MÁQUINAS DE COMPRESIÓN SIMPLE IIEL PROCESO DE COMPRESION

E. TORRELLA

LOS COMPRESORES FRIGORIFICOS

I: III:II:

E. TORRELLA Pag. 2

TIPOS FUNCIONES RANGO APLICACION

LOS COMPRESORES FRIGORIFICOS

I: III:II:

E. TORRELLA Pag. 3

TIPOS FUNCIONES RANGO APLICACION

VOLUME-TRICOS

ALTER-NATIVOS

ROTAT

PALETAS

SCROLL

CLASIFICACION

E. TORRELLA Pag. 4

CLASIFICACION COMPRESORES

CENTRI-FUGOS

ROTAT.

HELICOI

DALES

SCROLL

DOBLETORN.

UNICO TORN.

COMPRESORES ALTERNATIVOS

E. TORRELLA Pag. 5

COMPRESORES ROTATIVOS

E. TORRELLA Pag. 6

COMPRESORES CENTRIFUGOS

E. TORRELLA Pag. 7

LOS COMPRESORES FRIGORIFICOS

I: III:II:

E. TORRELLA Pag. 8

TIPOS FUNCIONES RANGO APLICACION

FUNCIONES DE UN COMPRESOR

El compresor es el “corazón” de una instalación de producción de frío por compresión, siendo su función doble:- ASPIRACION; de los vapores formados en evaporador, pues de acumularse

aumentaría la presión y con esta la temperatura.

- COMPRESION; aumento de presión hasta un nivel que permita su d ió d d t t “ t it ”

E. TORRELLA Pag. 9

condensación con ayuda de un agente externo “gratuito”.

FUNCIÓN DE ASPIRACIÓN

ALTERN.

IDEAL

t,E(%)

E. TORRELLA Pag. 10

ASPIRAR VAPORES

RENDIM. VOLUM.

OTROS

REAL

COMPRESOR ALTERNATIVO REALRendimiento volumétrico

a'

b'

c'

d'p

p

Descarga

Admisiónadm.

desc.

E. TORRELLA Pag. 11

Vol. total del cilindro

b

VVol. desplazado

Espacio muerto

Vol. vapor admisiónEspacio muertoreexpandido

P.M.S. P.M.I

COMPRESOR ALTERNATIVO REALRendimiento volumétrico

a'

b'c'

d'p

p

V

Descarga

Admisión

E i

adm.

desc.

E. TORRELLA Pag. 12

=Rv = (volumen de admisión)(volumen desplazado)

Vc´ - Vb´

Vc´ - Va´=

(Vc´ - Va )́ - (Vb´ - Va )́Vc´ - Va´

=

1 +Va´

Vc´ - Va´-

Vb´

Vc´ - Va´=

VEspacio muerto

Espacio muertoreexpandido

Vol. desplazado

Vol. vapor admisión

Vol. total del cilindro

COMPRESOR ALTERNATIVO REALRendimiento volumétrico. Caso adiabático

a'

b'c'

d'p

p

V

Descarga

Admisión

E i

adm.

desc.

n1

a'b' tVV =

E. TORRELLA Pag. 13

VEspacio muerto

Espacio muertoreexpandido

Vol. desplazado

Vol. vapor admisión

Vol. total del cilindro a'c'

a'

VVVE−

=

R 1 E E t

E (1 t ) 0

v

1n

1n

= + −

− <

RENDIMIENTO VOLUMETRICOVariación de tasa (evaporación)

E. TORRELLA Pag. 14

MÁQUINAS DE COMPRESIÓNRendimiento volumétrico real

Otros factores que afectan al rendimiento volumétrico.- Efecto de válvulas:

- Inercia en actuación.

- Pérdida de carga.

- Adición de calor al vapor de admisión (Expansiones y compresiones no

E. TORRELLA Pag. 15

Adición de calor al vapor de admisión (Expansiones y compresiones no adiabáticas).

- Fugas.

- Presencia de incondensables y lubricante.

COMPRESOR ALTERNATIVO REALDiagrama de indicador

E. TORRELLA Pag. 16

COMPRESOR ALTERNATIVO REALFases

E. TORRELLA Pag. 17

DATOS EXPERIMENTALESDispositivo

E. TORRELLA Pag. 18

DATOS EXPERIMENTALES Esquema medidas

T

T5, P5 T6, P6

T7, P7

T9

T10

T11

A

B

T

T5, P5 T6, P6

T7, P7

T9

T10

T11

A

B

E. TORRELLA Pag. 19

P1, T1

T2, P2T3

P3P4

T4

T8, P8

T12

T13

C D

P1, T1

T2, P2T3

P3P4

T4

T8, P8

T12

T13

C D

DATOS EXPERIMENTALES Características compresor

Compresor Bitzer model V, de 5 kW conectado por poleas.

Dimensiones: - Diámetro cilindro = 85 mm.

- número de cilindros = 2.

Carrera = 60 mm

E. TORRELLA Pag. 20

- Carrera = 60 mm.

- Volumen geométrico = 681 cm3.

szVG ⋅⋅⋅

=4

2φπ

DATOS EXPERIMENTALES Rango de medidas

PK TK P0 T0

bar ºC bar ºC

R134amin. 8.95 35.32 1.65 -14.81

E. TORRELLA Pag. 21

R134a

max. 15.10 55.52 3.79 7.37

R407Cmin. 14.68 33.08 2.44 -16.93

max. 22.05 50.17 4.51 -0.63

R22min. 15.27 39.83 2.61 -18.42

max. 22.07 55.65 4.76 22.07

DATOS EXPERIMENTALES Rendimiento volumétrico

E. TORRELLA Pag. 22

R407C

R134a

R22

R407CR407C

R134aR134a

R22R22

RENDIMIENTO VOLUMETRICOVariación con recalentamiento

0.85

0.90

t = 4.53

t = 5.36

E. TORRELLA Pag. 23

0.70

0.75

0.80

2 4 6 8 10 12

Recalentamiento (ºC)

Rv

t = 6.1RR--134a134a

RENDIMIENTO VOLUMETRICOVariación con recalentamiento

0.75

0.80

0.85

0.90

t = 5.05 t = 5.71

E. TORRELLA Pag. 24

RR--407C407C

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

5 7 9 11 13 15 17Recalentamiento (ºC)

Rv

t = 6.81

R407C

0.8

0.85

0.9PK = 1555.74 kPa; PS0 = 354.92 kPaPK = 1602.18 kPa; PS0 = 369.06 kPaPK = 1809.52 kPa; PS0 = 400.01 kPa

RENDIMIENTO VOLUMETRICOVariación con régimen giro

E. TORRELLA Pag. 25

0.6

0.65

0.7

0.75

350 400 450 500 550 600

NR

RV

NR [r.p.m.]NR [r.p.m.]

RENDIMIENTO VOLUMETRICOVariación con régimen giro.

0.90

0.95

t = 4.54 t = 4.87

E. TORRELLA Pag. 26

RR--134a134a

0.75

0.80

0.85

350 400 450 500 550 600

N (r.p.m.)

Rv

t = 5.68

RENDIMIENTO VOLUMÉTRICOCompresores alternativos. Otras correlaciones

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −+=

2

12

21 exp

100181

ppkTkkR k

sv

E. TORRELLA Pag. 27

FUNCIÓN DE COMPRESIÓN

COMPRIMIR

REND.

MECAN.

COMP.

ACCION

VALV.

E. TORRELLA Pag. 28

VAPORES

REND.

INTERNO

ALTERN.

TRANSM.

CALOR

COMP.

HELICO.

REL.

VOLUMEN

TRABAJO NECESARIO EN EL PROCESO DE COMPRESIÓN

Para cualquier tipo de transformación que tenga lugar en el equipo, el trabajo específico de compresión, entre el estado inicial “1” y el final “2”, se expresa como:

∫=2

)(V

dVVPW

E. TORRELLA Pag. 29

∫= 1)(

Vb dVVPW

Presión

2P20)(

2

1== ∫

V

Vb dVVPW0

COMPRESION A VOLUMEN CTE.

E. TORRELLA Pag. 30

Volumen

1P1

V1=V2

Sin movimiento

No hay trabajo

Presión

2 1P0 = P1 = P2

COMPRESION A PRESION CTE.

E. TORRELLA Pag. 31

VolumenV1V2

mRTPV =

Para gas ideal

VcteVPctemRTPV =→== )(0

Presión2

P2

COMPRESION ISOTERMA

E. TORRELLA Pag. 32

1

2ln)(2

1

2

1 VVC

VdVCdVVPW

V

V

V

Vb === ∫∫

V

Volumen

1

V1V2

P1

1

20 ln

VVmRTWb =

2

10 ln

ppmRT=

1

211 ln

VVVP=

1

222 ln

VVVP=

COMPRESION ISOENTROPICA

Si consideramos el proceso ideal como el de un gas perfecto sometido a un proceso isoentrópico:

∫=2

1

)(V

Vb dVVPW

E. TORRELLA Pag. 33

dvpdTcdudq

dvpdudq

v −===

+=0

dpvdTcdhdvpdudq

dpvdvpdudTcdh

p

p

==+==

++==

0

KvpCvpvdv

pdp

cc

dvpdpv

dTcdTc

v

p

v

p

=→=+⇒=+

=−

=

γγγ

γ

lnln0

;

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −−

−= 1/)1(

1γγ

γ

γtaspiraciónvaspiraciónP

sw

CPV n =Presión

2

1

P2

P

COMPRESION REAL POLITROPICA

n

nCV

VCVP −==)(

E. TORRELLA Pag. 34

VolumenV1V2

P1

∫=2

1

)(V

Vb dVVPW

nVPVP

−−=

11122

Para gas ideal:n

TTRmWb −−=

1)( 12

11122

+−−=

−−

nVCVVCV nn

∫=2

1

V

VnV

dVC

1

11

12

+−−=

+−+−

nCVCV nn

COMPRESIONES ISOENTRÓPICAY POLITRÓPICA

p [Bar]

2s3 2’pK 2r

te.

p [Bar]

2s3 2’pK 2r

te.

E. TORRELLA Pag. 35

h [kJ/kg]

14p0

s = ct

e

h [kJ/kg]

14p0

s = ct

e

COMPRESOR ALTERNATIVO IDEAL

d

P

a

Fases:

•Admisión b-c.

•Compresión c-d.

E. TORRELLA Pag. 36

cb

0 V

•Descarga d-a.

{ }p

p mdcbaAreaw =

COMPRESORESEnfriamiento externo

E. TORRELLA Pag. 37

COMPRESOR ALTERNATIVO REALNo adiabático

E. TORRELLA Pag. 38

COMPRESOR ALTERNATIVO REALRendimiento interno

E. TORRELLA Pag. 39

COMPRESOR ALTERNATIVO REALRendimiento interno

Trabajo específico real

Definición del rendimiento volumétrico

{ }r

r mAreaw 4321 −−−

=

E. TORRELLA Pag. 40

Definición del rendimiento interno

vp

r Rmm

=

{ }{ }

{ }{ } viv

p

r

r

pi RR

AreaAreaR

mm

AreaArea

ww

R ≈→−−−−−−=

−−−−−−==

43214́3́2́1́

43214́3́2́1́

RENDIMIENTO INTERNO

Los factores más importantes que inciden sobre la desviación, respecto a isoentrópica, que se produce en un proceso real son:

- Interacción térmica

E. TORRELLA Pag. 41

- Rozamientos en el movimiento del fluido

RENDIMIENTO INTERNOInteracción térmica

La termotransferencia, que tiene lugar entre el fluido circulante y las paredes metálicas del compresor, confieren un carácter no adiabático al proceso, y por lo tanto una desviación respecto a la transformación isoentrópica de referencia.

- Las fases de compresión y de reexpansión de vapores ocluidos en el espacio muerto pueden despreciarse en cuanto a fenómenos de termotransferencia, basados en el hecho de su pequeña duración y del sentido contrario en cuanto a sentidos del flujo de calor en ambos procesos. De cualquier modo en la figura se ha representado su efecto puesto de manifiesto en la no

E. TORRELLA Pag. 42

en la figura se ha representado su efecto, puesto de manifiesto en la no consideración de transformaciones isoentrópicas.

- Respecto a la fase de descarga, la potencia térmica puede también ser despreciada al no modificar de manera sensible la potencia requerida.

- Al contrario que en descarga, en la fase de aspiración la absorción de calor por los vapores es un factor de importancia debido a la modificación que conlleva en el valor del volumen específico de la corriente de vapores. Su efecto no sólo es importante sobre el rendimiento indicado sino también sobre el volumétrico.

RENDIMIENTO INTERNORozamientos

Prácticamente estas pérdidas se deben al paso del fluido a través de las válvulas de aspiración y descarga. La pérdida de carga a través del orificio de una válvula, supuesto flujo y densidad constantes, puede expresarse como:

22pcil

2 uAu=p ⎥⎤

⎢⎡

=Δ ρρ

E. TORRELLA Pag. 43

en la que:- u = velocidad del fluido.- Acil = sección del cilindro.- Av = sección de paso por la válvula.- Kv = coeficiente de flujo de la válvula.- up = velocidad del pistón.

2vv AK2 = p ⎥

⎦⎢⎣

=Δ ρρ

COMPRESOR ALTERNATIVO REALRendimiento interno. Variación con la tasa

E. TORRELLA Pag. 44

RENDIMIENTOS INTERNO Y VOLUMETRICOVariación con la tasa

E. TORRELLA Pag. 45

RENDIMIENTOS INTERNO Y VOLUMETRICOVariación con la tasa

E. TORRELLA Pag. 46

COMPRESOR ALTERNATIVO REALRendimiento efectivo (mecánico)

Pérdidastérmicas

Pútil

E. TORRELLA Pag. 47

.cons

útilef P

PR =

Pérdidaseléctricas

PconsumidaPmecánica

Pérdidasmecánicas y fugas

COMPRESOR ALTERNATIVO REALRendimiento motor eléctrico

Rango normal entre 0.65 y 0.96

- Valores sobre 0.65 para pequeña potencia

- Valores sobre 0.96 para alta potencia

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RENDIMIENTO EFECTIVOVariación con la tasa

E. TORRELLA Pag. 49

RENDIMIENTO EFECTIVO (GLOBAL)Variación con la tasa.

0.6

0.7

E. TORRELLA Pag. 50

0.3

0.4

0.5

3 4 5 6 7 8Tasa de compresión

η G

R134aR22R407C

CARACTERISTICAS

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LOS COMPRESORES FRIGORIFICOS

I: III:II:

E. TORRELLA Pag. 52

TIPOS FUNCIONES RANGO APLICACION

RANGO APLICACION

E. TORRELLA Pag. 53