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Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

Book of thermodynamic

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367

CAPÍTULO 7

Isentrópico (Pv k constante):

w comp,entrada kR 1T 2 T 1 2

k 1

kRT 1k12>k

1

k 1 caP 2

b 1 d (7-57a)

P 1

Politrópico (Pv n constante):

w comp,entrada nR 1T 2 T 1 2

n 1

nRT 1n12>n

1

n 1 caP 2

b 1 d (7-57b)

P 1

Isotérmico (Pv constante):

w comp,entrada RT ln P 2

P 1

(7-57c)

Los tres procesos se trazan sobre un diagrama P-v en la figura 7-45 para

el mismo estado de entrada y la misma presión de salida. En un diagrama

P-v, el área a la izquierda de la curva del proceso es la integral v dP. Por

lo tanto, es una medida del trabajo de compresión del flujo estacionario. En

este diagrama es interesante observar que de los tres casos considerados internamente

reversibles, la compresión adiabática (Pv k constante) requiere el

trabajo máximo mientras que la compresión isotérmica (T constante o Pv

constante) requiere el mínimo. El trabajo de entrada requerido para el caso politrópico

(Pv n constante) está entre estos dos y disminuye cuando el exponente

politrópico n disminuye, lo que aumenta el rechazo de calor durante

el proceso de compresión. Si se remueve suficiente calor, el valor de n se

aproxima a la unidad y el proceso se vuelve isotérmico. Una manera común

de enfriar el gas durante la compresión es usar camisas de agua alrededor de

la carcasa de los compresores.

P

P 2

Isentrópico (n = k)

Politrópico (1 < n < k)

Isotérmico (n = 1)

P 1

FIGURA 7-45

Diagramas P-v de los procesos de

compresión isentrópicos, politrópicos e

isotérmicos entre los mismos límites de

presión.

1

v

Compresión en etapas múltiples

con interenfriamiento

De lo anterior, queda claro que es deseable enfriar un gas cuando está comprimiéndose

porque esto reduce el trabajo de entrada requerido al compresor.

Sin embargo, a menudo no es posible tener el enfriamiento adecuado a través

de la carcasa del compresor y es necesario usar otras técnicas para lograr un

enfriamiento eficaz. Una técnica es la compresión en etapas múltiples con

interenfriamiento, en la que el gas se comprime en etapas y se enfría entre

cada una de éstas pasándolo a través de un intercambiador de calor llamado

interenfriador. Idealmente, el proceso de enfriamiento tiene lugar a presión

constante y el gas se enfría a la temperatura inicial T 1 en cada interenfriador.

La compresión en etapas múltiples con interenfriador es especialmente atractiva

cuando un gas será comprimido a muy altas presiones.

En la figura 7-46 se ilustra gráficamente en diagramas P-v y T-s el efecto

que causa el interenfriamiento sobre el trabajo de un compresor de dos etapas.

El gas está comprimido en la primera etapa desde P 1 hasta una presión

intermedia P x , enfriado a presión constante a la temperatura inicial T 1 y comprimido

en la segunda etapa a la presión final P 2 . En general, los procesos de

compresión pueden modelarse como politrópicos (Pv n constante) donde el

valor de n varía entre k y 1. El área sombreada sobre el diagrama P-v representa

el trabajo ahorrado como resultado de la compresión de dos etapas con

interenfriamiento. Con fines comparativos se muestran las trayectorias del

proceso isotérmico y también del proceso politrópico para una sola etapa.

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