TERMODINMICA DE LA COMPRESIN

INTRODUCCIN: TERMODINMICA DE LA COMPRESIN

Compresin Isotrmica

En un proceso de compresin isotrmico, la temperatura no cambia durante la compresin. Es imposible construir una mquina que comprima isotrmicamente, la mquina comprimir isotrmicamente a medida que el nmero de etapas y de interenfriadores tienda a infinito.La siguiente ecuacin aplica a un proceso de compresin isotrmica:

Head: Es la energa necesaria para elevar la presin de la unidad de masa de un gas desde la presin P1 hasta la presin P2; la unidad de medida tiene dimensin de longitud (ej.[m]). En el caso de compresin isotrmica es:

Compresin Isoentrpica (adiabtica).

La compresin isentrpica es la compresin adiabtica ideal. La compresin adiabtica es aquella que se efectu sin intercambio de calor con el medio. Este tipo de compresin se asume para compresores alternativos pero no para centrifugos.

donde:C: constante.k.:es la relacin de calores especficos (Cp/Cv) para el gas que se est comprimiento.El cabezal adiabtico se expresa como sigue:

La temperatura de descarga ideal y real se expresa como sigue:

donde

; entonces la T2 real es:La potencia necesaria a entrega a un caudal de gas w[lb/min], con un cabezal adiabtico Had [ft] ser :

INTRODUCCIN: TERMODINMICA DE LA COMPRESINCompresin politrpica.

Este procesos de compresin se asume para los compresores dinmicos (centrfugos y axiales). El proceso de compresin politrpica se describe, matemticamente, como sigue:

Siendo n: exponente de las politrpicas

El cabezal politrpico se expresa como sigue:

La temperatura de descarga ideal y real se expresa como sigue:

La potencia necesaria a entrega a un caudal de gas w[lb/min], con un cabezal adiabtico Had [ft] ser :

INTRODUCCIN: TERMODINMICA DE LA COMPRESINLos compresores se utilizan para elevar la presin de una corriente de gas con las siguientes finalidades:

Transporte. Licuefaccin. Requerimientos de presin en Operaciones Unitarias de separacin (ej.:absorcin de gases). Requeriminetos de presin en reactores qumicos (ej.: Hidrgeno de reposicin y reciclo de reactores en procesos de hidrotratamiento). Transporte neumtico. Instalaciones de aire comprimido industrial.Almacenamiento de gases comprimidos.Aplicaciones en mquinas frigorficas, etc.INTRODUCCIN: PROPSITO DE LOS COMPRESORES.La mayora de los trabajos que involucran a los compresores caen dentro de tres categoras:

Especificacin e instalacin de nuevos compresores.

Resolucin de problemas durante la puesta en marcha u operacin normal.

Modificacin de compresores para resolver:

Problemas de diseo.

Nuevas condiciones operativas.

Nuevo servicio.

En todos los casos el objetivo final es maximizar los beneficios aumentando la seguridad y confiabilidad del equipo satisfaciendo requerimientos operativos y limitaciones ambientales.

Es por ello que es necesario conocer los distintos tipos de compresores y su aplicabilidad.INTRODUCCIN: USO DE COMPRESORESPRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: TIPOS DE COMPRESORES

El rango de aplicacin de los compresores varia ampliamente en funcin de la presin de aspiracin la cul puede ir desde vaco hasta varios miles de psig, en funcin de la presin de descarga que puede ir desde presin atmosfrica hasta valores del orden de las 15000 psig as como tambin ser funcin del peso molecular que puede ir desde el hidrgeno (MW=2) hasta refrigerantes y gases poco usuales con pesos moleculares cercanos a 100. El tamao, tipo y construccin del compresor varia para acomodarse a la diversidad de servicios.Compresores Dinmicos: Los compresores dinmicos son los que desarrollan presin por incremento de la energa cintica del gas que fluye en forma continua a travs de la etapa correspondiente.

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: TIPOS DE COMPRESORESCompresores de Desplazamiento positivo: Estos compresores desarrollan su performance sobre el gas a travs de un proceso repetitivo no continuo. Los tipos son:Reciprocantes.Rotativos tipo: Tornillo. Paletas. Anillo Lquido. Lbulos.

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: TIPOS DE COMPRESORES

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: RANGOS DE APLICACINCOMPRESORES DINMICOS: CENTRIFUGOSTransferencia de energa entre fludo y mquina-Parmetros caractersticos: La transferencia de energa entre fludo y mquina est basada en el cambio en el momento de la cantidad de movimiento que experimenta el fludo desde la entrada hasta la salida de la mquina, que conduce a la ecuacin de Euler. Al vector cantidad de movimiento lo caracteriza en sentido y direccin, la velocidad, ya que la masa es un escalar.

S: superficie de revolucin sobre la que se ha dibujado la trayectoria de la partcula.V: Velocidad absoluta en el punto M tangente a la trayectoria en ese punto.Vu: componente giratoria de V.Va: componente axial de V.VR: componente radial.Vr: velocidad relativa del fludo respecto al rotor de la mquina.Vm: velocidad meridiana compuesta por VR y Va.U: velocidad tangencial del rotor.La componente giratoria tangente Vu califica la transferencia de energa, mientras que la componente meridiana Vm califica el gasto.COMPRESORES DINMICOS: CENTRIFUGOS

COMPRESORES DINMICOS: CENTRIFUGOS

COMPRESORES DINMICOS: CENTRIFUGOS

COMPRESORES DINMICOS: CENTRIFUGOS

COMPRESORES DINMICOS: CENTRIFUGOS

COMPRESORES DINMICOS: CENTRIFUGOS

COMPRESORES DINMICOS: CENTRIFUGOS

COMPRESORES ALTERNATIVO (RECIPROCANTE) DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

En un compresor alternativo de desplazamiento como resultado de la carrera del pistn dentro del cilindro y la accin de las vlvulas de aspiracin y descarga durante un ciclo completo por revolucion del cigeal, tal como se indica en el diagrama indicador a la izquierda.COMPRESORES ROTATIVOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

COMPRESORES ROTATIVOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

COMPRESORES ROTATIVOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

COMPRESORES ROTATIVOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

COMPRESORES DINMICOS: CENTRIFUGOSTransferencia de energa entre fludo y mquina-Parmetros caractersticos: La transferencia de energa entre fludo y mquina est basada en el cambio en el momento de la cantidad de movimiento que experimenta el fludo desde la entrada hasta la salida de la mquina, que conduce a la ecuacin de Euler. Al vector cantidad de movimiento lo caracteriza en sentido y direccin, la velocidad, ya que la masa es un escalar.

S: superficie de revolucin sobre la que se ha dibujado la trayectoria de la partcula.V: Velocidad absoluta en el punto M tangente a la trayectoria en ese punto.Vu: componente giratoria de V.Va: componente axial de V.VR: componente radial.Vr: velocidad relativa del fludo respecto al rotor de la mquina.Vm: velocidad meridiana compuesta por VR y Va.U: velocidad tangencial del rotor.La componente giratoria tangente Vu califica la transferencia de energa, mientras que la componente meridiana Vm califica el gasto.COMPRESORES DINMICOS: CENTRIFUGOS

SIMILITUD EN LAS TURBOMQUINASSe puede asegurar que siempre que exista semejanza geomtrica (igual relacin de cantidades geomtricas), semejanza cinemtica(igual relacin de velocidades) y semejanza dinmica (igualdad de fuerza debidas a la inercia, presin y otras propiedades del fludo) existirn coeficientes, que independientemente del tamao, velocidad de rotacin, altura politrpia, sern iguales en mquinas que cumplan las semejanzas mencionadas.

Estas leyes permiten predecir el comportamiento de una turbomquina para condiciones de funcionamiento distintas a las de diseo.COEFICIENTES DE FUNCIONAMIENTOPara el proyectista resulta muy interesante conocer aquellos parmetros que relacionan ciertas caractersticas fundamentales del fludo de trabajo datos del problema, con las variables del diseo de la mquina, es decir, tamao y velocidad de giro. En este sentido ofrecen particular inters los coeficientes de funcionamiento siguientes:

Coeficiente de flujo gasto.

Coeficiente de presin.

Coeficiente de potencia.

Coeficiente de par.

COEFICIENTES DE FUNCIONAMIENTOMquinas geomtrica, dinmica y cinemticamente semejantes, tendrn iguales coeficientes de funcionamiento independientemente de su tamao, velocidad de giro.

= G /(D^3 x N); Coeficiente de flujo

= w /(D^2 x N^2); Coeficiente de Presin

Kp= P/(dens.x D^5 x N^3); Coeficiente de Potencia

KM = M/(dens.x D^5 x N^2); Coeficiente de Par

Siendo:G: Gasto volumtrico.w: Energa especficaD: Dimetro del rotor.N: velocidad de giro. .dens.= Densidad del gas.M: Par

Estos parmetros permiten que si se conoce la performance de una mquina comprimiendo un determinado gas:

Predecir la performance de otra escala de mquina comprimiento el mismo u otro gas.

Predecir la performance de la misma mquina (semejante con ella misma) a distintas velocidades con el mismo u otro gas.RELACIN DE COMBE-RATEAU: COEFICIENTE DE VELOCIDAD-VALORES UNITARIOSEsta relacin caracteriza la similitud de dos flujos ideales en ductos cerrados por medio de las velocidades y las cargas. La condicin de similitud fsica de ambos flujos implica que las relaciones de valores de los trminos que expresan energa de la misma naturaleza deben ser las mismas en puntos homlogos y en instantes homlogos, de ambos ductos.

Si consideramos ductos a y b la relacion de Combe-Rateau se puede escribir como:

RELACIN DE COMBE-RATEAU: COEFICIENTE DE VELOCIDAD-VALORES UNITARIOSEsta relacin nos muestra que, independientemente del fludo que estemos comprimiendo, la carga es funcin de la geometra, de la velocidad de rotacin y del caudal volumtrico que circula. As si en una turbomquina comprime un mismo caudal volumtrico de un gas de mayor densidad, la presin desarrollada ser mayor a fin de compensar el aumento de densidad y mantener la carga constante.

Por otro lado cualquier velocidad (perifrica del rotor, axial, radial, meridiana de flujo) podr expresarse en relacin a la velocidad unitaria para asegurar que estos sern los diferentes coeficientes de velocidad que se mantendrn constantes para mquinas geomtricamente semejantes; un ejemplo a continuacin es el coeficiente de velocidad perifrica:

RELACIN DE COMBE-RATEAU: COEFICIENTE DE VELOCIDAD-VALORES UNITARIOSEl coeficiente de velocidad perifrica anterior nos permitira encontrar la velocidad de rotacin necesaria para cambiar la carga a un valor objetivo conocida la carga y la velocidad en otro punto de la misma mquina nos permitira conocer el dimetro del rotor para que manteniendo la velocidad de rotacin podamos elevar la carga a un valor objetivo as como encontrar la velocidad as como encontrar la nueva velocidad axial, radial meridiana y de flujo en una tobera.

VELOCIDAD ESPECFICALa velocidad especfica es, sin duda, el parmetro que mejor caracteriza a una turbomquina, pues relaciona no solo el caudal y la carga, datos fundamentales, sino tambin la velocidad de giro que es una variable muy importante en el diseo.

Mquinas geomtricamente semejantes, tienen igual velocidad especfica e iguales coeficientes de funcionamiento y velocidad y son independientes del gas que comprimen (excepto los coeficientes de potencia y par los cuales deben ser afectados por el peso molecular del gas que se comprimen).

COMPRESORES CENTRIFUGOS: CONFIGURACION INTERNA

COMPRESORES CENTRIFUGOS: IMPULSORES