Powietrze jako medium robocze – podstawy fizyczne sprężania

Proce sprężania (przyrostu ciśnienia) jest formą przemiany energii. Proces ten opisują prawa termodynamiki. Jeśli założymy ciągły przepływ medium przez maszyny sprężające i powietrze potraktujemy jako gaz doskonały, to podstawowe równanie równowagi termodynamicznej dla stałej ilości gazu przybiera bardzo elegancką postać:

pv/T=R

Jest to prawo Clapeyrona, zwane także równaniem gazu doskonałego. Określa ono zależność pomiędzy trzema parametrami termodynamicznymi: ciśnieniem absolutnym (p), objętością właściwą (v) i temperaturą (T). Parametr (R) to indywidualna stała gazowa. Dla powietrza jest równa 287 [m2/(s2K)]. Dla dwóch stanów „1” oraz „i” równanie gazu doskonałego wygląda następująco:

p1V1/T1=piVi /Ti

gdzie Vi=vim, gdzie m jest masą gazu.

W zależności od niezmienności jednego z parametrów otrzymujemy:

1.przemianę izotermiczną przy stałej temperaturze [T= const]. p1V1=p2V2
2.przemianę izochoryczną przy stałej objętości [V= const]. p1/T1=p3/V3
3.przemianę izobaryczną przy stałym ciśnieniu [p= const]. V1/T1=V4/T4
4.przemianę adiabatyczną (gdy proces sprężania jest bardzo szybki i nie uwzględniamy wymiany ciepła z otoczeniem [delta Q= 0]. p1V1k=p5V5k.. Parametr k jest wykładnikiem przemiany adiabatycznej. Dla powietrza przyjmuje wartość 1,4.

W praktyce mam do czynienia z częściową wymianą ciepła. Taka przemiana nazywa się politropową.

p1V1n=p5V5n

Parametr (n) jest w tym przypadku wykładnikiem politropy. Jego wartość jest mniejsza od 1,4. Zależy ona od wydzielania, dostarczania bądź odbierania ciepła w procesie sprężania. Ma on dla praktyki technicznej największe znaczenie. Gdy podczas sprężania zachodzi dostarczanie ciepła (na przykład ciepło tarcia), to otrzymujemy przemianę adiabatyczną nieodwracalną (n>k). Taki przypadek sprężania występuje w wyporowych agregatach tłokowych i rotacyjnych bezolejowych. Przy bardzo intensywnym wewnętrznym chłodzeniu (wtrysku oleju) możemy przyjąć, że przybliżamy się do najbardziej sprawnej energetycznie przemiany izotermicznej (n=1). Ze względu na sposób rozwiązania wtrysku chłodzącego medium na całej długości przestrzeni sprężania i jego skuteczność (zasada prysznica) najbliżej idealnej przemiany izotermicznej pracują łopatkowe sprężarki rotacyjne. Sprężarki śrubowe, mające punktowy tylko wtrysk chłodzącego medium, uzyskują gorsze sprawność termodynamiczne.

Chcesz dowiedzieć się więcej? Masz pytania? Skontaktuj się z nami

Dodaj komentarz