Unidad 4

Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos Ingeniería Mecánica

Nombre del ROMAN GONZALEZ FARID FABIAN A lumno:___ lumno: ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ _______ _______ ___ Apellido Paterno

Apellido Materno

Nombre(s)

PORTAFOLIO DE EVIDENCIAS

Nombre de de la la A s ig natura natura:: Maq. D e Fluidos Flui dos C ompres i bles

No. Control:

Nombre del Docente:

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S eme emes tre:

CRUZ A pellido P aterno

Periodo: A G OS TO-D TO -DIC IC IE MB R E 2018

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MARTINEZ A pellido Materno

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VICTOR Nombr e(s )

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE COATZACOALCOS Departamento: Ingeniería Mecánica Materia: Maq. De Fluidos Compresibles Docente: Víctor Cruz Martínez Nombre Alumno: Unidad: Tema:

Román González Farid Fabián Grado y Grupo: Compresores 4

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Actividad:

Introducción

Fecha:

22 de Octubre del 2018

Introducción Los compresores son máquinas que tienen por finalidad aportar una energía a los fluidos compresibles (gases y vapores) sobre los que operan, para hacerlos fluir aumentando al mismo tiempo su presión. En esta última característica precisamente, se distinguen de las soplantes y ventiladores que manejan grandes cantidades de fluidos compresibles (aire por ejemplo) sin modificar sensiblemente su presión, con funciones similares a las bombas de fluidos incompresibles.



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Actividad:

Investigación

Fecha:


4.1. Definición, clasificación y principio de funcionamiento Los compresores axiales tienen ciertas ventajas y desventajas con respecto a los compresores centrífugos. Entre las ventajas se pueden citar menor área frontal (importante para usos aeronáuticos) y mayores relaciones de compresión y eficiencias, aunque estas últimas ventajas no son tan grandes si se consideran compresores centrífugos de varias etapas y de diseño moderno. Las principales desventajas del compresor axial son su costo y su relativamente menor robustez, dada la fragilidad de los álabes (comparando con el rotor centrífugo de una sola pieza). El compresor axial consiste en un rotor de forma cilíndrica que gira dentro de una carcasa o estator. El fluido de trabajo circula por el espacio anular entre el rotor y el estator, pasando por hileras de álabes fijos y móviles (Figura 4.1).

El rotor está generalmente compuesto de discos en cuyas periferias se montan los álabes móviles (Figura 4.2):



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Investigación

Fecha:


El ala de un avión, y los álabes de las turbo máquinas axiales de reacción, p resentan una sección característica denominada sección o perfil alar. Existen un gran número de formas para estas secciones, para aplicaciones específicas, cuyas características geométricas y fluido mecánicas se encuentran en varios textos, manuales e informes de ensayo.

Teoría del ala Cuando este perfil enfrenta una corriente de velocidad C formando un ángulo se genera sobre el perfil una fuerza que puede descomponerse en dos componentes, una perpendicular y otra paralela a la dirección del flujo libre. Estas fuerzas se denominan sustentación y resistencia al avance. La aparición de la sustentación puede explicarse en fluidos ideales por medios puramente matemáticos mediante la teoría de la circulación, mientras que la resistencia al avance es debida a la viscosidad del fluido y no aparece si se consideran fluidos ideales. Existe un ángulo de ataque -a1 tal que la sustentación desaparece (ángulo de sustentación nula) pero la resistencia al avance en fluidos reales nunca se anula totalmente. Circulación En el estudio de flujos potenciales se trata el caso de un cilindro rotante inmerso en un flujo potencial y se encuentra que se genera una fuerza perpendicular a la dirección del flujo (efecto Magnus). El valor de esta fuerza L está dado por: L = r cG , Donde G es la Circulación, dada por la integral de superficie de la velocidad tangencial del flujo sobre la periferia del cilindro. Este caso del cilindro con circulación puede transformarse mediante una transformación conforme en otra forma geométrica, muy similar a un perfil alar que forma un ángulo a * con el flujo. Este es el llamado teorema de Kutta-Joukovsky, y en él se demuestra que la circulación en el plano transformado se puede calcular como: * G = p C t sena ,



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Investigación

Fecha:


4.2. Sistemas auxiliares. Una turbina de gas es una máquina térmica en la que se realiza la transformación de energía presente en un fluido en trabajo mecánico, por medio de la expansión de dicho fluido (gas de combustión o vapor). En una turbina, en que no hay prácticamente pérdidas de calor al exterior, el trabajo obtenido procede de la diferencia de entalpía del fluido que pasa a través de ella:

Trabajo mecánico = Entalpía entrada- Entalpía salida La variación del volumen específico es el mecanismo que permite la transformación de energía térmica en mecánica y por tanto, su posterior aparición en el eje de la máquina. El volumen específico es el cociente: Volumen específico = Volumen de un fluido/masa de fluido Por esta razón, los fluidos que circulan en las turbinas (de gas y vapor), que se utilizan para transformaciones de energía térmica en mecánica son gases, ya que son los fluidos que presentan una variación importante del volumen específico con la temperatura presión. 1.2 Turbina de vapor 1.2.1 Turbina de vapor. Descripción y principio de funcionamiento La turbina de vapor es un motor térmico cíclico rotativo, de combustión externa, que movido por vapor produce energía mecánica. El vapor entra a alta presión y temperatura, y se expansiona en la turbina, transformando una parte de su entalpía en energía mecánica. A la salida de la turbina, el vapor ha perdido presión y temperatura.



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Investigación

Fecha:


Al igual que en el caso de las turbinas de gas, el eje suele estar acoplado a un generador directamente o a través de un reductor, donde se transforma la energía mecánica en eléctrica.

1.3 Motores alternativos: principios generales, clasificación y diferencias El motor alternativo, es un motor térmico cíclico de combustión interna, de movimiento alternativo, como su propio nombre indica, y convierte la energía química contenida en un combustible en energía mecánica de rotación de un eje. La reacción explosiva de la mezcla aire-combustible en el interior de un cilindro provoca el movimiento lineal del pistón, que la biela convierte en rotación del cigüeñal. De esta manera también se asegura el movimiento alternativo del pistón, que permite renovar los gases producto de la combustión por mezcla fresca, lista para explosionar. El motor alternativo es una máquina cíclica, pero el fluido se renueva en cada ciclo; c iclo; se trata por tanto de un ciclo abierto.

El motor alternativo de combustión El motor alternativo de combustión interna está basado en una tecnología bien conocida y ampliamente usada. Está presente en máquinas tan habituales como los automóviles, barcos, aviones, equipos de obras públicas, y por supuesto, las pla ntas de producción de energía eléctrica. Los motores empleados en estas plantas se denominan motores estacionarios, porque no van montados sobre vehículos en movimiento. En realidad los motores estacionarios grandes e intermedios, para aplicaciones terrestres son prácticamente iguales a los motores marinos, y desd e el punto de vista del diseño de ellos tienen su origen or igen en estos. Existe una gran variedad de motores estacionarios para el mercado de generación eléctrica, que incluye sistemas de emergencia y de respaldo, equipos para picos de demanda, para demandas intermedias y para ser utilizados como carga base. Muchos de estos motores combinan la producción de energía eléctrica con la producción de energía térmica.



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Investigación

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4.3 Análisis Termodinámico Un compresor es una máquina que tiene la finalidad de elevar la presión de un fluido compresible (un gas, un vapor o una mezcla de gases y vapores) sobre el que opera. La presión del fluido se eleva reduciendo el volumen específico del mismo durante su paso a través del compresor. Se distinguen de los turbo soplantes y ventiladores centrífugos o de circulación axial, en cuanto a la presión de salida, los compresores se clasifican generalmente como máquinas de alta presión, mientras que los ventiladores y soplantes se consideran de baja presión pues estos últimos manejan grandes cantidades de gas sin modificar sensiblemente su presión. Un compresor admite gas o vapor a una presión p1 dada, descargándolo a una presión p2 super ior, La energía necesaria para efectuar este trabajo la proporciona un motor eléctrico o una turbina. Los compresores se emplean para aumentar la presión de una gran variedad de gases y vapores para un gran número de ap licaciones. Un caso común es el compresor de aire, que suministra aire a elevada presión para transporte, pintura a pistola, inflamiento de neumáticos, limpieza, herramientas neumáticas perforadoras. Otro es el compresor de refrigeración, empleado para comprimir el gas del vaporizador. Otras aplicaciones abarcan procesos químicos, conducción de gases, turbinas de gas y construcción. La ley de Ley de Charles, establece que: “Cuando un gas es comprimido, la temperatura aumenta".

Hay tres relaciones posibles entre la temperatura y la presión en un volume n de gas que es sometido a compresión: •Isotérmica Adiabática •Politrópica

Isotérmica pr oceso. La energía interna •El gas permanece a temperatura constante a través del proceso. es removida del sistema en forma de calor a la mis ma velocidad que es“añadida” por el trabajo mecánico de compresión. La compresión o expansión isotérmica es favorecida por una gran superficie de intercambio de calor, un volumen pequeño de gas, o un lapso de tiempo largo.



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4.4. Tipos de Compresores: reciprocantes y centrífugos (axial, radial) COMPRESORES CENTRÍFUGOS RADIALES:

A este grupo pertenecen los compresores centrífugos tradicionales. En estos equipos, el aire entra directamente en la zona central del rotor, guiado por la campana de aspiración. El rotor, girando a gran velocidad, lanza el aire sobre un difusor situado a su espalda y es guiado al cuerpo de impulsión. En la foto de la derecha, se ve la sección de un compresor centrífugo de levitación neumática de BOGE. En dicha sección, se aprecian con claridad las dos etapas de compresión donde se encuentran alojados los rotores. En estos compresores, el aire entra directamente por la campana de aspiración (1) hacia el rotor (2) y difusor (3), saliendo a la siguiente etapa o a la red por la voluta (4). Otro ejemplo se puede ver en la sección de una soplante centrífuga de SULZER, donde se aprecia con detalle el rotor centrífugo instalado en el extremo del eje.



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Investigación

Fecha:


Un turbocompresor tradicional puede ser un equipo con dos o más etapas de compresión. Entre cada etapa, están instalados unos refrigeradores diseñados para reducir la temperatura de compresión antes de que el aire llegue al siguiente rotor. En la foto inferior, podemos ver un turbocompresor de INGERSOLL RAND, montado sobre una bancada común al motor, refrigeradores y cuadro de control.

Los turbocompresores suelen ser equipos pensados para grandes caudales, aunque en los últimos años, los fabricantes se han esforzado para diseñar equipos de tamaños reducidos y caudales más pequeños. pequeños . Con estas premisas, ha aparecido una nueva generación de compresores centrífugos de levitación magnética o de levitación neumática. COMPRESORES CENTRÍFUGOS AXIALES:

Estos equipos son menos comunes en la industria. Se diferencian de los anteriores en que el aire circula en paralelo al eje. Los compresores axiales están formados por varios discos llamados rotores. Entre cada rotor, se instala otro disco denominado estator, donde el aire acelerado por el rotor, incrementa su presión antes de entrar en el disco siguiente. En la aspiración de algunos compresores, se instalan unos álabes guía, que permiten orientar la corriente de aire para que entre con el ángulo adecuado.En la foto de la derecha, se puede ver un compresor axial de MAN, que trabaja en combinación con una etapa radial, donde se incrementa la presión a valores superiores.



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Investigación

Fecha:


En general, todos los compresores descritos en los diferentes grupos, se pueden adaptar a múltiples aplicaciones o normativas, como API o ATEX. Los fabricantes añaden elementos adicionales para que cada equipo pueda trabajar en diferentes aplicaciones o estar equipados con los accesorios que el usuario final pueda requerir. La utilización de una tecnología u otra dep ende de cada aplicación, servicio o presión requerida.



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Conclusión

Fecha:


CONCLUSIÓN Los compresores son máquinas que aspiran el aire ambiente (a presión atmosférica) y lo comprimen hasta lograr una presión superior. Existen varios tipos de compresores y vamos a exponer someramente algunos modelos, resaltando las prestaciones más interesantes. La gama de compresores a pistón conocidos en el mercado se puede resumir atendiendo al caudal que se dispone y al rendimiento del mismo en CV necesarios para comprimir 1 m3/min a 7 bars de presión efectiva.

BIBLIOGRAFIA https://es.scribd.com/presentation/267257931/Unidad-4-Compresores http://materias.fi.uba.ar/6720/unidad4.PDF

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