mÁquinas de compresiÓn simple iimÁquinas de compresiÓn simple ii el proceso de compresion e....
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MÁQUINAS DE COMPRESIÓN SIMPLE IIEL PROCESO DE COMPRESION
E. TORRELLA
LOS COMPRESORES FRIGORIFICOS
I: III:II:
E. TORRELLA Pag. 2
TIPOS FUNCIONES RANGO APLICACION
LOS COMPRESORES FRIGORIFICOS
I: III:II:
E. TORRELLA Pag. 3
TIPOS FUNCIONES RANGO APLICACION
VOLUME-TRICOS
ALTER-NATIVOS
ROTAT
PALETAS
SCROLL
CLASIFICACION
E. TORRELLA Pag. 4
CLASIFICACION COMPRESORES
CENTRI-FUGOS
ROTAT.
HELICOI
DALES
SCROLL
DOBLETORN.
UNICO TORN.
COMPRESORES ALTERNATIVOS
E. TORRELLA Pag. 5
COMPRESORES ROTATIVOS
E. TORRELLA Pag. 6
COMPRESORES CENTRIFUGOS
E. TORRELLA Pag. 7
LOS COMPRESORES FRIGORIFICOS
I: III:II:
E. TORRELLA Pag. 8
TIPOS FUNCIONES RANGO APLICACION
FUNCIONES DE UN COMPRESOR
El compresor es el “corazón” de una instalación de producción de frío por compresión, siendo su función doble:- ASPIRACION; de los vapores formados en evaporador, pues de acumularse
aumentaría la presión y con esta la temperatura.
- COMPRESION; aumento de presión hasta un nivel que permita su d ió d d t t “ t it ”
E. TORRELLA Pag. 9
condensación con ayuda de un agente externo “gratuito”.
FUNCIÓN DE ASPIRACIÓN
ALTERN.
IDEAL
t,E(%)
E. TORRELLA Pag. 10
ASPIRAR VAPORES
RENDIM. VOLUM.
OTROS
REAL
COMPRESOR ALTERNATIVO REALRendimiento volumétrico
a'
b'
c'
d'p
p
Descarga
Admisiónadm.
desc.
E. TORRELLA Pag. 11
Vol. total del cilindro
b
VVol. desplazado
Espacio muerto
Vol. vapor admisiónEspacio muertoreexpandido
P.M.S. P.M.I
COMPRESOR ALTERNATIVO REALRendimiento volumétrico
a'
b'c'
d'p
p
V
Descarga
Admisión
E i
adm.
desc.
E. TORRELLA Pag. 12
=Rv = (volumen de admisión)(volumen desplazado)
Vc´ - Vb´
Vc´ - Va´=
(Vc´ - Va )́ - (Vb´ - Va )́Vc´ - Va´
=
1 +Va´
Vc´ - Va´-
Vb´
Vc´ - Va´=
VEspacio muerto
Espacio muertoreexpandido
Vol. desplazado
Vol. vapor admisión
Vol. total del cilindro
COMPRESOR ALTERNATIVO REALRendimiento volumétrico. Caso adiabático
a'
b'c'
d'p
p
V
Descarga
Admisión
E i
adm.
desc.
n1
a'b' tVV =
E. TORRELLA Pag. 13
VEspacio muerto
Espacio muertoreexpandido
Vol. desplazado
Vol. vapor admisión
Vol. total del cilindro a'c'
a'
VVVE−
=
R 1 E E t
E (1 t ) 0
v
1n
1n
= + −
− <
RENDIMIENTO VOLUMETRICOVariación de tasa (evaporación)
E. TORRELLA Pag. 14
MÁQUINAS DE COMPRESIÓNRendimiento volumétrico real
Otros factores que afectan al rendimiento volumétrico.- Efecto de válvulas:
- Inercia en actuación.
- Pérdida de carga.
- Adición de calor al vapor de admisión (Expansiones y compresiones no
E. TORRELLA Pag. 15
Adición de calor al vapor de admisión (Expansiones y compresiones no adiabáticas).
- Fugas.
- Presencia de incondensables y lubricante.
COMPRESOR ALTERNATIVO REALDiagrama de indicador
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COMPRESOR ALTERNATIVO REALFases
E. TORRELLA Pag. 17
DATOS EXPERIMENTALESDispositivo
E. TORRELLA Pag. 18
DATOS EXPERIMENTALES Esquema medidas
T
T5, P5 T6, P6
T7, P7
T9
T10
T11
A
B
T
T5, P5 T6, P6
T7, P7
T9
T10
T11
A
B
E. TORRELLA Pag. 19
P1, T1
T2, P2T3
P3P4
T4
T8, P8
T12
T13
C D
P1, T1
T2, P2T3
P3P4
T4
T8, P8
T12
T13
C D
DATOS EXPERIMENTALES Características compresor
Compresor Bitzer model V, de 5 kW conectado por poleas.
Dimensiones: - Diámetro cilindro = 85 mm.
- número de cilindros = 2.
Carrera = 60 mm
E. TORRELLA Pag. 20
- Carrera = 60 mm.
- Volumen geométrico = 681 cm3.
szVG ⋅⋅⋅
=4
2φπ
DATOS EXPERIMENTALES Rango de medidas
PK TK P0 T0
bar ºC bar ºC
R134amin. 8.95 35.32 1.65 -14.81
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R134a
max. 15.10 55.52 3.79 7.37
R407Cmin. 14.68 33.08 2.44 -16.93
max. 22.05 50.17 4.51 -0.63
R22min. 15.27 39.83 2.61 -18.42
max. 22.07 55.65 4.76 22.07
DATOS EXPERIMENTALES Rendimiento volumétrico
E. TORRELLA Pag. 22
R407C
R134a
R22
R407CR407C
R134aR134a
R22R22
RENDIMIENTO VOLUMETRICOVariación con recalentamiento
0.85
0.90
t = 4.53
t = 5.36
E. TORRELLA Pag. 23
0.70
0.75
0.80
2 4 6 8 10 12
Recalentamiento (ºC)
Rv
t = 6.1RR--134a134a
RENDIMIENTO VOLUMETRICOVariación con recalentamiento
0.75
0.80
0.85
0.90
t = 5.05 t = 5.71
E. TORRELLA Pag. 24
RR--407C407C
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
5 7 9 11 13 15 17Recalentamiento (ºC)
Rv
t = 6.81
R407C
0.8
0.85
0.9PK = 1555.74 kPa; PS0 = 354.92 kPaPK = 1602.18 kPa; PS0 = 369.06 kPaPK = 1809.52 kPa; PS0 = 400.01 kPa
RENDIMIENTO VOLUMETRICOVariación con régimen giro
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0.6
0.65
0.7
0.75
350 400 450 500 550 600
NR
RV
NR [r.p.m.]NR [r.p.m.]
RENDIMIENTO VOLUMETRICOVariación con régimen giro.
0.90
0.95
t = 4.54 t = 4.87
E. TORRELLA Pag. 26
RR--134a134a
0.75
0.80
0.85
350 400 450 500 550 600
N (r.p.m.)
Rv
t = 5.68
RENDIMIENTO VOLUMÉTRICOCompresores alternativos. Otras correlaciones
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ −+=
2
12
21 exp
100181
ppkTkkR k
sv
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FUNCIÓN DE COMPRESIÓN
COMPRIMIR
REND.
MECAN.
COMP.
ACCION
VALV.
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VAPORES
REND.
INTERNO
ALTERN.
TRANSM.
CALOR
COMP.
HELICO.
REL.
VOLUMEN
TRABAJO NECESARIO EN EL PROCESO DE COMPRESIÓN
Para cualquier tipo de transformación que tenga lugar en el equipo, el trabajo específico de compresión, entre el estado inicial “1” y el final “2”, se expresa como:
∫=2
)(V
dVVPW
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∫= 1)(
Vb dVVPW
Presión
2P20)(
2
1== ∫
V
Vb dVVPW0
COMPRESION A VOLUMEN CTE.
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Volumen
1P1
V1=V2
Sin movimiento
No hay trabajo
Presión
2 1P0 = P1 = P2
COMPRESION A PRESION CTE.
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VolumenV1V2
mRTPV =
Para gas ideal
VcteVPctemRTPV =→== )(0
Presión2
P2
COMPRESION ISOTERMA
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1
2ln)(2
1
2
1 VVC
VdVCdVVPW
V
V
V
Vb === ∫∫
V
Volumen
1
V1V2
P1
1
20 ln
VVmRTWb =
2
10 ln
ppmRT=
1
211 ln
VVVP=
1
222 ln
VVVP=
COMPRESION ISOENTROPICA
Si consideramos el proceso ideal como el de un gas perfecto sometido a un proceso isoentrópico:
∫=2
1
)(V
Vb dVVPW
E. TORRELLA Pag. 33
dvpdTcdudq
dvpdudq
v −===
+=0
dpvdTcdhdvpdudq
dpvdvpdudTcdh
p
p
==+==
++==
0
KvpCvpvdv
pdp
cc
dvpdpv
dTcdTc
v
p
v
p
=→=+⇒=+
=−
=
γγγ
γ
lnln0
;
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ −−
−= 1/)1(
1γγ
γ
γtaspiraciónvaspiraciónP
sw
CPV n =Presión
2
1
P2
P
COMPRESION REAL POLITROPICA
n
nCV
VCVP −==)(
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VolumenV1V2
P1
∫=2
1
)(V
Vb dVVPW
nVPVP
−−=
11122
Para gas ideal:n
TTRmWb −−=
1)( 12
11122
+−−=
−−
nVCVVCV nn
∫=2
1
V
VnV
dVC
1
11
12
+−−=
+−+−
nCVCV nn
COMPRESIONES ISOENTRÓPICAY POLITRÓPICA
p [Bar]
2s3 2’pK 2r
te.
p [Bar]
2s3 2’pK 2r
te.
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h [kJ/kg]
14p0
s = ct
e
h [kJ/kg]
14p0
s = ct
e
COMPRESOR ALTERNATIVO IDEAL
d
P
a
Fases:
•Admisión b-c.
•Compresión c-d.
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cb
0 V
•Descarga d-a.
{ }p
p mdcbaAreaw =
COMPRESORESEnfriamiento externo
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COMPRESOR ALTERNATIVO REALNo adiabático
E. TORRELLA Pag. 38
COMPRESOR ALTERNATIVO REALRendimiento interno
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COMPRESOR ALTERNATIVO REALRendimiento interno
Trabajo específico real
Definición del rendimiento volumétrico
{ }r
r mAreaw 4321 −−−
=
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Definición del rendimiento interno
vp
r Rmm
=
{ }{ }
{ }{ } viv
p
r
r
pi RR
AreaAreaR
mm
AreaArea
ww
R ≈→−−−−−−=
−−−−−−==
43214́3́2́1́
43214́3́2́1́
RENDIMIENTO INTERNO
Los factores más importantes que inciden sobre la desviación, respecto a isoentrópica, que se produce en un proceso real son:
- Interacción térmica
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- Rozamientos en el movimiento del fluido
RENDIMIENTO INTERNOInteracción térmica
La termotransferencia, que tiene lugar entre el fluido circulante y las paredes metálicas del compresor, confieren un carácter no adiabático al proceso, y por lo tanto una desviación respecto a la transformación isoentrópica de referencia.
- Las fases de compresión y de reexpansión de vapores ocluidos en el espacio muerto pueden despreciarse en cuanto a fenómenos de termotransferencia, basados en el hecho de su pequeña duración y del sentido contrario en cuanto a sentidos del flujo de calor en ambos procesos. De cualquier modo en la figura se ha representado su efecto puesto de manifiesto en la no
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en la figura se ha representado su efecto, puesto de manifiesto en la no consideración de transformaciones isoentrópicas.
- Respecto a la fase de descarga, la potencia térmica puede también ser despreciada al no modificar de manera sensible la potencia requerida.
- Al contrario que en descarga, en la fase de aspiración la absorción de calor por los vapores es un factor de importancia debido a la modificación que conlleva en el valor del volumen específico de la corriente de vapores. Su efecto no sólo es importante sobre el rendimiento indicado sino también sobre el volumétrico.
RENDIMIENTO INTERNORozamientos
Prácticamente estas pérdidas se deben al paso del fluido a través de las válvulas de aspiración y descarga. La pérdida de carga a través del orificio de una válvula, supuesto flujo y densidad constantes, puede expresarse como:
22pcil
2 uAu=p ⎥⎤
⎢⎡
=Δ ρρ
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en la que:- u = velocidad del fluido.- Acil = sección del cilindro.- Av = sección de paso por la válvula.- Kv = coeficiente de flujo de la válvula.- up = velocidad del pistón.
2vv AK2 = p ⎥
⎦⎢⎣
=Δ ρρ
COMPRESOR ALTERNATIVO REALRendimiento interno. Variación con la tasa
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RENDIMIENTOS INTERNO Y VOLUMETRICOVariación con la tasa
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RENDIMIENTOS INTERNO Y VOLUMETRICOVariación con la tasa
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COMPRESOR ALTERNATIVO REALRendimiento efectivo (mecánico)
Pérdidastérmicas
Pútil
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.cons
útilef P
PR =
Pérdidaseléctricas
PconsumidaPmecánica
Pérdidasmecánicas y fugas
COMPRESOR ALTERNATIVO REALRendimiento motor eléctrico
Rango normal entre 0.65 y 0.96
- Valores sobre 0.65 para pequeña potencia
- Valores sobre 0.96 para alta potencia
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RENDIMIENTO EFECTIVOVariación con la tasa
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RENDIMIENTO EFECTIVO (GLOBAL)Variación con la tasa.
0.6
0.7
E. TORRELLA Pag. 50
0.3
0.4
0.5
3 4 5 6 7 8Tasa de compresión
η G
R134aR22R407C
CARACTERISTICAS
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LOS COMPRESORES FRIGORIFICOS
I: III:II:
E. TORRELLA Pag. 52
TIPOS FUNCIONES RANGO APLICACION
RANGO APLICACION
E. TORRELLA Pag. 53