compresores 3 2017 [modo de compatibilidad] · la cantidad de fluido que pasa por el compresor no...
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VPa
�
��
Pd �
Ciclo ideal
V3 V1Supuestos:
• Gas Ideal
• P3=Pd , P1=Pa
• T1=Ta
• Procesos PV k = cte e iguales para
y1
� � � �
Eficiencia volumétrica
La cantidad de fluido que pasa por el compresor no se
relaciona directamente con el volumen interior del cilindro
sino con volumen admitido en cada ciclo, el cual depende
del volumen barrido (o cilindrada) y del volumen muerto.
La cantidad de fluido admitido en el compresor
es en general inferior a la cilindrada.
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Pa
�
�
Pd
V
Puntos determinados por las presiones de
admisión y descarga, y por el volumen
contenido en el cilindro cuando el pistón está
en el punto muerto inferior y en el punto
muerto superior
Volumen interior = V1
V1
Volumen muerto = V3
V3
Pa
�
�
Pd
V
La cilindrada (VD) es la diferencia entre el volumen interior y el volumen muerto
Cilindrada= VD = V1 – V3 (volumen barrido por el pistón)
V1 – V3
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Eficiencia volumétrica
ηv teórica = (V1 – V4 )/(V1 – V3)
Volumen de gas admitido (en esas condiciones ) = V1 – V4
Cilindrada = V1 – V3
Eficiencia volumétrica teórica = ηv teórica =
Volumen de gas admitido (a la densidad
de �, en el ciclo teórico )
Cilindrada
V4 = c VD rc 1/k
ηv teórica = (V1 – V4 )/(V1 – V3) = 1 + c – c (P2/P1)1/k
V3 = c (V1 – V3)
Para el caso de un ciclo ideal politrópico de índice k:
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Eficiencia volumétrica teórica
Depende de:
• Volumen muerto
• Relación P2 / P1
• k
ηv teórica = (V1 – V4 )/(V1 – V3) = 1 + c – c (P2/P1)1/k
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Eficiencia volumétrica teórica
Situación problema:
Un compresor reciprocante con una relación de volumen muertoc = 0,05 toma aire a 1 bar y lo comprime politrópicamente (k = 1.35) .
La presión de descarga varía dependiendo de las condiciones del sistema neumático al cual alimenta.
Un operario advierte que si la presión del sistema al cual descarga aumenta demasiado puede llegar a un punto en el que el volumen admitido es nulo. ¿Cierto o falso?
• V.- Falso, la cantidad de gas admitida no depende de la presión
• A.- Cierto, el volumen de gas admitido puede ser = 0
• R.- Falso, la cantidad de gas depende de la presión pero no puede llegar a 0
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• ηv teórica disminuye al aumentar rc = P2/P1 y puede valer 0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 10 20 30 40 50 60 70
rc
Eficiencia Volumétrica teórica
c 0.05
k 1.35
ηv teórica
10
ηv teórica = (V1 – V4 )/(V1 – V3) = 1 + c – c (P2/P1)1/k
En la situación problema
ηv teórica = 0 cuando rc = 61
Eficiencia volumétrica
Eficiencia volumétrica real = ηv real =
Volumen de gas realmente descargado
(medido en las condiciones de la admisión al cilindro)
Cilindrada
Eficiencia volumétrica teórica = ηv teórica =
Volumen de gas admitido (a la densidad
de �, en el ciclo teórico )
Cilindrada
depende de:
• Volumen muerto
• Relación P2 / P1
• k
• Fugas a través del émbolo
• ∆Pf en las válvulas de admisión
• Calentamiento del gas en el cilindro
Eficiencia volumétrica real
Causas adicionales de
disminución de caudal
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Vent = (V1-V4) x f P. Carga x f Temp
Vent volumen que ocuparía la masa de gas
admitida, medida en las condiciones de
Entrada (a)
a
d
Causas adicionales de disminución de caudal
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ffuga : Fugas a través del émbolo,
válvulas, etc.
Causas adicionales de disminución de caudal
a
d
Eficiencia volumétrica real
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Vdesc= (V1-V4) x f P. Carga x f Temp x fFuga
Vdesc es el volumen que ocuparía la masa de gas realmente
descargada, medida en las condiciones de entrada
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V desc vol. entregado medido en las condiciones de admisión por ciclo
Q caudal volumétrico de descarga medido en las conds. de admisión (capacidad)
w flujo masa entregado
ρ1 densidad del gas en las condiciones de admisión
N ciclos por unidad de tiempo del pistón
Q= Vdesc x N = ηv real x VD x N w = Q x ρ1
Capacidad y Flujo masa
V
P
� �
� �
Trabajo total
por ciclo, W,
es el área
Trabajo total por ciclo = W = W12 + W23 + W34 + W41
W = - ∫1 P dV + P2 (V2 – V3) - ∫3 P dV - P1 (V1 – V4)
2 4
Trabajo de compresión por ciclo
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V
P
� �
� �
k P2 (k-1)/k
Wciclo = P1 (V1 – V4) - 1k – 1 P1
Caso expansión-compresión politrópica de gas ideal
PVk = constante
PVk = constante
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V
P
� �
� �
Caso expansión-compresión isotérmica de gas ideal
Wciclo = P1 (V1 – V4) ln (P2/P1)
PV = constante
PV = constante
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Trabajo de compresión por unidad de masa
W = Wciclo / (masa admitida por ciclo) =
Wciclo R T1W =
P1 (V1 – V4) PM
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Trabajo Indicado: el trabajo real requerido:
es el área encerrada en la curva negra (ciclo real)
Ciclo real, Windicado : area encerrada
Ciclo teórico, Wteórico : area encerrada
P1’ = P1 – Frva / Sa – ∆Pfva P2’ = P2 + Frvd / Sd + ∆Pfvd
Rendimiento (energético)
Rendimiento = Trabajo ideal / Trabajo real
Energía que
recibiría el gas si la
compresión fuera ideal
(politrópica, adiabática
o isotérmica)
Energía suministrada
(energía que hay que
entregar – es la que nos
interesa cuidar porque es
“por la que pagamos”)
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Fluido (ciclo ideal)
Motor
Compresor
Fluido (ciclo real)
Energía primaria
Trabajo al freno
Trabajo indicado
pérdidas
pérdidas
η motor
η mec
η polifalta de idealidad
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Motor
Compresor
Fluido (ciclo real)
Energía primaria
Trabajo al freno
pérdidas
Trabajo indicado
pérdidas
η motor
η mec
Pérdidas eléctricas y mecánicas en el motor y
en la trasmisión al compresor
Fricción entre émbolo (aros) y cilindro; en la empaquetadura
del vástago (si es de doble efecto); entre biela y cigüeñal,
en cojinetes, etc…
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Fluido (ciclo ideal)
Motor
Compresor
Fluido (ciclo real)
Energía primaria
Trabajo al freno
Trabajo indicado
pérdidas
pérdidas
η motor
η mec
η poli
falta de idealidad
Diferencia entre el trabajo realmente requerido por el fluido, respecto al trabajo
que requeriría si la compresión se efectuara siguiendo un ciclo ideal tomado como referencia
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Rendimiento (energético) = Trabajo ideal / Energía primaria
Trabajo ideal Trab. ideal * Trab. indicado Trab. al freno = x x
Energía primaria Trab. indicado Trab. al freno Energía primaria
η motorη mecη p
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* Si el ciclo ideal
se supusiera.......
η a
η i
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En general, se toma como caso ideal de referencia, el caso de
compresión isotérmica, o el caso de compresión adiabática.
Siendo WI el trabajo indicado:
Una etapa: para presiones medias (25 - 100 psig)
Doble etapa: para altas presiones (100 - 250 psig)
Multi etapa: para muy altas presiones
Doble acción, para trabajo pesado y continuo
Elección de un Compresor reciprocante
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•Lubricar– Mantener las superficies separadas, bajo todas las cargas, T y N, y minimizando por ello
la fricción y el desgaste.
•Proveer sello
•Remoción de calor– Actuar como fluido de enfriamiento removiendo el calor producido
•Prevenir corrosión– Proteger las superficies del ataque de productos agresivos durante la operación
• Suspender residuos– Cumplir funciones de detergencia y dispersiòn para remover residuos que puedan
formarse durante la operación
Requerimientos de la lubricación
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•Depósitos en las válvulas son críticos
•Exceso de lubricante en el cilindro es perjudicial
•Propiedades del aceite: – Viscosidad e índice de viscosidad– Baja inflamabilidad: Flash point– Propiedades químicas (resistencia a la oxidación, inerte frente
al fluido, resistencia a la humedad)– Estabilidad térmica– Antiespumante
El lubricante
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Elección del lubricante depende de: •Gas a comprimir•Condiciones de operación (rangos de P y T)•Sector del compresor a lubricar•Uso del gas comprimido (contaminación por lubricante)•Costos (insumos, mano de obre de mantenimiento e inversión)
El lubricante
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Salpicadura • El aceite depositado en el cárter es salpicado sobre los cilindros por el movimiento
de las bielas y del cigüeñal, y luego escurre nuevamente al cárter por gravedad.
Inyección.
• El sistema de lubricación por inyección está constituido por una o más bombas de inyección de aceite, accionada por un pequeño motor eléctrico o acoplada mediante una transmisión al eje del cigüeñal del compresor.
• Hay sistemas de lubricación automáticos constituidos por una serie de pequeños pistones que dosifican la cantidad exacta de aceite que requiere cada cilindro del compresor.
• En algunos modelos el circuito de aceite incluye su enfriamiento y filtrado.68
Mecanismos de lubricación
Al comprimirse el gas se calienta...La fricción entre el pistón, vástago y cilindro , y la que ocurre por el pasaje del fluido a través de las válvulas contribuyen a aumentar la temperatura.
El aumento de temperatura no es bueno...- Se requiere mayor energía para comprimir- Dilatación de los metales- Aumento de la velocidad de las reacciones
de descomposición del aceite
Es conveniente enfriar. Compresores pequeños con aire. Compresores grandes con agua.
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