Ramos Marquez Luis Fernando : EVAP4

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. Aun 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).

DESIGNACIÓN Y CLASIFICACIÓN:

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.

LEY DE CHARLES-GAY LUSSAC:

A presión constante (isobárica), el volumen de un gas ideal, es directamente proporcional a la temperatura.

BALANCE TERMODINAMICO:

También a volumen constante (isocórica), las presiones son directamente proporcionales a las
variaciones de las temperaturas absolutas.

MODIFICACION DEL PESO ESPECÍFICO:

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:

CALOR ESPECÍFICO DEL GAS:

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 ESPECÍFICO 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.

CALOR ESPECÍFICO A PRESION CONSTANTE:

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.

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

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 TERMODINÁMICAS:

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: