Mecánica de fluidos
TEMA 2IMPULSIÓN DE FLUIDOS
COMPRESIBLES
Autores: I. Martin; R. Salcedo
This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Unported License. To view a copy of this license, visit http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ or send a letter to Creative Commons, 444 Castro Street, Suite 900, Mountain View, California, 94041, USA.
Equipos de impulsión de gasesVentiladores (Q ↑↑↑, DP ~ cm H2O)
Soplantes (DP de hasta ~ 2 bar)Compresores (DP a partir de ~ 2 bar)
Admisión
DescargaPMS PMICarrera
Vh
Volumen de emboladacilindrada
PD
PA
Admisión
DescargaPMI PMICarrera
Vh
Volumen de emboladacilindrada
Vol
umen
mue
rto
PD
PA
Admisión
DescargaPMS PMI
p
V
pA
pD
V1
1
2p2
V2
Línea de compresión
PD
PA
Admisión
DescargaPMS PMI
p
V
pA
pD
V1
1
2p2
V2
Línea de compresión
3
V3
Línea dedescarga
PD
PA
Admisión
DescargaPMS PMI
p
V
pA
pD
V1
1
2p2
V2
Línea de compresión
3
V3
Línea dedescarga
4
V4
p4
Re-expansión
PD
PA
W
Admisión
DescargaPMS PMI
p
V
pA
pD
V1
1
2p2
V2
Línea de compresión
3
V3
Línea dedescarga
4
V4
p4
Re-expansión
Línea de admisión
DIAGRAMAINDICADOR
PD
PA
Diagrama convencional indicador
W
p
V
pA
pD
1
2p2 Línea de compresión
3Línea dedescarga
4
Re-expansión
Línea de admisión
Idealidad de válvulas: Presiones de admisión y descarga constantes• P2 = P3 = PD
• P4 = P1 = PA
Diagrama convencional indicador
W
p
V
pA
pD
1
2p2 Línea de compresión
3Línea dedescarga
4
Re-expansión
Línea de admisión
Idealidad de válvulas y rozamiento del pistón: Presiones de admisión y descarga constantes
• P2 = P3 = PD
• P4 = P1 = PA
Diagrama convencional indicador
W
p
V
pA
pD
1
2
Línea de compresión
3Línea dedescarga
4
Re-expansión
Línea de admisión
Idealidad de válvulas y rozamiento del pistón: Presiones de admisión y descarga constantes
• P2 = P3 = PD
• P4 = P1 = PA
p
V
pA
pD
1
2p23
4
FdxdW pdV)Sdx)(S/F(FdxdW
VdppdVWci D
A
D
A
p
p
p
p
VdpVdp
p
V
pA
pD
1
23
4
En Compresión: Masa descargada y Masa Residual Volumen Muerto
MD + MR
En Re-expansión: Masa Residual del Volumen Muerto MR
D
A
D
A
p
pR
p
pRDci dpMdp)MM(W
dpMM
dp)kg/J(WD
Rp
p
ci
^ D
A 0, si volumen muerto nulo
p
n
pA
pD
1
23
4
D
A
p
p
ci
^
dp)kg/J(WEquivalente a
la no existencia devolumen muerto
para energía compresión
Wci isotermo
p
n
pA
pD
D
A
p
p
ci
^
dp)kg/J(W
FORMAS DE COMPRESIÓN IDEALESGas idealCp y g constanteProcesos reversibles
- Isoterma: Compresión TA constante (pA·V1 = pD·V2 = cte)
TA
A
DT p
pln
M
RTW
Wci isotermo
p
n
pA
pD
D
A
p
p
ci
^
dp)kg/J(W
FORMAS DE COMPRESIÓN IDEALESGas idealCp y g constanteProcesos reversibles
- Isoterma: Compresión TA constante (pA·V1 = pD·V2 = cte)
TA
- Isoentrópica: Compresión adiabáticamente reversible (pA·V1g = pD·V2
g = cte)
P·ng =cte
Wci adiabático
1p
p
M
RT
1W
1
A
DAS
p
n
pA
pD
TAP·ng =cte
Wci adiabático
1p
p
M
RT
1dpW
1
A
DA
p
p
S
D
A
PA, TA PD, TD
LímitesVolumen decontrol
W
PA, TA PD, TD
LímitesVolumen decontrol
W
^D
A
AD
2A
2D WFdp)zz(g
2
V
2
V
Si se aplica Bernoulli aun sistema isoentrópico
Si se aplica un balance de energía a un sistema isoentrópico
^^
AD
2A
2D
AD WQ)zz(g2
V
2
Vhh
1p
p
M
RT
1dphhW
1
A
DA
p
p
ADS
D
A
p
n
pA
pD
TAP·ng =cte
Wci adiabático
PA, TA PD, TD
LímitesVolumen decontrol
W
PA, TA PD, TD
LímitesVolumen decontrol
W
¿Y si el proceso es adiabático irreversible?Ds > 0
1p
p
M
RT
1dphhW
1
A
DA
p
p
ADad
D
A
p
n
pA
pD
TAP·ng =cte
COMPRESIÓN POLITROPICA
Con refrigeración del cilindro
p·nn =cte; 1<n<g
Potencias y rendimientos
Trabajo isotermo, WT
Trabajo isoentrópico, Ws
Trabajo adiabático irrev.Wad
Trabajo politrópico, Wn
Trabajo indicado o real, Wi
Trabajo total de accionamiento Wa
• Rendimiento isoentrópico• Rendimiento mecanico• Rendimiento total
Rendimiento Volumétrico
0 si aspiraría que Masaaspira que real asaM
p
V
W
pA
pD
1
23
4
Volumen real que aspira
Volumen que aspiraría si e = 0
Compresión escalonada
PA, TA PD1, TD1 PD1, TAPD2, TD2 PD2, TA
PD3, TD3 PD3, TA PD, TD4
PA, TA PD, TD
W etapa 1
p
n
pA
pD
TA
pD1
pD2
pD3
W etapa 2
W etapa 3
W etapa 4
Ventiladores, Soplantes y Compresores
• Ventiladores: DP ~ 100 cm H2O
• Soplante: DP ~ 2-4 bar
• Compresor: DP > 2-4 barAPENAS COMPRIME EL GAS
TRATAMIENTO INCOMPRESIBLE
Ventiladores
axial
centrífugos
Soplantes
• Desplazamiento * axiales (multietapas) *centrífugos (1 etapa) *anillo positivo líquido
Soplantes
• Desplazamiento * axiales (multietapas) *centrífugos (1 etapa) *anillo positivo líquido
Soplantes
• Desplazamiento * axiales (multietapas) *centrífugos (1 etapa) *anillo positivo líquido
Soplantes
• Desplazamiento * axiales (multietapas) *centrífugos (1 etapa) *anillo positivo líquido
Para hacer vacío
Compresores• Alternativos *centrífugos (varias etapas) * rotativos turbocompresores
Compresores• Alternativos *centrífugos (varias etapas) * rotativos turbocompresores
Compresores• Alternativos *centrífugos (varias etapas) * rotativos turbocompresores
entrada salida
Compresores• Alternativos *centrífugos (varias etapas) * rotativos turbocompresores
Velocidad de giro variable
Sistema Inverter
Eyectores
La boquilla primaria se comporta como una conducción convergente divergente:
• Subsonico en la zona convergente
• Sonico (M=1) en la garganta
• Supersonico en la zona divergente
El flujo secundario es arrastrado
subsónico
P1
P2
P3
P1>P3>P2
Se mezclansupersónico
SHOCK
Eyectores
