Procesos
Termodinámicos
Los procesos termodinámicos comprenden el
comportamiento y relación que se da entre las temperaturas, presión y el
volumen es importante en diversos procesos industriales.
TERMODINÁMICA:
También
es conocida como el movimiento del calor, en esta rama de la física se estudia
la transferencia de calor en trabajo mecánico y viceversa. Su principal base es
la conservación de la energía.
Nos
proporciona una teoría básica que nos sirve para entender y poder diseñar
maquinas térmicas (refrigeradores, cohetes, etc.).
SISTEMA TERMODINAMICO:
Es una parte del
universo que se separa con la finalidad poderla estudiar. Para ello se aísla de
los alrededores a través de límites o fronteras, de tal manera que todo lo que
se encuentra fuera de lo delimitado se denomina alrededores.
a) Frontera: Es el límite que separa al sistema de los
alrededores, casi siempre son paredes que pueden ser diatérmicas o adiabáticas.
b) Pared diatérmicas: Es una conductora de calor, ésta permite el intercambio de calor entre el sistema y sus alrededores y al revés.
c) Pared adiabática: Es caracterizada por NO permitir la interacción térmica del sistema con los alrededores. Es construida de materiales no conductores del calor como porcelana o asbesto.
d) Equilibrio termodinámico: Se alcanza cuando después de cierto tiempo de poner en contacto un sistema de baja temperatura con otro sistema a mayor temperatura se iguala, por lo tanto existe un intercambio de calor, las propiedades de presión, densidad y temperatura cuando se encuentran en este punto dejan de variar.
e) Energía
interna (Ei): Es la energía
contenida en el interior de las sustancias. Es la suma de energía cinética y
potencial de las moléculas individuales que la forman. La mayoría de las veces
se cumple cuanto mayor sea la temperatura de un sistema también lo será su
energía interna.
La energía interna se hace presente en las
sustancias combustibles y es proporcional a la masa.
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA.
Esta ley dice que la variación de la
energía interna de un sistema es igual a la energía que transfieren o reciben
los alrededores en forma de calor y trabajo, de forma tal que se cumple la
energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
La primera ley de la termodinámica se
muestra matemáticamente de la siguiente manera:
a)
Peso
termodinámico: Es
cuando la temperatura, presión o volumen de un gas varían. Los procesos
termodinámicos se clasifican en:
PROCESO ISOTERMICO:
Se presenta cuando la temperatura del
sistema, permanece constante independientemente de los cambio de presión o
volumen que sufran.
Este proceso se
rige por la ley de Boyle-Mariotte de Robert Boyle (1626-1691), Físico Químico
irlandés conocido por sus experimentos acerca de las propiedades de los gases y
Edme Mariotte (1620-1684), Físico Francés que descubrió la ley que relación la
presión y el volumen de los gases a temperatura constante.
Si un proceso isotérmico formado por un gas
experimenta una expansión isotérmica, para que la temperatura permanezca
constante la cantidad de calor recibido debe ser igual al trabajo que realiza
durante la expansión. Pero si presenta una compresión isotérmica, para que la
temperatura también permanezca constante el gas tiene que liberar una cantidad
de calor igual al trabajo desarrollado sobre él.
La temperatura no cambia, su energía interna (Ei), son constantes y su variación de energía interna (ΔEi) es igual a cero, por lo que se cumple que (Ei es constante) (ΔEi = 0 ) Q=Tr.
La temperatura no cambia, su energía interna (Ei), son constantes y su variación de energía interna (ΔEi) es igual a cero, por lo que se cumple que (Ei es constante) (ΔEi = 0 ) Q=Tr.
Proceso politrópico
Un proceso de expansión y compresión de gases donde la presión y el volumen
se relacionen, como sucede a menudo, mediante una ecuación de la forma
(1)
Donde 
y 
son constantes, se
denomina proceso politrópico. Así pues, en un proceso de esta
clase, el producto de la presión y la enésima potencia del volumen es una
constante. Dicho de otro modo: si 
y 
son la presión y
el volumen en un estado del proceso, y 
y 
son la presión y
el volumen en otro estado del proceso, entonces
y son constantes, se
denomina proceso politrópico. Así pues, en un proceso de esta
clase, el producto de la presión y la enésima potencia del volumen es una
constante. Dicho de otro modo: si y son la presión y
el volumen en un estado del proceso, y y son la presión y
el volumen en otro estado del proceso, entonces
(2)
En un proceso politrópico tenemos pues que, al despejar (1),
la presión viene dada por
(3)
Puesto que el trabajo de frontera realizado desde el comienzo de la
expansión o compresión hasta el estado final viene dado por
,Tenemos que el trabajo producido en un proceso politrópico se calcula mediante
En el numerador, podemos tomar 
en el
primer término y 
en el
segundo término (véase (2)),
y así obtener
en el
primer término y en el
segundo término (véase (2)),
y así obtener
Una formula sencilla que permite obtener el trabajo realizado en un proceso
politrópico para 
. Si 
, entonces
. Si , entonces
.
Para el caso de un gas ideal, donde
, la fórmula del
trabajo en un proceso politrópico se convierte en
, la fórmula del
trabajo en un proceso politrópico se convierte en
,
La variación
de calor en un proceso Politrópico se define como;
![Q=nC_v\bigg[\frac{\gamma-k}{1-k}\bigg]\big[T_2-T_1\big]](file:///C:/DOCUME~1/may/CONFIG~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image024.gif){kind=small}
,
Donde 
es el exponente adiabático
es el exponente adiabáticoPROCESO ADIABATICO:
En termodinámica se designa como proceso adiabático a aquél en el cual el sistema
(generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabático
que es además reversible se conoce como proceso isoentrópico. El
extremo opuesto, en el que tiene lugar la máxima transferencia de calor, causando
que la temperatura permanezca constante, se denomina proceso isotérmico.
El término adiabático hace referencia a elementos que
impiden la transferencia de calor con el entorno. Una pared aislada se aproxima
bastante a un límite adiabático. Otro ejemplo es la temperatura adiabática de
llama, que es la temperatura que podría alcanzar una llama si no hubiera
pérdida de calor hacia el entorno. En climatización los procesos de humectación
(aporte de vapor de agua)
son adiabáticos, puesto que no hay transferencia de calor, a pesar que se
consiga variar la temperatura del aire y su humedad relativa.
El calentamiento y enfriamiento adiabático son procesos que comúnmente
ocurren debido al cambio en la presión de un gas. Esto puede ser
cuantificado usando la ley de los gases ideales.
Representación gráfica de las
curvas adiabáticas
Las propiedades de las curvas
adiabáticas en un diagrama P-V son las siguientes:
Cada adiabática se aproxima asintóticamente
a ambos ejes del diagrama P-V (al igual que las isotermas).
Cada adiabática interseca cada isoterma
exactamente una sola vez.
Una curva adiabática se parece a una
isoterma, excepto que durante una expansión, una adiabática pierde más presión
que una isoterma, por lo que inclinación es mayor (es más vertical).
Si las isotermas son cóncavas hacia la
dirección "noreste" (45°), entonces las adiabáticas son cóncavas
hacia la dirección "este noreste" (31°).
Si adiabáticas e isotermas se dibujan
separadamente con cambios regulares en la entropía y temperatura, entonces a
medida que nos alejamos de los ejes (en dirección noreste), parece que la
densidad de las isotermas permanece constante, pero la densidad de las
adiabáticas disminuye. La excepción se encuentra muy cerca del cero absoluto,
donde la densidad de las adiabáticas cae fuertemente y se hacen muy raras
(Véase también: Teorema de Nernst).
Enfriamiento adiabático del aire
Existen, tres relaciones en el enfriamiento
adiabático del aire:
La relación ambiente de la atmósfera, que es
la proporción a la que el aire se enfría a medida que se gana altitud.
La tasa seca adiabática, es de unos -1° por
cada 100 metros de subida.
La tasa húmeda adiabática, es de un -0,6 ° - 0,3º por cada 100 metros
de subida.
La primera relación se usa para describir la
temperatura del aire circundante a través del cual está pasando el aire
ascendente. La segunda y tercera proporción son las referencias para una masa
de aire que está ascendiendo en la atmósfera. La tasa seca adiabática se aplica
a aire que está por debajo del punto de rocío, por ejemplo si no está saturado
de vapor de agua, mientras que la tasa húmeda adiabática se aplica a aire que
ha alcanzado su punto de rocío. El enfriamiento adiabático es una causa común
de la formación de nubes.
El enfriamiento adiabático no tiene por qué
involucrar a un fluido. Una técnica usada para alcanzar muy bajas temperaturas
(milésimas o millonésimas de grado sobre el cero absoluto) es la
desmagnetización adiabática, donde el cambio en un campo magnético en un
material magnético es usado para conseguir un enfriamiento adiabático.
Procesos adiabáticos en mecánica
cuántica
En mecánica cuántica una transformación
adiabática es un cambio lento en el Hamiltoniano cuántico que describe el sistema y que resulta en un
cambio de los valores propios del Hamiltoniano pero no de sus estados propios,
lo que se conoce como cruce evitado. Por ejemplo, si un sistema comienza en su
estado fundamental permanecerá en el estado fundamental a pesar de que las
propiedades de este estado pueden cambiar. Si en tal proceso se produce un
cambio cualitativo en las propiedades del estado fundamental, como por ejemplo
un cambio de spin la transformación se denomina transición de fase cuántica.
Las transiciones de este tipo son transiciones de fase prohibidas por la
mecánica clásica. En contraste, si el cambio en el Hamiltoniano no es
infinitamente lento el proceso se denomina diabático y se puede dar una
transición de Landau-Zener.
En resumen las condiciones que se
tienen que cumplir para los procesos son termodinámicos son:
Compresión por etapas.
Cuando el fluido utilizado por todo el sistema de refrigeración en
cascada es el mismo, el intercambiador de calor se puede sustituir por una
cámara de mezclado puesto que tiene las mejores características de
transferencia de calor. A dichos sistemas se les denomina sistemas de
refrigeración por compresión de múltiples etapas. El proceso de compresión en
este sistema es similar a una compresión
de dos etapas. Y el trabajo del compresor disminuye.
Compresión de etapas múltiples
Otra modificación del ciclo de refrigeración por
compresión de vapor consiste en la compresión en etapas múltiples con
enfriamiento intermedio para disminuir la entrada de trabajo.
Cuando el fluido de trabajo utilizado en el sistema de refrigeración en cascada
es el mismo, el intercambiador de calor entre las etapas puede sustituirse por
un intercambiador de calor regenerativo, ya que éste cuenta con mejores
características de transferencia de calor.
Fig. 3.18 Esquema de la maquinaria y
diagrama Ts de un ciclo de refrigeración por compresión de vapor de dos etapas
con enfriamiento intermedio regenerativo.
La Figura
3.18 muestra un esquema para el ciclo de compresión en dos etapas con
enfriamiento intermedio regenerativo. El líquido que sale del condensador se
estrangula (proceso 5-6) al entrar a una cámara de expansión mantenida a
presión intermedia entre la presiones del evaporador y el condensador. Todo el
vapor que se separa del líquido en la cámara de expansión se transfiere a una
cámara de mezclado, donde se mezcla con el vapor que sale del compresor de baja
presión en el estado 2. La cámara de mezclado actúa como un enfriador
intermedio regenerativo, pues enfría el vapor que sale del compresor de baja
presión antes que toda la mezcla entre la etapa de alta presión del compresor
en el estado 3. El líquido saturado de la cámara de expansión se estrangula al
pasar a la presión del evaporador en el estado 9.
El proceso de compresión de dos etapas con enfriamiento intermedio regenerativo
se muestra en un diagrama Ts en la Figura 3.18, en la cual se ha supuesto
compresión isoentrópica. Aunque el mismo refrigerante circula en ambos
circuitos de todo el sistema, los flujos en cada circuito no son iguales.
Con objeto de analizar el sistema conviene suponer que en uno de los circuitos
circula la unidad de masa. En este análisis supongamos que la unidad de masa
pasa por los estados 3-4-5-6 del circuito de alta presión. La fracción de vapor
formado en la cámara de expansión es la calidad x del fluido en el estado 6 de
la figura 3.18 y ésta es la fracción del flujo que pasa por el condensador que
atraviesa la cámara de mezclado. La fracción del líquido que se forma es (1-x)
y es la fracción del flujo total que pasa por el evaporador. Se puede evaluar
la entalpía en el estado 3 por medio de un balance de energía en la cámara de
mezclado en condiciones adiabáticas
En la que h3 es
la única incógnita. El efecto de refrigeración por unidad de masa que pasa por
el evaporador es
La entrada
total de trabajo al compresor por unidad de masa que pasa por el condensador es
la suma de las cantidades para las dos etapas, es decir,
El
coeficiente de funcionamiento del ciclo de compresión de vapor en dos etapas
con enfriamiento intermedio regenerativo se define como qrefrig/wcomp.
Filtro de entrada Para asegurar un buen
funcionamiento del compresor, este deberá llevar siempre un filtro de
aspiración eficaz. De otra forma, los abrasivos que hay en el aire llegarían
a la unidad y podrían causar un desgaste excesivo en los cilindros, anillos
de pistón, cojinetes, etc. Un buen filtro de aire deberá cumplir los
siguientes requisitos.. Gran eficacia de separación.. Buena capacidad de
acumulación.. Baja resistencia al flujo de aire.. Construcción robusta. Los
tipos más comunes de filtros son los de laberinto y de papel.
|
Filtros de laberinto secos
En un filtro de laberinto se fuerza al aire a
cambiar de dirección rápidamente, acelerándolo y desacelerándolo, de manera
que las partículas sólidas se precipiten por su propio peso hacia un depósito
en el fondo del mismo.
Los intervalos de limpieza dependen de la contaminación del aire, aunque los más normal es de semana a semana o cada 50 a 100 horas de funcionamiento del compresor. Se recomienda por tanto, los filtros de laberinto, de forma muy especial en compresores de poca capacidad, que trabajen en lugares donde el aire ambiente está relativamente limpio, o también como prefiltro separador de partículas gruesas. Filtros de laberinto en baño de aceite
El caudal de aire es conducido a un depósito de
aceite por una pantalla deflectora y allí cambia de dirección.
La mayor parte de las partículas contaminadas son
absorbidas por el aceite, pero como el flujo de aire arrastra parte del
mismo, hay que dirigir el aire de nuevo hacia un filtro tipo laberinto, donde
se separa el aceite.
Este tipo de filtro tiene una gran capacidad de
acumulación y es capaz de eliminar una cantidad de impurezas igual al peso
del aceite.
De todas formas, hay que limpiar el filtro a
intervalos regulables y hay que cambiar el aceite en cada periodo de
limpieza.
Filtros de papel
Estos filtros cilíndricos son del tipo no
recuperable.
El elemento consiste en un papel corrugado
impregnado de aceite seco, inserto en el espacio que hay entre dos cilindros
concéntricos hechos de chapa perforada.
Las partes superior e inferior de la armadura están
fabricadas en plástico o metal. El elemento filtrante de papel no debe estar
expuesto a temperaturas superiores a 80º C o vibraciones demasiado fuertes.
Por lo tanto, en los compresores de pistón deben montarse con amortiguador de
vibraciones entre el compresor y el filtro. Los mejores resultados se
obtienen cuando se monta a un silenciador tipo venturi que produce un efecto
amortiguador casi total.
La efectividad del elemento filtrante de papel es grande, aproximadamente de un 99%. La caída de presión que provoca un elemento filtrante nuevo es el orden de 25 a 3.5 milibares. La resistencia aumenta con el uso.
La caída de presión de un silenciador venturi es
aproximadamente 10 milibares.
Los filtros de papel se emplean en todo tipo de
compresores. Su vida de servicio es normalmente larga, lo suficiente para el
cambio de filtro se realice cuando está ya completamente obstruido.
Sistema de lubricación
Los sistemas de lubricación más comunes para
compresores son:
·
Lubricación para salpicadura.
·
Lubricación por gravedad.
·
Lubricación por presión.
·
Lubricación por eyección.
Lubricación por salpicadura
En su forma más simple, la biela lleva un vástago
que se sumerge dentro del depósito de aceite.
De esta forma se crea una niebla de aceite que
suministra lubricación a las superficies de los cojinetes y de los cilindros.
Este sistema evita filtraciones de aceite. Se
utiliza principalmente en compresores pequeños de pistón de simple efecto.
Para obtener un control más apropiado de la cantidad de lubricante
distribuido se toma el aceite de un recipiente donde el nivel esté
continuamente controlado.
Entre las ventajas de este sistema está la simplicidad y su funcionamiento independiente del sentido de la rotación.
Entre sus desventajas está que la película de los
cojinetes, por no estar a presión, es demasiado fina y que en el periodo de
arranque la lubricación puede ser marginal.
|
Lubricación por anillo
El aceite es transportado por un anillo desde el fondo del depósito hasta una ranura en el cigüeñal, a través de la cual el aceite se distribuye a los diferentes puntos de lubricación.
El aceite es transportado por un anillo desde el fondo del depósito hasta una ranura en el cigüeñal, a través de la cual el aceite se distribuye a los diferentes puntos de lubricación.
El anillo se encuentra montado sobre
el cigüeñal de manera tal que su parte inferior queda sumergida en el aceite
depositado en el cárter.
Al girar el cigüeñal, este conduce el
anillo por efecto de la fricción. La fuerza centrifuga creada, comunica al
aceite la suficiente presión para que este alcance los puntos de lubricación.
Este sistema permite un mejor control
de aceite utilizado y la independencia respecto a la dirección de rotación para
su funcionamiento.
Sin embargo, su empleo debe limitarse a máquinas lentas y medianamente rápidas.
Lubricación por presión
El mejor sistema para lubricar las partes móviles de un compresor es por medio de la presión creada por una bomba de lubricación de émbolo o de engranajes. La bomba se diseña siempre con exceso de capacidad de forma que la presión del aceite de lubricación se pueda mantener siempre, incluso cuando el compresor está ya muy gastado.
Sin embargo, su empleo debe limitarse a máquinas lentas y medianamente rápidas.
Lubricación por presión
El mejor sistema para lubricar las partes móviles de un compresor es por medio de la presión creada por una bomba de lubricación de émbolo o de engranajes. La bomba se diseña siempre con exceso de capacidad de forma que la presión del aceite de lubricación se pueda mantener siempre, incluso cuando el compresor está ya muy gastado.
Las ventajas de este sistema de
lubricación son:
El aceite llega a presión a todos los cojinetes, lo
que representa menos pérdidas por fricción y menos desgaste.
·
La lubricación no varía con el nivel
del aceite del cárter.
·
El aceite puede filtrarse
fácilmente.
·
Buena lubricación en el arranque del
compresor.
Para la lubricación de los cilindros
de los compresores de cruceta se utilizan los lubricantes de émbolo que
permiten un ajuste muy exacto de la cantidad de aceite suministrada a cada
punto de lubricación.
Lubricación por inyección
Algunos tipos de compresores rotativos emplean inyección de aceite para lubricar las piezas que sufren desgaste en la cámara de compresión.
Lubricación por inyección
Algunos tipos de compresores rotativos emplean inyección de aceite para lubricar las piezas que sufren desgaste en la cámara de compresión.
Normalmente la presión del aire de
descarga se emplea para inyectar el lubricante dentro del compresor.
Sin embargo, frecuentemente se emplee
una bomba para el transporte interno del aceite.
Sistemas de regulación
La capacidad de un compresor debe ajustarse a la demanda real del sistema en todo momento.
Sistemas de regulación
La capacidad de un compresor debe ajustarse a la demanda real del sistema en todo momento.
Existen varios sistemas para
controlar el flujo de descarga de los compresores. Ahora bien, el tipo de
control a elegir dependerá de las características del compresor, del motor, y
desde luego del sistema de aire comprimido.
Los sistemas de regulación se clasifican en:
Los sistemas de regulación se clasifican en:
- Control a velocidad constante
(carga y descarga).
- Control a velocidad variable.
- Control por arranque y parada.
- Control mixto.
a)
Control a velocidad constante
Este es un sistema donde el compresor
funciona continuamente a su velocidad de régimen normal.
El control de la capacidad se logra por alguno
de los siguientes métodos:
Regulación de la válvula de aspiración: Es el
método más común para la descarga del compresor.
Utiliza un mecanismo de garras que mantiene
abiertas las válvulas de aspiración siempre que no exista demanda de aire por
el sistema.
Con las válvulas de aspiración abiertas, el gas
se desplazará hacia dentro o afuera según el movimiento del pistón.
En compresores de doble efecto, la descarga se
realiza en tres etapas, poniendo en carga una sección del compresor.(la parte
de arriba o abajo del pistón). De esta forma, la capacidad del compresor se
puede ajustar con mayor precisión a la demanda real de aire.
El consumo de potencia durante la descarga se
reduce a las pérdidas por rozamiento y pérdidas mecánicas del compresor.
Control por cámaras muertas. Se
conectan al cilindro de la primera etapa, una o varias de estas cámaras,
disminuyendo el rozamiento volumétrico y el caudal suministrado.
Estas cámaras se pueden controlar manual o automáticamente. Normalmente tienen un volumen fijo aunque para compresores de gas se utilizan cámaras de volumen variable.
El control por cámaras muertas trae consigo un consumo de potencia relativamente alto.
Control de la estrangulación de la admisión. La restricción de la aspiración se consigue mediante una válvula de apertura variable en la aspiración. La reducción de la presión de aspiración, con lo cual se disminuye la cantidad de aire admitida, tiene como contrapartida el incremento de la relación de compresión.
Control por recirculación. Con este sistema no se controla directamente el funcionamiento del compresor, sino que se le permite funcionar siempre a plena carga, recirculando el exceso de aire de la descarga a la aspiración. El consumo de potencia es igual al de plena carga. El aire recirculando debe enfriarse antes de entrar nuevamente al cilindro a fin de evitar el aumento excesivo de su temperatura por las sucesivas compresiones.
Control con descarga libre. Los compresores que utilizan este sistema permanecen continuamente en carga. Cuando se alcanza la presión máxima seleccionada, el aire comprimido se descarga a la atmósfera en vez de ser enviado al depósito.
Al igual que el control por recirculación, el consumo de potencia del compresor durante la descarga es igual al de plena carga.
Estas cámaras se pueden controlar manual o automáticamente. Normalmente tienen un volumen fijo aunque para compresores de gas se utilizan cámaras de volumen variable.
El control por cámaras muertas trae consigo un consumo de potencia relativamente alto.
Control de la estrangulación de la admisión. La restricción de la aspiración se consigue mediante una válvula de apertura variable en la aspiración. La reducción de la presión de aspiración, con lo cual se disminuye la cantidad de aire admitida, tiene como contrapartida el incremento de la relación de compresión.
Control por recirculación. Con este sistema no se controla directamente el funcionamiento del compresor, sino que se le permite funcionar siempre a plena carga, recirculando el exceso de aire de la descarga a la aspiración. El consumo de potencia es igual al de plena carga. El aire recirculando debe enfriarse antes de entrar nuevamente al cilindro a fin de evitar el aumento excesivo de su temperatura por las sucesivas compresiones.
Control con descarga libre. Los compresores que utilizan este sistema permanecen continuamente en carga. Cuando se alcanza la presión máxima seleccionada, el aire comprimido se descarga a la atmósfera en vez de ser enviado al depósito.
Al igual que el control por recirculación, el consumo de potencia del compresor durante la descarga es igual al de plena carga.
Control por cierre total. En este
sistema, al no existir demanda, la aspiración se cierra totalmente, con lo cual
la presión en el refrigerador intermedio cae. Cuando alcanza un valor
determinado, (próximo a la atmosférica) actúa un elemento que comunica el aire
restante en el compresor con la atmosférica, eliminándose la compresión al
quedar los pistones trabajando en vacío.
El consumo de potencia durante la
descarga es esencialmente el necesario para vencer las pérdidas por roce en el
compresor.
b)
Control por velocidad
variable
La velocidad variable del eje se
utiliza como medio de regulación a veces cuando el accionamiento del compresor
es por turbina o para compresores transportables accionados por motores de
combustión.
c)
Control por arranque y
parada
Este sistema utiliza un control
electroneumático.
La presión de circuito es destacada
por un presostato que controla el arrancador del motor de accionamiento del
compresor.
Este tipo de control es utilizado
por lo general en compresores pequeños o siempre que las necesidades de aire se
reduzcan a menos de la mitad de la capacidad del compresor.
d) Control mixto
Es por lo general una combinación
de dos de los métodos de control ya descritos.
Una sofisticación de este tipo de control la representa el control automático, que en función del tipo de demanda selecciona el tipo de control más adecuado.
Sistema de enfriamiento
Una sofisticación de este tipo de control la representa el control automático, que en función del tipo de demanda selecciona el tipo de control más adecuado.
Sistema de enfriamiento
En la cámara o en el espacio
dedicado a la comprensión siempre se genera calor. Parte de este calor proviene
del trabajo de compresión, el resto es el generado por la fricción entre partes
mecánicas y demás irreversibilidades.
El calor generado puede ser considerable, sobre todo cuando las relaciones de compresión son medianas o altas, pudiéndose alcanzar temperaturas extremas.
La mayoría de los compresores utilizan algún método para disipar parte de este calor, reduciéndose tanto la temperatura a la cual se someten los materiales del compresor, como la temperatura de salida del gas.
Las ventajas que se obtienen al enfriar los compresores son varias: entre ellas podemos mencionar:
Disminuyendo la temperatura de funcionamiento del compresor, se evita la expansión del gas durante su admisión al entrar en contacto con las diferentes superficies calientes; con esto se reducen las pérdidas de capacidad y la potencia consumida.
A menores temperaturas se alarga la
vida del compresor y de sus partes componentes.
Reduciendo la temperatura interna del equipo se logra una mejor lubricación, lo que significa mayor vida útil, y menos costos de mantenimiento.
Reduciendo la temperatura interna del equipo se logra una mejor lubricación, lo que significa mayor vida útil, y menos costos de mantenimiento.
La refrigeración acerca el proceso
de compresión al isotérmico, aumentándose la eficiencia de compresión al
disminuir la potencia requerida.
Los sistemas de refrigeración de
los compresores pueden clasificarse en dos grupos:
-Enfriamiento por aire.
-Enfriamiento por aire.
-Enfriamiento por agua.
Enfriamiento por aire:
Siendo el aire ambiental un
elemento disponible en cualquier lugar y en cualquier cantidad, el enfriamiento
por aire es el método más económico y práctico. Este no contamina y no requiere
de sistemas auxiliares especiales para disponer de él una vez que es usado
(excepto en algunos casos de ventiladores y ductos). Sin embargo, la capacidad
de absorción de calor del aire es limitada por la cual los equipos de grandes
capacidades, que generan grandes cantidades de calor, no son eficientemente
enfriados por este medio.
Para incrementar la transferencia
de calor, los compresores enfriados por aire se diseñan con la inclusión de
aletas; ello aumenta la superficie de transmisión de calor.
Enfriamiento por agua:
Enfriamiento por agua:
El agua tiene mayor capacidad para
remover el calor producido en la compresión; además podemos regular su caudal y
temperatura
Fundamentalmente existen tres
variantes en el enfriamiento por agua:
-Suministro de agua corriente
Se toma agua de la fuente confiable
más cercana (agua corriente, el mar, un lago, un río, etc.)Y se hace circular a
través del sistema de enfriamientos del compresor. La extracción del calor
depende del caudal y del incremento de la temperatura del agua.
-Usando sistemas cerrados con radiador
-Usando sistemas cerrados con radiador
La ventaja del radiador es que no
se producen pérdidas del caudal de agua por evaporación.
Este a su vez puede ser enfriado con agua corriente o con aire. La desventaja es que el consumo de potencias es mayor que el de las torres de enfriamiento y que el agua sólo puede ser enfriada unos 10ºC sobre la temperatura ambiental.
Este a su vez puede ser enfriado con agua corriente o con aire. La desventaja es que el consumo de potencias es mayor que el de las torres de enfriamiento y que el agua sólo puede ser enfriada unos 10ºC sobre la temperatura ambiental.
-Usando torres de enfriamiento:
El método es el siguiente: Se
emplea un sistema de enfriamiento abierto o cerrado, donde el agua caliente que
sale del compresor pasa a una torre de enfriamiento. En esta se pulveriza el
agua para enfriarla y una vez fría está lista para su empleo nuevamente.
Sistemas de supervisión y protección
Sistemas de supervisión y protección
Una forma de reducir costos de mantenimiento en una instalación de compresores estacionarios o transportables, es mantener bajo control los puntos críticos y provocar automáticamente la parada en caso de anormalidad.
El cierre o desconexión ha de tener lugar antes de llegar a una situación de peligro. El número de elementos de detección necesarios, varía, desde luego, en cada caso y en función de sus aspectos técnicos.
Normalmente la supervisión se
realiza sobre la presión del aceite y la temperatura del aire, aunque
adicionalmente pueden ser una ayuda importante otras protecciones extras como
el control de la temperatura del aceite, el bajo voltaje, etc.
Las protecciones extras de seguridad, están diseñadas normalmente para dar una señal eléctrica ¨si¨ o ¨no¨ al elemento de control, que en caso de recibir la señal ¨no¨, acciona el interruptor de cierre.
Las protecciones extras de seguridad, están diseñadas normalmente para dar una señal eléctrica ¨si¨ o ¨no¨ al elemento de control, que en caso de recibir la señal ¨no¨, acciona el interruptor de cierre.
Es preferible que la unidad de
control pueda memorizar el defecto y lo indique con una luz. El compresor no
podrá ser arrancado de nuevo sin un previo rearme del regulador y no funcionará
hasta que el fallo se halla subsanado.
Otro dispositivo de protección es
la válvula de seguridad. Esta puede estar instalada a la salida de la(s) cámara
(s) de compresión, en la descarga del compresor, en el tanque de aire
comprimido, etc.
La válvula de seguridad quedará
definida por dos parámetros: presión y área del orificio de la válvula.
La presión será la presión a la
cual la válvula abrirá y se fija generalmente como un 10% por encima de la
presión máxima de operación.
