Mecanica De Fluidos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

UNI-Norte

Sede Regional en Estelí

Asignatura

Mecánica de Fluidos

Docente: Ing. Alba Veranay Díaz Corrales

II Semestre 2009

V. Unidad: Equipos Impulsores de Fluidos Compresibles

1. Comprensores y ventiladores

2. Clasificación

3. Características

4. Ventiladores en la agroindustria

I. Introducción

Toda máquina que realiza trabajo con la finalidad de mantener un fluido en movimiento o provocar el desplazamiento o el flujo del mismo se podría ajustar al nombre de bomba o compresor, los que suelen evaluarse por cuatro características:

1. Cantidad de fluido descargado por unidad de tiempo

2. Aumento de la presión

3. Potencia

4. Rendimiento

El efecto conseguido por la mayoría de los dispositivos de bombeo es el de aumentar la presión del fluido, si bien algunos de ellos comunican al fluido un aumento de su energía cinética o una elevación de su nivel geodésico.

Las bombas en general son utilizadas para líquidos. Estas trabajan simultáneamente con la presión atmosférica de forma que esta impulse el líquido hacia el interior de la bomba por la depresión que tiene lugar en el centro de la misma.

Las bombas empleadas para gases y vapores suelen llamarse compresores. Los compresores poseen una tubería de succión por donde es aspirado el gas que dentro del compresor reduce su volumen y aumenta su presión.

Ventiladores, sopladores, compresores y el flujo de gases.

Los ventiladores, sopladores y compresores se utilizan para incrementar la presión y provocar un flujo de aire y otros sistemas de flujo de gases. Su función es similar a las de las bombas en un sistema de flujo de líquidos. Sin embargo, la compresibilidad de los gases ocasiona algunas diferencias importantes.

Como habrá observado, en muchos hogares se usan ventiladores y sopladores; un ejemplo obvio son los ventiladores que se utilizan para hacer circular el aire cuando hace tanto calor que resulta incómodo. El ventilador impulsa aire del ambiente en la habitación, lo acelera con la acción de las aspas y lo envía a una velocidad mayor. El aire que se mueve tiende a crear un efecto de enfriamiento.

Las diferencias principales entre ventiladores, sopladores y comprensores son la construcción física y las presiones para los que están diseñados. Un ventilador está diseñado para que opere a presiones estáticas pequeñas, de hasta 2 psi (13.8 Kpa). Las presiones comunes de operación de los ventiladores van de 0 a 6 pulg H2O (0.00 a 0.217 psi o 0 a 1500 Pa). Para presiones que van de 2 psi hasta 10 psi (69 kpa), aproximadamente, al impulsor de gas se le denomina soplador. Para desarrollar presiones mas elevadas, incluso de varios miles de psi, se emplean compresores.

Se utilizan ventiladores para hacer circular el aire dentro de un espacio, para introducirlo o evacuarlo, o para moverlo a través de ductos de sistema de ventilación, calefacción o aire acondicionado. Los tipos de ventiladores incluyen ventiladores de aspas, de ductos y centrífugos.

Muchas industrias utilizan aire comprimido en sistemas de fluidos de potencia para mover equipo de producción, dispositivos de manejo de materiales y maquinaria automática. La presión común de operación de dichos sistemas esta en el rango de 60 a 125 psig (414 a 862 kPa manométrica). El rendimiento y la productividad del equipo disminuyen, si la presión cae por debajo de la presión de diseño establecida. Por tanto debe ponerse mucha atención a las pérdidas de presión entre compresor y el punto de empleo. Debe de efectuarse un análisis detallado del sistema de tubería, tomando en cuenta la compresibilidad del aire.

Cuando en alguna parte del sistema de flujo ocurren cambios grandes de la presión o de la temperatura del aire comprimido, debe tomarse en cuenta las modificaciones correspondientes del peso específico del aire. Sin embargo, si el cambio de la presión es menor de 10% de la presión de entrada, las variaciones en el peso específico tendrán un efecto despreciable. Si la caída presión está entre 10 y 40% de la presión de entrada, se utiliza el promedio del peso específico para las condiciones de entrada y salida, con el fin obtener resultados con exactitud razonable. Si el cambio que se pronostica para la presión es superior a 40%, debe repetirse el diseño del sistema o bien consultar otras referencias.

El peso específico para cualesquiera condiciones de presión y temperatura se calcula a partir de la ley de los gases ideales, que establece que:

P / γΤ = constante = R

R: Constante del gas en consideración

T: Temperatura absoluta

P: Presión absoluta del gas

γ: Peso específico del gasb

1. Compresores

Un compresor es una máquina que eleva la presión de un gas, un vapor o una mezcla de gases y vapores. La presión del fluido se eleva reduciendo el volumen específico del mismo durante su paso a través del compresor. Comparados con turbo soplantes y ventiladores centrífugos o de circulación axial, en cuanto a la presión de salida, los compresores se clasifican generalmente como maquinas de alta presión, mientras que los ventiladores y soplantes se consideran de baja presión.

Los compresores se emplean para aumentar la presión de una gran variedad de gases y vapores para un gran número de aplicaciones. Un caso común es el compresor de aire, que suministra aire a elevada presión para transporte, pintura a pistola, inflamiento de neumáticos, limpieza, herramientas neumáticas y perforadoras. Otro es el compresor de refrigeración, empleado para comprimir el gas del vaporizador. Otras aplicaciones abarcan procesos químicos, conducción de gases, turbinas de gas y construcción.

Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Ésto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la substancia que pasa por él conviertiendose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir.

Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable.

Los compresores son ampliamente utilizados en la actualidad en campos de la ingeniería y hacen posible nuestro modo de vida por razones como:

Son parte importantísima de muchos sistemas de refrigeración y se encuentran en cada refrigerador casero, y en infinidad de sistemas de aire acondicionado.

Se encuentran en sistemas de generación de energía eléctrica, tal como lo es el Ciclo Brayton.

Se encuentran en el interior muchos "motores de avión", como lo son los turborreactores y hacen posible su funcionamiento.

Generan gases comprimidos para la red de alimentación de sistemas neumáticos, los cuales mueven fábricas completas.

1.1 Estructura de los compresores

Los elementos principales de esta estructura son: motor, cuerpo, tapas, enfriador y árboles. El cuerpo y las tapas del compresor se enfrían por el agua. Los elementos constructivos tienen ciertas particularidades. Para disminuir las perdidas de energía de la fricción mecánica de los extremos de las placas contra el cuerpo en este se colocan dos anillos de descarga que giran libremente en el cuerpo. A la superficie exterior de estos se envía lubricación. Al girar el motor los extremos de las placas se apoyan en el anillo de descarga y se deslizan parcialmente por la superficie interior de estos; los anillos de descarga giran simultáneamente en el cuerpo.

Al fin de disminuir las fuerzas de fricción en las ranuras las placas se colocan no radicalmente sino desviándolas hacia adelante en dirección de la rotación. El ángulo de desviación constituye 7 a 10 grados. En este caso la dirección de la fuerza que actúa sobre las placas por lado del cuerpo y los anillos de descarga se aproxima a la dirección de desplazamiento de la placa en la ranura y la fuerza de fricción disminuye.

Para disminuir las fugas de gas a través de los huelgos axiales, en el buje del motor se colocan anillos de empacaduras apretados con resortes contra las superficies de las tapas.

Por el lado de salida del árbol a través de la tapa, se ha colocado una junta de prensaestopas con dispositivos tensor de resortes.

1.2 Tipos de compresores

Clasificación según el método de intercambio de energía:

Reciprocantes o Alternativos: utilizan pistones (sistema bloque-cilindro-émbolo como los motores de combustión interna). Abren y cierran válvulas que con el movimiento del pistón aspira/comprime el gas gracias a un motor eléctrico incorporado. Es el compresor más utilizado en potencias pequeñas. Pueden ser de los tipos herméticos monofásicos, comunes en refrigeradores domésticos. O de mayores capacidades (monofásicos y trifásicos) de varios cilindros que permiten mantención/reparación.

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