BLOQUE 2: Máquinas de Fluidos Compresibles

Transcripción

1 Las trasparencias son el material de apoyo del profesor para impartir la clase. No son apuntes de la asignatura. Al alumno le pueden servir como guía para recopilar información (libros, ) y elaborar sus propios apuntes En esta presentación se incluye un listado de problemas en el orden en el que se pueden resolver siguiendo el desarrollo de la teoría. Es trabajo del alumno resolverlos y comprobar la solución Departamento: Area: Ingeniería Eléctrica y Energética Máquinas y Motores Térmicos CARLOS J RENEDO renedoc@unican.es INMACULADA FERNANDEZ DIEGO fernandei@unican.es JUAN CARCEDO HAYA juan.carcedo@unican.es FELIX ORTIZ FERNANDEZ felix.ortiz@unican.es..- Ventiladores...- Generalidades (II)..3.- Teoría de la Compresión

2 Clasificación (VIII) Por el Modo de Compresión (IX) Rotativos (IV) De Tornillo (I): De Doble Tornillo Macho-hembra Sellado con aceite Sin válvulas Relación de compresión fija Regulación de capacidad Inyección de vapor frío 5 lóbulos 6 huecos Clasificación (VIII) Por el Modo de Compresión (IX) Rotativos (IV) 5 lóbulos 6 huecos De Tornillo (I): De Doble Tornillo Macho-hembra Sellado con aceite Sin válvulas Relación de compresión fija Regulación de capacidad industrial-compressors.html Inyección de vapor frío 4

3 Clasificación (VIII) Por el Modo de Compresión (IX) Rotativos (IV) De Tornillo (I): De Doble Tornillo Macho-hembra Sellado con aceite Sin válvulas Relación de compresión fija Regulación de capacidad Inyección de vapor frío Products/546555/Oil-Free-Process-Gas-Screw-Compressors 5 Clasificación (VIII) Por el Modo de Compresión (IX) Rotativos (IV) De Tornillo (I): De Doble Tornillo Macho-hembra Sellado con aceite Sin válvulas Relación de compresión fija Regulación de capacidad Inyección de vapor frío 6

4 Clasificación (VIII) Por el Modo de Compresión (IX) Rotativos (IV) De Tornillo (I): De Doble Tornillo Macho-hembra Sellado con aceite Sin válvulas Relación de compresión fija Regulación de capacidad Inyección de vapor frío 7 Clasificación (VIII) Por el Modo de Compresión (IX) Rotativos (IV) De Tornillo (I): De Doble Tornillo Macho-hembra Sellado con aceite Sin válvulas Relación de compresión fija Regulación de capacidad Inyección de vapor frío 8

5 Clasificación (VIII) Por el Modo de Compresión (IX) Rotativos (IV) De Tornillo (I): De Doble Tornillo Macho-hembra Sellado con aceite Sin válvulas Relación de compresión fija Regulación de capacidad Inyección de vapor frío 9 Clasificación (IX) Por el Modo de Compresión (X) Rotativos (V) De Tornillo (II): De Tornillo Simple (o triple) Tornillo y dos satélites Con control de capacidad 0

6 Clasificación (IX) Por el Modo de Compresión (X) Rotativos (V) De Tornillo (II): Acople motor-compresor Motor De Tornillo Simple (o triple) Compresor Tornillo y dos satélites Con control de capacidad Separador de aceite Control Refrigerador del aceite Bomba de aceite Filtro de aceite Clasificación (IX) Por el Modo de Compresión (X) Rotativos (V) De Tornillo (II): De Tornillo Simple (o triple) Tornillo y dos satélites Con control de capacidad Rotor Principal Satélite

7 Clasificación (IX) Por el Modo de Compresión (X) Rotativos (V) De Tornillo (II): De Tornillo Simple (o triple) Tornillo y dos satélites Con control de capacidad 3 Clasificación (IX) Por el Modo de Compresión (X) Rotativos (V) De Tornillo (II): De Tornillo Simple (o triple) Tornillo y dos satélites Con control de capacidad 4

8 Clasificación (IX) Por el Modo de Compresión (X) Rotativos (V) De Tornillo (II): De Tornillo Simple (o triple) Tornillo y dos satélites Con control de capacidad 5 Clasificación (IX) Por el Modo de Compresión (X) Rotativos (V) De Tornillo (II): Entrada de vapor al compresor De Tornillo Simple (o triple) Tornillo y dos satélites Con control de capacidad 6

9 Clasificación (IX) Por el Modo de Compresión (X) Rotativos (V) De Tornillo (II): De Tornillo Simple (o triple) Tornillo y dos satélites Con control de capacidad 7 Clasificación (X) Por el Modo de Compresión (XI) Rotativos (VI) Scroll (I): Dos volutas en forma de espiral Varias cámaras enfrentadas Flujo continuo Sin válvulas Relación de compresión fija Regulación de capacidad con varias lumbreras de descarga (no mantiene rendimiento) Necesita válvula antirretorno El sellado no soporta toda la diferencia de presión Resistente a la entrada de líquido 8

10 Clasificación (X) Por el Modo de Compresión (XI) Rotativos (VI) Scroll (II): 9 Clasificación (X) Por el Modo de Compresión (XI) Rotativos (VI) Scroll (III): 0

11 Clasificación (X) Por el Modo de Compresión (XI) Rotativos (VI) Scroll (IV): copeland_scroll_residential/pages/copelandscrollzrk5compressor.aspx Clasificación (X) Por el Modo de Compresión (XI) Rotativos (VI) Scroll (IV): copeland_scroll_residential/pages/copelandscrollzrk5compressor.aspx

12 Clasificación (X) Por el Modo de Compresión (XI) Rotativos (VI) Scroll (IV): Válvula de alivio de presión cerrada (descarga a la succión) Válvula de alivio de presión abierta (descarga a la succión) TSC09-EN-009_TechPaper_DigScroll_AHU_PRINT_0.pdf 3 Clasificación (X) Por el Modo de Compresión (XI) Rotativos (VI) Scroll (V): Volumen 4

13 Clasificación (X) Por el Modo de Compresión (XI) Rotativos (VI) Scroll (IV): Sellado (evitar fugas) Fuga Radial Fuga Axial Las posibilidades de fugas son tanto radiales como axiales (más críticas) Impurezas Conformidad radial (desplazamiento) 5 Clasificación (X) Por el Modo de Compresión (XI) Rotativos (VI) Scroll (V): Si está preparado para ello, puede realizarse inyección de vapor en varios puntos intermedios de la compresión Interesante con altas T de descarga Puntos intermedios de inyección 6

14 Clasificación (XI) Por el Modo de Compresión (XII) Rotativos (VII) Engranajes (I): Dos engranajes, uno accionado, el otro conducido El fluido va por el exterior Los engranajes pueden tener diferente nº de lóbulos 7 Clasificación (XI) Por el Modo de Compresión (XII) Rotativos (VII) Engranajes (I): Dos engranajes, uno accionado, el otro conducido El fluido va por el exterior Fugas internas Fugas internas 8

15 Clasificación (XI) Por el Modo de Compresión (XII) Rotativos (VII) Engranajes (I): Dos engranajes, uno accionado, el otro conducido El fluido va por el exterior bombas-de-lobulos-rotativos/ssp-serie-s/ 9 Clasificación (XI) Por el Modo de Compresión (XII) Rotativos (VII) Engranajes (I): Dos engranajes, uno accionado, el otro conducido El fluido va por el exterior

16 Clasificación (XI) Por el Modo de Compresión (XII) Rotativos (VII) Engranajes (II): Dos engranajes, uno accionado, el otro conducido El fluido va por el exterior b = ancho del diente (mm) m = módulo de la rueda dentada (altura del diente, mm) n = r.p.m. z = nº de dientes de la rueda P = presión relativa actuante (kg f /cm ) Pot = Potencia (CV) r = radio (mm) V = volumen de la cámara máxima w = velocidad angular m z P,5 m b z Par P S r P S QN V z n (P ) Pot Trabajo t Par w P,5 m b z n Par n 3 Clasificación (XI) Por el Modo de Compresión (XII) Rotativos (VII) Engranajes Interiores (III): El engranaje el la cámara tienen diferente número de lóbulos 3

17 Clasificación (XII) Por el Modo de Compresión (XIII) Rotativos (VIII) Axiales: Bajas relaciones de compresión (varias etapas) Aptos para grandes volúmenes Necesitan válvula antiretorno a la salida gallery/items/?bm_id= Clasificación (XII) Por el Modo de Compresión (XIII) Photo-Gallery/Compressors.aspx Rotativos (VIII) Axiales: Bajas relaciones de compresión (varias etapas) Aptos para grandes volúmenes Necesitan válvula antiretorno a la salida 34

18 Clasificación (XII) Por el Modo de Compresión (XIII) Rotativos (VIII) Axiales: Bajas relaciones de compresión (varias etapas) Aptos para grandes volúmenes Necesitan válvula antiretorno a la salida 35 Clasificación (XIII) Por el Modo de Compresión (XIV) Rotativos (IX) Centrífugos: Bajas relaciones de compresión (varias etapas) Aptos para grandes volúmenes Necesitan válvula antiretorno a la salida 36

19 Clasificación (XIII) Por el Modo de Compresión (XIV) Rotativos (IX) Centrífugos: Bajas relaciones de compresión (varias etapas) Aptos para grandes volúmenes Necesitan válvula antiretorno a la salida 37 Clasificación (XIII) Por el Modo de Compresión (XIV) Rotativos (IX) Centrífugos: Bajas relaciones de compresión (varias etapas) Aptos para grandes volúmenes Necesitan válvula antiretorno a la salida Dos etapas de compresión 38

20 ..3.- Teoría de la Compresión Teoría de la Compresión (I) Comprimen, mediante el empleo de un trabajo exterior, un vapor o un gas La compresión elevan la temperatura Teóricamente es isoentrópica, y el trabajo aplicado es: w h h Los compresores volumétricos: Para bajos caudales Las válvulas hacen que el ciclo real sea mayor Las etapas del ciclo de compresión son: - compresión (s cte) -3 expulsión (p cte)(abre val. de escape) 3-4 expansión (s cte) 4- admisión (p cte) (abre val. de adm.) p int.s p int.s F p atm.s p comps 3 Salida Entrada Por unidad de masa Expulsión Ideal / Teórico Real p s 3 s p 4 Admisión v Vol V V4 V V 3 al el espacio muerto (V 3 ) (al modificar V 3 también lo hace V 4 ) técnicamente es necesario por las válvulas y las tolerancias mecánicas Teoría de la Compresión Teoría de la Compresión (II) W comp se puede si se extrae Q, (refrigerando) Suponiendo la compresión adiabática es: w c p c p comp h h T R h wcomp cp (T T ) wcomp cp (T T ) Si la capacidad térmica es cte, en una compresión con s = cte: De esta manera se puede expresar el trabajo como: w comp R T T p T T p w w comp comp p 3 s 3 p R p T p R p T p Ref. T (Q<0) 4 p T Pos. relativa s cte / T cte s (Q=0) v p T T p exponente adibático aire (,4) T (Kelvin) ; p (Pa) Por unidad de masa Interesa T baja 40

21 ..3.- Teoría de la Compresión Teoría de la Compresión (III) La compresión Tª en el aire comprimido Tª la cámara de compresión Tª en el aire admitido comprimido masa de aire admitido El efecto se mejora refrigerando la cámara de compresión Por aire Por agua Teoría de la Compresión Teoría de la Compresión (IV) Constructivamente es difícil refrigerar en el interior del compresor; en la práctica se instalan dos compresores, y una etapa intermedia de refrigeración Comp.. Comp. p 3 p Ref. c T W Cp +Cp 3 4 Refrigerador Q FF s 3 T b a s (Q=0) 4 p v p p b c b p a s w comp es suma de dos etapas w comp R p T p a R T b p p b La refrigeración ideal es la que iguala la T de entrada a la segunda etapa a la de entrada a la primera; además será ideal si no se pierde presión T T ; p b a pb 4

22 ..3.- Teoría de la Compresión Teoría de la Compresión (V) w comp R p a T p R T b p p b Para optimizar la presión intermedia, p c : Se obtiene: p c p p Es decir, la relación de presiones es la misma en cada etapa p p c p p Si la compresión se realizara en más etapas esta regla se mantendría p p p p d dw dpc 0 c e 3 3 pc p p pe p p pd pf Teoría de la Compresión Teoría de la Compresión (VI) El Compresor tiene un rendimiento isoentrópico T p s s comp W W s comp comp w s comp w comp h h s h h s comp h h s h h p s h hs h h s comp c p h T h cp T ws comp cp (Ts T ) wcomp cp (T T ) s comp Ts T T T con s = cte: T s p T p Ts T T T s comp 44