Ciclos termodinámicos en procesos de compresión

Un compresor de gas es un equipo con la finalidad de devolver a la salida un gas a una presión mayor que la que el mismo gas tiene a la entrada. Por tanto el gas entrará al compresor en un estado y saldrá del compresor a un estado diferente. Para llevar a cabo esta transformación del estado del gas se puede recurrir a equipos que en su mecánica son muy diferentes, pero nuestro estudio se limitaráa los compresores alternativos a émbolo. Este tipo de compresores están constituidos por un cilindro dentro del que se mueve un pistón. El equipo tiene dos válvulas, una de admisión (que al abrirse permite que pase al cilindro el gas en su estado inicial) y otra de salida o escape (que permite al abrirse que el gas en su estado final salga del cilindro comprimido.

Un compresor ideal colocadoen vertical, aunque también podría estar puesto en horizontal.

Cuando el émbolo está en la parte superior extrema del cilindro –punto muerto superior- , no habrá gas en el interior del cilindro si consideramos al compresor ideal. Si comienza a descender el émbolo, se irá abriendo la válvula de admisión e irá entrando gas al cilindro en el estado al que se encuentre. Esto seguirá ocurriendohasta que se alcance la posición extrema inferior, denominada punto muero inferior del cilindro. El cilindro se irá llenando durante este tiempo del gas en el estado inicial.

Si se representa en un diagrama en ordenadas las presiones y en abscisas los volúmenes del gas dentro del cilindro, considerando el compresor ideal, se obtiene lo denominado diagrama indicador. A la carrera de admisióncorresponde en el diagrama una línea recta horizontal dado que el volumen irá creciendo pero la presión será constante e igual a p1, la presión a la que se encuentre el gas que entra que en el émbolo.
Cuando se hace el desplazamiento en sentido inverso del pistón, comienza a ascender y se cierra la válvula de admisión ya que el desplazamiento del émbolo provoca un aumento de la presión en elinterior del cilindro y el gas que se encuentre dentro se comprimirá. En el diagrama indicador se ve representado esto por la curva 2-3 que se extiende hasta que en el interior del cilindro se alcance la presión que se quiere para el gas al final, p2.
Cuando la presión en el cilindro llega a este valor de la presión p2 se abre la válvula de salida (cerrada por la presión de un resorte que se vencecuando se llega a este valor). Posteriormente los desplazamientos el émbolo harán que el gas vaya saliendo del interior del cilindro a una presión constante p2 pero disminuyendo la masa del gas dentro del cilindro hasta que termina la carrera ascendente, donde ya no habrá gas en el interior del cilindro. Esto se ve representado en el diagrama por la recta horizontal 3-4.
Finalizado esto elequipo se encuentra en iguales condiciones que al pricipio, por tanto se hará cumplido un ciclo mecánico.
El ciclo mecánico del compresor a émbolo se compone entonces de dos carreras del émbolo:
a) Una en la que se admite el gas dentro del cilindro sin cambiar su estado indicada por la línea horizontal 1-2.
b) Otra carrera compuesta de dos partes. La compresión del gas representada en eldiagrama indicador por la línea 2-3 y luego el barrido del gas comprimido hacia fuera del cilindro a una presión final constante p2 representada por la recta horizontal 3-4.
Diagrama de estado
Si representamos los estados del gas en los procesos que ocurren dentro del compresor en un diagrama que lleva en abscisas el volumen específico V y en ordenadas la presión P, se obtiene la siguiente figura:Mientras el gas es admitido en el interior del cilindro, el estado del gas no se modifica, la variación del volumen total es sólo debida a que aumenta la masa en el interior del cilindro, por tanto en el diagrama de estado habrá un único punto que se corresponde con todos los puntos de la línea 1-2 del diagrama indicador.
Cuando se produce la compresión del gas, el estado del gas se...