Principios Termodinamicos Basicos

Principios Termodinámicos Básicos

Compresión y Expansión de Gases

Los procesos de compresión provocan aumentos en la presión. Dispositivos como el compresor y la bomba son diseñados para este propósito, son usados para el transporte de fluidos o para preparar la materia prima a condiciones requeridas de proceso.

Para el caso de la expansión de un gas, se debe pasar de una presión alta a una baja. En el lapso de este cambio se puede obtener trabajo d la corriente de gas, como es el caso de la turbina, pero también es posible disminuir la presión por un proceso de estrangulamiento sin lograr trabajo tal como ocurre en una válvula.

En la compresión se consideran dos casos. El isotérmico y el adiabático. Para una compresión isotérmica el trabajo de flecha es:

( )

Donde: Es el trabajo de flecha

R= Es la constante universal de los gases

T= Temperatura

Presión de Descarga

Presión de succión

Esta ecuación también se refiere a la expansión de un gas ideal, debido a que:

( ** )

Donde : Presión

Volumen

De la ecuación ( **) se despeja el volumen y se tiene la ecuación:

(***)

El trabajo de flecha ( ) se define por la ecuación (****) presentada a continuación, en donde el cambio se da en la presión:

(****)

Si la ecuación (****) se integra se obtiene la ecuación (*)

Para un proceso de compresión adiabático se tiene la ecuación (V) o la ecuación (VI)

(V)

Donde: Trabajo de flecha

Cambio en la entalpía

Capacidad Calorífica

Temperatura de Descarga

Temperatura de succión

(VI)

Donde: Trabajo de flecha

Cociente de Capacidades Caloríficas

R= Constante Universal de los gases

Presión de Descarga

Presión de Succión

Temperatura de Succión

Compresión

Para una compresión el camino isotérmico requiere menos trabajo que el camino adiabático tal como se observa en la figura (***.1), donde el área bajo la curva de la isoterma es menor comparado con el que se tendría si se llegara a la línea de la adiabática.

Figura III.1. Isoterma y Adiabata de una compresión en un diagrama PV

Ambos caminos se consideran reversibles para un gas ideal de a . El camino de una compresión real se sitúa entre estos dos límites pero es mas cercano al adiabático. Sin embargo al comprimir en etapas con un enfriamiento a presión constante entre cada paso, es posible, al menos en principio alcanzar el camino isotermo.

Figura III.2. Compresión en varias etapas

En las compresiones reciprocantes se sugiere utilizar varias etapas de compresión cuando la relación entre la presión de descarga con respecto a la de la entrada es muy grande. Usualmente se diseñan con una razón entre 4 a 6 por etapa (Kyle, 1984).

Los compresores centrífugos son sólo capaces de alcanzar relaciones de 1.6 por etapa. Sin embargo, es común unir varias etapas en series. Se debe proveer un fluido de enfriamiento cuando se alcanzan relaciones de 4 a 6. Este propósito se logra con el uso de algún fluido de enfriamiento por etapa.

Recientemente los compresores centrífugos se

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