Compresores Son equipos que incrementan la presión de un gas, un vapor o una mezcla de gases y vapores. La presión del fluido se eleva reduciendo el volumen específico del mismo durante su paso a través del compresor. Se emplean principalmente para refrigeración, acondicionamiento de aire, calefacción, transporte por tuberías, almacenamiento de gas natural, craqueo catalítico, polimerización y en muchos procesos quimicos. Según la forma de compresión se clasifican en: a. Compresores de Desplazamiento Positivo: Son compresores de flujo intermitente, que basan su funcionamiento en tomar volúmenes sucesivos de gas para confinarlos en un espacio de menor volumen; logrando con este efecto, el incremento de la presión. Se dividen en dos grupos reciprocantes. b. Compresores Dinámicos: Son máquinas rotatorias de flujo continuo en la cual el cabezal de velocidad del gas es convertido en presión; estos compresores, se dividen de acuerdo al flujo que manejan en centrifugo (flujo radial) y axiales (flujoaxial) y flujo mezclado.
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Compresores
Son equipos que incrementan la presión de un gas, un vapor o una mezcla de
gases y vapores. La presión del fluido se eleva reduciendo el volumen específico
del mismo durante su paso a través del compresor. Se emplean principalmente
para refrigeración, acondicionamiento de aire, calefacción, transporte por
tuberías, almacenamiento de gas natural, craqueo catalítico, polimerización y en
muchos procesos quimicos. Según la forma de compresión se clasifican en:
a. Compresores de Desplazamiento Positivo:
Son compresores de flujo intermitente, que basan su funcionamiento en tomar
volúmenes sucesivos de gas para confinarlos en un espacio de menor volumen;
logrando con este efecto, el incremento de la presión. Se dividen en
dos grupos reciprocantes.
b. Compresores Dinámicos:
Son máquinas rotatorias de flujo continuo en la cual el cabezal de velocidad del
gas es convertido en presión; estos compresores, se dividen de acuerdo al flujo
que manejan en centrifugo (flujo radial) y axiales (flujoaxial) y flujo mezclado.
COMPRESORES CENTRIFUGOS
Reciprocante
Es una máquina de flujo continuo en la cual uno o más impulsores en rotación
agregan energía al gas. El flujo del gas entra en el centro del impulsor y es
descargado por la periferia del mismo a mayor velocidad y presión. Los
compresores centrífugos impulsan y comprimen los gases mediante ruedas de
paletas.
El compresor centrífugo se fundamenta esencialmente en una o varias ruedas
impulsoras, montadas sobre una flecha (eje) de acero y encerradas en una
cubierta de hierro fundido. El número de impulsores (turbinas) que se puede
ensamblar depende principalmente de la magnitud de la presión que queremos
desarrollar durante el proceso de compresión .Las ruedas impulsoras rotativas son
esencialmente las únicas partes móviles del compresor centrífugo y por tanto la
fuente de toda la energía impartida al vapor durante el proceso de compresión. La
acción del impulsor es tal, que tanto la columna estática como la velocidad del
vapor, aumentan por la energía que se imparte al mismo.
De forma ideal, un compresor dinámico aumenta la presión del fluido a base de
comunicarle energía. Esta energía cinética se transforma en un incremento de
presión estática cuando el fluido pasa por un difusor.
Funcionamiento
Un compresor centrífugo eleva la presión de un gas, acelerando primero las
moléculas de gas y luego convirtiendo la velocidad de las mismas (energía
cinética), en presión (energía potencial) que tiene lugar en el rodete . El gas entra
al ojo (centro) del impulsor y es acelerado hacia la periferia del mismo, a medida
que este gira. Inmediatamente después, el gas entra a un difusor donde su
dirección es cambiada, causando desaceleración, lo cual convierte la energía
cinética del gas en energía potencial (presión). Si se quiere conseguir una presión
mayor, la cámara de retorno dirige el gas hacia el ojo del siguiente impulsor. El
gas
entraposteriormente en un colector o voluta al terminar una etapa de compresión y
el descargado al proceso o pasa a un intercambiador de calor antes de ir a otras
etapas de compresión
Grafica
aspiracion rodete difusor de descarga
COMPRESORES AXIALES
. En los compresores de este tipo la corriente de aire fluye en dirección axial, a
través de una serie de álabes móviles situados en el rotor y de otros fijos situados
en la carcasa o estator, concéntricos todos ellos al eje de rotación. A diferencia de
la turbina, que también emplea álabes fijos y móviles, el recorrido de la corriente
de un compresor axial va disminuyendo de área de su sección transversal, en la
dirección de la corriente en proporción a la reducción de volumen del aire según
progresa la compresión de escalón a escalón.
El aire al salir del compresor pasa a través de un difusor que lo prepara para
entrar a la cámara de combustión.
Funcionamiento
El compresor de flujo axial consta de múltiples rotores a los que están fijados los
álabes cuyo perfil es aerodinámico. El rotor gira accionado por la turbina, de
manera que el aire es aspirado continuamente hacia el compresor, dónde es
acelerado por los álabes rotativos y barrido hacia la hilera adyacente del álabes
del estator.
Este movimiento, por tratarse los álabes de perfiles aerodinámicos, crea una baja
presión en el lado convexo (extrados o lado de succión) y una zona de alta presión
en el lado cóncavo (intrados o lado de presión). El aire, al pasar por los álabes,
sufre un aumento de velocidad sobre la parte convexa inicial del perfil, para
reducirse luego cuando prosigue el movimiento hacia el borde de salida. Ocurre
por lo tanto un proceso de difusión. Este proceso se desarrolla a lo largo de todas
las etapas que componen el compresor.
La elevación de presión del flujo de aire se debe a este proceso de difusión, que
tiene lugar en los pasajes de los álabes del rotor y en un proceso similar realizado
en los álabes del estator. El estator sirve además para corregir la deflexión dada al
aire por los álabes del rotor y para que el aire pueda presentar el aire con el
ángulo correcto a la siguiente etapa, hacia la próxima etapa de los álabes del
rotor. La última hilera de los álabes del estator actúan como “enderezadores del
aire” a fin de limitar la turbulencia de manera que el aire ingrese al sistema de
combustión a una velocidad axial suficientemente uniforme.
A través de cada etapa el aumento de presión es muy pequeño, entre 1:1,15 y
1:1,35. La razón que motiva tan pequeño aumento de presión es que si se desea
evitar el desprendimiento de la capa límite y la consiguiente entrada en pérdida
aerodinámica de los álabes, el régimen de difusión y el ángulo de incidencia deben
mantenerse dentro de ciertos límites. La pequeña elevación de presión en cada
etapa, junto con la trayectoria uniforme del flujo de aire, contribuye a lograr la alta
eficiencia del compresor axial.
A medida que el aire avanza a través de las diferentes etapas del compresor la
densidad del aire aumenta, a la vez que la presión. Para mantener constante la
velocidad axial del aire a medida que se incrementa su densidad, desde el
extremo de baja presión hacia el de alta presión existe una reducción gradual en el
área anular de circulación de aire, entre el eje del rotor y el alojamiento del estator.
Es posible disminuir el área anular de circulación por aumento gradual del
diámetro del rotor, por disminución del diámetro de la carcasa, o por una
combinación de ambos.
COMPRESORES RECIPROCANTES
Es un máquina que admite un gas, lo comprime y lo descarga a una mayor
presión, trabaja con un proceso de cuatro etapas, que se dan en una vuelta del
cigüeñal, es decir en 360 grados, las cuales son: compresión, descarga,
expansión y succión.
son compresores de desplazamiento positivo de gran utilidad, debido a que
poseen mayor flexibilidad operacional que un compresor centrífugo; y por esto
pueden denominarse compresores de carga variable; a pesar de manejar menores
flujos de gas ,pueden alcanzar altas presiones y en muchos casos con un cambio
en la velocidad de giro, diámetro del cilindro o ajuste de bolsillos (revamping) se
ajustan a nuevas condiciones de operación de la instalación.
Un compresor reciprocante es básicamente un tipo de bomba en donde el aire es
comprimido por un pistón que se mueve dentro de un cilindro. El pistón es
empujado, por una biela conectora y un cigüeñal movido por algún tipo de motor.
Funcionamiento
Es un compresor de desplazamiento positivo, en el que la compresión se obtiene
por desplazamiento de un pistón moviéndose lineal y secuencialmente de atrás
hacia adelante dentro de un cilindro; reduciendo de esta forma, el volumen de la
cámara (cilindro) donde se deposita el gas; este efecto, origina el incremento en la
presión hasta alcanzar la presión de descarga, desplazando el fluido a través de la
válvula de salida del cilindro. El cilindro, está provisto de válvulas que operan
automáticamente por diferenciales de presión, como válvulas de retención para
admitir y descargar gas. La válvula de admisión, abre cuando el movimiento del
pistón ha reducido la presión por debajo de la presión de entrada en la línea. La
válvula de descarga, se cierra cuando la presión en el cilindro no excede la
presión de la línea de descarga, previniendo de esta manera el flujo reverso.
.
1. Compresión, durante este proceso el pistón se desplaza desde el punto
inferior, comprimiendo el gas hasta que la presión reinante dentro del cilindro sea
superior a la presión de la línea de descarga (Pd). Las válvulas succión y descarga
permanecen cerrada.
2. Descarga, luego de que la presión reinante dentro del cilindro sea superior a la
presión de la línea de descarga (Pd) que es antes de que llegue al punto murto
superior, la válvula de escape se abre y el gas es descargado, mientras que la de
succión permanece cerrada.
3. Expansión, durante este proceso el pistón se desplaza desde el punto muerto
superior hasta que la válvula de succión se abra durante la carrera de retroceso o
expansión, que será cuando la presión reinante en el interior del cilindro sea
inferior a la presión del vapor de succión (Ps).
4. Succión, luego de que la válvula de succión se abrió, que es un poco después
del punto muerto superior, ingresa el fluido, y el pistón se desplaza hasta el punto
muerto inferior, al final de la carrera de succión, la velocidad del pistón disminuye
hasta cero, igualándose las presiones del exterior y del interior del cilindro (aunque
por la velocidad del pistón no exista tiempo material a que éste equilibrio se
establezca); la válvula de succión se cierra, la válvula de descarga permanece
cerrada.
Tipos de compresores Ventajas DesventajasAplicación
Compresores
centrífugos
Se necesitan velocidades
muy altas en las puntas
para producir la presión.
.3.Un aumento pequeño
en la caída de presión en
el sistema de proceso
puede ocasionar
reducciones muy grandes
en el volumen del
compresor
se usan también en pequeñas turbinas de gas como APUs (generadores auxiliares) y motores turborreactores de pequeñas aeronaves (turboejes de helicópteros y algunos turbohélices).
Compresores axiales
.
* Mayores relaciones de presión
obtenibles mediante múltiples etapas de
compresión.
* Una menor área frontal y en
consecuencia menor resistencia al
avance.
* Menores pérdidas de energía debido a
que no existen cambios considerables
en la dirección del flujo de aire.
* Difícil manufactura y altos costos de producción. * Peso relativamente mayor al del compresor centrífugo por la necesidad de un mayor número de etapas para la misma relación de presión.* Alto consumo de potencia durante el arranque. * Bajo incremento de presión por etapa.