ANÁLISIS TÉRMICO DE UN COMPRESOR
OBJETIVOS
Uno de objetivos principales es comprender los principios
térmicos que se usan para la correcta fabricación de un compresor ya que este
determinara su correcta funcionabilidad por lo tanto debemos de aprender y
comprender dichos principios para así desarrollarnos mejor como ingenieros.
Introducción
Al igual que las bombas y los ventiladores, los compresores
son dispositivos que se utilizan para incrementar la presión de un fluido. A
estos dispositivos el trabajo se suministra desde una fuente externa a través
de un eje giratorio, por lo tanto los compresores requieren entrada de trabajo.
Aún cuando estos tres dispositivos funcionan de manera similar, difieren en las
tareas que llevan a cabo. Compresor de dos etapas con estudio de diafragma.
DIFERENCIAS
ENTRE UN COMPRESOR A UNA BOMBA Y VENTILADOR
Un ventilador se usa sobre todo para movilizar un gas y sólo
incrementa ligeramente la presión, mientras que un compresor es capaz de
comprimir el gas a presiones muy altas. Las bombas funcionan de manera muy
parecida a los compresores excepto que manejan líquidos en lugar de gases.
Compresores de tornillo.
GENERACION
DE ENERGIA
Las turbinas producen potencia mientras que los
compresores, bombas y ventiladores requieren entrada de potencia. La
transferencia de calor desde las turbinas por lo general es insignificante (Q ≈
0) ya que normalmente están bien aisladas. La transferencia de calor es también
insignificante para los compresores, a menos que haya enfriamiento intencional.
Los cambios de energía potencial son insignificantes para todos estos
dispositivos ( ∆ EP ≅ 0); mientras que las velocidades, con excepción
de turbinas y ventiladores, son demasiado bajas para causar algún cambio
importante en su energía cinética (∆EC ≅ 0).
Se
designa por compresor a la máquina útil conducida, que realiza el trabajo de elevar
la presión de un gas. Estas máquinas se pueden clasificar de distintas formas;
1. Compresor
de desplazamiento positivo: confina sucesivamente los volúmenes del gas dentro
de un espacio cerrado y eleva su presión.
2. Compresor
reciprocante (alternativo): eleva la presión mediante desplazamiento positivo
mediante un émbolo con movimiento alternativo.
3. Compresor
rotativo: la compresión y desplazamiento del gas se efectúa por la acción
positiva de los elementos rotatorios. §
Otros: a) paletas deslizantes. b) anillo. c) rotor helicoidal. d) diafragma
centrífugo.
JUSTIFICACION
El proceso de compresión del aire, responde a las leyes
generales de compresión y expansión de los gases, fundamentalmente establecidas
por Boyle y Mariotte y Guy Lussac.
LEY DE BOYLE
Y MARIOTTE
A temperatura constante (isotérmica), la presión
absoluta de un gas ideal, es inversamente proporcional al volumen.
A presión constante
(isobárica), el volumen de un gas ideal, es directamente proporcional ala
temperatura.
Tambien
a volumen constante (isocórica), las presiones son directamente proporcionales
a las variaciones de las temperaturas absolutas.
Si en un gas de peso P que ocupa un volumen V1 a una presión
p1 manteniendo constante la temperatura, hacemos variar su presión a p2 su
volumen adquiere el valor V2 por lo que el peso específico respectivo asume el
valor:
Se debe recordar que el calor específico del gas varía con
la temperatura y con la presión a que está sometido.
*Calor específico a volumen constante Cv
*Calor específico a presión constante Cp
CALOR ESPECIFICO A VOLUMEN CONSTANTE
A volumen constante, el calor específico "cv" de
un gas, es el cociente entre la cantidad de calor entregado al mismo y el
producto de su masa por el salto de temperatura y representa la cantidad de
calor que es necesario para que un kg de dicho gas eleve su temperatura en 1°C,
manteniendo constante su volumen e incrementando su presión.
A presión constante, el calor específico "cp" de
un gas, es el cociente entre la cantidad de calor entregado al mismo y el
producto de su masa por el salto de temperatura, y representa la cantidad de
calor que es necesario para que un kg de dicho gas eleve su temperatura en 1 ºC
manteniendo constante su presión e incrementando su volumen.
VALORES DE
Cv Y CP
En los gases, el valor de "cv" es menor que el de
"cp" y, por ejemplo, para el aire vale:
OTRAS
CONSIDERACIONES
En toda transformación de calor a trabajo que se formula en
una masa de gas, la cantidad de calor entregado al sistema es igual al trabajo
realizado por el mismo, más la variación de energía interna.
y:Calibri;mso-hansi-theme-font:
minor-latin;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol'>= = Si bien estos valores
varían con la temperatura, hasta los 100° C – 373.15 K – 212 °F – 671.67 °R
pueden considerarse constantes.
ECUACIONES
DE LOS ESTADOS DE GASES
Otra variación importante se formula mediante "p",
"V", "T", ya que la presión, el volumen y la temperatura de
un gas establecen su estado térmico y conforman la ecuación de estado.
La relación entre estos tres parámetros es tal que si dos de
ellos se modifican, el tercero varía, en consecuencia, manteniendo constante el
valor de la relación.
CONSTANTE R DE LOS GASES
En cuanto a la constante R, si la relacionamos con los
calores específicos, se establecen las siguientes expresiones:
TRANSFORMACIONES
TERMODINAMICAS
En cuanto a las transformaciones posibles durante una
compresión, cabe recordar que, cuando la misma es a temperatura constante se
denomina isotérmica y cumple con la ley de Boyle y Mariotte, siendo su
representación una hipérbola equilátera.
Cuando la transformación es adiabática, el sistema no
transfiere calor al exterior y su representación está dada por una hipérbola
que no es equilátera
Cuando la transformación es politrópica, implica que existe
transferencia de calor desde el medio al exterior, o a la inversa, y que el
incremento o reducción de temperatura es proporcional a la cantidad de calor
añadida o disipada. La curva difiere de las otras dos y la expresión asume la
forma:
TRANSFORMACIONES
TERMODINAMICAS
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