termodinámica - compresores

CompresoresCompresoresGeneralidadesGeneralidades

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GeneralidadesGeneralidades

En la tecnología moderna, la utilización de En la tecnología moderna, la utilización de gases comprimidos ha adquirido especial gases comprimidos ha adquirido especial significación en todos los órdenes industriales.significación en todos los órdenes industriales.

Es de común aplicación el aire comprimido Es de común aplicación el aire comprimido como elemento activo para transferir energía a como elemento activo para transferir energía a máquinas, dispositivos, herramientas, etc.máquinas, dispositivos, herramientas, etc.

Por otro lado, la compresión de gases como el Por otro lado, la compresión de gases como el oxígeno, nitrógeno, anhídrido carbónico, etc., oxígeno, nitrógeno, anhídrido carbónico, etc., es trámite normal en notable cantidad de es trámite normal en notable cantidad de procesos de producción.procesos de producción.

33

Definición y ClasificaciónDefinición y Clasificación

Se designa por compresor a la máquina útil Se designa por compresor a la máquina útil conducida, que realiza el trabajo de elevar conducida, que realiza el trabajo de elevar la presión de un gas.la presión de un gas.

Estas máquinas se pueden clasificar de Estas máquinas se pueden clasificar de distintas formas. Haremos, a continuación, distintas formas. Haremos, a continuación, una primera clasificaciónuna primera clasificación

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Compresor de desplazamiento positivoCompresor de desplazamiento positivo

Es la máquina en la que los volúmenes Es la máquina en la que los volúmenes sucesivos de gas son confinados dentro sucesivos de gas son confinados dentro de un espacio cerrado y elevados a una de un espacio cerrado y elevados a una presión mayor.presión mayor.

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Compresor reciprocanteCompresor reciprocante(o alternativo)(o alternativo)

Es la máquina de desplazamiento positivo Es la máquina de desplazamiento positivo en la cual el elemento que eleva la en la cual el elemento que eleva la presión es unpresión es un émbolo con movimiento émbolo con movimiento alternativo.alternativo.

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Compresor rotativoCompresor rotativo

Es la máquina en la cual la compresión y Es la máquina en la cual la compresión y desplazamiento del gas se efectúa por la desplazamiento del gas se efectúa por la acción positiva de los elementos acción positiva de los elementos rotatorios.rotatorios.

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Otros tipos de compresoresOtros tipos de compresores

Con una menor aplicación que los Con una menor aplicación que los anteriores tenemos:anteriores tenemos:

de paletas deslizantesde paletas deslizantes de anillode anillo de rotor helicoidalde rotor helicoidal de diafragma centrífugode diafragma centrífugo etc.etc.

88

Revisión de conceptos fundamentalesRevisión de conceptos fundamentales

El proceso de compresión del aire, El proceso de compresión del aire, responde a las leyes generales de responde a las leyes generales de compresión y expansión de los gases, compresión y expansión de los gases, fundamentalmente establecidas por Boyle fundamentalmente establecidas por Boyle y Mariotte y Guy Lussac.y Mariotte y Guy Lussac.

99

Ley de Boyle y MariotteLey de Boyle y MariotteA temperatura constante (A temperatura constante (isotérmicaisotérmica), la presión ), la presión absoluta de un gas ideal, es inversamente absoluta de un gas ideal, es inversamente proporcional al volumenproporcional al volumen

constanteVp

VpVp 2211

=⋅

⋅=⋅

1010

Ley de Boyle y MariotteLey de Boyle y Mariotte

1111

Ley de Charles-Gay Lussac. Ley de Charles-Gay Lussac.

A presión constante A presión constante ((isobáricaisobárica), el volumen ), el volumen de un gas ideal, es de un gas ideal, es directamente directamente proporcional ala proporcional ala temperaturatemperatura

2

1

2

1

T

T

V

V =

1212

Ley de Charles-Gay Lussac.Ley de Charles-Gay Lussac.

1313

De igual maneraDe igual manera

A volumen constante (A volumen constante (isocóricaisocórica), las presiones son ), las presiones son directamente proporcionales a las variaciones de directamente proporcionales a las variaciones de las temperaturas absolutaslas temperaturas absolutas

2

1

2

1

T

T

p

p =

1414

Modificación del peso específicoModificación del peso específicoSi en un gas de peso Si en un gas de peso PP que ocupa un volumen que ocupa un volumen VV11 a una presión a una presión pp11 manteniendo constante la manteniendo constante la temperatura, hacemos variar su presión a temperatura, hacemos variar su presión a pp22 su su volumen adquiere el valor volumen adquiere el valor VV22 por lo que el peso por lo que el peso específico respectivo asume el valor:específico respectivo asume el valor:

22

11

22

11

PV

PV

V

P

V

P

ϕϕ

ϕϕ

==

==

1515

Calor específico del gasCalor específico del gas

Se debe recordar que el calor específico del Se debe recordar que el calor específico del gas varía con la temperatura y con la gas varía con la temperatura y con la presión a que está sometido.presión a que está sometido.

Calor específico a volumen constante cCalor específico a volumen constante cvv

Calor específico a presión constante cCalor específico a presión constante cpp

1616

Calor específico a volumen constanteCalor específico a volumen constante

A volumen constante, el calor específico "A volumen constante, el calor específico "ccvv" de un " de un gas, es el cociente entre la cantidad de calor gas, es el cociente entre la cantidad de calor entregado al mismo y el producto de su masa por entregado al mismo y el producto de su masa por el salto de temperatura y representa la cantidad de el salto de temperatura y representa la cantidad de calor que es necesario para que un kg de dicho calor que es necesario para que un kg de dicho gas eleve su temperatura en 1°C, manteniendo gas eleve su temperatura en 1°C, manteniendo constante su volumen e incrementando su presión.constante su volumen e incrementando su presión.

( )Cºkg/kcaltm

Qc vv ∆

=

1717

Calor específico a presión constanteCalor específico a presión constante

A presión constante, el calor específico "A presión constante, el calor específico "ccpp" de un " de un gas, es el cociente entre la cantidad de calor gas, es el cociente entre la cantidad de calor entregado al mismo y el producto de su masa por entregado al mismo y el producto de su masa por el salto de temperatura, y representa la cantidadel salto de temperatura, y representa la cantidad

de calor que es necesario para que un kg de dicho de calor que es necesario para que un kg de dicho gas eleve su temperatura en 1 ºC manteniendo gas eleve su temperatura en 1 ºC manteniendo constante su presión e incrementando su volumen.constante su presión e incrementando su volumen.

( )Cºkg/kcaltm

Qc pp ∆

=

1818

Valores de cValores de cvv y c y cpp

En los gases, el valor de "En los gases, el valor de "ccvv" es menor que el de " es menor que el de ""ccpp" y, por ejemplo, para el aire vale:" y, por ejemplo, para el aire vale:

Cºkg/kcal237,0c

Cºkg/kcal169,0c

p

v

=

=

Si bien estos valores varían con la temperatura, hasta los 100° C pueden Si bien estos valores varían con la temperatura, hasta los 100° C pueden considerarse constantes.considerarse constantes.

1919

Otras consideracionesOtras consideraciones

En toda transformación de calor a trabajo que se En toda transformación de calor a trabajo que se formula en una masa de gas, la cantidad de calor formula en una masa de gas, la cantidad de calor entregado al sistema es igual al trabajo realizado por el entregado al sistema es igual al trabajo realizado por el mismo, más la variación de energía interna.mismo, más la variación de energía interna.

Al respecto, cabe consignar las equivalencias de toda Al respecto, cabe consignar las equivalencias de toda transformación de calor a trabajo mecánico o viceversa.transformación de calor a trabajo mecánico o viceversa.

UWQ ∆+=

kcal10343,2kgm1

kgm427kcal13−×=

=

2020

Ecuación de estado de los gasesEcuación de estado de los gasesOtra variación importante se formula mediante "p", Otra variación importante se formula mediante "p", "V", "T",ya que la presión, el volumen y la "V", "T",ya que la presión, el volumen y la temperatura de un gas establecen su estado temperatura de un gas establecen su estado térmico y conforman la ecuación de estado.térmico y conforman la ecuación de estado.

La relación entre estos tres parámetros es tal que si La relación entre estos tres parámetros es tal que si dos de ellos se modifican, el tercero varía, en dos de ellos se modifican, el tercero varía, en consecuencia, manteniendo constante el valor de la consecuencia, manteniendo constante el valor de la relación.relación.

RT

Vp

T

Vp

2

22

1

11 =⋅=⋅

2121

Constante R de los gasesConstante R de los gases

En cuanto a la constante R, si la relacionamos con En cuanto a la constante R, si la relacionamos con los calores específicos, se establecen las siguientes los calores específicos, se establecen las siguientes expresiones:expresiones:

1k

1

R

c

1k

k

R

c

Rcckc

c

vp

vpv

p

−=

−=

=−=

Siendo k el Siendo k el exponente exponente adiabáticoadiabático

2222

Transformaciones TermodinámicasTransformaciones Termodinámicas

En cuanto a las transformaciones posibles En cuanto a las transformaciones posibles durante una compresión, cabe recordar que, durante una compresión, cabe recordar que, cuando la misma es cuando la misma es a temperatura constantea temperatura constante se se denomina denomina isotérmicaisotérmica y cumple con la ley de y cumple con la ley de Boyle y Mariotte, siendo su representación una Boyle y Mariotte, siendo su representación una hipérbola equilátera.hipérbola equilátera.

CVp =⋅

2323


Cuando la transformación es Cuando la transformación es adiabáticaadiabática, , el el sistema no transfiere calor al exteriorsistema no transfiere calor al exterior y su y su representación está dada por una hipérbola que representación está dada por una hipérbola que no es equilátera.no es equilátera.

CVp k =⋅donde el exponente adiabático donde el exponente adiabático k,k, es la relación entre es la relación entre los calores específicos a presión constante y a volumen los calores específicos a presión constante y a volumen constante, como se vio anteriormenteconstante, como se vio anteriormente

2424


Cuando la transformación es Cuando la transformación es politrópicapolitrópica, implica que , implica que existe existe transferencia de calor desde el medio al exterior, o a la transferencia de calor desde el medio al exterior, o a la inversainversa, y que el incremento o reducción de temperatura es , y que el incremento o reducción de temperatura es proporcional a la cantidad de calor añadida o disipada.proporcional a la cantidad de calor añadida o disipada.La curva difiere de las otras dos y la expresión asume la La curva difiere de las otras dos y la expresión asume la formaforma

CVp n =⋅donde donde nn es el exponente es el exponente politrópícopolitrópíco cuyos valores, en la cuyos valores, en la práctica,práctica,están entre están entre 1,21,2 y y 1,31,3 y que, por lo general, son menores que " y que, por lo general, son menores que "kk".".

v

p

cc

ccn

−−

=donde "donde "cc" es la cantidad de calor que debe absorber un kg " es la cantidad de calor que debe absorber un kg de gas para obtener, además del trabajo realizado, un de gas para obtener, además del trabajo realizado, un incremento de temperatura de 1 ºC.incremento de temperatura de 1 ºC.

2525


2626

Compresor alternativo - Aspiración

2727

Compresor alternativo - Impulsión

2828

Ciclo de trabajo teórico de un compresor ideal, Ciclo de trabajo teórico de un compresor ideal, sin pérdidas, con espacio muerto nulo y con un sin pérdidas, con espacio muerto nulo y con un

gas perfectogas perfecto

2929

Trabajos realizadosTrabajos realizados

Trabajo de compresiónTrabajo de compresión (L1)(L1) Trabajo de aspiraciónTrabajo de aspiración (L2)(L2) Trabajo de impulsiónTrabajo de impulsión (L3)(L3)

321 LLLL +−=

3030

Transformación adiabáticaTransformación adiabática

3131

Transformación isotérmicaTransformación isotérmica

3232

ComparaciónComparación

3333


3434


3535

Curvas realesCurvas reales

3636

Instalación de un compresor de dos Instalación de un compresor de dos etapasetapas

3737

Compresor de dos etapasCompresor de dos etapas

3838

Compresor de tres etapasCompresor de tres etapas

3939

FinFin

Los Los gatosgatos poseen poseen termosensorestermosensores en la nariz en la nariz que les permiten responder que les permiten responder a estímulos térmicos de a estímulos térmicos de 0,10,1 a a 0,20,2 grados grados CelsiusCelsius..

Esto corresponde a los Esto corresponde a los niveles de sensibilidad niveles de sensibilidad térmica de la piel de la cara térmica de la piel de la cara en los seres humanos. en los seres humanos.

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