INTRODUCCIÓN: TERMODINÁMICA DE LA COMPRESIÓN Compresión Isotérmica En un proceso de compresión isotérmico, la temperatura no cambia durante la compresión. Es imposible construir una máquina que comprima isotérmicamente, la máquina comprimirá isotérmicamente a medida que el número de etapas y de interenfriadores tienda a infinito. La siguiente ecuación aplica a un proceso de compresión isotérmica: Head: Es la energía necesaria para elevar la presión de la unidad de masa de un gas desde la presión P1 hasta la presión P2; la unidad de medida tiene dimensión de longitud (ej.[m]). En el caso de compresión isotérmica es: INTRODUCCIÓN: TERMODINÁMICA DE LA COMPRESIÓN Compresión Isoentrópica (adiabática). La compresión isentrópica es la compresión adiabática ideal. La compresión adiabática es aquella que se efectuá sin intercambio de calor con el medio. Este tipo de compresión se asume para compresores alternativos pero no para centrifugos. donde: C: constante. k.:es la relación de calores específicos (Cp/Cv) para el gas que se está comprimiento. El cabezal adiabático 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 adiabático Had [ft] será : INTRODUCCIÓN: TERMODINÁMICA DE LA COMPRESIÓN Compresión politrópica. Este procesos de compresión se asume para los compresores dinámicos (centrífugos y axiales). El proceso de compresión politrópica se describe, matemáticamente, como sigue: Siendo n: exponente de las politrópicas El cabezal politrópico 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 adiabático Had [ft] será : INTRODUCCIÓN: PROPÓSITO DE LOS COMPRESORES. Los compresores se utilizan para elevar la presión de una corriente de gas con las siguientes finalidades: • Transporte. • Licuefacción. • Requerimientos de presión en Operaciones Unitarias de separación (ej.:absorción de gases). • Requeriminetos de presión en reactores químicos (ej.: Hidrógeno de reposición y reciclo de reactores en procesos de hidrotratamiento). • Transporte neumático. • Instalaciones de aire comprimido industrial. •Almacenamiento de gases comprimidos. •Aplicaciones en máquinas frigoríficas, etc. INTRODUCCIÓN: USO DE COMPRESORES La mayoría de los trabajos que involucran a los compresores caen dentro de tres categorías: • Especificación e instalación de nuevos compresores. • Resolución de problemas durante la puesta en marcha u operación normal. • Modificación de compresores para resolver: •Problemas de diseño. •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. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: TIPOS DE COMPRESORES El rango de aplicación de los compresores varia ampliamente en función de la presión de aspiración la cuál puede ir desde vacío hasta varios miles de psig, en función de la presión de descarga que puede ir desde presión atmosférica hasta valores del orden de las 15000 psig así como también será función del peso molecular que puede ir desde el hidrógeno (MW=2) hasta refrigerantes y gases poco usuales con pesos moleculares cercanos a 100. El tamaño, tipo y construcción del compresor varia para acomodarse a la diversidad de servicios. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: TIPOS DE COMPRESORES Compresores Dinámicos: Los compresores dinámicos son los que desarrollan presión por incremento de la energía cinética del gas que fluye en forma continua a través de la etapa correspondiente. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: TIPOS DE COMPRESORES Compresores de Desplazamiento positivo: Estos compresores desarrollan su performance sobre el gas a través de un proceso repetitivo no continuo. Los tipos son: •Reciprocantes. •Rotativos tipo: • Tornillo. • Paletas. • Anillo Líquido. • Lóbulos. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: TIPOS DE COMPRESORES PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: RANGOS DE APLICACIÓN PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: SELECCIÓN VELOCIDAD ESPECÍFICA – DIÁMETRO ESPECÍFICO PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: SELECCIÓN COEFICIENTE DE ALTURA –COEFICIENTE DE FLUJO PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: SELECCIÓN NÚMERO DE MACH PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: SELECCIÓN Ds vs Ns PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: SELECCIÓN PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO: SELECCIÓN COMPRESORES DINÁMICOS: CENTRIFUGOS Transferencia de energía entre fluído y máquina-Parámetros característicos: La transferencia de energía entre fluído y máquina está basada en el cambio en el momento de la cantidad de movimiento que experimenta el fluído desde la entrada hasta la salida de la máquina, que conduce a la ecuación de Euler. Al vector cantidad de movimiento lo caracteriza en sentido y dirección, la velocidad, ya que la masa es un escalar. S: superficie de revolución sobre la que se ha dibujado la trayectoria de la partícula. 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 fluído respecto al rotor de la máquina. Vm: velocidad meridiana compuesta por VR y Va. U: velocidad tangencial del rotor. La componente giratoria ó tangente Vu califica la transferencia de energía, mientras que la componente meridiana Vm califica el gasto. COMPRESORES DINÁMICOS: CENTRIFUGOS COMPRESORES DINÁMICOS: CENTRIFUGOS COMPRESORES DINÁMICOS: CENTRIFUGOS COMPRESORES DINÁMICOS: CENTRIFUGOS COMPRESORES DINÁMICOS: CENTRIFUGOS COMPRESORES DINÁMICOS: CENTRIFUGOS COMPRESORES DINÁMICOS: AXIALES COMPRESORES ALTERNATIVO (RECIPROCANTE) DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO En un compresor alternativo de desplazamiento como resultado de la carrera del pistón dentro del cilindro y la acción de las válvulas de aspiración y descarga durante un ciclo completo por revolucion del cigüeñal, 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