Compresores_ Conceptos basicos

CONCEPTOS BASICOS

Conceptos y Definiciones • • • • • • • • • •

Presión Caudal Eficiencia Volumétrica Humedad Absoluta y Relativa Punto de Rocío Variación del caudal con la presión y temperatura atmosférica Potencia (Teórica, del Gas, al freno, especifica y eficiencia) Diferencial de temperaturas frias El Proceso de Compresión de 1 y 2 Etapas Filtrado

Presión F=P/A • Fuerza Ejercida por Unidad de Area • Unidades: - PSI (libras por pulg2) - Kg/cm2 - Bar

Presión • Presión Atmosférica • Presión Manométrica • Presión Absoluta

PRESIÓN DEL SISTEMA

Presión

PSIA=PAtm+PSIG

PRESIÓN ATMOSFERICA CERO ABSOLUTO

PSIG

PSIA

CAUDAL Q=V/T • Es el volumen de fluido que pasa por una determinada sección transversal de una tubería o conducto por cada unidad de tiempo. • Unidades: -

CFM (cubic feet per minute) Pies cúbicos por minuto M3/min. M3/Hora Lt /min.

1 ft 1 ft 1 ft 1 min.

CAUDAL TERMINOLOGIAS USADAS • • • •

ACFM ( Pies cúbicos por minuto actuales ) FAD (Free Air Delivery = Libre entrega de aire) SCFM ( Pies cúbicos por minuto standard) Nm3/hora ( Normal metro cúbico por hora )

ACFM A condiciones ambientales del Sitio de Trabajo 1 ft 1 ft 1 ft

Es el flujo entregado por el compresor a la descarga, pero tomando como referencia las condiciones de admisión.

F.A.D. (Libre Entrega de Aire) • Tiene básicamente el mismo significado que ACFM pero teniendo en cuenta la entrega efectiva del compresor a la descarga, esto es, que toma en consideración todas las perdidas por fricción, transferencia de calor y caídas internas de presión, pero con referencia a las condiciones atmosféricas.

Presión atmosférica Temperatura atmosférica HR atmosférica

CAPACIDAD FAD

Filtro de admisión

Descarga de aire Presión de admisión o de brida

FAD = Es el flujo de aire efectivo entregado por el compresor a la descarga, pero tomando como referencia las condiciones atmosféricas de admisión

SCFM

(Pies Cúbicos por Minuto Estándar) • Se refiere al volumen de aire producido por el compresor a unas condiciones ambientales determinadas por el usuario y el fabricante del equipo. • Generalmente mas no siempre las condiciones ambientales determinadas para SCFM son: - 14.7 psig Presión Atmosférica - 60 ºF Temperatura ambiente. - 0 % Humedad Relativa.

NM3/ HORA

(Normal metro cúbico hora) • Se refiere al volumen de aire producido por el compresor a unas condiciones ambientales determinadas por el “ Compressed Air Gas Institute “ de USA. • Estas condiciones ambientales determinadas para NM3/HORA son: - 1.014 bar de Presión Atmosférica - 20 º C de Temperatura ambiente. - 36 % de Humedad Relativa.

Condiciones de Referencia •• CONDICIONES CONDICIONES ESTANDAR ESTANDAR (SCFM) (SCFM)

–– 14.7 14.7PSIA PSIA(Nivel (Niveldel del mar) mar) –– 60ºF 60ºF(15.6 (15.6ºC) ºC) –– 00% %Humedad HumedadRelativa Relativa

•• CONDICIONES CONDICIONES NORMALES NORMALES (Nm3/h) (Nm3/h)

–– 1.014 1.014bar(A) bar(A)(Nivel (Niveldel del mar) mar) –– 20ºC 20ºC(68.0 (68.0ºF) ºF) –– 36 36% %Humedad HumedadRelativa Relativa

CONVERSION DE SCFM A ACFM Se puede establecer una forma de convertir condiciones SCFM a condiciones ACFM, mediante la siguiente relación: ACFM = SCFM x Ps - ( HRs x PVs ) x Ta x Ps Pa - (HRa x PVa ) Ts Pa donde: Ps = Presión estándar Pa = Presión actual en la admisión HRs = Humedad Relativa estándar HRa = Humedad Relativa actual PVs = Presión de Vapor a la temperatura estándar. PVa = Presión de Vapor a la temperatura actual Ts = Temperatura estándar ( Rankine ) Ta = Temperatura actual ( Rankine )

Eficiencia Volumétrica

η

vol = ACFM / DP

Es la relación entre el volumen de aire que sale del compresor (que efectivamente pasa por las válvulas) y el volumen que barre el pistón.

DESPLAZAMIENTO DEL PISTON (DP)

DP = Area x (PMS-PMI) x RPM P.M.I

P.M.S

Eficiencia Volumétrica Espacio Muerto

P.M.S

P.M.I

Compresión

Descarga

Final de la Compresión

Expansión Admisión

Humedad Absoluta y Relativa Humedad Absoluta: Es la cantidad de Vapor de agua contenido en una determinada cantidad de aire seco.

H.A.= H.A.= (m (m VAPOR VAPORDE DEH20 H20 // m mAIRE AIRESECO SECO)) Humedad Relativa: Es la relación entre la presión de vapor de agua actual y la que tendría si estuviera saturado a la misma temperatura y presión

H.R.= H.R.= (PVP (PVP actual actual // PVP PVPsat sat))

Punto de Rocío • Temperatura a la cual la humedad en el aire se condensa (HR=100%) • En sistemas de aire comprimido; depende de la Presión a la cual se encuentre el aire

Efecto de la Presión de Admisión (Altitud) 200 HP

Capacidad C2 = 727 scfm @ 100 PSIG 10.91 psia, psia, 60º 60ºF y 0% HR

2500 MTS

C2

200 HP

C1 NIVEL DEL MAR

Capacidad C1 = 993 scfm @ 100 PSIG 14.7 psia, psia, 60º 60ºF y 0% HR

Efecto de la Temperatura en la Admisión Condiciones en 1 :

T1 = 60 oF

200 HP

Patm = 14.7 psia Temp = 60ºF HR=0%

993 SCFM Condiciones en 2 :

T2 = 90 oF

200 HP

Patm = 14.7 psia Temp = 90ºF HR=0%

938 SCFM

Potencia • • • • •

Potencia teórica Potencia del gas Potencia al freno Potencia específica Eficiencia teórica

Potencia Teórica • Es la potencia requerida, de acuerdo con un proceso teórico, para llevar a cabo el proceso de compresión.

Potencia del Gas • Es la potencia requerida para comprimir y entregar el gas. Incluye las pérdidas termodinámicas, por escapes y fricción.

Potencia al Freno • Es la potencia requerida en el acople de la máquina. Tiene en cuenta todas las pérdidas de la máquina.

Eficiencia Teórica • Es la eficiencia del proceso real de compresión comparado con un proceso teórico.

η

== Potencia Potencia TEO TEO// Potencia Potencia REAL REAL

TEO TEO

Potencia Especifica • Es la potencia al freno requerida para comprimir 100 CFM. [BHP / 100 CFM] a 100 psig. Sirve como indice para comparar las eficiencias en potencia del proceso de compresión entre compresoras. Ejemplo: Cual es la potencia especifica de un compresor de 220 BHP que entrega 993 cfm a 100 psig Rpta: 100 x 220 / 993 = 22.15 BHP / 100 cfm

El Proceso de Compresión

Compresión P

V

Descarga P

V

Expansión P

V

Admisión P

V

Proceso Completo P P.D.

0

El área encerrada es la cantidad de Energía requerida para el proceso de compresión

0

V CAPACIDAD (ADMISIÓN)

Espacio Muerto

VP.M.S. DESPLAZAMIENTO DEL PISTÓN

VP.M.I

Compresión en 2 Etapas Presión Descarga R: Reducción de R Volumen debido al enfriamiento entre etapas

Presión entre etapas

0

0

Capacidad P.D

Compresión en 01 Etapa vs. 02 Etapas

2da Etapa

Ahorros de energía ( De 15 a 20% )

1 Etapa 1ra. Etapa

Proceso de 1 Etapa

Proceso de 2 Etapas

Calor de Compresión en Compresores

• Compresor de tornillo > 200 ºF • Compresor Reciprocante > 300 ºF • Compresor Centrifugo > 225 ºF

CTD

(Diferencia de Temperaturas Frias)

• Diferencia entre la temperatura (fría) de entrada del aire ó agua utilizada para enfriar el aire comprimido, y la temperatura del aire comprimido que sale del post enfriador. • Generalmente, el rango de CTD varía entre 15º y 25ºF dependiendo del modelo del compresor

200

Entrada Aire Comprimido

200

Salida Medio Refrigerante

CTD = 25º F Entrada Medio 80 Refrigerante

ºF

Salida Aire Temp. = 105ºF Comprimido

CTD

200 0 F

15 0

F

270 0 F 70

85 0 F 130 0 F 65 0 F

?

92 0 C CTD 10 0 C

57 0 C

?

82 0 C 45 0 C

35 0 C

CTD (Costos)

COSTO ($)

Costo

5

10

15

20

CTD (ªF)

25

FILTRADO • El aire comprimido contiene los contaminantes de la atmósfera (polvo, gases, etc.) además de los aportados por el sistema de compresión: Aceite, condensado, herrumbres, etc. • Dichos contaminantes deben ser retirados para que no malogren los equipos o contaminen el proceso.

¿Por qué Filtrar el Aire Comprimido?

• El alto contenido de partículas sólidas y liquidas hace necesaria la filtración del aire, en la gran mayoría de las aplicaciones (existen algunas excepciones) • Estas suciedades acortaran la vida de los instrumentos neumáticos a donde llegara el aire

Tipos de Filtros • Filtros de Partículas

– Remueve partículas sólidas

• Filtros Coalescentes

– Remueve partículas liquidas

• Filtros de Carbón Activado

– Remueve vapores, olores y gases

¿Qué tan Pequeño es 0.01 Micrones?

Cabello Humano (40-100 micrones)

Aereosol de Aceite (0.10 micrones)

Humo de tabaco (0.01 micrones)

Filtro de Partícula (Intercepción)

Filtros de Partículas hasta 1 micron

Filtro Coalescente

Filtros Coalescentes hasta 0.01 micrones

Filtro de Carbo Activado (Adsorción)

Filtros de Carbon Activado para Vapores y Olores