Primer Principio de la Termodinmica
COMPRESORES
1Un compresor de gas es un equipo cuya finalidad es suministrar
un gas a una presin mayor que aquella a que se lo dispone. En un
compresor el gas penetrar en un estado y saldr de l en otro estado
diferente. Es decir que en el compresor el gas experimentar una
transformacin termodinmica abierta y nunca un ciclo.
Los compresores alternativos a mbolo, estn constituidos por un
cilindro dentro del cual se mueve un pistn y mediante una vlvula
permite el ingreso del aire y a travs de otra la salida del gas
comprimido.COMPRESOR DE GASIEM2IEM3Consideraremos un compresor
ideal:Diagrama Indicador de un Compresor Ideal
Cuando el embolo se encuentra en la posicin extrema superior
(punto muerto superior) , no existira gas en el interior del
cilindro y el pistn tocara la tapa del mismo.Si comienza a
descender el embolo, se abrir la vlvula de admisin e ira penetrando
gas al cilindro en el estado original hasta alcanzar el punto
muerto inferior (llenado del cilindro de gas).Al invertirse el
desplazamiento del pistn y comenzar a ascender, se cerrara la
vlvula de admisin y provocar un aumento de presin hasta vencer la
resistencia del resorte.
IEM4Diagrama Indicador de un Compresor Ideal
1-2 Admisin a presin constante.
2-3 Compresin del gas en el interior del cilindro.
3-4 El pistn desplazara el aire comprimido de su interior
(barrido del gas).Por lo tanto el ciclo mecnico del compresor se
compone de dos carreras del mbolo:
A- Una primera carrera en que se produce la admisin del gas al
interior del cilindro sin modificar su estado.B- Una segunda
carrera que se compone de dos partes: compresin y barrido del
gas.IEM5Si representamos los diversos estados del gas, en los
procesos que ocurren en el compresor, en un diagrama en que se
llevan en ordenadas la presin (p) y en abscisas el volumen
especifico (v) tendremos el diagrama de estado.Diagrama de
Estado
IEM6Trabajo que requiere el Compresor
Se puede asimilar al compresor a un sistema abierto a rgimen
permanente. (todo el gas que penetr durante la admisin, sale del
cilindro durante el barrido).
IEM7
Anlisis mediante que tipo de politrpica sera ms conveniente que
tuviera lugar el proceso.
n se aproximar ms a 1 cuanto mejor refrigerado este el cilindro
y mas lento sea el movimiento del mbolo.Las consecuencias de ser el
exponente de la politrpica mayor a 1 sern:
El trabajo requerido ser mayor que si el proceso fuera
isotrmico.El gas saldr del compresor a una temperatura mayor que
aquella a la que entr: T2>T1
IEM8Compresin en EtapasEsquema de la instalacin
A medida que la relacin de presiones p2/p1 crece, tambin crecen
el exceso de trabajo de compresin con respecto a la compresin
isotrmica, as como la elevacin de temperatura del gas, pudiendo
producir inconvenientes mecnicos. A fin de disminuir el trabajo
requerido, as como la temperatura final del gas, se recurre a la
compresin en etapas con enfriamientos intermedios.IEM9Compresin en
EtapasDiagrama de estado de las transformaciones que experimenta el
gas:
En el cilindro de baja se comprime politrpicamente de 1 a 2
hasta pi.
En el enfriador, suponiendo que el gas vuelve a adquirir a la
salida del mismo la temperatura primitiva, o sea T3=T1,
enfriamiento 2-3.
En el cilindro de alta, compresin politrpica 3-4 hasta p2.
La transformacin 1-4sera la que experimentara el gas en un nico
cilindro en forma politrpica hasta llegar a p2.Compresin en
etapas:-hasta 4 bar: 1 etapa-hasta 15 bar: 2 etapas-mas de 15 bar:
3 etapasIEM10
Trabajo total requeridoIEM11Si llamamos:
Debemos buscar el mnimo de
por lo tanto
El mnimo consumo de trabajo, equivale al mnimo valor de la
expresin entre corchetesEsta relacin nos indica que la presin
intermedia ms conveniente ser aquella que haga que los trabajos
consumidos en ambos cilindros sean iguales.Derivando e igualando a
cero obtendremos los valores de x que hacen extremo a zIEM12
La presin intermedia ms conveniente es la media geomtrica entre
las presiones extremas:IEM13
IEM14
IEM15Espacio Nocivo - Rendimiento VolumtricoDiagrama indicador
del compresor con espacio nocivo
1-2. Admisin de gas al cilindro al principio en vaco
(inicio)
2-3 Compresin del gas
3-4 Barrido de gas
4-5 Expansin politrpicaVo: volumen del espacio nocivoVb: volumen
barrido por el mbolo en una carreraEn una carrera se aspirar un
volumen total de gas Va < Vb debido a la existencia del espacio
nocivoEn los compresores reales existe un volumen de cilindro que
no es barrido por el pistn, a este volumen se lo denomina espacio
nocivo. Dicho espacio existe por la necesidad de dejar un huelgo
entre la cabeza del pistn y la tapa de cilindro a fin de permitir
el movimiento de las vlvulas.IEM16
La existencia del espacio nocivo motivar una reduccin de la
capacidad de aspiracin de gas por el aparato. Se define entonces el
rendimiento volumtrico:Se cumple para la politrpica
IEM17
Presin Mxima
De la formula, si se va aumentando p2 el rendimiento volumtrico
ir disminuyendo. Existir un valor que denominaremos p2mx que har el
rendimiento volumtrico nulo.IEM18Significado del rea Encerrada en
el Diagrama Indicador
El rea encerrada en el diagrama indicador representa el trabajo
que debi entregarse al compresor durante un ciclo mecnico de
operaciones, a fin de que circule por l el gas aspirado en una
carrera.ma: masa aspiradamr: masa residualLa masa de gas que se
comprime de 3 a 4 es:(1)(2)Si restamos la 2 de la 1
obtenemos:IEM19Determinacin de Dimensiones Principales
Masa que se aspiraVolumen aspirado en una carreraVolumen barrido
por el mboloRelacin carrera-dimetroDespejando l y reemplazandoSe
adopta = 1.2 a 1.3 por cuestiones de refrigeracin del cilindroSe
requiere determinar el dimetro del cilindro D y la carrera del
mbolo lSe parte del conocimiento de los siguientes datos: : masa de
gas a comprimir por hora (kg/h)p1: presin de admisinT1: temperatura
de admisinP2: presin final a alcanzarn: numero de vueltas por
minuto del ciclo mecnicoSe fijan la relacin de espacio nocivo y el
n politrpico Volumen aspirado en una hora
IEM20BIBLIOGRAFA DE CONSULTATermodinmica Tcnica, C. A. Garca,
1987, Editorial Alsina
