Compresores_ Conceptos basicos

(1)

CONCEPTOS BASICOS

(2)

Conceptos y Definiciones

• Presión • Caudal

• Eficiencia Volumétrica

• Humedad Absoluta y Relativa • Punto de Rocío

• Variación del caudal con la presión y temperatura atmosférica • Potencia (Teórica, del Gas, al freno, especifica y eficiencia) • Diferencial de temperaturas frias

• El Proceso de Compresión de 1 y 2 Etapas • Filtrado

(3)

Presi

ó

n

• Fuerza Ejercida por

Unidad de Area

• Unidades:

- PSI (libras por pulg2) - Kg/cm2

- Bar

(4)

Presi

ó

n

• Presión Atmosférica

• Presión Manométrica

• Presión Absoluta

(5)

Presi

ó

n

CERO ABSOLUTO PRESIÓN ATMOSFERICA PRESIÓN DEL SISTEMA

PSIG

PSIA

(6)

CAUDAL

• Es el volumen de fluido que pasa por una determinada sección transversal de una

tubería o conducto por cada unidad de tiempo. • Unidades:

- CFM (cubic feet per minute) Pies cúbicos por minuto - M3/min. - M3/Hora - Lt /min.

Q = V / T

1 min. 1 ft 1 ft 1 ft

(7)

CAUDAL

TERMINOLOGIAS USADAS

• ACFM ( Pies cúbicos por minuto actuales )

• FAD (Free Air Delivery = Libre entrega de aire)

• SCFM ( Pies cúbicos por minuto standard)

(8)

1 ft

A condiciones ambientales del A condiciones ambientales del Sitio de Trabajo

Sitio de Trabajo

ACFM

Es el flujo entregado por el compresor a la descarga, pero Es el flujo entregado por el compresor a la descarga, pero

tomando como referencia las condiciones de admisi tomando como referencia las condiciones de admisióón.n.

(9)

• Tiene básicamente el mismo significado que

ACFM pero teniendo en cuenta la entrega

efectiva del compresor a la descarga, esto es,

que toma en consideración todas las perdidas

por fricción, transferencia de calor y caídas

internas de presión, pero con referencia a las

condiciones atmosféricas.

F.A.D.

(Libre Entrega de Aire)

(10)

Filtro de admisión Presión atmosférica Temperatura atmosférica HR atmosférica Presión de admisión o de brida Descarga de aire

FAD = Es el flujo de aire

FAD = Es el flujo de aire efectivoefectivo entregado por el compresor a la descarga, entregado por el compresor a la descarga, pero tomando como referencia las condiciones atmosf

pero tomando como referencia las condiciones atmosféricas de admisiéricas de admisióónn

CAPACIDAD FAD

(11)

• Se refiere al volumen de aire producido por el

compresor a unas condiciones ambientales

determinadas por el usuario y el fabricante

del equipo.

• Generalmente mas no siempre las condiciones

ambientales determinadas para SCFM son:

- 14.7 psig Presión Atmosférica

- 60 ºF Temperatura ambiente.

- 0 % Humedad Relativa.

SCFM

(Pies C

(12)

• Se refiere al volumen de aire producido por el

compresor a unas condiciones ambientales

determinadas por el “ Compressed Air Gas

Institute “ de USA.

• Estas condiciones ambientales determinadas

para NM3/HORA son:

- 1.014 bar de Presión Atmosférica

- 20 º C de Temperatura ambiente.

- 36 % de Humedad Relativa.

NM3/ HORA

(Normal metro c

(13)

Condiciones de Referencia

• CONDICIONES

ESTANDAR (SCFM) – 14.7 PSIA (Nivel del

mar)

– 60ºF (15.6 ºC)

– 0 % Humedad Relativa

• CONDICIONES

ESTANDAR (SCFM)

– 14.7 PSIA (Nivel del mar)

– 60ºF (15.6 ºC)

• CONDICIONES

NORMALES (Nm3/h)

– 1.014 bar(A) (Nivel del mar)

– 20ºC (68.0 ºF)

• CONDICIONES

NORMALES (Nm3/h)

– 1.014 bar(A) (Nivel del mar)

– 20ºC (68.0 ºF)

(14)

Se puede establecer una forma de convertir condiciones SCFM a

condiciones ACFM, mediante la siguiente relaci

condiciones ACFM, mediante la siguiente relacióón:n:

ACFM = SCFM x

ACFM = SCFM x Ps - ( HRs x PVs ) x x Ta Ta x x PsPs Pa

Pa -- (HRa x PVa ) Ts Pa(HRa x PVa ) Ts Pa donde:

donde:

Ps = Presi

Ps = Presióón estn estáándarndar Pa = Presi

Pa = Presióón actual en la admisin actual en la admisióónn HRs = Humedad Relativa est

HRs = Humedad Relativa estáándarndar HRa = Humedad Relativa actual

HRa = Humedad Relativa actual

PVs = Presi

PVs = Presióón de Vapor a la temperatura estn de Vapor a la temperatura estáándar.ndar. PVa = Presi

PVa = Presióón de Vapor a la temperatura actualn de Vapor a la temperatura actual Ts = Temperatura est

Ts = Temperatura estáándar ( Rankine )ndar ( Rankine ) Ta = Temperatura actual ( Rankine )

Ta = Temperatura actual ( Rankine )

(15)

Eficiencia Volum

é

trica

η

vol = ACFM / DP

Es la relación entre el volumen de aire que sale del compresor (que efectivamente pasa por las válvulas) y el volumen que barre el pistón.

(16)

DESPLAZAMIENTO DEL PISTON

(DP)

P.M.I

P.M.I P.M.SP.M.S

DP = Area x (PMS

(17)

Eficiencia Volum

é

trica

P.M.I

Compresi

Compresióónn AdmisiAdmisióónn

P.M.S P.M.S Final de Final de la Compresi la Compresióónn Espacio Muerto Espacio Muerto Expansi Expansióónn Descarga Descarga

(18)

Humedad Absoluta y Relativa

Humedad Absoluta: Es la cantidad de Vapor de agua contenido en una determinada

cantidad de aire seco.

H.A.= (m

VAPOR DE H20

/ m

AIRE SECO

)

H.A.= (m

VAPOR DE H20

/ m

AIRE SECO

)

H.R.= (PVP actual / PVP

sat

)

H.R.= (PVP actual / PVP

sat

)

Humedad Relativa: Es la relación entre la presión

de vapor de agua actual y la que tendría si estuviera saturado a la misma temperatura y presión

(19)

Punto de Roc

í

o

• Temperatura a la cual la humedad en el aire se condensa (HR=100%) • En sistemas de aire comprimido; depende de la Presión a la cual se encuentre el aire

(20)

2 5 0 0 M T S 2 5 0 0 M T S

NIVEL DEL MAR

C2

C1

Efecto de la Presi

ó

n de Admisi

ó

n

(Altitud)

200 HP 200 HP 200 HP 200 HP

Capacidad

C1 = 993

scfm

@ 100 PSIG

14.7

14.7 psiapsia, 60, 60ººF y 0% HRF y 0% HR

Capacidad

C2 = 727

scfm

@ 100 PSIG

10.91

(21)

Efecto de la Temperatura en la

Admisi

ó

n

T2 = 90

oo

F

_{200 HP}_{200 HP} Condiciones Condiciones en 1 :en 1 : Patm

Patm = 14.7 psia= 14.7 psia Temp = 60 Temp = 60ººFF HR=0% HR=0%

993 SCFM

T1 = 60

oo

F

_{200 HP}_{200 HP} Condiciones Condiciones en 2 :en 2 : Patm

Patm = 14.7 psia= 14.7 psia Temp = 90

Temp = 90ººFF HR=0%

HR=0%

(22)

Potencia

• Potencia teórica

• Potencia del gas

• Potencia al freno

• Potencia específica

• Eficiencia teórica

(23)

Potencia Te

ó

rica

• Es la potencia requerida, de acuerdo con un proceso teórico, para llevar a cabo el proceso de compresión.

(24)

Potencia del Gas

• Es la potencia requerida para comprimir y entregar el gas. Incluye las pérdidas

(25)

Potencia al Freno

• Es la potencia requerida en el acople de la máquina. Tiene en cuenta todas las pérdidas de la máquina.

(26)

Eficiencia Te

ó

rica

• Es la eficiencia del proceso real de compresión comparado con un proceso teórico.

η

TEO

= Potencia

TEO

/ Potencia

REAL

(27)

Potencia Especifica

• Es la potencia al freno requerida para

comprimir 100 CFM. [BHP / 100 CFM] a 100 psig.

Sirve como indice para comparar las

eficiencias en potencia del proceso de compresión entre compresoras.

Ejemplo: Cual es la potencia especifica de un compresor de 220 BHP que entrega 993 cfm a 100 psig

(28)

El Proceso de Compresi

(29)

Compresi

ó

n

P P V V

(30)

Descarga

P P V V

(31)

Expansi

ó

n

P P V V

(32)

Admisi

ó

n

P P V V

(33)

Proceso Completo

P P V V CAPACIDAD (ADMISI CAPACIDAD (ADMISIÓÓN)N)

DESPLAZAMIENTO DEL PIST

DESPLAZAMIENTO DEL PISTÓÓNN

0 0 Espacio Muerto 0 0 P.D. P.D. V VP.M.S.P.M.S. V VP.M.IP.M.I El área encerrada es la cantidad de Energía requerida para el proceso de compresión

(34)

Compresi

ó

n en 2 Etapas

Capacidad

Presi

Presióón Descargan Descarga

Presi

Presióón entren entre etapas etapas 0 0 0 0 R R P.D P.D R: Reducción de Volumen debido al enfriamiento entre etapas

(35)

Proceso de 1 Etapa Proceso de 2 Etapas

1ra. Etapa 2da Etapa Ahorros de energía ( De 15 a 20% ) 1 Etapa

Compresi

ó

n en 01 Etapa

vs. 02 Etapas

(36)

Calor de Compresi

ó

n en

Compresores

• Compresor de tornillo > 200 ºF

• Compresor Reciprocante > 300 ºF

• Compresor Centrifugo > 225 ºF

(37)

CTD

(Diferencia de Temperaturas

(Diferencia de Temperaturas FriasFrias))

• Diferencia entre la temperatura (fría) de entrada del aire ó agua utilizada para enfriar el aire comprimido, y la temperatura del aire comprimido que sale del post enfriador.

• Generalmente, el rango de CTD varía entre 15º y 25ºF dependiendo del modelo del compresor

Entrada Aire Comprimido Salida Aire Comprimido Entrada Medio Refrigerante Salida Medio Refrigerante

CTD = 25º F

80 º F Temp. = 105ºF 200 200

(38)

?

2

0

F

70

270

0

F

CTD 15

0

F

85

0

F

130

0

F

65

0

F

(39)

35

0

C

9

2

0

C

?

82

0

C

57

0

C

45

0

C

CTD 10

0

C

(40)

CTD (Costos)

CO ST O ($) 5 5 1010 1515 2020 2525 Costo CTD (ªF)

(41)

FILTRADO

• El aire comprimido contiene los contaminantes de la atmósfera (polvo, gases, etc.) además de los aportados por el sistema de

compresión: Aceite, condensado, herrumbres, etc.

• Dichos contaminantes deben ser retirados para que no malogren los equipos o

(42)

¿

Por qu

é

Filtrar el Aire

Comprimido?

• El alto contenido de partículas sólidas y

liquidas hace necesaria la filtración del aire, en la gran mayoría de las aplicaciones (existen