Compresores Ejercicios Resueltos

5.2.5 Utilización de un compresor de aire para comprimir NH 3.
Se desea determinar la factibilidad de utilizar un compresor de aire existente, de
simple efecto y una etapa, para reemplazar un compresor en un ciclo frigorífico que
comprime NH3.
Se disponen de los siguientes datos del compresor existente:
• Capacidad = 1000 m3/h
• Presión de aspiración = atmosférica.
• Presión de descarga =4 kg/cm2(a)
• Temperatura de aspiración = 27 °C
• Velocidad = 500 rpm
• Volumen de desplazamiento = 36,3 litros
• Relación de nocivo (ε0) = 5 %
• Potencia del motor = 125 HP

Los requerimientos para comprimir NH3 son los siguientes:
• Capacidad = 800 m3/h
• Presión de aspiración = 2 kg/cm2(a)
• Presión de descarga = 9 kg/cm2 (a) (128 psia)
• Temperatura de aspiración = 27 °C
Verificarsi son adecuados:
a) El volumen de aspiración
b) La potencia del motor.
En caso de no ser adecuados, sugerir que cambios son n ecesarios en cuanto a
velocidad del compresor y potencia del motor para poder utilizar el compresor.

Datos del compresor:
Velocidad n  500rpm
3

m
3
Volumen de desplazamiento o barrido: VB  36,3L  
  0,0363m
10dm 

Relación de nocivo:  0  0,050 

V0
 V0  0.05  VB  0.05  0,0363m 3  1,815.10 3 m 3
VB

3

Volumen nocivo: V0  1,815.10 m

3

745,7W

Potencia del motor: Weje  125HP
 93,21k W
HP

Datos del equipo funcionando con aire:

Q  1000m 3 / h
Relación de compresión: r  4
Temperatura de aspiración: T1  27C  300K
k  1,4
Capacidad:

Requerimientos del equipo funcionando con amoníaco:Capacidad:

Q  800m 3 / h

9
2
Temperatura de aspiración: T1  27C  300K
Relación de compresión: r 

Estimación de k para el amoníaco:
Del gráfico de la página 47 del compendio obtengo el calor específico del amoníaco
para la temperatura de trabajo 27°C.
Debo tener en cuenta que: ( F ) 

 Cp  2,09

9
(C )  32
5

y que

1

Btu
kJ
 4,1868
lb  F
k gK

kJ
k gKLuego, calculo k mediante la siguiente ecuación:

k

Cp

Cp  ( R / Mr )

kJ
2,09 kg K
kJ
2,09 kg K 

kJ
8,314 kmolK

 1,31

kg
17 kmol

 k  1,31

a) Verificación del volumen de aspiración.
El rendimiento volumétrico depende del compresor, de la relación de compresión
(especificaciones del proceso) y del gas que se comprime. Voy a emplear la ecuación
de dichorendimiento para calcular el volumen aspirado para el caso del amoníaco
según la especificación del enunciado:

V 











VA
 1   0 r 1 / k  1  V A  VB 1   0 r 1 / k  1
VB


 9 1 / 1,31 
V A  VB 1   0 r 1 / k  1  0,0363m 3 1  0,05
 1  0,03234m 3
2













Calculo la capacidad:

Q  V A  n  0,03234
Comom3
ciclos 60 min
 500

 970,2m 3 / h
ciclo
min
h

Qobtenido  Qrequerido  970,2m 3 / h  800m3 / h , el equipo es apto desde el punto de vista

del volumen de aspiración.
Sin embargo, hay que ajustar el caudal a lo solicitado por el proceso con lo cual hay que disminuir
su valor desde 970,2 hasta 800. Para ello empleamos la relación de motor-compresor que se basa
en laigualdad de velocidades tangenciales:

n1 r2 D2

n2 r1 D1
Q
V n
n
Por otra parte: 1  A 1  1
Q2 V A  n 2 n 2
v  n1  r1  n2  r2 

Voy a cambiar el diámetro de la rueda del compresor para conseguir una velocidad tal
que se cumpla con el caudal solicitado por el proceso:

D2 n1
n
Q
970,2

 D2  D1  1  D1  1  475mm 
 576mm
D1 n2
n2
Q2
800
Por lo tanto, esnecesario cambiar el diámetro de la polea del compresor a D = 576mm.

b) Verificación la potencia del motor.
Considero que se hicieron los cambios en la polea del compresor; es decir que
considero que el caudal de amoníaco es 800m3/h.
En primer lugar voy a calcular el rendimiento isentrópico del compresor con los datos
que tengo de su funcionamiento con aire.
k 1 / k
k 1 / k



k RT1 ...