Í N D I C E Introducción…………………………………………………………………………………..1 Desarrollo….…………………………………………………………………………………..1
Compresores………………………………………………………………………………….1 Los tipos de compresores………………………………………………………….2 El compresor de desplazamiento positivo ……………………………… 2
Compresores rotativos tipo Tornillo……………………………………….3 Compresores rotativos tipo Paletas ……………………………………….4 Ventajas del compresor rotativo …………………………………………………………5 Desventajas……………………………………………………………………………………… 5
Compresores alternativos …………………………………………………………………6
Compresores de movimiento alternativo tipo pistón………….6 Elementos de un compresor alternativo…………………………………………… 9 Los compresores dinámicos……………………………………………………… 9
Compresores Radiales (Centrífugos) ……………………………………10 Compresores de Flujo Axial ……………………………………………………11 Conclusión…………………………………………………………………………………11 Bibliografía……………………………………………………………………………….. 11
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Introducción Toda máquina que realiza trabajo con la finalidad de mantener un fluido en movimiento o provocar el desplazamiento o el flujo del mismo se podría ajustar al nombre de bomba o compresor, los que suelen evaluarse por cuatro características:
1. 2. 3. 4.
Cantidad de fluido descargado por unidad de tiempo Aumento de la presión Potencia Rendimiento
El efecto conseguido por la mayoría de los dispositivos de bombeo es el de aumentar la presión del fluido, si bien algunos de ellos comunican al fluido un aumento de su energía cinética o una elevación de su nivel geodésico. Las bombas en general son utilizadas para líquidos. Estas trabajan simultáneamente con la presión atmosférica de forma que esta impulse el líquido hacia el interior de la bomba por la depresión que tiene lugar en el centro de la misma. Las bombas empleadas para gases y vapores suelen llamarse compresores. Los compresores poseen una tubería de succión por donde es aspirado el gas que dentro del compresor reduce su volumen y aumenta su presión.
Desarrollo Compresores Los compresores pueden ser usados para aumentar la presión o flujo de un gas (aire, amoniaco, nitrógeno, CO2, etc.). Los compresores en general son similares a bombas que utilizamos para bombear líquidos. Por lo que en general los líquidos no pueden ser comprimidos utilizando un equipo similar al compresor. 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.
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Los tipos de compresores El inflador de bicicleta es un tipo de compresor de desplazamiento positivo. Las dimensiones son fijas. Por cada movimiento del eje de un extremo al otro tenemos la misma reducción en volumen y el correspondiente aumento de presión (y temperatura). Normalmente son utilizados para altas presiones o poco volumen. También existen compresores dinámicos. El más simple es un ventilador que usamos para aumentar la velocidad del aire a nuestro entorno y refrescarnos. Se utiliza cuando se requiere mucho volumen de aire a baja presión.
Existen diferentes tipos de compresores, pero los utilizados en industria son: — Alternativos (de simple o de doble efecto y de una o dos etapas); — Centrífugos (de varias etapas); — Rotativo (de tornillo) Estos dos tipos de compresores tienen variaciones o sub-categorías como se muestra en el siguiente gráfico.
El compresor de desplazamiento positivo Estos compresores son los más conocidos y comunes. Para verlos aquí y observar sus diferencias los dividimos en dos tipos diferentes. Los Rotativos (lóbulos, tornillo o paletas) y los Alternativos (pistones). Compresores rotativos de Lóbulos
Los compresores de lóbulos tienen dos rotores simétricos en paralelo sincronizados por engranajes.
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Características O Producen altos volúmenes de aire seco a relativamente baja presión. O Este sistema es muy simple y su funcionamiento es muy parecido a la bomba de aceite del motor de un auto donde se requiere un flujo constante. O Tienen pocas piezas en movimiento. O Son lubricados en general en el régimen de lubricación hidrodinámica aunque algunas partes son lubricadas por salpicadura del aceite. A veces los rodamientos o cojinetes pueden estar lubricados por grasas.
Compresores rotativos tipo Tornillo Los compresores a tornillo tienen dos tornillos engranados o entrelazados que rotan paralelamente con un juego o luz mínima, sellado por la mezcla de aire y aceite. Características O Silencioso, pequeño, bajo costo O Flujo continúo de aire O Fácil mantenimiento O Presiones y volúmenes moderados Operación: Al girar los tornillos, el aire entra por la válvula de admisión con el aceite. El espacio entre los labios es progresivamente reducido al correr por el compresor, comprimiendo el aire atrapado hasta salir por la válvula de salida. 3
Lubricante: Los compresores lubricados con inyección de aceite utilizan aceites resistente a oxidación por lo que trabaja entre 80° C y 120° C y con aditivos contra la corrosión y aceites hidráulicos antidesgaste. A continuación presentamos esquemáticamente cual es el flujo de gas dentro del compresor:
Esquema de funcionamiento de un compresor helicoidal
Compresores rotativos tipo Paletas En el compresor rotativo a paletas el eje gira a alta velocidad mientras la fuerza centrífuga lleva las paletas hacia la carcaza (estator) de afuera. Por la carcaza ovalada, continuamente entran y salen por canales en su rotor. Por la excentricidad de la cámara, los compartimientos llenos de aire entre paletas se 4
achican entre el orificio de entrada y el de salida, comprimiendo el aire. El lubricante sella las paletas en el rotor y contra el anillo de la carcaza. Características O Silencioso y pequeño O Flujo continúo de aire O Buen funcionamiento en frío O Sensibles a partículas y tierra O Fácil mantenimiento O Presiones y volúmenes moderados
Ventajas del compresor rotativo: 3 En el rango de 1 a 100 m /s (según cual sea la razón de compresión) es el más conveniente desde el punto de vista económico, pues basta una sola unidad. Se le pueden conseguir variaciones relativamente grandes de la capacidad sin que varíe mucho la presión de descarga. Ocupan relativamente poco espacio. Flujo continuo y sin pulsaciones. Se pueden conectar directamente bien a un motor eléctrico o a una turbina movida por vapor. Largos periodos de tiempo entre reparaciones u operaciones de mantenimiento. No hay contaminación del gas por aceite lubricante.
Desventajas: La presión de descarga depende del peso molecular del gas: un cambio imprevisto de la composición puede modificar grandemente la presión de descarga (demasiado baja o demasiado alta). 5
Se necesitan velocidades de giro muy altas.
Aumentos relativamente pequeños de la pérdida de carga en la tubería de impulsión pueden provocar grandes reducciones de la capacidad. Se necesita un sistema complicado para evitar las fugas y para la lubricación.
Compresores alternativos Los compresores alternativos son máquinas de desplazamiento positivo en las cuales sucesivas cantidades de gas quedan atrapadas dentro de un espacio cerrado y, mediante un pistón, se eleva su presión hasta que se llega a un valor de la misma que consigue abrir las válvulas de descarga. El elemento básico de compresión de los compresores alternativos consiste en un sólo cilindro en el que una sola cara del pistón es la que actúa sobre el gas (simple efecto).
Existen unidades en las que la compresión se lleva a cabo con las dos caras del pistón (doble acción), actuando de la misma forma que si tuviéramos dos elementos básicos de simple efecto trabajando en paralelo dentro de una misma carcasa.
Compresores de movimiento alternativo tipo pistón El compresor a pistón es semejante al motor de combustión del auto y puede ser de efecto simple para baja presión o doble para alta presión. Características O Ruidoso y pesado O Fluido de aire intermitente O Funciona en caliente (hasta 220° C) O Necesita mantenimiento costoso periódico O Alta presión con moderado volumen
Son divididos en dos clases: O Los de efecto simple: Baja presión, normalmente usado en talleres para pintar, soplar, inflar neumáticos, operar herramientas neumáticas, etc. O Los de efecto doble (Dúplex): Usados para altas presiones en sistemas de compresión de gases a licuados, etc.
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En el diagrama que presentamos a continuación podemos estudiar el funcionamiento básico interno de este tipo de compresores. El ciclo de trabajo del compresor se divide en cuatro etapas que son las que se reflejan en el gráfico: A) Comienzo de la compresión. El cilindro se encuentra lleno de gas. B) Etapa de compresión. El pistón actúa sobre la masa de gas reduciendo su volumen original con un aumento paralelo de la presión del mismo. Las válvulas del cilindro permanecen cerradas. C) Etapa de expulsión. Justo antes de completar la carrera de compresión la válvula de descarga se abre (2). El gas comprimido sale del cilindro, debido a su propia presión, a través de la válvula de descarga. Antes de alcanzar el final de carrera (3) la válvula de descarga se cierra dejando el espacio libre del cilindro lleno de gas a la presión de descarga. D) Etapa de expansión. Durante esta etapa tanto la válvula de descarga como la de entrada permanecen cerradas. El pistón comienza la carrera de retroceso pasando de (3) a (4), el gas contenido dentro del cilindro sufre un aumento de volumen con lao que la presión interior del sistema se reduce. Antes de llegar al punto (4) la válvula de admisión al cilindro se abre. E) Etapa de admisión. El pistón durante esta etapa retrocede provocando una depresión en la interior del cilindro que es compensada por la entrada de gas fresco a través de la línea de admisión. Justo antes de llegar al punto inferior de la carrera la válvula de admisión se cerrará, volviendo al estado A) con lo que comienza un nuevo ciclo.
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Este tipo de compresores usa válvulas de tipo automático accionadas por resortes, que abren solamente cuando existe la suficiente presión diferencial sobre la misma. Las válvulas de admisión abren cuando la presión dentro del cilindro es ligeramente inferior a la presión de entrada del gas. Las válvulas de escape abren cuando la presión en el cilindro es ligeramente superior a la presión en la línea de descarga. Estos compresores deben trabajar a una presión comprendida entre 6 y 7 bar, inferior a la presión máxima establecida del orden de (8 a 10) bar, que indica la presión límite a la que puede trabajar, no siendo recomendable el que un compresor trabaje constantemente a su presión máxima. 3 La capacidad de entrega puede llegar hasta los 1000 m /h.
Los compresores alternativos deben ser alimentados con gas limpio, recomendase el uso de filtros en la alimentación. No permiten trabajar con gases que puedan arrastrar gotas de líquido con ellos, aunque sí con vaporizado siempre que no exista el riesgo de condensación dentro del cilindro. La presencia de líquido dentro del cilindro es peligrosa para el equipo, ya que al ser incompresible el cigüeñal de la máquina puede resultar dañado al intentar hacerlo. Adicionalmente la lubricación de las paredes del cilindro puede ser destruida por el líquido que pudiera entrar en él. Para solucionar el problema en la alimentación al compresor se instalan depósitos o separadores de gotas, en los que se retira el posible contenido líquido que pudiera arrastrar el gas de alimentación.
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Elementos de un compresor alternativo:
En un compresor alternativo existe gran cantidad de elementos, de los que sólo
se
presentarán los
más generales.
Dependiendo del tipo de compresor, éstos pueden ser de simple o doble efecto, según se comprima el gas por una o las dos caras del pistón. Pueden existir, además, uno o varios cilindros por cada una de las etapas que tenga el compresor. Los cilindros :
Las válvulas son mecanismos automáticos colocados en la aspiración e impulsión de cada uno de los cilindros que permiten el flujo del gas en una sola dirección, bien sea hacia dentro del cilindro (aspiración), bien hacia fuera del mismo (impulsión). Estos mecanismos actúan por diferencia de presión, aunque en ciertas condiciones pueden ser ayudadas por resortes. Las válvulas:
Los compresores dinámicos El compresor centrífugo es una máquina en la que el gas es comprimido por la acción dinámica de las paletas giratorias de uno o más rodetes. El rodete logra esta transmisión de energía variando el momento y la presión del gas. El momento (relativo a la energía cinética) se convierte en energía de presión útil al perder velocidad el gas en el difusor del compresor u otro rodete.
Un compresor de este tipo está constituido esencialmente por dos partes: El rodete, el cual impulsa el gas. La carcasa, que primero conduce el gas hasta el rodete y después lo recibe de él a una presión mayor.
Según el flujo interno de gas dentro del compresor clasificaremos los compresores en: Compresores centrífugos. En ellos el flujo de gas es radial y la transferencia de energía predominantemente a un cambio en las fuerzas centrifugas actuantes sobre el gas.
se
debe
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Compresores axiales. En ellos el flujo de gas es paralelo al eje del compresor. En ellos el gas es comprimido en pasos sucesivos. Cada paso está compuesto por una corona móvil solidaria al rotor y otra fija perteneciente a la carcasa. La energía se transfiere al gas en forma de momento cinético por la corona móvil, para pasar a continuación a la fija donde transforma su velocidad en presión. Debido al hecho de que en la industria los compresores axiales no son de uso extendido, referiremos
toda la explicación hacia los compresores centrífugos. Las características de funcionamiento de un compresor centrífugo pueden expresarse, como en el caso de las bombas centrífugas, Los compresores dinámicos pueden ser Radiales (centrífugos) o de Flujo Axial. Una de las ventajas que tienen ambas es que su flujo es continuo. Estos compresores tienen pocas piezas en movimiento, reduciendo la pérdida de energía con fricción y calentamiento.
Compresores Radiales (Centrífugos) Una serie de paletas o aspas en un solo eje que gira, chup ando el aire/gas por una entrada amplia y acelerándolo por fuerza centrífuga para botarlo por el otro lado. Características: O El gas o aire sale libre de aceite O Un flujo constante de aire O Caudal de flujo es variable con una presión fija O El caudal es alto a presiones moderadas y bajas
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Compresores de Flujo Axial Contiene una serie de aspas rotativas en forma de abanico que aceleran el gas de un lado al otro, comprimiéndolo. Esta acción es muy similar a una turbina. Características: O Gas/Aire libre de aceite O Flujo de aire continúo O Presiones variables a caudal de flujo fijo O Alto caudal de flujo. Presiones moderadas y bajas
Conclusión Los compresores son máquinas que pueden ayudar desde la vida cotidiana, hasta en la industria en las grandes empresas en donde pueden mover un sin número de actuadores, con esto podemos concluir que un compresor con lleva un gasto muy importante, en lo que respecta al aparato en sí mismo y al gasto de energía que con lleva en la generación de movimiento de rotor y de los pistones, también los compresores, por el ti po de uso que se les dé van a estar propensos a diversos fallas, que no siempre van a ser los mismos, por lo cual un buen diagnóstico y un adecuando mantenimiento seria el ideal
Bibliografía -Biblioteca del Ingeniero Químico (Tomo 2), Robert H. Perry, Ed. Mc Graw-Hill -Compresores. Selección, Uso y Mantenimientos, Richard W. Greene, Ed. Mc Graw-Hill
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