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Simple etapa (25 - 100 psig)
Doble etapa (100 - 250 psig)
Multi etapa para mayores presiones
Doble acción, para trabajo pesado y continuo
Compresor reciprocante
ReciprocantesSimple acción
Doble etapa(dos en serie)
Razones para fraccionar la compresión
Permite enfriamiento intermedio
No exige tener un “super cilindro”:
• Puede disponerse de un compresor de baja (gran caudal volumétrico pero bajas presiones)
• y compresores de alta (mayores presiones pero menores caudales).
FD_2016
FD_2016
Doble acción y doble etapa
Diagrama PV para Ciclo Ideal
Compresión en dos etapas
V
P
BP
Presión intermedia
AP
Enfriador
Cilindro de bajaCilindro de alta
VPa
�
��
Pd �
Ciclo ideal
Donde: VD = cilindrada c = fracción de vol. muerto
rC = relación de compresión k = coef. de la politrópica
P V T v
� Pa (1 + c) VD T1 v1 = T1 R /(P1 PM)
� Pd = rc Pa (1 + c) VD rc-1/k T2 = T1 rc
1 – 1/k v2 = v1 rc-1/k
� Pd c VD T2 = T1 rc1 – 1/k v2
� Pa c VD rc1/k T1 v1
VEASE QUE DADOS VD rC k y c BASTA
CONOCER UNA DE LAS PRESIONES Y UNA
DE LAS TEMPERATURAS PARA TENER
DEFINIDOS TODOS LOS PUNTOS DEL CICLO
V
P
BP (P1)
AP (P2)
SI LA RELACION DE COMPRESION ES MUY
ALTA, SE PREFIERE UN MULTI ETAPAS…
V
P
BP (P1)
AP (P2)
Presión intermedia (Pi)
V
P
BP (P1)
AP (P2)
Presión intermedia (Pi)
V
P
BP (P1)
AP (P2)
Presión intermedia (Pi)
V
P
BP (P1)
AP (P2)
Presión intermedia (Pi)��
�
�
��
�
�
CICLO IDEAL
CICLO IDEAL
V
BP (P1)
Presión intermedia (Pi)��
� �
CICLO IDEAL
RELACIONES ENTRE LAS PROPIEDADES DE LOS
PUNTOS 1 – 4 DEL CICLO DE BAJA PRESION
V
P
BP (P1)
AP (P2)
Presión intermedia (Pi)��
� �
CICLO IDEAL
P V T v
� P1 (1 + c) VD T1 v1 = T1 R /(P1 PM)
� Pi = rc P1 (1 + c) VD rc-1/k T2 = T1 rc
1 – 1/k v2 = v1 rc-1/k
� Pi c VD T2 = T1 rc1 – 1/k v2
� P1 c VD rc1/k T1 v1
Donde: VD = cilindrada c = fracción de vol. muerto rC = relación de compresión k = coef. de la politróp.corresponden al cilindro de Baja Presión
V
P
BP (P1)
AP (P2)
Presión intermedia (Pi)��
�
�
��
�
�
CICLO IDEAL
CICLO IDEAL
PAP (P2)
Presión intermedia (Pi)�
��
�
CICLO IDEAL
RELACIONES ENTRE LAS PROPIEDADES DE LOS
PUNTOS 5 - 8 DEL CICLO DE ALTA PRESION
PAP (P2)
Presión intermedia (Pi)�
��
�
CICLO IDEAL
PAP (P2)
P V T v
� Pi (1 + c) VD T5 v5 = T5 R /(Pi PM)
� P6 = rc P5 (1 + c) VD rc-1/k T6 = T5 rc
1 – 1/k v6 = v5 rc-1/k
� P6 c VD T6 = T5 rc1 – 1/k v6
� Pi c VD rc1/k T5 v5
Donde: VD = cilindrada c = fracción de vol. muerto rC = relación de compresión k = coef. de la politróp.corresponden al cilindro de Alta Presión
V
P
BP (P1)
AP (P2)
Presión intermedia (Pi)��
�
�
��
�
�
CICLO IDEAL
CICLO IDEAL
PERO ADEMAS, SI EL ENFRIAMIENTO
INTERMEDIO ES PERFECTO:
T5 = T1
V
P
BP (P1)
AP (P2)
Presión intermedia (Pi)��
�
�
��
�
�
CICLO IDEAL
CICLO IDEAL
A SU VEZ, LA MASA QUE SALE DEL CILINDRO DE BAJA
PRESION ES IGUAL A LA QUE ENTRA AL DE ALTA
NBP (V2 – V3)/v2 = NAP (V5 – V8)/v5
donde N son los ciclos por unidad de tiempo
V
P
BP (P1)
AP (P2)
Presión intermedia (Pi)��
�
�
��
�
�
CICLO IDEAL
CICLO IDEAL
El trabajo requerido
para comprimir el gas
(por unidad de masa de
gas) es la suma de los
trabajos de cada etapa.
V
P
BP (P1)
Presión intermedia (Pi)
AP (P2)
Enfriamiento perfecto entre etapas Tintermedia= T1
Diagrama ideal – Dos etapas
49
V
P
BP (P1)
Presión intermedia (Pi)
AP (P2)
isoterma
Enfriamiento perfecto entre etapas Tintermedia= T1
Diagrama ideal – Dos etapasLa presión intermedia que
minimiza el trabajo requerido para la compresión es:
(P2 P1) 1/2
50
Diagrama real – Dos etapas
51
Regulación de la carga
servicio
ωdemanda
compresor
ω
Como en generalω y ωdemanda no coinciden, se necesita un tanque pulmón intermedio
52
Regulación de la carga
compresor servicioTanque pulmón
ω ωdemanda
… y comoω y ωdemanda no coinciden, la presión en el tanque pulmón varía.
53
ω > ωdemanda
Regulación de la carga
tiempo
presión en el tanque pulmón
54
Regulación de la carga
tiempo
ω < ωdemanda
presión en el tanque pulmón
55
tiempo
presión en el tanque pulmón límite máximo de presión
(requisito del sistema)
límite mínimo de presión (requisito del servicio)
Dimensionamiento del tanque pulmón
56
Dimensionamiento del tanque pulmón
El volumen del tanque pulmón se elige de tal modo que con la demanda normal y sin
alimentación, la presión demore cierto tiempo en caer entre los límites máximo y mínimo
PMáx Pmín V P0 Q- =
TtkM Ttkm t T0
V = volumen tanque pulmónQ = caudal demandado a P0 y T0
t = tiempo de alimentación cortadaTtk = temperatura del gas dentro del tanque
57
tiempo
presión en el tanque pulmón límite máximo de presión
(requisito del sistema)
límite mínimo de presión (requisito del servicio)
Dimensionamiento del tanque pulmón
Tiempo prudencial
58
P
Regulación de la carga
compresor servicioTanque pulmón
ω ωdemanda
sistema para regular la carga del compresor
actuador sist. control
59
Sistemas para regulación de la carga
• Arranque – parada (ON-OFF para compresores pequeños)
• Ajustando la velocidad del motor (no siempre posible)
• Cerrando una válvula en la aspiración (reduce P1)
• Bloqueando las válvulas de admisión en posición abierta
• Regulando el volumen de espacio muerto
• Usando un by-pass entre descarga y succión
En cada caso la regulación puede ser manual o automática
60
tiempo
presión en el
tanque pulmónPresión de corte
Presión de arranque
OFF
ON
Control del volumen de espacio muerto 62
Bolsillo ”de volumen fijo
“Bolsillo” de volumen regulable
Control del volumen de espacio muerto
63
64https://www.youtube.com/watch?v=pSSULWTKgy4
Regulación por medio de un by-pass
65
Componentes del sistema• Compresor• Bomba para el aceite (ej. Bomba engranajes)• Enfriador del aceite• Filtros para el aceite• Enfriadores intermedios o finales• Tanques de acumulación• Agua de enfriamiento para los cilindros• Separadores de agua/aceite• Instrumentos (manómetros, termómetros)• Válvulas de alivio, válvula reguladora de succión
Motor, trasmisión, sistema de alimentación de energía, controles, protecciones,etc... 66
Impulsores
Flujo continuo
Desplazamiento positivo
Centrífugos Flujo axial Reciprocantes Rotatorios
Impulsores
Flujo continuo
Desplazamiento positivo
Centrífugos Flujo axial Reciprocantes Rotatorios
Compresores Rotatorios
– Simple o multi etapa
– 80 - 150 psig (hasta 10 bar man)
– 5 - 600 cfm (hasta 1000 m3/h)
– No pulsante
Compresor de paletas deslizantes
Compresor de paletas deslizantes
Compresor rotatorio de pistón líquido
Compresor cicloidal de dos lóbulos
Compresor cicloidal de dos lóbulos
Compresor helicoidal (tornillo)
Compresor “tornillo” de dos rotores
Rotor hembra
Rotor macho
Cada una de las cavidades helicoidales confinadas entre un tornillo y la carcazason encerradas sucesivamente por el contacto con el segundo tornillo y comprimidas a medida que el contacto avanza axialmente, hasta que el extremo de la cavidad coincide con la abertura de salida.
http://www.hitachi.com/businesses/infrastructure/product_site/compressor/products/screw/kind.
V1
P1
Pa
Pd
La cavidad se llena con gas a la presión
de admisión Pa
P1 = Pa
V2
P1
P2
Pd
Se cumple que
P1V1k = P2V2
k
P2 no depende de la presión en la línea de descarga !!
En los compresores de desplazamiento positivo sin válvulas, la relación de compresión es fija para un determinado gas.
rc = P2 / P1 = V1k / V2
k = (V1/V2)k
rc depende de propiedades geométricas y del índice de la compresión politrópica
El cociente V1/V2 se lo denomina relación de compresión volumétrica (y se simboliza Vi)
VVPa= P1�
V1
Cuando la cámara en cuestión se comunica con la admisión, se llena con gas a la presión Pa. El volumen de la cámara en ese punto es V1
P
Diagrama P V
Ciclo Ideal
VVPa= P1
PVk = constante
�
V1
Al rotar el tornillo, la cámara en cuestión se va “achicando”, el volumen encerrado se va reduciendo y la presión aumentando.
Ciclo Ideal
VVPa= P1
PVk = constante
�
�
V1V2
P2 = P1 (V1/V2) k
Cuando la cámara de trabajo está a punto de conectarse con la descarga, el volumen de la cámara es V2 y la presión en su interior es P2.
Ciclo Ideal
VVPa= P1
PVk = constante
�
�
V1V2
P2 = P1 (V1/V2) k
Cuando la cámara de trabajo está a punto de conectarse con la descarga, la presión en la cámara es P2.
Ciclo Ideal
VVPa= P1
PVk = constante
�
�
V1V2
Pd = P2Caso P2 = Pd
Cuando la cámara se “abre” a la descarga, el gas en la cámara “se enfrenta” a la presión Pd .
Ciclo Ideal
VVPa= P1
PVk = constante
�
�
V1V2
Pd = P2Caso P2 = Pd
Cuando la cámara se “abre” a la descarga, el gas en la cámara “se enfrenta” a la presión Pd .Al seguir rotando, la cámara se vacía hasta que el volumen encerrado es nulo.
el área es el trabajo por ciclo
Ciclo Ideal
VVPa= P1
PVk = constante
�
�
V1V2
Pd < P2
Caso P2 > Pd
si no hubiera
irreversibilidades
Si la presión de la línea de descarga es diferente de P2, se producen irreversibilidades que disminuyen la eficiencia.
Ciclo Ideal
VVPa= P1
PVk = constante
�
�
V1V2
Pd < P2
Caso P2 > Pd
Si la presión de la línea de descarga es diferente de P2, se producen irreversibilidades que disminuyen la eficiencia.
caso límite: la presión cae
“instantáneamente” al valor Pd
Ciclo Ideal
VVPa= P1
PVk = constante
�
�
V1V2
Pd < P2
Caso P2 > Pd
Si la presión de la línea de descarga es diferente de P2, se producen irreversibilidades que disminuyen la eficiencia.
caso límite: la presión cae
“instantáneamente” al valor Pd
Ciclo Ideal
VVPa= P1
PVk = constante
�
�
V1V2
Pd > P2
Caso P2 < Pd
si no hubiera
irreversibilidades
Si la presión de la línea de descarga es diferente de P2, se producen irreversibilidades que disminuyen la eficiencia.
Ciclo Ideal
VVPa= P1
PVk = constante
�
�
V1V2
Pd > P2
Caso P2 < Pd
Si la presión de la línea de descarga es diferente de P2, se producen irreversibilidades que disminuyen la eficiencia.
caso límite: la presión sube
“instantáneamente” al valor Pd
Ciclo Ideal
VVPa= P1
PVk = constante
�
�
V1V2
Pd > P2
Caso P2 < Pd
Si la presión de la línea de descarga es diferente de P2, se producen irreversibilidades que disminuyen la eficiencia.
caso límite: la presión sube
“instantáneamente” al valor Pd
Ciclo Ideal
Capacidades: hasta 25.000 cfm(42.500 m3/h)
Presión de descarga:hasta 125 psi (860 kpa) en una etapa y hasta 300 psi (2.070 kpa) en dos etapas
Velocidades de rotación pueden oscilar entre 1.500 y 12.000 rpm.
Engrane entre rotores puede ser indirecto (cámara de compresión seca) o directo (cámara de compresión húmeda).
CAMARA DE COMPRESIÓN SECA
• Gas exento de aceite• Los tornillos no engranan directamente sino a través
de engranajes helicoidales exteriores a la cámara de compresión.
• No hay aceite de sello entre los rotores y la carcaza.• Velocidades relativamente altas (8.000 rpmo más).• Como no hay aceite para refrigerar, las carcazas
suelen estar refrigeradas por agua. • Son posibles menores relaciones de compresión por la
limitada capacidad de enfriamiento
CAMARA DE COMPRESIÓN HUMEDA
• Engrane directo entre los lóbulos del rotor macho y las entradas del rotor hembra.
• Se atomiza una flujo controlado de aceite en la cámara de compresión.
• Niebla de aceite lubrica los lóbulos y las entradas de los rotores, obturando (sellando) el espacio entre ellos y la carcaza (además, el aceite evacúa parte del calor generado).
• Mayor eficiencia con respecto a los de cámara de compresión seca
Regulación de capacidad mediante válvula deslizante (compresor a tornillo)
V1
P1
Pa
Pd
La cavidad se llena con gas a la presión
de admisión Pa
P1 = Pa
V2
P1
P2
Pd
Se cumple que P1V1k = P2V2
k
La cavidad a punto de descargar
V2
P1
Pd
Se cumple que P1V1k = P2V2
k
Pero si cambia la geometría del orificio
de descarga…
V2’
P1
Pd
Se cumple que P1V1k = P2’V 2’
k
P2’
V2’ > V2
P2’ < P2
Principio de funcionamiento de la regulación de capacidad mediante válvula deslizante
Filtro de aire
Válvula
aspiración
Compresor
Transmisión Motor Filtro de
aceite
Radiador
aire
Separador
aire aceite
Válvula termo.
Radiador
aceite
Componentes del sistema
Comparación de compresores de
desplazamiento positivo
Recips Tornillo Paletas Eficiencia Alta Baja Baja Vida Larga Media Larga Mantenimiento Fácil Moderado Fácil Costo inicial Alto Bajo Bajo Costo manten. Alto Bajo Bajo
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