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 auna 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: Esel 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 acontinuación, 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 flechaCociente 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 ala 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 cadapaso, 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 centrífugosson 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 han hecho más competitivos y se han preferido sobre los reciprocantes para casitodas las aplicaciones, excepto cuando las presiones son muy altas.

Para que se determine el camino real seguido en la compresión se presentan los siguientes obstáculos:

El camino real no es conocido.
La irreversibilidad.
No se tiene un comportamiento ideal en el gas.

Aunque es posible calcular el trabajo reversible, tanto isotermo como adiabático para un gas no ideal, de tablas depropiedades, esto generalmente no se hace. En vez de esto, se encuentran las eficiencias basadas en compresiones reversibles isotermas o adiabáticas de un gas ideal.

La eficiencia isoterma se define como lo muestra la ecuación (VII)

(VII)

Donde: Eficiencia adiabática de compresión
= cociente de capacidades caloríficas
R= Constante Universal de los Gases
Presión de Descarga...