A un punto dado, la velocidad específica esta dada por:
donde: V 1 = Caudal a condiciones de succión, CFM Ns = Velocidad específica, RPM Ha = Columna total desarrollada (adiabática o politrópica) N = Velocidad de rotación actual del impulsor, re voluciones /minuto Los compresores centrífugos usualmente tienen velocidades específicas de 1500
3000
RPM en el punto de más alta a lta eficiencia.
Ejemplo 8.6 Selección aproximada de un compresor Se requiere un compresor para elevar la presión de 4600 CFM de aire desde presión o
atmosférica hasta 100 psig. La temperatura ambiente en el verano es de 95 F. temperatura de bulbo seco para dos meses , y menor para el resto del tiempo de operación. El aire usualmente tiene una humedad relativa de 65 por ciento, pero durante o
100 por ciento mientras la temperatura sea 95 F. La elevación está al nivel del mar, el barómetro indica 17,7 psia. La continuidad de suministro de aire es muy crítica. Solución
Selección aproximada para estudios preliminares (antes del requerimiento formal a los proveedores) o
Base: 100 % de humedad relativa @ 95 F. debido al servicio crítico, (para otras aplicaciones una H.R. de 80 por ciento puede p uede ser satisfactoria.) 1.
Volumen de succión
El volumen de 4600 CFM (14,7) es seco y debe ser incrementado por el vapor de agua el cual acompañará en la succión al compresor.
donde: P1 = Presión total del sistema, psia 3
V w = Volumen de gas conteniendo vapor condensable (agua), pies /min. V a = Volumen de gas seco (sin mezclar), CFM
= (Pv ) (RH), psia Pv = Presión de vapor del vapor de agua en el gas saturado a la temperatura especificada, usar tablas de vapor, psia. RH = humedad relativa, fracción o
Pv = 0,8153 psia @ 95 F.
= (0,8153) (1,00) = 0,8153 (para 100 % de RH)
o
= 5499 CFM a 14,7 psia y 95 F. 2.
Razón de compresión
Esta es muy grande para un solo impulsor, e indica que debe usarse un ínter enfriador entre cascos para enfriar el gas hasta una temperatura razonable. Asumiendo una pérdida de presión entre cascos de 3 por ciento debido al inter enfriamiento. La razón de compresión actual para cada uno de los dos cascos será:
3. Peso molecular promedio
4.
Columna politrópica. De la Ec. 8.40 (n
1) / n = (k
1) / [ (k ) (
p ) ]
k = 1,40 para el aire p =
0,73 (eficiencia hidráulica o politrópica)
Reemplazando valores se tiene n = 1,64
De la Ec.
= 39040 pies por casco (2 cascos) 5.
presión de descarga del primer casco al ínter enfriador: = (14,7) (2,84) = 41,7 psia Presión de entrada al segundo casco: Asumiendo las pérdidas de 3 % (1 % debido a las entradas y salidas, y 2 % debido a las
pérdidas en el ínter enfriador y t uberías). Presión de succión al segundo casco: = (0,97) (41,7) = 40,5 psia 6.
Razón de compresión a través del segundo casco:
= 114,7 / 40,5 = 2,83 7.
Columna politrópica requerida del segundo casco H p = 39040 pies
Se ha despreciado el efecto de la remoción de la mezcla sobre el peso molecular, y se asume o
k
n constantes, así mismo, se asume que el gas es enfriado hasta 95 F. así entra al
segundo casco 8.
Volumen de succión al segundo casco o
Asumiendo que el ínter enfriador baja la temperatura del aire hasta 100 F
o
V = 1945 cfm saturado @ 100 F. y 40,5 psia o
H p = 39391 pies, cuando la temperatura de succión es 100 F 9.
Selección del casco Tabla 8.8 Resumen de datos de compresores típicos de múltiple etapa
Serie
No. Máx.
Columna
Velocidad
Etapas
nominal
nominal
por etapa
RPM
por casco
Eficiencia
CFM de entrada
P máx. del casco ,
Hierro
Acero
total % A
7
78
18000
40000
9000
4700
125
Según
B
3
75
20000
28000
9000
5000
60
No disp.
C
7
78
12000
22000
9000
6200
125
250
D
7
77
3500
12000
8500
8100
250
400
E
8
73
1500
4500
8000
9800
250
500
F
8
73
1000
3500
8000
9800
No disp.
1200
En el diseño actual los fabricantes usan datos de capacidades de impulsores para seleccionar adecuadamente la secuencia de los impulsores requerida para desarrollar la columna en cada casco del impulsor. Cada impulsor tiene su eficiencia a la velocidad dada (usualmente 70 75 por ciento). De la Tabla 8.8 para un volumen de entrada de 5499 CFM. El casco serie. D es apropiado para este caso. Resumiendo el casco serie. D:
No. De etapas por casco máx. = 7 Eficiencia nominal total, %
= 77
Rango de volumen de entrada = 3500 a 12000 Columna nominal por etapa, pies = 8500 Velocidad nominal, RPM
= 8100
Máx. presión de trabajo del casco = 250 psi para hierro fundido Número de impulsores requeridos por casco antes del inter enfriamiento = 40000/8500 = 4,7. Usar 5 impulsores en el casco Esto requiere una ligera disminución en la velocidad, o seleccionar impulsores especiales (a la velocidad dada) para conseguir la adecuada capacidad y columna. Velocidad aproximada no corregida = RPM nominal (columna requerida /columna tot al) 10.
1/2
Velocidad aproximada no corregida
Devolviendo el aire después del ínter enfriador al sexto impulsor en el mismo casco ( el casco se diseña de esta manera), o ingresar al primer impulsor de un segundo casco, existen las siguientes condiciones: De la Tabla 8.8, el segundo casco puede ser la serie E., basado en el volumen de entrada. Resumiendo el casco serie E: No. De etapas por casco máx. = 8 Eficiencia nominal total, %
= 73
Rango de volumen de entrada = 1500 a 4500 Columna nominal por etapa, pies = 8000
Velocidad nominal, RPM
= 9800
Máx. presión de trabajo del casco = 250 psi Número de impulsores requeridos por casco antes del inter enfriamiento = 40500/8500 = 5,06 Usar 5 impulsores, los fabricantes pueden usualmente suministrar impulsores de capacidad suficiente para dar un incremento sobre 1,2 % en los cinco impulsores 11.
Velocidad aproximada no corregida
Si el casco estaría operando por debajo del 100 por ciento de velocidad, la experiencia muestra que debe aplicarse un factor de corrección general para: Factor Columna
0,98
Eficiencia
0,99
Las correcciones son necesarias para el primer casco ya que su velocidad es menor que la nominal. Luego la columna total disponible para el casco 1: = (0,98) (suma de las columnas de los impulsores individuales) = (0,98) [(5) (8500)] = 41700 pies
Esta es satisfactoria 12.
Volumen específico a condiciones de succión
Peso molecular en la succión = 28,3
o
Temperatura = 95 F. Presión de succión = 14,7 psia 3
Volumen específico = 14,3 pies /lb 13.
Flujo de masa
= (5499) / (14,3) = 385 lbs/min, entrando a la succión del primer impulsor del primer casco. 14.
Caballaje de freno (BHP)
= 630 HP Si las pérdidas mecánicas se asumen como 2 %: BHP = (630
25) / 0,98 = 618 HP
Esto como todos los métodos aproximados debe verificarse. Casco 2: Flujo de masa = 385 lbs/min
= 665 HP
Potencia total = 630 + 665 = 1295 BHP. 15.
Temperatura de descarga o
Para el Casco 1: con 95 F, de temperatura de succión, y Rc = 2,84
Si el casco se enfría internamente, se temperatura. 8.4.8
k
Leyes de afinidad
Las leyes de afinidad expresan las relaciones entre la columna, capacidad (caudal), velocidad y tamaño de sopladores y compresores centrífugos. En general, estas relaciones pueden aplicarse a condiciones de volumen de entrada para buenos diseños preliminares, pero a los diseños finales, se aplican estas leyes al volumen actual de descarga del impulsor. A.
Velocidad
1.
La capacidad varia con la velocidad
Donde el sub-1 represente la primer a y el sub-2 la segunda condición de oper ación 3
V = Capacidad, pies /min. N = Velocidad de rotación del impulsor, RPM 2.
La columna adiabática varía con el cuadrado de la velocidad:
