IMPULSIÓN DE FLUIDOS COMPRESIBLES Mecánica de fluidos TEMA 2 IMPULSIÓN 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 gases Ventiladores (Q ↑↑↑, DP ~ cm H2O) Soplantes (DP de hasta ~ 2 bar) Compresores (DP a partir de ~ 2 bar)

Carrera PMS PMI Descarga Vh Volumen de embolada cilindrada Admisión PD PA Admisión

Carrera PMI PMI Descarga Volumen Vh muerto Volumen de embolada cilindrada PD PA Admisión

p 2 p2 pD Línea de compresión 1 pA V2 V1 V Descarga PMI PMS Admisión

p V Línea de descarga 3 V3 2 p2 V2 pA pD Línea de compresión 1 V1 PMI PMS PD PA Admisión

p V Línea de descarga 3 V3 2 p2 V2 pA pD Línea de compresión Re-expansión 4 1 V4 p4 V1 Descarga PMI PMS PD PA Admisión

W p V Línea de descarga 3 V3 2 p2 V2 pA pD DIAGRAMA INDICADOR Línea de compresión Re-expansión 4 1 V4 p4 Línea de admisión V1 Descarga PMI PMS PD PA Admisión

Diagrama convencional indicador Idealidad de válvulas: Presiones de admisión y descarga constantes P2 = P3 = PD P4 = P1 = PA p V Línea de descarga 3 2 p2 pA pD W Línea de compresión Re-expansión 4 1 Línea de admisión

Diagrama convencional indicador Idealidad de válvulas y rozamiento del pistón: Presiones de admisión y descarga constantes P2 = P3 = PD P4 = P1 = PA p V Línea de descarga 3 2 p2 pA pD W Línea de compresión Re-expansión 4 1 Línea de admisión

Diagrama convencional indicador Idealidad de válvulas y rozamiento del pistón: Presiones de admisión y descarga constantes P2 = P3 = PD P4 = P1 = PA p V Línea de descarga 3 2 pA pD W Línea de compresión Re-expansión 4 1 Línea de admisión

p V 3 2 p2 pA pD 4 1

En Compresión: Masa descargada y Masa Residual Volumen Muerto MD + MR En Re-expansión: Masa Residual del Volumen Muerto MR 0, si volumen muerto nulo p V 3 2 pA pD 4 1

para energía compresión Equivalente a la no existencia de volumen muerto para energía compresión p n pA pD 1 2 3 4

FORMAS DE COMPRESIÓN IDEALES Gas ideal Cp y g constante Procesos reversibles FORMAS DE COMPRESIÓN IDEALES Isoterma: Compresión TA constante (pA·V1 = pD·V2 = cte) p n pA pD TA Wci isotermo

FORMAS DE COMPRESIÓN IDEALES Gas ideal Cp y g constante Procesos reversibles FORMAS DE COMPRESIÓN IDEALES Isoterma: Compresión TA constante (pA·V1 = pD·V2 = cte) - Isoentrópica: Compresión adiabáticamente reversible (pA·V1g = pD·V2g = cte) P·ng =cte p n pA pD TA Wci isotermo Wci adiabático

n P·ng =cte p TA pD pA Wci adiabático Si se aplica Bernoulli aun sistema isoentrópico Si se aplica un balance de energía a un sistema isoentrópico

¿Y si el proceso es adiabático irreversible? n pA pD TA P·ng =cte Wci adiabático ¿Y si el proceso es adiabático irreversible? Ds > 0

n COMPRESIÓN POLITROPICA Con refrigeración del cilindro p·nn =cte; 1<n<g P·ng =cte p n pA pD TA

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 p V W pA pD 1 2 3 4 Volumen real que aspira Volumen que aspiraría si e = 0

Compresión escalonada PA, TA PD, TD PA, TA PD1, TD1 PD1, TA PD2, TD2 PD2, TA PD3, TD3 PD3, TA PD, TD4

p n TA pD W etapa 4 pD1 pD2 pD3 W etapa 3 W etapa 2 W etapa 1 pA

Ventiladores, Soplantes y Compresores Ventiladores: DP ~ 100 cm H2O Soplante: DP ~ 2-4 bar Compresor: DP > 2-4 bar APENAS COMPRIME EL GAS TRATAMIENTO INCOMPRESIBLE

Ventiladores centrífugos axial

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 Para hacer vacío 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

Velocidad de giro variable Compresores Alternativos *centrífugos (varias etapas) * rotativos turbocompresores Velocidad de giro variable Sistema Inverter

Eyectores P1>P3>P2 El flujo secundario es arrastrado subsónico Se mezclan supersónico P1 P3 SHOCK 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

Eyectores