anecoica para medir y analizar la producción sonora del compresor. Mediante esta campaña de medida se obtiene y describe una caracterización acústica del contenido espectral del ruido a lo largo del mapa del compresor, identificando diferentes fenómenos sonoros tales como ruido tonal debido al paso de álabe, contenido de baja frecuencia asociado al bombeo profundo, contenido de banda ancha a alta frecuencia atribuido a la interacción del flujo en la holgura de punta de pala y ruido de banda ancha en el rango de onda plana, conocido como whoosh en la literatura y de especial interés para los fabricantes automovilísticos. Este fenómeno en concreto se detecta incluso a condiciones más estables de alto gasto másico, y aumenta de nivel a medida que el gasto disminuye hasta llegar a ser enmascarado por el aumento del contenido de baja frecuencia. Después de validar los procedimientos seleccionados en condiciones realistas de motor, se comparan los datos experimentales con un modelo numérico del compresor desarrollado en un trabajo paralelo a fin de evaluar su validez y proponer diferentes técnicas de postprocesado, con el objetivo de extraer información adicional acerca del comportamiento del flujo en diferentes condiciones, que sugieren que el mecanismo principal de generación de whoosh se encuentra localizado en el difusor del compresor. Se lleva a cabo una campaña experimental en la cual medidas detalladas de temperatura local cerca del rotor se usan para determinar la longitud del flujo inverso, con medidas suplementarias a través de sondas de presión usadas para relacionar esta evolución con la fluctuación de contenido espectral. Los resultados de temperatura se correlacionan también con medidas del campo de velocidad por imágenes de partículas, demostrando una clara relación entre el campo de flujo inverso y las medidas de temperatura. Se describen a continuación diferentes campañas experimentales en las cuales se llevaron a cabo modificaciones de la geometría de entrada inmediatamente aguas arriba del compresor con el fin de evaluar cómo la presentación del flujo puede influenciar el rendimiento acústico. Geometrías incluyendo remansos, toberas y álabes guía demuestran una reducción de los niveles de ruido. Se ha realizado un estudio paramétrico de un codo de 90º, mostrando que el radio del codo influye en la distribución circunferencial de temperatura y los niveles de ruido, llevando a la hipótesis de que la influencia de la geometría en el ruido de whoosh está relacionada con cambios en la presentación del aire que promueven menor o mayor reflujo, que a su vez convecta aguas arriba el contenido espectral generado en el difusor del / A mesura que els requeriments de turbocompressió augmenten a fi d'afrontar una regulació dels motors de combustió interna cada vegada més estricta, la preocupació respecte a la seva emissió acústica es fa més urgent. Com que motors de dimensions més reduïdes requereixen majors augments de pressió i menors cabals màssics, el compressor del turbogrup es veu forçat a treballar a règims més inestables, els patrons de flux es fan més complexos, i els nivells de soroll augmenten. Aquesta tesi té com a objectiu investigar aquestes qüestions, proposant metodologies per a caracteritzar l'emissió acústica de compressors de turbogrups, implementant-les en diferents experiments enfocats especialment a la relació entre emissió acústica i comportament del flux en condicions inestables. Per tant, es duu a terme una revisió bibliogràfica per avaluar l'estat de l'art, especialment pel que fa a tècniques experimentals relacionades amb el problema, però incloent també els últims desenvolupaments en termes de comprensió de les característiques del flux mitjançant simulacions numèriques. Com a resultat, diferents metodologies es proposen i implementen en un banc d'assaig fet a mida dins d'una cambra anecoica per mesurar i analitzar la producció sonora del compressor. Mitjançant aquesta campanya de mesura s'obté i descriu una caracterització acústica del contingut espectral del soroll al llarg del mapa del compressor, identificant diferents fenòmens sonors com ara soroll tonal a causa del pas d'àlep, contingut de baixa freqüència associat al bombeig profund, contingut de banda ampla a alta freqüència atribuït a la interacció del flux en la folgança de punta de pala i soroll de banda ampla en el rang d'ona plana, conegut com a whoosh en la literatura i d'especial interès per als fabricants automobilístics. Aquest fenomen en concret es detecta fins i tot a condicions més estables d'alt cabal màssic, i augmenta de nivell a mesura que el cabal disminueix fins arribar a ser emmascarat per l'augment del contingut de baixa freqüència. Després de validar els procediments seleccionats en condicions realistes de motor, es comparen les dades experimentals amb un model numèric del compressor desenvolupat en un treball paral·lel a fi d'avaluar la seva validesa i proposar diferents tècniques de post-processat, amb l'objectiu d'extraure informació addicional sobre el comportament del flux en diferents condicions, que suggereixen que el mecanisme principal de generació de whoosh es troba localitzat al difusor del compressor. Pel fet que nombroses simulacions prediuen una quantitat reduïda de'inestable flux invers en condicions on el whoosh apareix en les mesures, es duu a terme una campanya experimental en la qual mesures detallades de temperatura local prop del rotor s'utilitzen per a determinar la longitud del flux invers, amb mesures suplementàries mitjançant sondes de pressió emprades per a relacionar aquesta evolució amb la fluctuació de contingut espectral. Els resultats de temperatura es correlacionen també amb mesures del camp de velocitat per imatges de partícules, demostrant una clara relació entre el camp de flux invers i les mesures de temperatura. Es descriuen a continuació diferents campanyes experimentals en les quals es van realitzar modificacions de la geometria d'entrada immediatament aigües dalt del compressor a fi d'avaluar com la presentació del flux pot influenciar el rendiment acústic. Geometries incloent volums, toveres i àleps guia demostren una reducció dels nivells de soroll. S'ha realitzat un estudi paramètric d'un colze de 90º, mostrant que el ràdio del colze influïx en la distribució circumferencial de temperatura i els nivells de soroll, donant suport a la hipòtesi de que la influència de la geometria en el soroll de whoosh està relacionada amb canvis en la presentació de l'aire que promouen menor o major reflux, que aleshores convecta aigües da / García Tíscar, J. (2017). Experiments on turbocharger compressor acoustics [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/79552 / TESIS

Señala que los compresores recíprocos son máquinas altamente utilizadas en las industrias por ser la principal fuente de aire comprimido. La aplicación de una estrategia de mantenimiento inadecuada para la detección temprana de fallos conduce al incremento de paros inesperados, incluso puede desencadenar eventos catastróficos para los procesos productivos. La detección de fallos en este tipo de máquinas resulta en la mayoría de casos complejo, por la dificultad para monitorear en tiempo real. En los últimos años se ha incrementado el uso de técnicas de modelamiento basado en datos para el diagnóstico de fallos. Estas técnicas requieren de grandes cantidades de datos que no siempre se pueden obtener pues generan altos costos y tiempo excesivo, que son difíciles de solventar desde el punto de vista económico y técnico. El presente trabajo se enfoca en tres aspectos como la adquisición de datos, el desarrollo de un método para el pre-procesamiento de las señales de vibración y por último la propuesta de una metodología para el modelado basado en redes neuronales recurrentes Long Short Term Memory (LSTM) para el diagnóstico de fallos. / Tesis

La creciente demanda de conseguir diseños cada vez más eficaces y de mayor rendimiento en la práctica totalidad de las aplicaciones de las turbomáquinas, conlleva la necesidad de un conocimiento más exhaustivo y preciso de los fenómenos fluidodinámicos que se están produciendo en el interior de las máquinas. Un breve repaso a la bibliografía especializada en esta disciplina, muestra claramente la complejidad inherente al estudio del flujo en el interior de una turbina, un compresor o un ventilador, donde las interacciones entre los elementos móviles de la máquina (rotor), el bloqueo del flujo o las no estacionariedades del patrón fluidodinámico, influyen enormemente en las prestaciones y el funcionamiento normal de dichas turbomáquinas. El proyecto de esta Tesis se engloba dentro de esa problemática y trata de aportar, mediante la aplicación de un modelo capaz de describir el comportamiento no estacionario de una etapa de una turbomáquina axial, una precisa descripción de la naturaleza y origen de la interacción de los diversos elementos que constituyen la máquina. Introduciendo en el análisis el concepto de "tensiones deterministas", se pretende caracterizar cualitativamente el mapa de velocidades del flujo, relacionándolo con los tiempos característicos de funcionamiento de la máquina. Yendo más allá de la aportación de una simple simulación según el clásico promedio de Reynolds, se pretende discernir y separar la contribución de cada elemento móvil, consiguiendo de esta forma una visión global del comportamiento de cada elemento sobre el resultado final de las prestaciones fluidodinámicas de la turbomáquina, con el objetivo de plantear mejoras sobre el diseño de los parámetros básicos de funcionamiento de dichas máquinasPartiendo de un modelo URANS con unas discretizaciones temporales y espaciales adecuadas, se ejecutará en un primer paso una simulación numérica que servirá como punto de partida para la posterior elaboración de unos promedios, en función de los tiempos característicos de los haces, con el propósito de la obtención del mapa completo de tensiones deterministas del flujo en el interior de la máquina. A posteriori se construirá, basándose en dichas tensiones, un modelo que devolverá, de forma desacoplada, la contribución de cada haz por separado en el campo fluidodinámico total. Esta metodología numérica se complementará a su vez con una serie de ensayos experimentales sobre un ventilador axial de una única etapa, con un estator que procede al haz móvil de la máquina. Dichos ensayos se realizarán utilizando técnicas de anemometría térmica y se tomarán medidas con vistas a contrastar los resultados numéricos, en un número de puntos lo suficientemente representativos como para obtener una adecuada descripción del campo fluidodinámico en el ventilador. Se pretende que dichos puntos de medida se planteen tanto en la dirección circunferencial como en la dirección radial y que a su vez, se realicen medidas en las entradas y salidas de cada haz de la máquina.

Señala que los compresores recíprocos son máquinas altamente utilizadas en las industrias por ser la principal fuente de aire comprimido. La aplicación de una estrategia de mantenimiento inadecuada para la detección temprana de fallos conduce al incremento de paros inesperados, incluso puede desencadenar eventos catastróficos para los procesos productivos. La detección de fallos en este tipo de máquinas resulta en la mayoría de casos complejo, por la dificultad para monitorear en tiempo real. En los últimos años se ha incrementado el uso de técnicas de modelamiento basado en datos para el diagnóstico de fallos. Estas técnicas requieren de grandes cantidades de datos que no siempre se pueden obtener pues generan altos costos y tiempo excesivo, que son difíciles de solventar desde el punto de vista económico y técnico. El presente trabajo se enfoca en tres aspectos como la adquisición de datos, el desarrollo de un método para el pre-procesamiento de las señales de vibración y por último la propuesta de una metodología para el modelado basado en redes neuronales recurrentes Long Short Term Memory (LSTM) para el diagnóstico de fallos. / Tesis

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La presente investigación trata sobre un análisis de rendimiento exergético de una turbina de gas de 181,3 MW. Donde se aplicó leyes termodinámicas de conservación de masa y energía a cada componente del sistema. El funcionamiento de las turbinas de gas en la relación aire combustible puede variar de 45/1 a 130/1, es por eso que, cuando ocurre un exceso del aire, la temperatura disminuye y conduce a una reducción de la potencia que es generada por la turbina. Se realizó un balance de energía y exergía de una turbina de gas a ciclo simple; y para cada componente del sistema un estudio analítico energético y exergético. Se ha elaborado cálculos para los diferentes excesos de aire considerado las turbinas de gas y también una comparación de la eficiencia energética y exergética utilizando un diferente tipo de fluido. Se obtuvieron diferentes eficiencias exergéticas para los casos de los distintos excesos de aire, y una comparación para demostrar la destrucción de exergía y el rendimiento exergético en cada componente del turbogenerador. Se concluye que los flujos de exergía ocurren de mayor a menor, así como una eficiencia exergética; la mayor destrucción de exergía se encuentra en la turbina y la cantidad más baja en el compresor.

Los sistemas de refrigeración actuales se encuentran en un proceso de migración de fluidos refrigerantes contaminantes, a aquellos que utilicen refrigerantes medioambientalmente amigables y que contribuyan a la sostenibilidad del planeta. El refrigerante menos contaminante usado actualmente es el CO2, con un potencial de daño al medio ambiente y una contribución al calentamiento global nula. Sin embargo, a pesar de sus excelentes propiedades, el CO2 como tal no puede trabajar en todo el rango de temperaturas ambientales, sin ser necesario su paso a condiciones transcríticas (por encima del punto crítico). Debido a la condición transcrítica del ciclo de refrigeración convencional con CO2, se tiene que trabajar a altas presiones de compresión, lo que reduce el coeficiente de performance (COP, por sus siglas en inglés) en contraste con los valores de COP para los sistemas de refrigeración donde se usan otros refrigerantes más contaminantes. Esto limita la aplicabilidad de los sistemas de refrigeración con CO2 a nivel industrial. Para contrarrestar lo mencionado, se han estudiado diversas modificaciones al sistema de refrigeración convencional con CO2, entre las que destacan la inclusión de un intercambiador de calor interno, la compresión por etapas, el uso de ejectores, subenfriamiento adicional y la compresión paralela. La compresión paralela implica el uso de un compresor paralelo adicional, que incremente la presión del CO2 vaporizado que sale de la válvula de expansión, cuya capacidad refrigerante en los evaporadores es nula. De esta forma, el CO2 que ingresará al evaporador será sólo líquido (saturado, con calor latente para transferir) y este CO2 será el que ingrese después al compresor principal del sistema. A pesar de introducir un equipo adicional que consume energía (compresor paralelo), el COP de este sistema es considerablemente mayor al de un sistema convencional: mejora la transferencia de calor en el evaporador y reduce el consumo energético del compresor principal al trabajar con menor carga de CO2. De la literatura revisada, se ha definido a esta modificación como la de mayor potencial a futuro por sus mejoras notables en COP. En este trabajo, se ha analizado un sistema existente de refrigeración a dos niveles (media temperatura y baja temperatura) con compresión paralela usando CO2. El objetivo del análisis ha sido determinar el equipo menos eficiente del sistema y evaluar su optimización. Parte del análisis realizado implica el modelamiento matemático del sistema, un análisis exergético simple y avanzado y un análisis exergoeconómico. Se resalta el trabajo en un rango de temperaturas de -5 a 40 °C, no desarrollado hasta ahora en la literatura existente. Una de las primeras conclusiones obtenidas es la importancia del análisis exergético avanzado y sus ventajas sobre el simple. Un análisis exergético simple es válido únicamente para determinar dónde están las mayores pérdidas de exergía de un sistema de varios equipos. Si se requiere definir cuál equipo se debe optimizar para reducir la máxima exergía destruida posible del sistema, se requiere un análisis exergético avanzado, pues uno simple puede conllevar a resultados erróneos. Del trabajo realizado, se concluye que para un rango de temperaturas ambiente de -5°C a 40 °C, el equipo con potencial de mejoras en su diseño para reducir las irreversibilidades del sistema y por ende los costos del mismo, es el compresor de alta presión (CHP). Al mejorar el diseño del compresor de alta presión, no sólo se reduce la exergía destruida (total, endógena y evitable) del compresor de alta presión (CHP); sino además la exergía destruida (total, exógena y evitable) del enfriador de gas (GC), al verse impactadas sus condiciones de operación por el compresor de alta presión que se ubica aguas arriba del mismo en el sistema de refrigeración analizado. Se calculó una reducción máxima en la exergía destruida total para el compresor de alta presión (CHP) de hasta el 40% y una reducción máxima en la exergía destruida evitable de hasta el 45%. Para el enfriador de gas (GC), se obtuvo un máximo de reducción de exergía destruida total del 6% y en la exergía destruida evitable un máximo de reducción del 19%

La empresa Compresores del Perú S.A.C. es una empresa dedicada a la comercialización de compresores, repuestos y atención de servicios multimarca con más de 15 años en el mercado peruano. Durante la pandemia COVID-19 la empresa continuó con sus operaciones sin necesidad de someter a algún tipo de suspensión perfecta de las actividades de su personal debido a que el rubro principal de la empresa es atender a la industria minera, lo cual permitió mantener el nivel de crecimiento sostenido. Sin embargo existe una preocupación de los dueños por la cantidad de reclamos mensuales, debido a la tercerización de procesos que impedía el control en cada etapa del proceso y la calidad del producto terminado. Es por ello que se plantea el Business Consulting para generar la propuesta de mejora de los problemas identificados: el incumplimiento en los tiempos de entrega, la falta de un sistema integrado automatizado de gestión, la escasez de proveedores, la inadecuada gestión de las importaciones, el bajo stock de productos y la falta de planificación de la demanda. Siendo el propósito de la tesis la identificación, análisis y el plantemiento de mejoras para hacer sostenible el crecimiento de la empresa de acuerdo a las metas y objetivos de Compresores del Perú S.A.C. los cuales fueron validados de acuerdo a información primaria de cada área operativa por medio de la aplicación de diferentes instrumentos y herramientas de gestión empresariales sobre la cual se planteó un modelo de simulación de mejora de procesos en diferentes escenarios siendo comprobada su eficacia, eficiencia y trazabilidad refrendado en la proyección de costos. / Compresores del Perú S.A.C. is a company dedicated to the commercialization of compressors, superheating parts and multi-brand services with more than 15 years in the Peruvian market. During the COVID-19 pandemic, the company maintained its operations without the need to suspend the activities of its personnel, because the main activity of the company is to serve the mining industry, which allowed it to maintain a sustained level of growth. However, the owners are concerned about the number of minor claims, due to the outsourcing of processes that prevented the control in each phase of the process and the quality of the finished product. It is for this reason that Business Consulting proposes to develop a proposal to improve the problems identified: failure to meet delivery deadlines, lack of an automated integrated management system, shortage of suppliers, inadequate management of imports, low stock of products and lack of procurement planning. The objective of the thesis was to identify, analyze and propose improvements to make the company's growth sustainable according to the goals and objectives of Compresores del Perú S.A.C., which were validated according to the primary information of each operational area through the application of different instruments and tools of business management on which a simulation model was proposed.