Análisis termodinámico del compresor con su respectivo antecedentes.

1. Instituto Tecnológico de
Ciudad Madero.
Ing. Mecánica.Compresor Flujo Axial.

2. Al igual que las bombas y los ventiladores, los compresores son dispositivos que se
utilizan para incrementar la presión de un fluido. A estos dispositivos el trabajo se
suministra desde una fuente externa a través de un eje giratorio, por lo tanto los
compresores requieren entrada de trabajo. Aún cuando estos tres dispositivos
funcionan de manera similar, difieren en las tareas que llevan a cabo.
Compresor de dos etapas con estudio de diafragma

3. Un ventilador se usa sobre todo para movilizar un gas y sólo incrementa
ligeramente la presión, mientras que un compresor es capaz de comprimir el gas a
presiones muy altas. Las bombas funcionan de manera muy parecida a los
compresores excepto que manejan líquidos en lugar de gases.
Compresores de tornillo.

4. Las turbinas producen potencia mientras que los compresores, bombas y
ventiladores requieren entrada de potencia. La transferencia de calor desde las
turbinas por lo general es insignificante (Q ≈ 0) ya que normalmente están bien
aisladas. La transferencia de calor es también insignificante para los compresores, a
menos que haya enfriamiento intencional. Los cambios de energía potencial son
insignificantes para todos estos dispositivos ( ∆ EP ≅ 0); mientras que las
velocidades, con excepción de turbinas y ventiladores, son demasiado bajas para
causar algún cambio importante en su energía cinética (∆EC ≅ 0).

5. Se designa por compresor a la máquina útil conducida, que realiza el trabajo de
elevar la presión de un gas.
Estas máquinas se pueden clasificar de distintas formas;
1) Compresor de desplazamiento positivo: confina sucesivamente los volúmenes
del gas dentro de un espacio cerrado y eleva su presión.
2) Compresor reciprocante (alternativo): eleva la presión mediante desplazamiento
positivo mediante un émbolo con movimiento alternativo.
3) Compresor rotativo: la compresión y desplazamiento del gas se efectúa por la
acción positiva de los elementos rotatorios.
 Otros: a) paletas deslizantes. b) anillo. c) rotor helicoidal. d) diafragma centrífugo.

6. El proceso de compresión del aire, responde a las leyes generales de compresión y
expansión de los gases, fundamentalmente establecidas por Boyle y Mariotte y Guy
Lussac.

7. A temperatura constante (isotérmica), la presión absoluta de un gas ideal, es
inversamente proporcional al volumen.
constanteVp
VpVp 2211



8. Robert Boyle, (Waterford, 25 de enero de 1627-
Londres, 31 de diciembre de 1691) fue un filósofo-
natural, químico, físico e inventor irlandés.
También fue un prominente teólogo cristiano.
Como científico es conocido principalmente por la
formulación de la ley de Boyle, además de que es
generalmente considerado hoy como el primer
químico moderno, y por lo tanto uno de los
fundadores de la química moderna. Su obra The
Sceptical Chymist (El químico escéptico) es
considerada una obra fundamental en la historia
de la química.

9. Edme Mariotte (1620 - Dijon (Francia); 12 de mayo de 1684-
(París)), abad y físico francés. Estudió la compresión de los gases
y llegó a descubrir la ley hoy conocida como ley de Boyle –
Mariotte. Ambos científicos Boyle y Mariotte, de forma
independiente llegaron a la misma ley. Como curiosidad, Boyle en
sus escritos no especificó que la temperatura debía ser constante
para que la ley fuese válida, seguramente realizó sus
experimentos y así lo daría por hecho. Mariotte si especificó esta
constante. Edme Mariotte fue un pionero de la física
experimental y profesor de física en 1654-1658, y uno de los
fundadores de este dominio en Francia. Estudió también la
óptica, las deformaciones elásticas de los sólidos y
la hidrodinámica.

10. A presión constante (isobárica), el volumen de un gas ideal, es directamente
proporcional ala temperatura.
2
1
2
1
T
T
V
V


11. Jacques Alexandre César Charles (Beaugency-sur-Loire, 12
de noviembre de 1746 - 7 de
abril de 1823) inventor, científico y matemático francés.
Rompió el récord de globo aerostático, el 27 de
agosto de 1Ainé Roberts, logró elevarse hasta una altura de
1.000 metros. Inventó varios dispositivos, entre ellos
un densímetro (también llamado hidrómetro), aparato que
mide la gravedad específica de los líquidos.
Cerca del 1787 descubrió la ley de Charles. Su
descubrimiento fue previo al de Louis Joseph Gay-Lussac,
que publicó en 1802 la ley de expansión de los gases.
Charles fue electo en 1793 como miembro de la Académie des
Sciences783. El 1 de diciembre de ese año, junto con ,
instituto real de Francia. Fue profesor de Física hasta su
muerte el 7 de abril de 1823.

12. Louis Joseph o Joseph-Louis Gay-Lussac (Saint-
Léonard-de-Noblat, Francia 6 de diciembre de 1778 –
París, Francia, 9 de mayo de 1850) fue
un químico y físico francés. Es conocido en la actualidad
por su contribución a las leyes de los gases. En 1802,
Gay-Lussac fue el primero en formular la ley según la
cual un gas se expande proporcionalmente a
su temperatura (absoluta) si se mantiene constante
la presión (Ley de Charles) y que aumenta
proporcionalmente su presión si el volumen se mantiene
constante (Ley de Gay-Lussac).

13. W
Q
ent.
sal.
Variables que comprenden un
compresor para el balance.
Entrada
𝑚1
𝑉1
𝑣1
𝑉1
𝑍1
𝑇1
𝑃1
𝐷1
Salida
𝑚2
𝑉2
𝑣2
𝑉2
𝑍2
𝑇2
𝑃2
𝐷2
Q – W = m(∆𝐻 + ∆𝐸𝑃 + ∆𝐸𝐶)
1ª Ley de la termodinámica
Su función es
comprimir un fluido
comprensible, por
lo tanto:
𝑣2<<𝑣1 → 𝜌2 ≫ 𝜌1
Suposiciones:
𝑍1 ≈ 𝑍2
𝑇1 ≠ 𝑇2
𝑃2 ≫ 𝑃1
𝑚1 = 𝑚2 (edo estable)
Las velocidades
tienden a ser muy
parecidas

14. W
Q
ent.
sal.
Variables que comprenden un
compresor para el balance.
Entrada
𝑚1
𝑉1
𝑣1
𝑉1
𝑍1
𝑇1
𝑃1
𝐷1
Salida
𝑚2
𝑉2
𝑣2
𝑉2
𝑍2
𝑇2
𝑃2
𝐷2
Q – W = m(∆𝐻 + ∆𝐸𝑃 + ∆𝐸𝐶)
1ª Ley de la termodinámica
Su función es
comprimir un fluido
comprensible, por
lo tanto:
𝑣2<<𝑣1 → 𝜌2 ≫ 𝜌1
Suposiciones:
𝑍1 ≈ 𝑍2
𝑇1 ≠ 𝑇2
𝑃2 ≫ 𝑃1
𝑚1 = 𝑚2 (edo estable)
Las velocidades
tienden a ser muy
parecidas
Q ≈ 0 → η > 0
0
𝑍1 ≈ 𝑍2 → ∆𝐸𝑃 ≈ 0 ≪ ∆𝐻
0
Como las velocidades
tienden a ser muy
parecidas ∆𝐸𝐶 ≈ 0
0
Nuestro Balance De Energía Queda:
-W = m(∆𝐻)

15. 15
A volumen constante (isocórica), las presiones son directamente
proporcionales a las variaciones de las temperaturas absolutas.
2
1
2
1
T
T
p
p


16. 16
Si en un gas de peso P que ocupa un volumen V1 a una presión p1
manteniendo constante la temperatura, hacemos variar su presión a
p2 su volumen adquiere el valor V2 por lo que el peso específico
respectivo asume el valor:
2
2
1
1
2
2
1
1


P
V
P
V
V
P
V
P



17. 17
Se debe recordar que el calor específico del gas varía con la temperatura y con la
presión a que está sometido.
Calor específico a volumen constante cv
Calor específico a presión constante cp

18. 18
A volumen constante, el calor específico "cv" de un gas, es el cociente
entre la cantidad de calor entregado al mismo y el producto de su
masa por el salto de temperatura y representa la cantidad de calor
que es necesario para que un kg de dicho gas eleve su temperatura
en 1°C, manteniendo constante su volumen e incrementando su
presión.
 Cºkg/kcal
tm
Q
c v
v

 (
kJ
𝑘𝑔 𝐾
;
𝑏𝑡𝑢
𝑙𝑏 °𝐹
)

19. 19
A presión constante, el calor específico "cp" de un gas, es el cociente
entre la cantidad de calor entregado al mismo y el producto de su
masa por el salto de temperatura, y representa la cantidad
de calor que es necesario para que un kg de dicho gas eleve su
temperatura en 1 ºC manteniendo constante su presión e
incrementando su volumen.
 Cºkg/kcal
tm
Q
c
p
p

 (
kJ
𝑘𝑔 𝐾
;
𝑏𝑡𝑢
𝑙𝑏 °𝐹
)

20. 20
En los gases, el valor de "cv" es menor que el de "cp" y, por ejemplo,
para el aire vale:
Cºkg/kcal237,0c
Cºkg/kcal169,0c
p
v


Si bien estos valores varían con la
temperatura,
hasta los 100° C – 373.15 K – 212 °F – 671.67
°R
pueden considerarse constantes.
0.7076
kJ
𝑘𝑔 𝐾
= 0.169
𝑏𝑡𝑢
𝑙𝑏 °𝐹
0.9923
kJ
𝑘𝑔 𝐾
= 0.237
𝑏𝑡𝑢
𝑙𝑏 °𝐹

21. 21
En toda transformación de calor a trabajo que se formula en una masa de
gas, la cantidad de calor entregado al sistema es igual al trabajo realizado
por el mismo, más la variación de energía interna.
Al respecto, cabe consignar las equivalencias de toda transformación de
calor a trabajo mecánico o viceversa.
UWQ 
1𝑘𝐽 = 101.972 𝑘𝑔 − 𝑚

22. 22
Otra variación importante se formula mediante "p", "V", "T", ya que la presión, el
volumen y la temperatura de un gas establecen su estado térmico y conforman la
ecuación de estado.
La relación entre estos tres parámetros es tal que si dos de ellos se modifican, el
tercero varía, en consecuencia, manteniendo constante el valor de la relación.
R
T
Vp
T
Vp
2
22
1
11





23. 23
En cuanto a la constante R, si la relacionamos con los calores
específicos, se establecen las siguientes expresiones:
1k
1
R
c
1k
k
R
c
Rcck
c
c
vp
vp
v
p





Siendo k el
exponente
adiabático

24. 24
En cuanto a las transformaciones posibles durante una
compresión, cabe recordar que, cuando la misma es a temperatura
constante se denomina isotérmica y cumple con la ley de Boyle y
Mariotte, siendo su representación una hipérbola equilátera.
CVp 

25. 25
Cuando la transformación es adiabática, el sistema no transfiere
calor al exterior y su representación está dada por una hipérbola
que no es equilátera.
CVp k

donde el exponente adiabático k, es la relación
entre los calores específicos a presión constante y
a volumen constante, como se vio anteriormente

26. 26
Cuando la transformación es politrópica, implica que existe transferencia de calor desde el
medio al exterior, o a la inversa, y que el incremento o reducción de temperatura es
proporcional a la cantidad de calor añadida o disipada.
La curva difiere de las otras dos y la expresión asume la forma; CVp n

donde n es el exponente politrópíco cuyos valores, en la
práctica,
están entre 1,2 y 1,3 y que, por lo general, son menores que
"k".
v
p
cc
cc
n



donde "c" es la cantidad de calor que debe absorber un kg
de gas para obtener, además del trabajo realizado, un
incremento de temperatura de 1 ºC.

27. 27

28. 28
Compresor alternativo - Aspiración

29. 29
Compresor alternativo - Impulsión

30. 30

31. 31
 Trabajo de compresión (L1)
 Trabajo de aspiración (L2)
 Trabajo de impulsión (L3)
321 LLLL 

32. 32

33. 33

34. 34

35. 35

36. 36

37. 37

38. Termodinámica, Cengel, 7ma Edición.
http://es.slideshare.net/luisbiglieri/termodinmica-compresores-8505102