La elevación del nivel de energía del gas se logra mediante el “trabajo” ejercido por una máquina (Compresor) sobre el fluido en estado gaseoso. Esta elevación del nivel de energía se manifiesta por incrementos de la presión y de la temperatura del gas. Esto quiere decir que termodinámicamente la compresión es un proceso no espontáneo (requiere trabajo) y exotérmico (genera calor).

Teóricamente la compresión del gas natural se puede representar por un proceso isentrópico (a entropía constante), es decir, un ciclo reversible y adiabático con cuatro etapas: Succión, Compresión, Descarga, y Expansión. Por ejemplo, el gas natural hace su entrada en un nivel inferior de presión, luego se comprime, y posteriormente se descarga en el nivel de presión requerido. La etapa de expansión en los compresores reciprocantes, se refiere a la reducción de la presión del gas entrampado en el volumen muerto; o a la caída instantánea del nivel de presión, desde el valor en la descarga hasta el de la succión, en el caso de los centrífugos y axiales. Este ciclo se repite de manera continua y permanente. Los procesos reversibles son un punto de partida adecuado en el que se basan los cálculos de diseño en ingeniería. Son una idealización, es decir, son ficticios, no existen en la realidad. Los procesos reversibles se pueden invertir utilizando algún mecanismo apropiado. En efecto, el trabajo de compresión es numéricamente igual al trabajo de expansión, siempre y cuando los estados inicial y final del gas sean los mismos. Las características principales de los procesos reversibles son los siguientes:

Ø  No existen procesos disipantes, y por lo tanto no hay pérdida aparente de la capacidad del sistema.

Ø  El proceso es cuasiestático es decir, únicamente están presentes fuerzas infinitesimales sin balancear.

Recordando que la compresión es un proceso exotérmico (que se manifiesta en un aumento de la temperatura del gas), y que el objetivo principal es el incremento de la presión más no de la temperatura. Se hace necesario, en la práctica, remover calor del gas. Por lo que atendiendo al régimen de enfriamiento del gas, se tienen tres ciclos de compresión, a saber:

1. Adiabático: No se remueve nada de calor del gas durante la compresión.

2. Politrópico: Se remueve parte del calor del gas durante la compresión.

3. Isotérmico: Se remueve total y continuamente el calor durante la compresión.

Estos ciclos de compresión (adiabático, politrópico e isotérmico) presentan trayectorias distintas en un diagrama P-V (presión-volumen), y por consiguiente, el trabajo teórico de compresión para cada uno de ellos, también es diferente. Por lo que el trabajo isotérmico es mucho menor que el trabajo adiabático y por lo tanto representa una gran economía. Desde el punto de vista práctico, los ciclos adiabático e isotérmico no se pueden lograr exactamente, y por ende, el ciclo politrópico representa condiciones más reales de compresión. Sin embargo, los procesos de compresión de importancia industrial permiten ganancia de calor durante una parte del ciclo y pérdida de calor en otra parte del ciclo, de modo que se puede considerar globalmente como adiabático. En términos generales, el modelo teórico de compresión de un gas se representa termodinámicamente por un proceso reversible y adiabático (isentrópico) en el que participan tres elementos:

Ø  El sistema: Gas que se comporta idealmente (Z = 1).

Ø  El proceso: Ciclo de compresión reversible y adiabático (Ea = 1)

Ø  La máquina: El compresor opera sin pérdidas mecánicas (Em = 1)

Ahora bien, el modelo real de compresión de un gas se obtiene ajustando el modelo teórico con factores de corrección empíricos por los siguientes conceptos:

Ø  Comportamiento real del gas (Z # 1).

Ø  Irreversibilidades del ciclo de compresión (Ea < 1).

Ø  Pérdidas mecánicas del compresor (Em < 1).