Demostración experimental de los compresores alternativos | Área:Termodinámica |

El conocimiento del funcionamiento mecánico y comportamiento termodinámico de los compresores alternativos es de gran importancia en nuestra formación como persona, en cualquier empresa o industria conseguimos un compresor, e incluso en nuestro hogar, las neveras emplean un compresor sellado para comprimir el refrigerante. El compresor es un dispositivo muy común se emplea para hacer funcionar los cilindros neumáticos, para llenar de aire los neumáticos en las estaciones de servicio, para permitir el funcionamiento de aerógrafos, para aplicaciones industriales, etc .

Son máquinas que aspiran un gas a una presión baja y lo impulsan comprimido a una presión mayor que la de aspiración. Se utilizan principalmente para comprimir aire a presión más o menos alta, aspirado de la atmósfera, para el accionamiento neumático de máquinas u accesorios.

Durante la elaboración de la práctica se realizan diversas mediciones de temperatura, presión y caudal en diferentes puntos importantes del compresor, con los cuales calculamos la eficiencia volumétrica de la primera etapa de compresión, trabajo de compresión, la potencia requerida en cada etapa, caudal de agua utilizado para enfriamiento del equipo, cantidad de calor extraído por el agua de enfriamiento después de cada etapa de compresión.

Para conseguir elevar la presión del aire atmosférico se han estudiado y desarrollado cuatro fundamentales familias de compresores que corresponden a otros tantos sistemas basados en principios mecánicos bien diferentes, los cuales tienen cada uno, y con respecto a los otros, sus ventajas e inconvenientes. Estas familias pueden distinguirse de acuerdo con sus características funcionales a la hora de conseguir el aumento de presión de aire atmosférico y podemos establecer su clasificación del siguiente modo:

Una forma de minimizar el trabajo del compresor es aproximarlo tanto como sea posible a un proceso internamente reversible con lo cual se minimizan irreversibilidades como la fricción, turbulencia y la compresión en no cuasiequilibrio. Otra manera de reducir el trabajo del compresor es mantener el volumen específico del gas tan pequeño como sea posible durante el proceso de compresión. Lo cual se logra si se mantiene la temperatura del gas en el valor más bajo posible durante la compresión, puesto que el volumen específico de un gas es proporcional a la temperatura. Por tanto reducir, la entrada de trabajo a un compresor requiere que el gas se enfríe cuando se comprime .

Para una mejor compresión del efecto de enfriamiento durante el proceso de compresión, comparando los requerimientos de entrada de trabajo para tres tipos de procesos: un proceso isentrópico (no implica enfriamiento), un proceso politrópico (incluye un poco de enfriamiento) y un proceso isotérmico (incluye bastante enfriamiento). Si se asume que los tres procesos se realizan entre los mismos niveles de presión (P1 y P2), de un modo internamente reversible y que el gas se comporta como gas ideal (Pv = RT), observara que el trabajo de compresión se determina para cada caso mediante: .

El trabajo que efectúa el pistón de la primera etapa sobre el volumen de control, que en nuestro caso es aire, es negativo, y esto concuerda con el hecho de que el aire no genera trabajo sino que lo consume para reducir su volumen de tal modo que con lo cual aumenta su presión. En la segunda etapa, el trabajo se efectúa sobre el volumen de control, y por lo tanto también este será negativo, pero al ser las dimensiones del pistón de la segunda etapa menor que las de la primera etapa y las condiciones de entrada del fluido diferentes a las de la primera etapa se efectuará mayor trabajo. Pero al estar ambos pistones sujetos al mismo cigüeñal y este último conectado por medio de un sistema de poleas a un motor eléctrico, la potencia necesaria será la misma para ambas etapas; la cual se determinó al aplicar la ecuación correspondiente, conociendo el voltaje y el amperaje que consumía el equipo en el proceso en cuestión.

Resulta evidente que el aire transfiere parte de su calor al agua, enfriando el aire y calentando el agua lo cual se observa en la tabla de datos 1 y 2. En este sistema se debe considerar también las irreversibilidades inherentes del mismo, como lo son la fricción entre el pistón y las paredes del cilindro, las caídas de presión en las tuberías por donde circula el aire, etc..