COMPRESORES INDUSTRIALES
%ntroducción ∗
∗
Una de las formas para producir energía, más antiguas, seguras, económicas, ecientes, conocidas y utilizadas por el hombre –desde la época de los griegos y hasta la actualidad– es el aire comprimido. Sus propiedades lo hacen ersátil y adaptable a la mayoría de los procesos de automatización industrial. !uchas industrias utilizan el aire comprimido en sistemas de "uidos de potencia para moer e#uipo de producción, dispositios de mane$o de materiales y ma#uinaria automática.
%ntroducción ∗
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Una de las formas para producir energía, más antiguas, seguras, económicas, ecientes, conocidas y utilizadas por el hombre –desde la época de los griegos y hasta la actualidad– es el aire comprimido. Sus propiedades lo hacen ersátil y adaptable a la mayoría de los procesos de automatización industrial. !uchas industrias utilizan el aire comprimido en sistemas de "uidos de potencia para moer e#uipo de producción, dispositios de mane$o de materiales y ma#uinaria automática.
()*%+%%-+ ∗
Un compresor es a#uella má#uina dinámica #ue se encarga de elevar la presión de un fuido compresile &gas, apor o mezclas a gases' a o!ra presión m"s al!a utilizando para ello la energía cinética de un rotor, la cual acciona un pistón o unas hélices helicoidales. ásicamente el compr compresor esor funciona por energía eléctrica suministrada al motor.
/0%+%/%- () *U+%-+1!%)+2)l compresor basa su principio de funcionamiento en la transformación de la energía generada por motor eléctrico o de combustión, en energía mecánica y esta a su ez en energía neumática al comprimir el aire hasta una presión de traba$o preestablecida.
%!/-021+%1 )+ ;1 %+(US20%1 Un compresor es una má#uina capaz de elear la presión del gas #ue mane$a. )n la industria la misión de los compresores es3 4. 5. 6. 7. 8. 9.
1limentar la red de aire comprimido para instrumentos. /roeer de aire para combustión. 0ecircular gas a un proceso o sistema. /roducir condiciones idóneas para #ue se produzca una reacción #uímica. /roducir y mantener nieles de presión adecuados por razones de proceso de torres. 1limentar aire a presión para mantener alg:n elemento en circulación.
-+)/2-S 2)0!-(%+
E(ICIENCIA DE COMPRESION
TEMPERATURA CR#TICA $Tc%
ASPIRACION
PRESI&N CR#TICA $Pc%
DESCAR*A
PROCESO ADIA'ATICO
ESPACIO MUERTO
PROCESO ISENTROPICO PROCESO ISOTERMICO
RELACION DE COMPRESION
PROCESO POLIPROTICO
RELACION DE PRESION
(ACTOR DE COMPRESI'ILIDAD $)
POTENCIA DEL *AS
CAPACIDAD DE COMPRESOR
E(ICIENCIA
*undamentos de ompresión =aseosa
)l apor alimentado entra en el pistón &punto ' y lo forza con su densidad hacia dentro del cilindro &punto ' originando #ue se produzca una repulsión del pistón a elocidad eleada produciendo el gas comprimido & punto(' salga con rapidez y mayor olumen depositándose en la álula de descarga&punto1' para su posterior almacenamiento en el tan#ue. > nueamente empieza el ciclo o traba$o /?@.
1%0) -!/0%!%((onde lo utilizamos aire comprimidoA )leadores neumáticos. (estornilladores automáticos. 2ornos dentales. 1rmas de aire comprimido )#uipos de minería 1rran#ue de motores de aión omo esta compuestaA BCD () +%20E=)+ 54D () -F%=)+ GHD () 10=-+G. 4D () +)E+, I);%- > J0%/2E+.
omo producir aire comprimido A /or medio de un compreso
lasicación de ompresores
-!/0)S-0)S (%+1!%-S ∗
)l sistema de compresión dinámica conierte energía cinética &moimiento' en presión. Utiliza energía para desplazar, a alta elocidad, un determinado olumen de aire, #ue luego es bruscamente desacelerado, lo #ue aumenta la presión de la masa. )ste tipo de compresor es ideal para obtener grandes ol:menes de aire, a presiones de hasta B bar.
)>)2-0)S ∗
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)l eyector a chorro de apor es el aparato más simple #ue hay para eKtraer el aire, gases o apores de los condensadores y de los e#uipos #ue operan a acío en los procesos industriales. )s un tipo simplicado de bomba de acío o compresor, sin partes móiles, como álulas, pistones, rotores, etc. Una ariante a los inyectores son los eyectores en donde el "uido principal y el secundario son diferentes. )n muchas aplicaciones industriales donde se dispone el apor, este se utiliza como "uido principal para comprimir aire u otros gases.
*;UL- 1F%1;
)l "u$o del gas es paralelo al e$e del compresor y consera su sentido, se emplea para "u$os mas grandes #ue los centrífugos, poseen cierto numero de etapas en serie, Se utilizan con mayor frecuencia en la industria petro#uímica, de renación y #uímica , aplicaciones aeroespaciales y turbocargadores.
;as altas cargas resultantes de impulsos en el rotor, crean limitaciones para emplear compresores aKiales en corrientes de gas de alta densidad.
)+20M*U=-S
0otodinámicos o turbomá#uinas #ue incluyen bombas y entiladores, son dispositios dinámicos #ue intercambian de forma continua un momento angular entre un elemento rotatorio &rodete' y el "u$o de apores de refrigerante .
/roporcionan un caudal mayor #ue los compresores reciprocantes
1plicaciones donde se re#uiere un traba$o continuo, como el caso de sistemas de entilación, unidades de refrigeración, y otras #ue re#uieran moer grandes ol:menes de aire aumentando su presión mínimamente
-!/0)S-0)S () ()S/;1N1!%)+2- /-S%2%@∗
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)ste tipo de e#uipos conocidos también como de Flujo intermitente, poseen un sistema de compresión mediante el cual se obtiene presión alterando el olumen del aire atmosférico. ;os compresores #ue conforman este grupo, concentra el aire en un recinto hermético, lo comprimen en un espacio de menor olumen y luego lo transportan a otro recipiente para almacenarlo. )n este grupo se ubican los reciprocantes y los rotatorios.
0eciprocantes o 1lternatios
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;os compresores reciprocantes normalmente tienen álula auto?accionadas las cuales abren y cierran seg:n la diferencia de presión #ue eKista a traés de ellas. ;os compresores alternatios son los e#uipos de compresión más usadosO poseen un alto rango de tamaPos y tipos diferentes, su potencia aría desde fracciones de hp hasta unidades de más de 45.GGG hp, con rangos de presión desde menos de uno hasta más de 7GGG bar. (ebido al moimiento reciprocante de los pistones y a otras partes rodantes desbalanceadas, los compresores reciprocantes tienen #ue tener una base #ue la sostiene.
ompresores /istón libre ∗
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Se trata de un arreglo especial, en donde el compresor se encuentra integrado a un motor diesel de manera tal #ue no eKiste coneKión mecánica alguna. )l principio de operación de estos e#uipos es el siguiente3 Iaciendo uso del aire comprimido se logra el moimiento hacia adentro del pistón, comprimiéndose el aire contenido en la cámara de combustión. uando los pistones se encuentran cerca del punto muerto inferior, se inyecta el combustible, produciéndose la combustión por efecto de la temperatura.
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-!/0)S-0)S 0-212-0%-S Son e#uipos #ue pueden mane$ar ol:menes de aire considerables &6GGG *!' y presiones de traba$o de hasta 68G /si, estos traba$an con dos rotores #ue giran en una carcasa y sus componentes están montados con holguras o tolerancias muy pe#uePas #ue garantizan la compresión del aire con "u$os aKiales. )stán incluidos los compresores3 tipos de lóbulos, espiral, aspas o paletas y anillos de li#uido. ada uno con una carcasa, o con mas elementos rotatorios #ue se acoplan entre sí, como los lóbulos o las espirales, o desplazan un olumen $o en cada rotación. /or lo general,estos compresores tienen una capacidad máKima de unos 58 GGG ft6Qmin, en los de espiral rotatoria y de lóbulos.
-!/0)S-0)S () 1S/1S ∗
Son má#uinas #ue tienen aletas dispuestas en ranuras aKiales sobre un rotor montado eKcéntricamente dentro de una carcaza cilíndrica. )l principio de funcionamiento de estos compresores es el siguiente3 uando el rotor gira las aletas se pegan contra la carcaza por acción de la fuerza centrifuga, sellándose así el especio entre dos aletas consecutias. )l aire entra al compresor cuando el olumen entre dos aletas es máKimoO luego a medida #ue el rotor gira, el olumen decrece por efecto de la eKcentricidad. )l aire se
-!/0)S-0)S () 1+%;;;%RU%(∗
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Son compresores eKentos de aceite y sin álulas, con relación de compresión $a. )ste tipo de compresores están constituidos por un rotor con alabes $os, montados eKcéntricamente dentro de una cámara circular, de manera similar a los compresores de aletas deslizantes
ompresores de tornillos
)l compresor de tornillo también es impulsado por motores.
;a diferencia principal radica #ue el compresor de tornillo utiliza dos tornillos largos para comprimir el oKígeno dentro de una cámara larga. )l principio de funcionamiento de estos compresores 3 inicialmente el aire llena el espacio entre los dos lóbulos, y a medida #ue los rotores giran, el olumen entre los rotores disminuye obteniéndose progresiamente la compresión deseada
MECANICA DE COMPRESORES
(UNCIONAMIENTO MECANICO DE LOS COMPRESORES ∗
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Iemos isto #ue los compresores son de dos tipos3 de "u$o continuo y de "u$o intermitente, de altos ol:menes y de altas presiones de descarga. ;os compresores herméticos o reciprocantes tienen un sistema de funcionamiento mediante el traba$o mecánico de un pistón. ;os compresores herméticos son bombas de aire, los cuales son accionados por el cigePal, generalmente por una correa, pero en ocasiones, por una cadena o con$unto de engrana$es. =iran a grandes elocidades, por lo tanto son mucho mas lentos #ue los turbocompresores. > los compresores dinámicos o centrífugos poseen otro sistema particular de funcionamiento #ue se basa en la transformacion de la energía cinética del motor y los alabes #ue son accionados por el mismo para generar presión eleada.
/rincipio de funcionamiento -!/0)S-0)S 0)%/0-1+2)S ∗
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(esde el punto de ista físico y mecánico, el funcionamiento de estos e#uipos es muy sencillo y se basa en el principio del desplazamiento del aire en cuatro tiempos3 1dmisión , compresión, descarga y succión.
/rincipio de funcionamiento de ompresores )+20%*U=-S )l principio de operación de un compresor centrifugo es similar al de los entiladores o bombas centrifugas. 4' )l apor a ba$a presión y con ba$a elocidad, proeniente de la tubería de succión, se introduce en la caidad interna u o$o de la rueda impulsora a lo largo de la dirección del e$e del rotor. 5' Una ez en la rueda, el apor es forzado a salir radialmente hacia el eKterior por la acción de los alabes del impulsor y por la fuerza centrífuga desarrollada en la rotación de la rueda.
6' )l apor es descargado a una elocidad alta, habiendo eKperimentado asimismo un aumento de temperatura y presión. 7' uando de$a la periferia de la rueda es conducido a unos pasadizos situados en el cuerpo mismo del compresor, y #ue están esencialmente disePadas para reducir la elocidad del apor. )stos dirigen al apor hacia la entrada del siguiente impulsor , en el ultimo caso, lo descargan a una cámara desde donde el apor pasa a la tubería de descarga hacia el condensador
SELECCI&N DE UN COMPRESOR
Tómo eligo un compresorA +o todos los tipos de compresores se fabrican en todas las gamas de presión y olumen. )n la siguiente gura se indican, en una forma muy general, las capacidades de los compresores reciprocantes, centrífugos, de espiral rotatoria y de "u$o aKial disponibles. ;a aplicación más com:n se indica con la zona de sombreado más oscuro.
(i,- . L/mi!es de presión 0 volumen de 1uncionamien!o $presión de descar,a con!ra volumen de alimen!ación% de diversos compresores
S);)%E+ () U+ -!/0)S-0 ∗
CONDICIONES (ISICO2UIMICAS3
4umedad del Aire A!mos15rico
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Composición de la Me6cla de *as
Tempera!ura Cr/!ica7 Presión Cr/!ica Pro8imidad al Pun!o Cr/!ico
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Peso Molecular7 Cons!an!e de los *ases
Calor Espec/9co7 Relación de Calor Espec/9co
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(ac!or de Compresiilidad de ,ases
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CONDICIONES (ISICAS
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Con!enido de L/:uido Con!enido de Sólidos Con!enido Corrosivo
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CONDICIONES AM'IENTALES
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Al!ura Ran,o de Tempera!ura Amien!e Polvo 0 arena Sus!ancias Corrosivas 0 Sólidas en el Aire Dirección Predominan!e del +ien!o-
(ALLAS EN LOS COMPRESORES
Tuáles son las causas principales de falla en un compresorA
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Por calor e8cesivo
)l calor eKcesio prooca #uemaduras del compresor. ∗
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Sorecalen!amien!o3 Se produce cuando la temperatura del gas de succión al compresor es muy eleada. 'a;o +ol!a;e3 1l traba$ar el compresor con ba$o olta$e se traduce en un aumento de corriente eléctrica &1mpera$e' proocando calentamiento en los deanados y daPo del aislamiento.
(al!a de re1ri,eran!e3 )l embobinado se sobrecalentará si no lo baPa suciente apor de refrigerante para eliminar el calor #ue desprende. Os!rucciones en el evaporador 0 1al!a de ven!ilación3 a$o estas condiciones el sistema tendrá muy alta presión en la cabeza del compresor yQo ba$a presión de succión, haciéndose eKcesia la temperatura de descarga del compresor.
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Por con!aminan!es )n un sistema de refrigeración solo debe circular aceite y refrigerante, cual#uier otra sustancia es un contaminante.
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Aire 0 >umedad 3 Son los más daPinos ya #ue pueden reaccionar con el aceite y el refrigerante proocando enlodadura y formación de ácidos dentro del sistema. Se forman por un acío ineciente. ;a humedad forma congelación y taponamiento de la álula de eKpansión o el tubo capilar. Ceras7 resinas3 -bstruyen álula de eKpansión y tubo capilar, ocasionan perdida de compresión, tapan oricios de aceite. Suciedad 0 risas de me!al3 Se depositan en las álulas de eKpansión obstruyendo la circulación del refrigerante, daPan el material aislante del embobinado, se depositan en éste y proocan corto circuito. (unden!es de soldadura3 Son compuestos #uímicos muy actios y su uso debe ser limitado. 1l realizar soldaduras es recomendable pasar una corriente de +itrógeno de 5 a 8 /S%= por la parte interna de la tubería con esto eitaremos #ue ingrese escoria al sistema.
4.*allas en los compresores
5.? *allas en los ompresores
/asos para el buen arran#ue de un compresor 1. Comprobar líneas, válvulas, juntas, etc. 2. Comprobar los sistemas de lubricación y niveles de aceite. Algo de aceite debe ir al cilindro directamente, pero muco aceite puede ensuciar las válvulas !ollín" y es antieconómico. #oco aceite puede ser causa de un desgaste prematuro de los anillos del pistón. $. Comprobar el sistema de re%rigeración de agua del cilindro y acer circular el agua antes de ponerlo en marca, para prevenir un sobrecalentamiento y p&rdida de engrase. '. (irar el volante lentamente para dar algunas emboladas y desalojar cual)uier lí)uido )ue pudiera aber en el cilindro, y repartir bien el aceite. *. Arrancar el compresor en descarga y con las válvulas de admisión y escape cerradas y el by+pass abierto. espu&s abrir la impulsión y cerrar el by+pass. A continuación ir abriendo la válvula de aspiración lentamente. -. #oner en carga el compresor, primero al 2*, despu&s */ y por 0ltimo al 1//.
/asos para una parada de ompresores 1. #oner el compresor en descarga. ejarle %uncionando un poco sin carga para en%riar el pistón y asegurar la retención de una capa de aceite protector sobre todas las supercies metálicas. l agua de re%rigeración debe seguir 3uyendo asta despu&s de parar el compresor. 2. Cerrar la válvula de la línea de aspiración, abrir el by+pass y despu&s cerrar la línea de impulsión. $. #arar el motor o turbina )ue mueve el compresor. '. 4i el compresor va a estar parado unos días, el eje del pistón se debe proteger con una capa de aceite contra la corrosión. *. Antes de la nueva puesta en marca se debe sacar el aceite del cárter y poner uno nuevo.
