¿Cómo es la compresión en un compresor de etapas múltiples más eficiente que un compresor de etapa única?

Answer 1

Hay dos razones prácticas, ambas relacionadas con la cantidad de compresión requerida.

(1) Muchos tipos de compresores solo pueden proporcionar un cierto grado de compresión, por lo que si desea obtener un nivel más alto, debe encadenarlos de manera efectiva. Por ejemplo, si un solo compresor puede aumentar la presión en un factor de 3, deberá hacerlo para obtener una relación de 9, tres para obtener una relación de 27, etc. La razón del límite es hacer con la mecánica tamaño (grandes volúmenes que cambian a pequeños), tensiones y temperaturas (a las que volveré).

(2) Es más eficiente termodinámicamente para comprimir a temperaturas más bajas. El proceso de compresión hace que el gas se caliente. Con una unidad de etapas múltiples, podemos enfriar el gas después de la primera etapa, luego comprimir, luego enfriar, luego comprimir, etc., lo que se conoce como enfriamiento entre etapas.

Ahora para las temperaturas. El trabajo realizado al comprimir el gas hace que se caliente. Puede calcular fácilmente cuánto de la termodinámica básica dependiendo de la relación de los calores específicos del gas. Para gases como el aire, resulta que la relación de las temperaturas absolutas (Tout / Tin) es la relación de las presiones (Pout / Pin) a la potencia de 0.286. Por lo tanto, la compresión de aire de 1 bar a 12 bar aumentará la temperatura en un factor de 2. Tenga en cuenta que estos están en la escala absoluta. Entonces, si el aire está a temperatura ambiente, digamos 300 K (= 27 grados C), alcanzará los 600 K o casi 300 grados C. Sin embargo, si ya está a 600 K, alcanzará los 1200 K o alrededor de 900 grados C, bueno pasado calor rojo.

Por lo tanto, si comprime demasiado en una sola etapa, algunas partes del equipo se calientan mucho. Esto puede superar los límites de temperatura de trabajo. También causará cambios en las dimensiones y tensiones mecánicas. Por lo tanto, es común limitar el grado de compresión a un factor de 3 o menos para una sola etapa por esta razón mecánica.

Además, a partir de la termodinámica básica, el trabajo realizado (se requiere entrada de potencia) aumenta con la temperatura absoluta, por lo que es mejor mantener el gas frío mediante enfriamiento entre etapas para ahorrar energía.

Si el gas se desea caliente, normalmente organizamos las cosas para que la última etapa suministre el gas a la temperatura que queremos.

Answer 2

Consideremos un proceso de compresión perfectamente isentrópica 1–3 ‘(que se muestra en la curva TS anterior) que ocurre en un compresor de una sola etapa, en el que comprimo cierto fluido desde la presión Pi a Pf y, en consecuencia, la temperatura del fluido aumenta a Tf desde Ti. El trabajo realizado se puede encontrar utilizando las ecuaciones termodinámicas estándar aplicadas entre los puntos 1 y 3 ‘.

Ahora, en lugar de un proceso de compresión de una sola etapa, sustituyo todo el proceso con dos procesos de compresión independientes (compresión de varias etapas), a saber. 1–2 y 3–4 y coloque un intercooler entre las etapas de manera que el proceso de enfriamiento ocurra a una presión constante (Po) en un intercambiador de calor que se muestra en 3–4.

El efecto de esta sustitución es bastante notable en la curva TS. Como puede verse, el trabajo del compresor suministrado disminuye en la cantidad encerrada dentro del área 2–3–3′-4. Por lo tanto, se puede decir que la entrada disminuye.

Sin embargo, dado que la condición final del fluido se logra y su presión final se eleva a Pf desde una presión inicial de Pi, la salida permanece sin cambios.

Ahora, la eficiencia se define como:

n = salida / entrada

Y a medida que la salida se mantiene constante pero la entrada disminuye, es obvio que aumenta la eficiencia de la compresión.

Hay varias otras ventajas de la compresión compuesta que incluyen:

1.) La temperatura final después de la compresión compuesta (Tf ‘) es más baja que una compresión por etapas (Tf). Esto significa que el compresor como unidad está sometido a tensiones térmicas reducidas.

2.) La segunda etapa del compresor tiene que lidiar con un volumen específico más bajo del fluido, por lo que el tamaño total de la unidad puede reducirse.

Es importante tener en cuenta aquí que estoy asumiendo que olvidó mencionar el enfriamiento intermedio, ya que sin él, la compresión compuesta en realidad sería menos eficiente debido a las mayores pérdidas mecánicas.

En una nota al margen, otra forma de interpretar esto es: después de la compresión de Pi a Po, el enfriamiento de To1 a To2 disminuirá el volumen específico del fluido y, por lo tanto, reducirá el trabajo que se necesita hacer en el fluido para una mayor compresión de Pf para un compresor de etapas múltiples.

Answer 3

Turbomachinery tiene más etapas de compresor cuando es necesario. Seguramente un compresor de una etapa significa menos disipación mecánica / aerodinámica. Pero dada una relación de presión lo suficientemente alta, un compresor de una sola etapa no funcionaría porque el gradiente de presión inversa es demasiado alto. Y cuando el gradiente de presión es lo suficientemente alto, se produce una separación de flujo, lo cual es desastroso aerodinámicamente en la turbomáquina.

(Representación gráfica del perfil de velocidad en la capa límite. El último perfil representa el flujo inverso que muestra el flujo separado. De Wikipedia: Archivo: Capa límite de separación.svg)

Por lo tanto, para eliminar el flujo inverso en cada etapa, cada etapa del compresor está diseñada para tener una cantidad limitada de relación de presión. Para alcanzar una cierta relación de presión para todo el compresor, se necesita un compresor de etapas múltiples.

(Diagrama de un motor a reacción de turbina de gas típico. De Wikipedia: Archivo: Jet engine.svg)

Además, en turbina es una historia diferente. Debido a que la presión disminuye en lugar de aumentar en las etapas de la turbina, solo se necesitan unas pocas etapas de la turbina.

Answer 4

Las respuestas anteriores son correctas, pero las desglosaré en términos simples.

Ni un compresor de una etapa o un compresor de dos etapas es mejor que el otro en todas las situaciones.

Dado el mismo tipo de compresor, un compresor de dos etapas le brinda más presión, mientras que una sola etapa le brinda más flujo. Esa es una regla general, pero no siempre es cierto en todas las situaciones.

Por lo general, recibo esta pregunta cuando los clientes seleccionan compresores de pistón pequeños (por pequeños quiero decir menos de 50 hp). Si solo está comprando un compresor de taller para su garaje o negocio, probablemente solo necesitará las dos etapas si está llenando neumáticos grandes para camiones (para semirremolques o tractores). El 90% de las aplicaciones para este tamaño de compresor de aire generalmente solo necesitan 90 psi o menos. Sin embargo, probablemente no tenga muchas opciones porque la mayoría de los compresores de pistón de ese tamaño son de dos etapas por defecto. Dos etapas o una etapa no importa mucho en este caso. Base su decisión en CFM y presión, y equilibre el costo con la confiabilidad del fabricante.

La otra vez que recibo esta pregunta es cuando los clientes buscan compresores de tornillo rotativo grandes (en general quiero decir 200-600 hp). En ese caso, generalmente las dos etapas son más eficientes desde el punto de vista energético, pero a menudo duplican el precio (de nuevo, regla general, pero no siempre es cierto). Debe realizar una auditoría de aire y luego un análisis de costo de energía para determinar el costo de 10 años del compresor de aire con energía y mantenimiento. Luego compare el costo de 10 años de poseer el compresor (incluido el costo inicial para comprarlo) y vea cuál es mejor. Un compresor más caro con un ROI de 2 años o menos es casi siempre la mejor opción.

Answer 5

Los compresores son generalmente el sistema de energía de cualquier sistema de aire acondicionado. Presurizan y mueven el refrigerante de un lado a otro del condensador al evaporador. Básicamente, hay dos tipos de compresores de aire, uno es compresores de una etapa y compresores de etapas múltiples. Obviamente, los compresores de etapas múltiples son más eficientes que los compresores de etapa única. Los compresores de dos etapas generalmente tienen un mayor control de la humedad en comparación con los compresores de una etapa.

Los compresores de etapas múltiples reducen las temperaturas generales de descarga y estas temperaturas más bajas mejoran la durabilidad y eficiencia del compresor. Estos compresores suelen tener una presión máxima de 175 PSI, en comparación con 125 PSI de la mayoría de los compresores de una etapa. Muchos compresores de aire de etapas múltiples tienen el cárter fundido separado de los cilindros de la bomba, lo que facilita su reparación.

Entonces, después de considerar estos beneficios, está claro que los compresores de etapas múltiples son mejores que los compresores de etapa única. Pero ambos tienen diferentes aplicaciones. Puede obtener más información acerca de estos compresores de los compresores Eaton, ya que tienen una amplia gama de compresores para vender y le brindarán más asistencia durante la compra.

Answer 6

Si tuviera que mirar el proceso en orden inverso y comenzar con lo que queremos lograr:

Queremos aumentar la presión de un gas. Para aplicaciones típicas de aire comprimido, esto significa aumentar la presión del aire de 1 bar a 7.

Esto se logra obligando al aire a ocupar un volumen menor.

De acuerdo con la ley de gases combinados, hay dos formas de reducir el volumen de un gas

1. exprimir físicamente el gas en un volumen más pequeño
2. enfriar el gas para que se contraiga

[matemáticas] Combinado \: Gas \: ley \; \; \ dfrac {P_1V_1} {T_1} = \ dfrac {P_2V_2} {T_2} [/ math]

el compresor exprime físicamente el gas en un volumen más pequeño haciendo que su presión aumente. Sin embargo, este proceso también eleva la temperatura del gas considerablemente. si luego enfriamos el aire nuevamente usando un enfriador intermedio colocado entre la primera y la segunda etapa del compresor, podemos reducir aún más el volumen mientras gastamos relativamente poca energía. Luego, la segunda etapa comprime el gas a su volumen y presión finales.

El siguiente diagrama muestra la relación entre presión y volumen. Un compresor de una etapa comprimirá aire a lo largo de la curva de compresión isentrópica. a lo largo de esta curva aumenta la temperatura. el compresor perfecto comprimiría el aire a lo largo de la curva de compresión isotérmica (si esto fuera posible, la temperatura se mantendría constante), sin embargo, no es posible construir un compresor perfecto. Para acercarse lo más posible a la curva, los compresores de etapas múltiples usan enfriamiento interno para reducir el volumen del aire antes de que la siguiente etapa lo comprima aún más.

Diagrama de soluciones de aire y fluidos de ingeniería

El beneficio de esta configuración se puede ver en el diagrama. El área debajo de las curvas representa el trabajo realizado para comprimir el aire. Las áreas azul y verde combinadas indican el trabajo realizado por un compresor de etapa única. el área azul sola indica el trabajo realizado por un compresor de dos etapas con un refrigerador intermedio que comprime el mismo volumen de aire a la misma presión. El área verde muestra el trabajo ahorrado por el enfriamiento interno.

Por lo general, los compresores de etapas múltiples tienen de 2 a 3 etapas. Cuantas más etapas se agreguen a un compresor más complejo y costoso, sin embargo, los ahorros adicionales potenciales se reducen rápidamente hasta el punto en que los ahorros no valen la inversión adicional.

Answer 7

Si intenta comprimir todo el aire en una sola etapa, incurrirá en grandes pérdidas. Entonces, en lugar de dividir la etapa individual en etapas pequeñas, aún habrá pérdidas, pero la suma algebraica de las pérdidas de los compresores individuales será aún menor que el aumento de presión en una sola etapa. ¿¿Pero por qué??

Busque la desigualdad de Clasius y el concepto de irreversibilidad ……

Answer 8

Trabajo realizado reducido

Proceso adabático convertido en proceso isotérmico. Por intercooler, por lo que la temperatura del aire se reduce. La densidad del aire aumentará y las horas de funcionamiento se reducirán. Largas horas de vida. Reduce el depósito de carbono en la placa de la válvula

Answer 9

Puede lograr la misma eficiencia con un compresor de una etapa y de etapas múltiples porque es el factor de diseño y puede tener diferentes tipos de diseños para obtener la misma eficiencia. Solo tiene que gastar dinero para que el compresor tenga una buena eficiencia.

Answer 10

¿Se está enfriando correctamente? Verifique las entradas de voltaje. Lo más probable es que se dispare debido a algunas anomalías en el sistema.