Problemas de seleccion compresores

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Apuntes de Clase Termodinámica de los compresores de gas

Termodinámica Técnica II

Profesor: Emilio Rivera Chávez
PROBLEMAS RESUELTOS

Ejemplo 1.- Un compresor de aire centrífugo absorbe 12000 pie3/min. de aire a una presión
absoluta de 14 lb/pulg y una temperatura de 60 F. El aire se descarga a una presión absoluta de 370 oF. El área de la línea de succión es 2.1 pie2 , y el área de lalínea de descarga es 0.4 pie2. Si se requieren 1875 hp para impulsar este compresor, encuentre el régimen de transmisión de calor a los alrededores. DATOS DEL PROBLEMA
Entrada V1 := 12000 pie
3
2 o

Salida V2:= T1 = 520 R T2 := 370 + 460 T2 = 830 R p2 := 70 psia A2 := 0.4 pie
2

Otros datos y constantes R := 53.3 pie⋅ cp := 0.240 k := 1.4 lbf lbm Btu lbm⋅ R R

min

T1 := 60 + 460 p1:= 14 psia A1 := 2.1 pie
2

P := 1875 hp CALCULOS PRELIMINARES

E

El flujo másico se calcula a partir de su volumen medido en condiciones iniciales, mediante la ecuación general de los gases ideales:: m := p1⋅ 144 ⋅ V1 lbm/min R⋅ T1 m = 872.853 lbm/min

Tambien se pueden calcular las densidades a la entrada y la salida : ρ1 := p1⋅ 144 R⋅ T1 ρ1 = 0.073 lbm/pie3 ρ2 := p2⋅ 144 R⋅ T2 ρ2 =0.228 lbm/pie3

con el flujo másico y densidad conocidas podemos calcular la velocidad a la entrada y a la salida: m m v2 := v1 := v1 = 5714.286 pie/min v2 = 9576.923 pie/min ρ2⋅ A2 ρ1⋅ A1 De acuerdo a la primera ley de la termodinamica, despreciando los cambios de energia potencial, se tiene que:

W

-Q - (-W) = ∆ H + ∆ K entoces : Q := W − ∆H − ∆K donde : W := P⋅ 2544.48 Btu 60 min W =79515 ∆H = 64940.28 Btu/min Btu/min (1)

1
m m

2
Q
La energia cinetica estará dada por: ∆K := m⋅

∆H := m⋅ cp ⋅ ( T2 − T1)

v2 − v1

2

2

2 ⋅ 32.2 ⋅ 3600 ⋅ 776

Btu/min

∆K = 286.561

Btu/min

Entoces reemplazando estos valores en la ecuación 1. se tiene: Q := W − ∆H − ∆K Q = 14288.159 Btu/min

El estudiante justificará y explicará el uso de los diferentes factores deconversión de unidades, propios del sistema británico de unidades.

1

Apuntes de Clase Termodinámica de los compresores de gas

Termodinámica Técnica II

Profesor: Emilio Rivera Chávez
PROBLEMAS RESUELTOS

Ejemplo 2.- Se requieren 1902 kW como potencia motriz de un compresor para manejar o adiabáticamente aire desde 1 atm, 26.7 C, hasta 304.06 kPa abs. La velocidad inicial del aire esde 21 m/s y la final, de 85 m/s (a) Si el proceso es isentrópico, halle el volumen de aire manejado, medido en m3/min, en las condiciones de entrada. (b) Si la compresión es adiabática irreversible o hasta una temperatura de 157.2 C, con la capacidad hallada en (a), determine la potencia de entrada.
DATOS DEL PROBLEMA W

1
m m

estado inicial P := 1902 kW

estado final v2 := 85 m/sotros datos R := 0.28708 kJ/kg

v1 := 21 m/s p1 := 101.325 kPa abs T1 := 26.7 + 273 T1 = 299.7 K

p2 := 304.060 kPa abs T2 :=

cp := 1.0062 k = 1.4

2
Q

kJ kgK

(a) De la primera ley de la termodinamica, se tiene para un proceso isentroópico: W := ∆H + ∆K W := m ⋅( ∆h + ∆k) ∆k := w ( 1) ∆k = 3.392
kJ/kg

(v22 − v12)
2 ⋅ 1000

∆h := cp ⋅( T2 − T1 )
al ser un proceso isentrópico,la temperatura se puede calcular con la relación siguiente: k−1

T2 := T1 ⋅  



p2   p1 

k

T2 = 410.244 K
De donde:

∆h := cp ⋅( T2 − T1 )

∆h = 111.229 kJ/kg

Notese la escasa influencia del incremento de la energía interna en el trabajo de compresión, comparado con el incremento de la entalpía Entonces el flujo masico se calcula a partir de la ecuación (1) asumiendoque:

W := P m := W ⋅ ( 60) m = 995.63
kg /min

(∆h + ∆k)
m ⋅R ⋅ T1 p1

el volumen se puede calcular a partir de la ecuación de los gases ideales;

V1 :=

V1 = 845

m

3

min

¿Se puede usar en este caso la formula, establecida en la clase, para calcular la potencia (trabajo por unidad de tiempo)?. ¿porque?

2

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