Este documento presenta un reporte sobre compresores realizado por un estudiante de ingeniería. Incluye una tabla comparativa de compresores reciprocantes y rotatorios, cálculos de parámetros de un compresor de aire de doble efecto como su desplazamiento, capacidad y potencias, y una memoria de cálculo de los mismos. El objetivo es que el estudiante comprenda mejor el funcionamiento de los compresores.

1. Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de ingeniería
REPORTE 10: COMPRESORES
NOMBRE: LEGAZPI ASCENCIO AXHEL
GRUPO: 8
LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS
Fechade realización:08/11/2016
Fechade entrega:14/11/2016

2. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS REPORTE 10: COMPRESORES Legazpi Ascencio Axhel
Objetivo general
El alumno estudiará en forma general los aspectos teóricos y prácticos de los compresores.
Objetivos particulares
Al término de la clase, el alumno:
I. Describiráel funcionamiento,elementosyaplicacionesde los compresores reciprocantes.
II. Calculará los parámetros principales de los compresores reciprocantes incluyendo la
potenciaindicadaorealde compresión,que seobtiene apartirdel diagramaPvde indicador,
de tal forma que le permita comprender claramente su funcionamiento.
Reporte
1. Realizar una tabla comparativa entre los compresores reciprocantes y los compresores
rotatorios de tornillo(s). Incluir: Esquema, descripción de su funcionamiento (cómo elevan la
presión del gas), elemento que intercambia energía con el fluido, rango de presión [bar] y
capacidad [m3 /min], pérdidas de potencia por fricción mecánica, vibración en el compresor,
problemas con válvulas. (25%)
Compresor reciprocante Compresor rotatorio de tornillos
Esquema
Descripciónde
funcionamiento
Está constituidoporuncilindrodentrodel cual
un embolo o pistón se desplaza con
movimiento alternativo, aspirando el gas
cuando se mueve en una dirección y
comprimiéndolo cuando se desplaza en el
sentido opuesto. La entrada y salida de gas al
cilindro se regula por medio de válvulas que
pueden ser del tipo que abre y cierra
automáticamente mediante una diferencia de
presiones, o pueden ser de las que se operan
mecánicamente con levas y varillas en forma
análoga a cómo trabajan las válvulas en un
motor de gasolina.
El compresorde tornillosesunamáquina,
que por mediode dostornillos(hembray
macho) comprime el aire.
Al momentoque los tornillosempiezana
girar, crean una succión por la toma de
aire mientras va aumentando la presión
del mismo a través de las cavidades.
El macho posee 4 lóbulos y la hembra 6
alveolos.

3. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS REPORTE 10: COMPRESORES Legazpi Ascencio Axhel
Elementoque
intercambia
energíacon el
fluido
El elementoque intercambiaenergíaconel
fluidoesel pistó.
Los tornillos son los que están
intercambiando energía con el flujo de
trabajo.
Rango de
presióny
capacidad
Puede alcanzarpresionesdesde 6Kg/cm2
en
loscompresoresde unaetapa.En losde dos
etapasse puede llegarhasta15 Kg/cm2
.
Puede operarconvalorestípicosde entre
1,1 y 75 kW (de 1,5 a 100 CV),
produciendo presiones de trabajo de 7 a
8 y 10 bar (101 a 145 psi).
Perdidaspor
fricción
mecánica
Se tienenperdidasenfricciónenlasválvulas
ya que estasestánabriendoycerrando
constantemente.
Las pérdidas por fricción se dan en los
tornillos giratorios al estar ambos en
contacto.
Vibraciónenel
compresor
Provocanmuchoruidoy la vibración que
generaesalta.
Ausencia de válvulas de admisión y
descarga, por lo que admiten golpes de
líquido y tienen bajo nivel sonoro y de
vibraciones.
Problemascon
válvulas
Las válvulaspuedenaflojarsedebidoala
fatigaque presentanal estarabriendoy
cerrando.
No cuenta con válvulas de admisión ni
descargasolo para control de capacidad.
2. Resolver: (25%)
Un compresor de aire de doble efecto de 35 x 35 cm. de diámetro y carrera respectivamente, con un
espaciomuerto de 8% (C) y un diámetro de vástago de 4 cm., trabaja a 150 rpm, aspirando aire a 1 bar
y 30 °C, descargándoloa una presiónabsoluta de 5 bar. El índice de compresiónpolitrópicoesde 1.33.
La eficiencia global o total del compresor es del 75%.
Dato adicional: Eficiencia volumétrica teórica
Nota: Considerar la eficiencia volumétrica real igual a la eficiencia volumétrica teórica.
Calcular:
1. El desplazamiento (volumen desplazado) del compresor [m3
/min]
𝑣 𝐷̇ = 𝑉𝐷𝐷 + 𝑉𝐷𝐼 → 𝑣 𝐷̇ = [
𝜋𝐷2
4
𝑥𝐿𝑥𝑁] + [
𝜋(𝐷2
− 𝐷 𝑣
2
)
4
𝑥𝐿𝑥𝑁]
𝑣 𝐷̇ = [
𝜋0.352
4
𝑥0.35𝑥150]+ [
𝜋(0.352
− 0.042
)
4
𝑥0.35𝑥150] = 𝟏𝟎. 𝟎𝟑𝟔𝟐[
𝒎 𝟑
𝒎𝒊𝒏
]
2. La eficiencia volumétrica [%]
; 𝑟𝑝 =
𝑃2
𝑃1
𝜂 𝑣𝑜𝑙 = 1 + 0.08[1 −
5
1
1
1.33
] = 0.811693 = 𝟖𝟏. 𝟏𝟔𝟗𝟑 %
3. La capacidad [m3 /min]

4. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS REPORTE 10: COMPRESORES Legazpi Ascencio Axhel
Q = 𝜂 𝑣𝑜𝑙 ∗ 𝑣 𝐷̇ = 𝟖. 𝟏𝟒𝟔𝟑𝟐
𝒎 𝟑
𝒎𝒊𝒏
4. La potencia teórica de compresión
𝑊𝑇
̇ =
𝑛
1−𝑛
𝑀̇ 𝑅𝑇1[
𝑃2
𝑃1
𝑛−1
𝑛
− 1] ;
𝑊𝑇
̇ =
𝑛
1−𝑛
𝑄𝑃1 [
𝑃2
𝑃1
𝑛−1
𝑛
− 1] → 𝑊𝑇
̇ =
1.33
1−1.33
∗ 8.14632 ∗ 0.1 ∗ 106
∗ [
5
1
1.33−1
1.33
− 1]=-1611.5 [kW]
5. La potencia suministrada en la flecha del compresor
Si se considera que la eficiencia del motor (eléctrico) es del 100%
Entonces tenemos que
𝜂 𝑔 =
𝑊𝑇
̇
𝑊̇ 𝐸
Despejando 𝑊̇ 𝐸 (potencia eléctrica absorbida por el motor) y sustituyendo 𝜂 𝑔 = 0.75 y
𝑊𝑇
̇ =26.851611.5 [kW]
𝑊̇ 𝐸 =
26.851611.5̇
0.75
= 35.8112[kW]
Y con la eficiencia del motor de 100% despejamos la potencia suministrada y sustituimos 𝑊̇ 𝐸
𝑊̇ 𝐸 𝜂 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 𝑊̇ 𝑠
𝑊̇ 𝑠 = 𝟑𝟓. 𝟖𝟏𝟏𝟐[𝐤𝐖]
3. Memoria de cálculos. (30%)
Datos obtenidos
T1=Tamb [°C] 20
T2 [°C] 106
P1=Patm[Kg/cm2
] 0.796
P2[Kg/cm2
] 6.6
N [RPM] 382
Ad [cm2
] 5
Ai [cm2
] 4.4
LD[cm] 6.7
KR [Atm/mm] 1/2.5

5. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS REPORTE 10: COMPRESORES Legazpi Ascencio Axhel
Tt [°C] 20
ht [cmH2O] 12
1.- Índice Politrópico
Para un proceso de combustión politrópico
Se cumple: 𝑇1𝑃1
1−𝑛
𝑛 = 𝑇2𝑃2
1−𝑛
𝑛
Despejamos n y sustituyendo T1 abs , T2abs, P1, P2abs
n=
1
1−
ln(
𝑇1
𝑇2
)
ln(
𝑃1
𝑃2
)
 n=
1
1−
ln(
(20+273.15) 𝐾
(106+273.15) 𝐾
)
ln(
0.796
6.6+0.796
)
= 𝟏. 𝟏𝟑𝟎𝟒𝟔
2.- Volumen desplazado 𝑉𝑑̇ [
𝑚3
𝑚𝑖𝑛
]
Datos
Diámetro del pistón D=0.1779 [m]
Diámetro del vástago  Dv=0.0349 [m]
Carrera L=0.1524 m
RPMN=382 rpm
Sustituyendo datos
𝑣 𝐷̇ = 𝑉𝐷𝐷 + 𝑉𝐷𝐼 → 𝑣 𝐷̇ = [
𝜋𝐷2
4
𝑥𝐿𝑥𝑁] + [
𝜋(𝐷2
− 𝐷 𝑣
2
)
4
𝑥𝐿𝑥𝑁]
𝑣 𝐷̇ = [
𝜋0.17792
4
𝑥0.1524𝑥382] + [
𝜋(0.17792 − 0.03492)
4
𝑥0.1524𝑥382] = 𝟐. 𝟖𝟑𝟖𝟒[
𝒎 𝟑
𝒎𝒊𝒏
]
3.- Capacidad Cantidad de aire medido en la descarga del compresor Q[
𝑚3
𝑚𝑖𝑛
]
Datos
H=58.5 [cmHg]
dt= 2.54 cm
Sustituyendo datos H, dt y datos obtenidos Tt y ht
Q=0.03005 dt2
√
ℎ𝑡 𝑥 𝑡𝑡
𝐻
Q=0.03005 2.542√
12 𝑥 (20+273.15) 𝐾
58.5
= 1.50338
[
𝒎 𝟑
𝒎𝒊𝒏
]

6. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS REPORTE 10: COMPRESORES Legazpi Ascencio Axhel
4.- Eficiencia volumétrica ηv
𝜂 𝑣 =
𝑄
𝑣 𝐷̇
Sustituyendo la capacidad y el volumen desplazado
𝜂 𝑣 =
1.50338
2.8384
= 0.52964  𝜂 𝑣 = 𝟓𝟐. 𝟗𝟔𝟒 %
5.-Presión media efectiva indicada
Pmei=
𝐴𝑑+𝐴𝑖
𝐿 𝐷
∗ 𝐾 𝑅 (N/m2)
Sustituyendo de datos obtenidos Ad,Ai,LDy KR
Pmei=
(4.4+5)𝑐𝑚2
6.7 𝑐𝑚
∗
1 𝑎𝑡𝑚
2.5 𝑚𝑚
∗
101.325 𝐾𝑃𝑎
1 𝑎𝑡𝑚
∗
10 𝑚𝑚
1 𝑐𝑚
= 𝟓𝟔𝟖. 𝟔𝟑 [𝑲𝑷𝒂]
6.-Potencia Indicada WI [w]
𝑊𝐼 = 𝑃𝑚𝑒𝑖 ∗ 𝑉𝐷
Sustituimos la presión media efectiva indicada y el volumen de]splazada
𝑊𝐼 = 568.63 [ 𝐾𝑃𝑎] ∗ 2.8384[
𝑚3
𝑚𝑖𝑛
]
1 [𝑚𝑖𝑛]
60[ 𝑠]
= 𝟐𝟔. 𝟖𝟓[𝑲𝒘]
7.-potencia teorica de compresión
𝑊𝑇
̇ =
𝑛
1−𝑛
𝑀̇ 𝑅𝑇1[
𝑃2
𝑃1
𝑛−1
𝑛
− 1]  𝑊𝑇
̇ =
𝑛
1−𝑛
𝑄𝑃1 [
𝑃2
𝑃1
𝑛−1
𝑛
− 1]
𝑊𝑇
̇ =
1.13046
1−1.13046
∗
1.50338[
𝑚3
𝑚𝑖𝑛
]
60[𝑠]
∗ 9.806 ∗
0.796[
𝑘𝑔𝑓
𝑐𝑚2]
0.0001[𝑚2]
∗ [
(6.6+0.796)[𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2]
0.796[𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2]
1.13046−1
1.13046
− 1]=
-4.7155 [kW]
8.-Eficiencia de compresión ηcomp
𝜂 𝑐𝑜𝑚𝑝 =
𝑊𝑡
𝑊𝐼
Sustituyendo potencia indicada y la potencia teórica de compresión
𝜂 𝑐𝑜𝑚𝑝 =
𝟒.𝟕𝟏𝟓𝟓 [𝐤𝐖]
𝟐𝟔.𝟗[𝑲𝒘]
= 0.17599 𝜂 𝑐𝑜𝑚𝑝 = 𝟏𝟕. 𝟓𝟐%

7. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS REPORTE 10: COMPRESORES Legazpi Ascencio Axhel
4. Del archivo anexo. “Guíade aire comprimido” Lea y realice un listado con su justificaciónde al
menos diez ventajas del ahorro de energía en las instalaciones de aire comprimido. (20%)
1.- Utilizael aire caliente paraotrosprocesos comosonelsecado,cortinasde calefacciónenentradas
abiertas de edificios o para precalentar aire de combustión.
2.- Los secadoresrefrigerativossonadecuadosparasecarel aire comprimidoenun80% de loscasos.
Con ellos se evitan las pérdidas de presión provocadas por la instalación de filtros en la red y se
consume solamente un 3% de la energía que el compresor usaría para compensar las pérdidas de
presión causadas por dichos filtros.
3.- Determinar y prevenir el nivel de fugas ayuda a mantenerlas menoresal 10% evita las perdidas
en la capacidad.
4.- Antesde incrementarlapresiónde operaciónenlospuntosde uso,reducirlascaídasde presión
del sistema, porque al incrementarla, además de aumentar el consumo de energía, acentuara
precisamente los problemas de fugas dentro del sistema.
5.- Se aprovecha directamente el aire caliente que sale del sistema de refrigeración del compresor
para su uso en la calefacción. El calor derivado se conduce por un sistema de ductos hasta las
estancias que se quiera dotar de calefacción.
6.- Con un intercambiadorde calortambiénesposibleextraerel calorde desperdiciode losaceites
lubricantes utilizados para producir agua caliente, potable o no potable.
7.- La ventajade controlarlapresiónyevitarlaaltapresiónenel sistema,aparte de ahorrarenergía,
aumentala vidaútil de instrumentos,válvulas,unionesyempaquesyenalgunoscasosse reduce la
inversión al no tener que comprar válvulas reductoras.
8.- El diseñoapropiadode launidadde recuperaciónde calor,recuperadesde un50% hasta un90%
de esa energía térmica aprovechable en otras cosas.
9.- Los filtrosde aire y la tuberíaa laentrada del compresordebenmantenerse limpiosporlotanto
se debe de darmantenimientoperiódicopara versi se encuentranenbuenestadoyevitarcaídasde
presióno aumentosde presión.Un filtroenbuenestadono reduce la capacidad ni la eficienciadel
compresor.
10.- Mantener las caídas de presión menoresa 10% entre la planta de compresión y el punto más
alejadode consumo,sonuna gran ventajaya que evitanundesempeñopobre del sistemay,porlo
tanto, un consumo excesivo de energía ya que por cada 2 psi de caída de presión se tendrá un
aumentoaproximadode un1%enel costo equivalente de la potenciaconsumidaporel compresor.
5. Comentarios y libros consultados

8. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS REPORTE 10: COMPRESORES Legazpi Ascencio Axhel
Bibliografía
 Termodinamica. Cengel-Boles
 Energy conversión systems. Jhon Wiley & Sons
 http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articulose/maquinashidraulicas/comprimido/compr
imido.htm