Compresores
Un
compresor es una máquina capaz de elevar la presión del gas que maneja. En la
industria la misión de los compresores es:
— Alimentar la red de aire comprimido
para instrumentos
— Proveer de aire para combustión
— Recircular gas a un proceso o sistema
— Producir condiciones idóneas para que
se produzca una reacción química
— Producir y mantener niveles de presión
adecuados por razones de proceso de torres
— Alimentar aire a presión para mantener algún elemento en
circulación
Existe una gran diversidad de equipos para la compresión de aire y otros gases, los principales tipos de compresores, clasificados según su principio de funcionamiento.
Objetivo
- Identificar los diferentes tipos de compresores
- Conocer la funcionalidad que tienen los compresores en la industria
- Saber sus diversos tipos de transmisión
Indice
- Compresores de desplazamiento positivo
- Compresores reciprocantes
- Compresores de pistón libre
- Compresor tipo laberinto
- Compresores de diafragma
- Compresores de aletas
- Compresores de anillo líquido
- Compresores de tornillo
- Compresores dinámicos
- Compresores centrífugos
- Compresores axiales
Compresores de desplazamiento positivo
Son unidades donde el incremento de presión se logra introduciendo un volumen de gas en espacio determinado, que posteriormente es reducido por medios mecánicos.
Los compresores de desplazamiento positivo se dividen a la vez en dos grupos, los reciprocantes y los rotativos
Compresores reciprocantes
Son los más antiguos y conocidos entre los compresores de desplazamiento positivo.
En estos equipos el elemento principal de compresión es un pistón que se mueve alternativamente dentro de un cilindro, lográndose así la reducción del volumen del gas a comprimir.
Los compresores de pistón pueden ser se simple o doble efecto, según si una o ambas caras del pistón realicen compresión sobre el fluido. Los de simple efecto comprimen el aire en la parte superior del cilindro y normalmente son del tipo entroncado. Los de doble efecto requieren una acople mediante crucetas, para procurar que el movimiento de vástago sea lineal, con lo cual puede lograrse una reducción en el largo del pistón, creándose dos cámaras de compresión: una por arriba y otra por abajo del mismo.
Los compresores reciprocantes pueden ser además lubricados o no lubricados; estos últimos tienen anillos de politetrafluoretileno (PTFE) auto-lubricados. Los compresores no lubricados del tipo entroncado tienen carcaza seca, con rodamientos de engrase permanente, mientras que los de cruceta tienen la biela más larga de forma que su parte lubricada no entre en la cámara de compresión.
Los compresores reciprocantes normalmente tienen válvula auto-accionadas las cuales abren y cierran según la diferencia de presión que exista a través de ellas.
Los compresores alternativos son los equipos de compresión más usados; poseen un alto rango de tamaños y tipos diferentes, su potencia varía desde fracciones de hp hasta unidades de más de 12.000 hp, con rangos de presión desde menos de uno hasta más de 4000 bar.
En estos equipos el elemento principal de compresión es un pistón que se mueve alternativamente dentro de un cilindro, lográndose así la reducción del volumen del gas a comprimir.
Los compresores de pistón pueden ser se simple o doble efecto, según si una o ambas caras del pistón realicen compresión sobre el fluido. Los de simple efecto comprimen el aire en la parte superior del cilindro y normalmente son del tipo entroncado. Los de doble efecto requieren una acople mediante crucetas, para procurar que el movimiento de vástago sea lineal, con lo cual puede lograrse una reducción en el largo del pistón, creándose dos cámaras de compresión: una por arriba y otra por abajo del mismo.
Los compresores reciprocantes pueden ser además lubricados o no lubricados; estos últimos tienen anillos de politetrafluoretileno (PTFE) auto-lubricados. Los compresores no lubricados del tipo entroncado tienen carcaza seca, con rodamientos de engrase permanente, mientras que los de cruceta tienen la biela más larga de forma que su parte lubricada no entre en la cámara de compresión.
Los compresores reciprocantes normalmente tienen válvula auto-accionadas las cuales abren y cierran según la diferencia de presión que exista a través de ellas.Los compresores alternativos son los equipos de compresión más usados; poseen un alto rango de tamaños y tipos diferentes, su potencia varía desde fracciones de hp hasta unidades de más de 12.000 hp, con rangos de presión desde menos de uno hasta más de 4000 bar.
Otra ventaja de estos equipos, es que son más eficientes para la mayoría para la mayoría de las aplicaciones, pudiendo ser instalados con equipos de control de capacidad para mantener se eficiencia a cargas parciales.
Debido al movimiento reciprocante de los pistones y a otras partes rodantes desbalanceadas, las fuerzas de inercia tienden a desbalancear la unidad; por ello es necesario emplear alguna base o función que establece la instalación.
La aplicación de este requerimiento depende del tipo y tamaño del compresor.
Dadas las características de funcionamiento de este tipo de compresores, el flujo del aire que ellos entregan no es continuo sino pulsante, lo que representa una desventaja.
Sin embargo, ello puede minimizarse utilizando un amortiguador de pulsaciones.
A continuación daremos un trato especial a algunos compresores reciprocantes debido a sus características muy particulares.
Compresores de pistón libre
Se trata de un arreglo especial, en donde el compresor se encuentra integrado a un motor diésel de manera tal que no existe conexión mecánica alguna. En principio, se trata de un diseño sencillo, pero en la práctica, el diseño es sumamente complicado debido a la necesidad de sincronismo de los pistones, y de un sistema de arranque.
El principio de operación de estos equipos es el siguiente:
Haciendo uso del aire comprimido se logra el movimiento hacia adentro de los dos pistones, comprimiéndose el aire contenido en la cámara de combustión. Cuando los pistones se encuentran cerca del punto muerto inferior, se inyecta el combustible, produciéndose la combustión por efecto de la temperatura.
Al incrementarse bruscamente la presión en la cámara de combustión, los pistones son forzados hacia fuera, obteniéndose la compresión del aire en las cámaras de compresión.
Compresor tipo laberinto
Este es un tipo especial de compresor de desplazamiento positivo que trabaja sin anillos en el pistón y suministra aire exento de aceite.
El sello entre el pistón y el cilindro se logra con una serie de laberintos . Los pistones en su superficie llevan mecanizada una rosca cuyas crestas crean remolinos de aires que bloquean las fugas, estas fugas internas son mucho mayores y las R.P.M. menores que en los compresores que emplean anillos en el pistón, por lo que solo se recomienda este tipo de unidad debido a su capacidad de ofrecer aire absolutamente libre de aceite
Compresores de diafragma
Este es un tipo de compresor libre de aceite, en donde el elemento principal de composición es una membrana flexible en lugar de un pistón.
El diafragma membrana puede ser adecuado mecánicamente o hidráulicamente.
En el primer caso el movimiento de la membrana se logra directamente a través de una varilla que conecta la membrana con el cigüeñal. En el segundo, el acople se hace por medio de un fluido tal como aceite, fluoro carbonos inertes o agua jabonosa.
La presión hidráulica alternativa, que origina el movimiento de la membrana es producida por una bomba de pistón.
Compresores de aletas
Son máquinas que tienen aletas dispuestas en ranuras axiales sobre un rotor montado excéntricamente dentro de una carcasa cilíndrica.
El principio de funcionamiento de estos compresores es el siguiente:
Cuando el rotor gira las aletas se pegan contra la carcasa por acción de la fuerza centrifuga, sellándose así el espacio entre dos aletas consecutivas.
El aire entra al compresor cuando el volumen entre dos aletas es máximo; luego a medida que el rotor gira, el volumen decrece por efecto de la excentricidad. El aire se comprime a medida que es desplazado hasta la descarga.
Este principio de funcionamiento es también utilizado en los motores de aire, pero de manera inversa.
Actualmente existen compresores de aletas lubricados (con inyección de aceite) o exentos de aceite, con aletas de PTFE, carbón o baquelita.
Compresores de anillo líquido
Son compresores exentos de aceite y sin válvulas, con relación de compresión fija.
Este tipo de compresores están constituidos por un rotor con alabes fijos, montados excéntricamente dentro de una cámara circular, de manera similar a los compresores de aletas deslizantes.
El cilíndrico está parcialmente lleno de un líquido que durante el funcionamiento y por la acción de la fuerza centrifuga, es proyectado contra las paredes del cilindro, formándose un anillo líquido que presenta respecto al rotor, la misma excentricidad que la carcasa. La compresión del gas se logra por la reducción del volumen entre dos álabes, actuando el líquido como sello.
La refrigeración de estos compresores es directa, debido el íntimo contacto entre el gas y el líquido, pudiéndose mantener la temperatura de descarga muy próxima a la de entrada del líquido. Sin embargo, el gas se encuentra saturado con el líquido del anillo, a la temperatura de descarga.
El líquido por lo general es agua, aunque se puede utilizar otro para la obtención de resultados específicos durante el proceso de compresión, como por ejemplo la absorción de un constituyente del gas por el líquido, o la protección del compresor contra ataques corrosivos de gases y vapores activos.
El hecho de necesitar mantener un anillo líquido en constante movimiento durante todo el tiempo de funcionamiento, aumenta muchísimo el consumo de energía de este tipo de compresor. Compresores
Compresores de tornillo
Son máquinas donde los rotores helicoidales engranados entre si y ubicados dentro de una carcasa, comprimen y desplazan el gas hacia la descarga.
Los lóbulos de los dos rotores no son iguales; los ajustan en las cavidades de la hembra o rotor conducido. Los rotores pueden no tener el mismo número de lóbulos. Por lo general el rotor principal tiene menos lóbulos y por ello opera a mayor velocidad.
El principio de funcionamiento de estos compresores : inicialmente el aire llena el espacio entre los dos lóbulos, y a medida que los rotores giran, el volumen entre los rotores disminuye obteniéndose progresivamente la compresión deseada
La carencia de válvulas de aspiración y descarga, y la inexistencia de fuerzas mecánicas desequilibradoras, hacen que el compresor del tornillo pueda funcionar a elevadas velocidades.
En consecuencia, combina una elevada capacidad con reducidas dimensiones. Los compresores de tornillos del tipo seco utilizan engranajes de sincronización externos para los rotores macho y hembra. Al no a ver contacto entre rotores ni entre estos y la carcasa, no se necesita ningún tipo de lubricación dentro de la cámara de compresión. El aire suministrado es excento de aceite
Para mantener el rendimiento del compresor en pequeñas capacidades se necesitan velocidades de eje muy elevadas. Sin embargo, inyectando aceite en la cámara de compresión se pueden utilizar velocidades mas reducidas. El aceite inyectado cumple de 3 funciones:
- Cerrar las holguras internas.
- Enfriar el aire durante la compresión.
- Lubricar los rotores.
La lubricación interna hace posible prescindir de los engranajes de sincronización. El aceite inyectado se recupera y recircula después de la compresión. Debido a que la temperatura del aceite puede mantenerse en un nivel bajo, se puede recuperar en la practica, todo el aceite.
La recuperación del aceite se realiza en 2 etapas
En primer lugar en un separador mecánico y a continuación en un filtro montado en el interior del depósito de aire.
Por regla general de inyección se realiza utilizando la presión del aire de descarga. Se emplea una válvula de presión mínima para asegurar la presión en el aceite de inyección aunque la de salida descienda.
En la figura anterior puede apreciarse un compresor típico de tornillos helicoidales, libres de aceites, en la cual los rotores macho y hembra están cerrados en una carcasa común refrigerada por agua y soportados sobre rodamientos
Estos compresores son maquinas de desplazamiento sin válvulas de aspiración o descarga. Estos no producen compresión interna. La compresión tiene lugar en un tanque posterior debido a las sucesivas entregas de aire.
Esto restringe su uso a sopladores y maquinas de baja relaciones de compresión (aprox.2).
Usualmente operan como máquinas de una sola etapa, pero pueden obtenerse versiones de 2 y 3 etapas.
El principio de funcionamiento se define como sigue:
2 rotores idénticos y usualmente simétricos giran en direcciones opuestas, dentro de una carcasa cilíndrica impulsando continuamente volúmenes iguales de aire. La carcaza del compresor no es lubricada y si enfriamiento es por aire.
Compresores dinámicos
Son máquinas de flujo continuo en donde se transforma la energía cinética (velocidad) en presión
Compresores centrífugos
Compresores científicos radiales: en estos compresores el flujo del gas es esencialmente radial.
Estos componentes están constituidos por uno o más rodetes y un numero de pasajes divergentes fijos a la carcasa, denominados difusores, en donde el fluido es desacelerado.
El principio de funcionamiento de estos compresores es el siguiente:
El gas a ser comprimido entra por el centro de una rueda giratoria provista con álabes radiales (rodete o impulsor) los cuales lanzan el gas hacia la periferia mediante la fuerza centrifuga.
Antes de ser guiado el gas hacia el centro del siguiente impulsor, se le hace pasar por un difusor que transforma la energía cinética en presión. La relación de compresión por etapas se determina en función de los cambios de velocidad y densidad experimentados por el fluido.
Los compresores radiales se adaptan bien a la refrigeración intermedia en cada etapa o a cada grupo de ellas, con lo cual el proceso se hace más isotérmico con la consiguiente mejora de rendimiento. Los refrigeradores son mas voluminosos debido a que estos compresores son muy sensibles a la caída de presión.
Los compresores radiales por debajo de 4 bar de presión efectiva, normalmente no se refrigeran.
Las velocidades de funcionamiento son altas en comparación con otros compresores:
Las unidades comerciales operan en su mayoría a unas 20.000 revoluciones por minuto con fuerte tendencia a aumentar.
La capacidad mínima de un compresor centrifugo esta limitada principalmente por el flujo de la última etapa.
El rendimiento de los compresores dinámicos a una presión de trabajo de 7 bar no es mejor que los de desplazamiento positivo, excepto en capacidades muy altas.
Compresores axiales
Estos compresores se caracterizan porque el flujo sigue la dirección de su eje.
El compresor esta formado por filas alternadas de álabes móviles y álabes fijos. Los álabes móviles se encuentran dispuestos radialmente en su rotor, mientras que los fijos son solidarios al estator. Tanto los álabes fijos como los álabes móviles tienen forma aerodinámica el conjunto de una fila de álabes móviles y otra de álabes fijos es denominado “etapa”.
El principio de funcionamiento de estos equipos es el siguiente: los álabes móviles imparten velocidad y presión al fluido al girar el rotor, luego en los álabes fijos la velocidad es convertida en presión por expansión, de manera similar a como ocurre en los compresores radiales.
El incremento de presión por etapa es por lo general relativamente pequeño; por ello para obtener relaciones de compresión altas, se requiere de un considerable número de etapas.
Mientras que los compresores radiales suministran prácticamente flujo a presión constante dentro de un amplio rango de caudales, los compresores axiales presentan una característica de caudal constante para presiones variables.
Los compresores axiales, debido a su pequeño diámetro funcionan a mayor velocidad que los radiales para un mismo trabajo. Generalmente el incremento es de un 25%.
Con la excepción de los compresores utilizados en los motores de aviación, la relación de compresión máxima para cada unidad queda limitada a 6.
Ello es debido a la dificultad de realizar la refrigeración entre etapas. Normalmente son utilizadas para capacidades superiores a 65m3/seg. y presiones efectivas hasta el 14 bar. Algunas aplicaciones típicas de los compresores axiales se muestran a continuación:
Manejo de aire
- Combustión para turbinas a gas.
- Túneles de viento.
- Altos hornos.
- Ventilación.
- Agitación de aguas residuales.
Manejo de otros gases.
- Craqueo catalítico.
- Enfriamiento del gas para reactores atómicos.
- Petroquímica.
- Transporte de gas natural.
Mantenimiento
Sistemas de
lubricación:
Los compresores alternativos poseen
dos circuitos diferentes de lubricación:
− Del cárter: Lubricación de la zona
donde se ubica el cigüeñal del compresor. Este elemento se encargará de
transformar el movimiento rotativo del motor que mueve el compresor en el
movimiento lineal de los pistones.
− De cilindros y estopadas, mediante
sistema de goteo.
• Sistema de filtros:
Resulta de vital importancia para el
correcto funcionamiento de los compresores que los filtros estén dentro de las
condiciones de trabajo de los mismos. Por ello es necesario vigilar que las
pérdidas de carga en los filtros estén dentro de las establecidas, pues de lo
contrario implica que el filtro está sucio con la consiguiente pérdida de
eficiencia del mismo y del propio compresor disminuyendo su aspiración.
Resumen
Existe una gran diversidad de equipos para la compresión de aire y otros gases, los principales tipos de compresores, clasificados según su principio de funcionamiento
La práctica industrial moderna requiere, para múltiples usos, la compresión de gases y
vapores. El accionamiento de herramientas neumáticas y mecanismos de potencia, el
enfriamiento intenso y concentrado, la limpieza, etc. son aplicaciones corrientes que
demandan aire comprimido. Otros gases deben ser comprimidos para usos médicos (O2),
extinción de incendios (CO2 y otros), soldadura (O2, argón, acetileno, butano, etc.),
domésticos (G.L.P). Por otra parte, los equipos de refrigeración requieren la compresión de
vapores.
Cuando las elevaciones de presión son reducidas (por ejemplo, que las presiones absolutas
de admisión y descarga de la máquina cumplan pdesc/padmis < 1,1), las máquinas utilizadas
son llamadas ventiladores. En esos casos, la densidad del gas suele no variar más de de un
5%, por lo que a muchos efectos puede ser supuesto incompresible.
Cuando es relación es del orden de 1,5 a 2, es frecuente llamarlas sopladores o soplantes.
Para relaciones mayores, se llaman compresores. Se supondrá, en lo sucesivo, que el
proceso es tal que el fluido debe considerarse compresible, es decir, que su densidad varía
más de un 5 %. En las aplicaciones industriales más extendidas, variará más de 4 ó 6 veces
su valor inicial.
Conclusión
Los compresores en la industria son de gran utilidad, ya que son los creadores de la energía
indispensable para los procesos automatizados, las herramientas y las reducciones en los costos de producción.
Mapa mental
Cuestionario
Buenas tardes, He leído que los sopladores se usan en tratadoras de agua, o en procesos de plasticos, o incluso en el transporte de productos a granel, si quieren saber de ese tema, les dejo esta pagina que es de donde yo lo aprendi:
ResponderEliminarhttps://www.compresoresindustriales.org/