República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria

Universidad Politécnica Territorial del Oeste de Sucre “Clodosbaldo Russián”

Programa Nacional de Formación en Procesos Químicos

Mecánica de Fluidos

Compresores

Integrantes:

T.S.U. Delgado Jennifer

T.S.U. González Ana Cristina

T.S.U. Pazo Oriana

T.S.U. Velazco Yessica

Prof.: Ing. Mariamarina Rojas Trayecto III / Trimestre I

Sección: “01”

Cumaná, 26 de Junio de 2014.

Introducción

Introducción

Se denomina compresor en sentido amplio, a todo aquello destinado a oprimir, reducir

de volumen, sujetar o contener alguna cosa.

Existen una gran gama de compresores que son utilizados en la vida cotidiana de la

persona y además cada uno esta destinado para un fin.

Ejemplo de estos compresores son los compresores utilizados en la refrigeración y los

utilizados a nivel industrial. Los primeros son conocidos como compresores de gas; estos se

usan para comprimir un fluido en estado gaseoso y lo emplean en el ciclo de refrigeración por

compresión de vapor. El segundo es utilizado como medio para aumentar la presión de un

gas.

En el área automotriz, se utiliza un turbocompresor que aumenta la presión en los

cilindros. Los compresores de gas trabajan por medio de un motor eléctrico que comprime o

incrementa la presión de un fluido en su estado gaseoso dando como resultado la

disminución de su volumen. De este tipo de compresores se pueden nombrar; los

compresores de aires utilizados en maquinas o herramientas como grúas, freno de vehículos,

martillos de neumáticos, entre otras.

Por otra parte, la eficiencia de los compresores o de una máquina motriz es la relación

de la energía de entrada entre el trabajo / (energía útil) de salida, entre la energía de entrada

(calor).

La eficiencia tiene que ver, con lo tan bien que se hacen las cosas, y nos referimos

indirectamente a qué tan eficiente o ineficientemente las hacemos. Cada compresor trabaja

de un manera diferente, por lo que cada uno se desempeña de una forma particular

mostrando una eficiencia, la cual puede ser calculada según sea el uso del mismo.

COMPRESORES:

Son máquinas generadoras encargadas de transferir energía al gas a través de la

reducción de su volumen y el incremento de su energía cinética, es decir, son equipos que

trabajan con fluidos gaseosos que permiten incrementar su presión.

En Mecánica se denomina compresor a un aparato o maquinaria térmica, utilizado en

los ámbitos técnicos e industriales, formado por pistones, bielas, bomba de lubricación,

bobinas, anillos de presión y lubricación, cigüeñal, carter y terminales, que permite que un

fluido compresible, ya sea un gas o un vapor, adquiera energía, como energía de flujo, pues

la energía adquirida por la sustancia fluye al adquirir más presión y más energía cinética.

Entre la máquina y el fluido se produce un intercambio energético.

Un compresor de aire somete el aire que recoge a una presión atmosférica dada, y le

aplica una presión mayor, permitiendo su empleo en equipos neumáticos.

Los primeros compresores usados en turbinas de gas fueron los centrífugos. En estos

el aire que entra al compresor, a causa del movimiento del rodete es impulsado con gran

fuerza centrífuga. El difusor toma esta energía y la carga de presión. Este aire con presión es

tomado por el múltiple de distribución, de donde pasa a las cámaras de combustión.

Son muy usados en aire acondicionados, en sistemas neumáticos como el explicado

en el párrafo anterior, en motores de aviación, y en la producción de energía eléctrica.

Los compresores digitales en Informática son programas que permiten que el tamaño

de un fichero disminuya su dimensión.

Los compresores de sonido son aquellos que posibilitan por medio de un procesador

electrónico que el rango dinámico de la señal sonora se aminore.

Compresores de émbolo.

Los compresores mas utilizados, como ya se dijo anteriormente, son los de embolo,

debido a su precio y a su flexibilidad de funcionamiento, es decir, permiten trabajar con

caudales de diferentes magnitudes y con un amplio rango de relación de compresión.

El funcionamiento de este tipo de compresores es muy parecido al de un motor de un

automóvil. Un eje, en el que va una manivela (cigüeñal), acciona la biela que produce un

movimiento alternativo en el pistón. Al bajar el pistón, entra aire por la válvula de aspiración.

En ese momento la válvula de salida esta cerrada. Cuando el pistón desciende hasta

el punto muerto inferior, las dos válvulas se cierran. En este momento comienza la

compresión del aire que ha entrado al cilindro, debido al inicio del ascenso del pistón.

Cuando este aire se ha comprimido hasta el máximo, entonces se abre la válvula de

salida. el aire comprimido es descargado en el deposito y comienza a viajar hacia el circuito a

través de los conductos del mismo.

Como datos importantes de estos compresores, señalamos que pueden alcanzar

presiones desde 6 kp/cm2 hasta un máximo de 10 kp/cm2 en los compresores de una etapa.

En los de dos etapas se puede llegar hasta 15 kp/cm2. En cuanto a los caudales, pueden

conseguirse hasta los 500 m3/min.

Para realizar la compresión de aire, los compresores de émbolo suelen utilizar mas de

una etapa, Produciéndose en cada etapa un aumento de la presión del aire. En la última

etapa, el aire es expulsado a la presión final esperada.

En general, los compresores de émbolo más utilizados son los de dos etapas, Que

suelen refrigerarse con agua o aceite (que circula alrededor de la camisa del compresor) o

con aletas (que es un método que busca el aumento de la superficie de refrigeración con

RotativoDe Embolo Turbocompresor

De PistónDe Diagrama

RadialAxial

MulticelularDe tornillo HelicoidalRoots

Tipos de Compresores

pequeñas superficies muy delgadas), que se sitúan alrededor de las cámaras de compresión.

Compresores Rotativos

Los compresores rotativos consiguen aumentar la presión del aire mediante el giro de

un rotor. El aire se aspira cuando el rotor gira en un determinado sentido y después se

comprime dentro de la cámara de compresión que se origina en el compresor.

Dentro de este tipo de compresores se pueden distinguir muchos tipos. Los mas importantes

son los siguientes:

• Compresor rotativo de paletas

La características fundamental de estos compresores es que poseen una serie de

paletas radiales sobre el rotor que presionan las paredes de la cámara de compresión

cuando giran (por la acción de la fuerza centrífuga). Entre cada dos paletas se crea una

especie de pequeña cámara de compresión que va comprimiendo el aire.

Son muy silenciosos y proporcionan un nivel de caudal prácticamente constante.

• Compresor de tornillo

Son relativamente nuevos y, además, caros, aunque debido a su bajo desgaste, a

largo plazo son muy ventajosos.

Son muy silenciosos y proporcionan unos caudales de hasta 8 m3/min, junto con una

presión que oscila entre los 7 y los 14 bar.

El funcionamiento de estos compresores se basa en el giro de dos tornillos

helicoidales que comprimen el aire que ha entrado por el orificio de aspiración, y lo expulsan

hasta el orificio de salida.

Turbocompresor o también llamado turbo es un sistema de sobrealimentación que

usa una turbina centrífuga para accionar mediante un eje coaxial con ella, un compresor

centrífugo para comprimir gases. Este tipo de sistemas se suele utilizar en motores de

combustión interna alternativos, especialmente en los motores diésel.

En algunos países, la carga impositiva sobre los automóviles depende de la cilindrada del

motor. Como un motor con turbocompresor tiene una mayor potencia máxima para una

cilindrada dada, estos modelos pagan menos impuestos que los que no tienen

turbocompresor.

Eficiencia de compresores

Cuando hablamos de qué tan bien se hacen las cosas, nos referimos indirectamente a

qué tan eficiente o ineficientemente las hacemos. Una máquina motriz será más eficiente si

realiza su trabajo en menos tiempo y con la menor cantidad de energía suministrada. Las

máquinas térmicas motrices requieren una cantidad de energía para poder realizar un trabajo

como el combustible que se transforma en energía calorífica en el caso de un motor de

combustión interna de automóvil. En el caso de una máquina de refrigeración el ciclo se

invierte, se requiere darle una cantidad de trabajo para mover una cantidad de energía

térmica o calorífica. Toda máquina térmica, ya sea motriz o de refrigeración, requiere ceder

Indudablemente una cantidad de calor al medio ambiente, por lo que su funcionamiento está

gobernado por nuestra madre naturaleza o las condiciones ambientales que la rodean. Un

mismo refrigerador o sistema de aire acondicionado operan muy diferente en Alaska o en el

Desierto del Medio Oriente, en la Ciudad de México o en la ciudad de Yucatán, Inclusive el

mismo equipo no funciona igual en diferentes condiciones ambientales o épocas del año (en

invierno y en verano).

La eficiencia de los compresores normalmente se describe en término de eficiencia

volumétrica y eficiencia isentrópica. La eficiencia volumétrica puede describirse como el

cociente entre el rendimiento real del compresor (ft3/min.) comparado con el desplazamiento

de barrido (ft3/min. teóricos), de acuerdo con la siguiente relación:

Algunas observaciones y explicaciones de esta Figura pueden expresarse de este modo:

La eficiencia volumétrica de un compresor de tornillo se reduce a medida que aumenta la

relación de compresión (la relación de compresión absoluta es la relación entre las presiones

absolutas de descarga y de succión). Esta curva depende primariamente de los ajustes

internos del compresor que permiten fugas del lado de alta presión de regreso a la succión.

Los ajustes totales pueden visualizarse como un solo orificio de tamaño equivalente. A

medida que la relación de compresión a través del orificio (ajustes) aumenta, el flujo (fuga)

también aumenta. Una máquina con ajustes muy pequeños tendrá una curva de E.V.

relativamente plana y una con ajustes grandes tendrá una curva de E.V. con pendiente

empinada.

Factores que afectan la eficiencia volumétrica:

• El espacio muerto.

• Estrangulamiento.

• Elevadas relaciones de compresión.

• Calentamientos en el cilindro.

• Fugas en el pistón o válvulas.

Ecuación de eficiencia volumétrica:

Ev= Va/ Vp x100

Va= volumen admitido por el compresor.

Vp= volumen desplazado por el pistón.

Ahora bien, en 1824, el físico francés Sadi Carnot derivó la eficiencia térmica para una

máquina térmica ideal como una función de la temperatura de sus reservorios fríos y

calientes:

donde:

TH es la temperatura del reservorio caliente;

TC es la temperatura del reservorio frío.

La ecuación demuestra que se obtienen mayores niveles de eficiencia con un mayor

gradiente de temperatura entre los fluidos calientes y fríos. En la práctica, cuanto más

caliente el fluido, mayor será la eficiencia del motor.

Ahora bien, El rendimiento térmico o eficiencia de una máquina térmica es un

coeficiente o ratio adimensional calculado como el cociente de la energía producida (en un

ciclo de funcionamiento) y la energía suministrada a la máquina (para que logre completar el

ciclo termodinámico). Se designa con la letra griega ηter:

Dependiendo del tipo de máquina térmica, la transferencia de estas energías se realizará en

forma de calor, Q, o de trabajo, W.

Se dice que la eficiencia es la relación entre la salida, la energía que se busca tener, y

la entrada, la energía que cuesta pero se debe definir la salida y la entrada. Se puede decir

que una maquina térmica, la energía que se busca es el trabajo y la energía que cuesta es el

calor de la fuente de alta temperatura ( costo del combustible) la eficiencia térmica se define

como:

ð Térmica =W(Energía que se busca) = Qh - Ql = 1 – Ql

Qh (Energía que cuesta) Qh Qh

La eficiencia de un refrigerador se expresa en términos del coeficiente de rendimiento,

que se identifica con el símbolo ð En un refrigerador, la energía que se busca es el calor que

se transfiere desde el espacio refrigerado. La energía que cuesta es el trabajo, así el

coeficiente de rendimiento, ð, es:

ð = Ql (Energía que se busca) = Ql = 1

W ( Energía que cuesta) Qh - Ql Qh/Ql – 1

En una bomba de calor el objetivo es el calor que se transfiere desde el refrigerante al

cuerpo de alta temperatura, que es el espacio que se quiere calentar el coeficiente de

rendimiento es:

ð = Ql (Energía que se busca) = Qh = 1

W ( Energía que cuesta) Qh - Ql 1- Ql/Q

Eficiencia isentrópica de Compresores

La eficiencia isentrópica de un compresor se define como la relación entre el trabajo

de entrada requerido para elevar la presión de un gas a un valor especificado de una manera

isentrópica y el trabajo de entrada real:

Cuando son insignificantes los cambios de energía potencial y cinética del gas mientras éste

es comprimido, el trabajo de entrada para un compresor adiabático, el trabajo de entrada

para un compresor adiabático es igual al cambio de entalpía, por lo que para este caso la

ecuación de rendimiento adquiere la forma

Donde: h2isen y h2real son los valores de la entalpía en el estado de salida para los

procesos de compresión isentrópico y real, respectivamente, como se ilustra en la figura.

El calor de la eficiencia isentrópica depende en gran medida del diseño del compresor.

Los compresores mejor diseñados tienen eficiencias isentrópicas de 90%.

Trabajo Isentrópico

Se denomina proceso isentrópico a aquel proceso en el cual la entropía del sistema

permanece incambiada. La palabra isoentrópico se forma de la combinación del prefijo “iso”

que significa “igual” y la palabra entropía.

Si un proceso es completamente reversible, sin necesidad de aportarte energía en

forma de calor, entonces el proceso es isentrópico. En los procesos isentrópicos o

reversibles, no existe intercambio de calor del sistema con el ambiente, entonces se dice que

el proceso es también adiabático. Para lograr que un proceso reversible sea isoentrópico, se

aísla térmicamente el sistema, para impedir el intercambio de calor con el medio ambiente.

Muchos sistemas de ingeniería, como bombas, turbinas y difusores son esencialmente

adiabáticos (no intercambian calor con el medio), y funcionan mejor cuando las

irreversibilidades como la pérdida de energía por fricción, son minimizadas. De esta manera,

los procesos isentrópicos son útiles como modelo de procesos reales, y también se puede. Si

suponemos un gas ideal, podemos decir que un flujo de este gas, que sea adiabático y

reversible, es un flujo isentrópico.

Si tenemos a dicho gas en un sistema cerrado, podemos decir que el cambio de

energía es igual a la suma del trabajo más el calor aportado:

En un proceso isentrópico, la variación de calor dQ es igual a cero, entonces tenemos

que el cambio de energía dU es igual al trabajo realizado sobre el sistema (dW). Como

estamos considerando un gas ideal como sistema, sobre el cual se ejerce una fuerza de

compresión o descompresión, el trabajo realizado sobre el gas está relacionado con la

variación de su volumen como describe la siguiente fórmula:

Donde p es la presión y dV la variación de volumen del gas.

Como dijimos más arriba, en el proceso isentrópico el trabajo es igual al cambio de

energía del sistema y depende de la presión y el volumen del gas, entonces el cambio de

energía también dependerá de la presión y el volumen:

La descompresión rápida de un gas, en un compresor aislado térmicamente, es un

proceso casi isentrópico. Esto se puede demostrar experimentalmente, si se cuenta con

compresor y un contenedor de gas comprimido aislado térmicamente, con indicadores de

temperatura y de presión, que además cuente con una válvula de liberación rápida del gas.

Lo que se debe hacer es tomar los datos de presión y temperatura y graficarlos. Luego

comparar los resultados con lo que sucedería en un proceso isentrópico. Los resultados

serán similares.

En la foto de arriba observamos un dispositivo con el cual se puede llevar a cabo el

experimento descrito, son su fuente de aire comprimido, indicador de presión, indicador de

temperatura y válvula de apertura rápida.

Conclusiones

➔ Los compresores son ampliamente utilizados en la actualidad en campos de la

ingeniería y hacen posible nuestro modo de vida por razones como:

• Son parte importantísima de muchos sistemas de refrigeración y se encuentran en

cada refrigerador casero.

• Se encuentran en sistemas de generación de energía eléctrica, tal como lo es el Ciclo

Brayton.

• Se encuentran en el interior de muchos motores de avión, como lo son los

turborreactores, y hacen posible su funcionamiento.

• Se pueden comprimir gases para la red de alimentación de sistemas neumáticos, los

cuales mueven fábricas completas.

Bibliografia

• http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/proceso-isentropico#ixzz34WI07IbZ

Proceso isentrópico | La Guía de Química

• Concepto de compresor - Definición en DeConceptos.com

http://deconceptos.com/tecnologia/compresor#ixzz34WAgjd6D