Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 7
Eficiencias isentrópicas de compresores
y bombas
La eficiencia isentrópica de un compresor se define como la relación entre
el trabajo de entrada requerido para elevar la presión de un gas a un valor
especificado de una manera isentrópica y el trabajo de entrada real:
Trabajo isentrópico del compresor
h C
Trabajo real del compresor
w s
w a
(7-62)
Observe que la eficiencia del compresor isentrópico se define con la entrada
de trabajo isentrópico en el numerador en lugar de en el denominador. Esto
es porque w s es una cantidad menor que w a , y esta definición impide que h C
se vuelva mayor a 100 por ciento, lo cual implicaría falsamente que los compresores
reales se desempeñan mejor que los isentrópicos. También note que
las condiciones de entrada y la presión de salida del gas son las mismas para
ambos compresores: real e isentrópico.
Cuando son insignificantes los cambios en las energías cinética y potencial
del gas mientras éste es comprimido, el trabajo de entrada para un compresor
adiabático es igual al cambio en la entalpía, por lo que para este caso la ecuación
7-62 se vuelve
h
h 2a
h 2s
h 1
w a
w s
2s
1
s 2s = s 1
2a
P 2
Proceso
real
Proceso
isentrópico
P 1
Presión
de salida
Estado
de entrada
s
h C
h 2s h 1
h 2a h 1
(7-63)
donde h 2a y h 2s son los valores de la entalpía en el estado de salida para los
procesos de compresión real e isentrópico, respectivamente, como se ilustra
en la figura 7-51. Nuevamente, el valor de h C depende en gran medida del
diseño del compresor. Los dispositivos de este tipo mejor diseñados tienen
eficiencias isentrópicas que van de 80 a 90 por ciento.
Cuando son insignificantes los cambios en las energías potencial y cinética
de un líquido, la eficiencia isentrópica de una bomba se define en forma
semejante,
FIGURA 7-51
Diagrama h-s para los procesos real
e isentrópico de un compresor
adiabático.
h P
w s v 1P 2 P 1 2
(7-64)
w a h 2a h 1
Cuando no se intenta enfriar el gas cuando se comprime, el proceso de
compresión real es casi adiabático y el proceso adiabático reversible (es decir,
isentrópico) sirve mejor como proceso ideal. Sin embargo, en ocasiones los
compresores son enfriados intencionalmente utilizando aletas o camisas de
agua colocadas alrededor de la carcasa para reducir los requerimientos de trabajo
de entrada (Fig. 7-52). En este caso, el proceso isentrópico no es conveniente
como modelo porque el dispositivo ya no es adiabático y la eficiencia
isentrópica del compresor antes definida no tiene sentido. Un proceso ejemplar
realista para compresores que se enfrían intencionalmente durante la compresión
es el proceso isotérmico reversible. Entonces, es posible definir convenientemente
una eficiencia isotérmica para casos así comparando el proceso
real con otro isotérmico reversible:
h C
w t
w a
(7-65)
donde w t y w a son las entradas de trabajo requeridas para el compresor en los
casos isotérmico reversible y real, respectivamente.
Aire
Compresor
Agua de
enfriamiento
FIGURA 7-52
A veces se enfrían intencionalmente los
compresores para minimizar el trabajo de
entrada.