Compresores Mquina que eleva la presin de un gas, un vapor o una
mezcla de gases y vapores. La presin del fluido se eleva reduciendo
el volumen especifico del mismo durante su paso a travs del
compresor. Comparados con turbo soplantes y ventiladores centrfugos
o de circulacin axial, en cuanto a la presin de salida, los
compresores se clasifican generalmente como maquinas de alta
presin, mientras que los ventiladores y soplantes se consideran de
baja presin. Los compresores se emplean para aumentar la presin de
una gran variedad de gases y vapores para un gran numero de
aplicaciones. Un caso comn es el compresor de aire, que suministra
aire a elevada presin para transporte, pintura a pistola,
inflamiento de neumticos, limpieza, herramientas neumticas y
perforadoras. Otro es el compresor de refrigeracin, empleado para
comprimir el gas del vaporizador. Otras aplicaciones abarcan
procesos qumicos, conduccin de gases, turbinas de gas y
construccin. CLASIFICACIN DE LOS COMPRESORES Al clasificarse segn
el indicio constructivo los compresores volumtricos se subdividen
en los de mbolo y de rotor y los de paletas en centrfugos y
axiales. Es posible la divisin de los compresores en grupos de
acuerdo con el gnero de gas que se desplaza, del tipo de transmisin
y de la destinacin del compresor. Compresor Alternativo o de Embolo
Los compresores alternativos funcionan con el principio adiabtico
mediante el cual se introduce el gas en el cilindro por las vlvulas
de entrada, se retiene y comprime en el cilindro y sale por las
vlvulas de descarga, en contra de la presin de descarga. Estos
compresores rara vez se emplean como unidades individuales, salvo
que el proceso requiera funcionamiento intermitente. Por ejemplo,
si hay que regenerar un catalizador cada dos o tres meses o se
tiene un suministro de reserva en otra fuente, esto dara tiempo
para reparar o reemplazar las vlvulas o anillos de los pistones, si
es necesario. Los compresores alternativos tienen piezas en
contacto, como los anillos de los pistones con las paredes de
cilindro, resortes y placas o discos de vlvulas que se acoplan con
sus asientos y entre la empaquetadura y la biela. Todas estas
partes estn sujetas a desgaste por friccin. Los compresores
alternativos pueden ser del tipo lubricado o sin lubricar. Si el
proceso lo permite, es preferible tener un compresor lubricado,
porque las piezas durarn ms. Hay que tener cuidado de no lubricar
en exceso, porque la carbonizacin del aceite en las vlvulas puede
ocasionar adherencias y sobrecalentamiento. Adems, los tubos de
descarga saturados con aceite son un riesgo potencia de incendio,
por lo que se debe colocar corriente abajo un separador para
eliminar el aceite. Los problemas ms grandes en los compresores con
cilindros lubricados son la suciedad y la humedad, pues destruyen
la pelcula de aceite dentro del cilindro.
La mejor forma de evitar la mugre es utilizar coladores
temporales en la succin para tener un sistema limpio al arranque.
La humedad y los condensables que llegan a la succin del compresor
se pueden evitar con un separador eficaz colocado lo ms cerca que
sea posible del compresor. Si se va a comprimir un gas hmedo, habr
que pensar en camisas de vapor o precalentamiento del gas de
admisin, corriente abajo del separador. En los compresores sin
lubricacin, la mugre suele ser el problema ms sero, y hay otros
problemas que puede ocasionar el gas en s. Por ejemplo, un gas
absolutamente seco puede ocasionar un severo desgaste de los
anillos; en este caso, hay que consultar con el fabricante, pues
constantemente se obtienen nuevos datos de pruebas. En los
compresores no lubricados, los anillos del pistn y de desgaste se
suelen hacer con materiales rellenos con tefion, bronce, vidrio o
carbn, segn sea el gas que se comprime. El pulimento del cilindro a
12 pi (rms.) suele prolongar la duracin de los anillos. La
empaquetadura es susceptible del mismo desgaste que los anillos del
pistn. Las fugas por la empaquetadura se deben enviar a un sistema
de quemador o devolverlas a la succin. Los compresores lubricados
pueden necesitar tubos separados para lubricar la empaquetadura,
aunque en los cilindros de dimetro pequeo quiz no se requieran. Las
empaquetadoras de tefln sin lubricacin suelen necesitar
enfriamiento por agua, porque su conductividad trmica es muy baja.
Si se manejan gases a temperaturas inferiores a IOIF, el fabricante
debe calcular la cantidad de precalentamiento del gas mediante
recirculacin interna. Esto significa que se necesitar un cilindro
un poco ms grande para mover el mismo peso de flujo. Los
compresores alternativos deben tener, de preferencia motores de
baja velocidad, de acoplamiento directo, en especial si son de ms
de 300 HP; suelen ser de velocidad constante. El control de la
velocidad se logra mediante vlvulas descargadoras, y estas deben
ser del tipo de abatimiento de la placa de vlvula o del tipo de
descargador con tapn o macho. Los descargadores que levantan toda
la vlvula de su asiento pueden crear problemas de sellamiento. La
descarga puede ser automtica o manual. Los pasos normales de
descarga son 0-100%, 0-50-100%, o- 25-60-75-100% y se pueden
obtener pasos intermedios con cajas de espacio muerto o botellas de
despejo; pero, no se deben utilizar estas cajas si puede ocurrir
polimerizacin, salvo que se tomen las precauciones adecuadas. Los
compresores alternativos de embolo se clasifican: Segn la fase de
compresin en Monofsico o de simple efecto, cuando el pistn realiza
una sola fase de compresin (la accin de compresin la ejecuta una
sola cara del pistn). Bifsico, de doble efecto o reciprocante
cuando el pistn realiza doble compresin (la accin de compresin la
realizan ambas caras del pistn). Segn las etapas de compresin se
clasifican en:
Compresores de una etapa cuando el compresor realiza el proceso
de compresin en una sola etapa. Compresores de varias etapas cuando
el proceso de compresin se realiza en mas de una etapa por ejemplo
una etapa de baja presin y una etapa de alta presin. Segn la
disposicin de los cilindros se clasifican en: Verticales
-Horizontales Los compresores alternativos abarcan desde una
capacidad muy pequea hasta unos 3.000 PCMS. Para equipo de
procesos, por lo general, no se utilizan mucho los tamaos grandes y
se prefieren los centrfugos. Si hay alta presin y un gasto ms bien
bajo, se necesitan los alternativos. El nmero de etapas o cilindros
se debe seleccionar con relacin a las temperaturas de descarga,
tamao disponible para los cilindros y carga en el cuerpo o biela
del compresor. Los tamaos ms bien pequeos, hasta de unos 100 HP,
pueden tener cilindros de accin sencilla, enfriamiento con aire, y
se puede permitir que los vapores del aceite en el depsito (crter)
se mezclen con el aire o gas comprimidos. Estos tipos slo son
deseables en diseos especiales modificados. Los tipos pequeos para
procesos, de un cilindro y 25 o 200 HP, tienen enfriamiento por
agua, pistn de doble accin, prensaestopas separado que permite
fugas controladas y pueden ser de tipo no lubricado, en el cual el
lubricante no toca el aire o gas comprimido. Se utilizan para aire
para instrumentos o en aplicaciones pequeas para gas de proceso.
Los compresores ms grandes para aire o gas son de dos o ms
cilindros. En casi todas las instalaciones, los cilindros se
disponen en forma horizontal y en serie, de modo que presenten dos
o ms etapas de compresin. El nmero de etapas de compresin depende,
en gran parte de la elevacin de temperatura en una etapa, que suele
estar limitada a unos 250'F; De la carga en el cuerpo o biela que
se puede manejar y, de vez en cuando, de aumento total en la presin
en una etapa, respecto de diseo de las vlvulas de compresor, que
suelen ser para menos de 1.000 psi. La relacin o razn total de
compresin se determina para tener una idea inicial aproximada del
nmero de etapas. Si la relacin es muy alta, entre 3.0 y 3.5 para
una sola etapa, entonces la raz cuadrada de la relacin total ser
igual a la relacin por etapa para las dos etapas, a la raz cbica
para tres etapas, etc. Las presiones interetapas y la relacin por
etapa reales se modificarn despus de tener en cuenta las cadas de
presin en interenfriadores, tubera entre etapas, separadores y
amortiguadores de pulsaciones, si se utilizan. Los compresores de
mbolo comprimen gases y vapores en un cilindro a travs de un mbolo
de movimientos rectilneo y se utilizan para el accionamiento de
herramientas neumticas (6 a 7 kg/cm2), instalaciones frigorficas de
amonaco (hasta 12 kg/cm2), abastecimiento de gas a distancia (hasta
40 kg/cm2), licuacin del aire (hasta 200 kg/cm2), locomotoras de
aire comprimido (hasta 225kg/cm2) e hidrogenacin y sntesis a presin
(hasta ms de 1000 kg/cm2).
COMPRESORES ROTATIVOS O CENTRFUGOS Los compresores centrfugos
impulsan y comprimen los gases mediante ruedas de paletas. Los
ventiladores son compresores centrfugos de baja presin con una
rueda de paletas de poca velocidad perifrica (de 10 a 500 mm de
columna de agua; tipos especiales hasta 1000 mm). Las mquinas
soplantes rotativas son compresores centrfugos de gran velocidad
tangencial (120 a 300 m/seg.) y una relacin de presiones por escaln
p2/p1 = 1,1 a 1,7. Montando en serie hasta 12 13 rotores en una
caja puede alcanzarse una presin final de 12kg/cm2, comprimiendo
aire con refrigeracin repetida. Compresores de paletas deslizantes
Este tipo de compresores consiste basicamente de una cavidad
cilindrica dentro de la cual esta ubicado en forma excentrica un
rotor con ranuras profundas, unas paletas rectangulares se deslizan
libremente dentro de las ranuras de forma que al girar el rotor la
fuerza centrifuga empuja las paletas contra la pared del cilindro.
El gas al entrar, es atrapado en los espacios que forman las
paletas y la pared de la cavidad cilindrica es comprimidad al
disminuir el volumen de estos espacios durante la rotacion.
Compresores de pistn liquido El compresor rotatorio de piston de
liquido es una maquina con rotor de aletas multiple girando en una
caja que no es redonda. La caja se llena, en parte de agua y a
medida que el rotor da vueltas, lleva el liquido con las paletas
formando una serie de bolsas. Como el liquido, alternamente sale y
vuelve a las bolsas entre las paletas(dos veces por cada
revolucion). A medida que el liquido sale de la bolsa la paleta se
llena de aire. Cuando el liquido vuelve a la bolsa, el aire se
comprime. Compresores de lbulos (Roots) Se conocen como compresores
de doble rotor o de doble impulsor aquellos que trabajan con dos
rotores acoplados, montados sobre ejes paralelos, para una misma
etapa de compresin. Una mquina de este tipo muy difundida es el
compresor de lbulos mayor conocida como "Roots", de gran ampliacin
como sobre alimentador de los motores diese o sopladores de gases a
presin moderada. Los rotores, por lo general, de dos o tres lbulos
estn conectados mediante engranajes exteriores. El gas que entra al
soplador queda atrapado entre los lbulos y la carcaza; con el
movimiento de los rotores de la mquina, por donde sale, no pudieron
regresarse debido al estrecho juego existente entre los lbulos que
se desplazan por el lado interno. Compresores de tornillo La
compresin por rotores paralelos puede producirse tambin en el
sentido axial con el uso de lbulos en espira a la manera de un
tornillo sin fin. Acoplando dos rotores de este tipo, uno convexo y
otro cncavo, y hacindolos
girar en sentidos opuestos se logra desplazar el gas,
paralelamente a los dos ejes, entre los lobulos y la carcaza. Las
revoluciones sucesivas de los lobulos reducen progresivamente el
volumen de gas atrapado y por consiguiente su presion, el gas asi
comprimido es forzado axialmente por la rotacion de los lobulos
helicoidales hasta 1 descarga. Principio de funcionamiento - Caudal
Los compresores rotativos pertenecen a la clase de maquinas
volumtricas; por su principio de funcionamiento son anlogos a las
bombas rotativas. Los mas difundidos son los compresores rotativos
de placas; ltimamente hallan aplicacin los cornpresores
helicoidales. Al girar el rotor, situado excntricarnente en el
cuerpo, las placas forman espacios cerrados, que trasladan el gas
de la cavidad de aspiracin a al cavidad de impulsin. Con esto se
efecta la compresin del gas. Tal esquema del compresor, teniendo
buen equilibrio de las masas en movimiento, permito comunicar al
rotor la alta frecuencia de rotacin y unir la rnaquina directamente
con motor elctrico. Al funcionar el compresor de placas se
desprende una gran cantidad de calor a causa de la presin mayores
de 1,5 el cuerpo del compresor se fabrica con enfriamiento por
agua. Los compresores de placas pueden utilizarse para aspirar
gases y vapores de los espacios con presin menor que la atmosfrica.
En tales casos el compresor es una bomba de vaco. El vaco creado
por las bombas de vaco de placas alcanza el95%. El caudal del
compresor de placas depende de sus dimensiones georntricas y de la
frecuencia de rotacin. Si se considera que las placas son radiales
el volumen del gas encerrado entre dos de estas donde f es la
superficie mxima de la seccin transversal entre las placas, 1 la
longitud de la placa. Las piezas de trabajo principales del
compresor son los visinfmes(tomillo) de perfil especial; la
disposicin recproca de los tornillos esta fijada estrictamente por
las ruedas dentadas que se encuentran en engrane, encajadas sobre
los arboles. El huelgo en el engranaje en estas ruedas dentadas
sincronizadas es menor que los tomillos, por lo cual la friccin
mecnica en los ltimos esta excluida. El tornillo con cavidades es
el rgano distributivo del cierre, por eso la potencia transmitida
por las ruedas por las ruedas dentadas sincronizadas no es grande,
por consiguiente, es pequeo su desgaste. Esta circunstancia es muy
importante debido a la necesidad de conservar huelgos suficientes
en el par de tornillos. Regulacion del caudal De la ecuacin para
determinar el caudal de los compresores de rotor se ve que el
caudal es proporciona a la frecuencia de rotacin del rbol del
compresor. De esto se deduce el procedimiento de regulacin de Q
cambiando n. Los compresores de placas se unen con los
electromotores en la mayora de los casos directamente y la
frecuencia de rotacin de estos constituyen 1540, 960, 735 rpm. Para
regular el caudal en este caso es necesario empatar entre los
arboles de motor y el compresor un vareador de velocidad. La
frecuencia de rotacin de los compresores helicoidales es muy alta,
alcanza en el caso de accionamiento por turbina de gas, 15000
r.p.m. Los compresores helicoidales grandes de fabricacin habitual
funcionan con una frecuencia de rotacin de 3000 rpm. Para ambos
tipos de compresores rotativos se emplean en los procedimientos de
regulacin del caudal por estrangulacin en la aspiracin, el trasiego
del gas comprimido en la tubera de aspiracin y las paradas
peridicas. Estructura de los Compresores Los compresores de placas
se fabrican para caudales de hasta 5OOm3\rnin y con dos etapas de
compresin con enfriamiento intermedio crean presiones de hasta
1.5Mpa. Los elementos principales de esta estructura son: rotor,
cuerpo, tapas, enfriador y arboles. El cuerpo y las tapas del
compresor se enfran por el agua. Los elementos constructivos tienen
ciertas particularidades. Para disminuir las perdidas de energa de
la friccin mecnica de los extremos de las placas contra el cuerpo
en este se colocan dos anillos de descarga que giran libremente en
el cuerpo. A la superficie exterior de estos se' enva lubricacin.
Al girar el rotor los extremos de las placas se apoyan en el anillo
de descarga y se deslizan parcialmente por la superficie interior
de estos; los anillos de descarga giran simultneamente en el
cuerpo. Al fin de disminuir las fuerzas de friccin en las ranuras
las placas se colocan no radicalmente sino desvindolas hacia
adelante en direccin de la rotacin. El ngulo de desviacin
constituye 7 a 10 grados. En este caso la direccin de la fuerza que
acta sobre las placas por lado del cuerpo y los anillos de descarga
se aproxima a la direccin de desplazamiento de la placa en la
ranura y la fuerza de friccin disminuye. Para disminuir las fugas
de gas a traves de los huelgos axiales, en el buje del rotor se
colocan anillos de empacaduras apretados con resortes contra las
superficies de las tapas. Por el lado de salida del arbol a traves
de la tapa, se ha colocado una junta de prensaestopas con
dispositivos tensor de resortes. Espacio Muerto Los cilindros de
los compresores siempre se fabrican con espacio muerto; esto es
necesario para evitar el golpe del embolo contra la tapa al llegar
este a la posicion extrema.
El volumen del espacio muerto habitualmente se aprecia en
proporciones o porcentajes de volumen de trabajo del cilindro y se
llama volumen relativo del espacio muerto: A=Vm/Vtr En los
compresores monoetapicos modernos,en el caso cuando las valvulas se
encuentran en la etapa de los cilindros A=0.025 0.06 Distribucin y
Regulacin Los rganos de cierre de la entrada y la salida del gas en
el cilindro son en general vlvulas automticas de plancha de acero
esmerilada por ambas caras y de 2 a 3 mm de espesor, corrientemente
con forma anular y cargadas por resorte de presin para seguridad
del cierre. La carrera de la vlvula (normalmente de 2 a 4 mm; para
gran nmero de revoluciones 1 a 1,5 mm) est limitada por un tope
atornillado al asiento de vlvula. Las vlvulas, dispuestas a un
costado del cilindro o en la culata del mismo, son fciles de montar
y desmontar. Para que las vlvulas se conserven mejor y ocasionen
poca prdida de carga debe exceder de 30 m/seg. Y con presiones
superiores a 100 kg/cm2 slo a 15 m/seg. Material para los platos de
vlvula altamente fatigados, acero especial poco aleado. Las
instalaciones de compresores trabajan en general con toma irregular
y necesitan, por lo tanto, una regulacin. Sistemas usuales de
regulacin: Arranque y paro. Para pequeas instalaciones con impulsin
elctrica. Segn sea la presin del acumulador de aire, se conectan y
desconectan automticamente el motor y el agua de refrigeracin. El
acumulador debe tener suficiente capacidad para que no se realicen
ms de 8 a 10 conmutaciones por hora. Ajuste del nmero de
revoluciones en el accionamiento por mquinas de mbolo. Con nmero
constante de revoluciones: Regulacin por marcha en vaco. El
regulador de presin cargado con peso o resorte conecta el compresor
a marcha en vaco en cuanto la presin del acumulador excede de la
ajustada y conecta de nuevo a plena carga en cuanto la presin baja
un 10%. La marca en vaco se verifica por cierre del tubo de
aspiracin o manteniendo abierta la vlvula de aspiracin con ayuda de
un descompresor. Regulacin escalonada. La potencia se disminuye
escalonadamente al 75%, al 50%, al 25% y a vaco, por intercalacin
de espacios perjudiciales fijos y conexin a marcha en vaco de las
distintas caras de mbolo en los escalones de mltiple efecto.
Regulacin progresiva del gasto (sin escalonar). En general se
realiza manteniendo abierta durante un tiempo graduable (mayor o
menor) las vlvulas de aspiracin durante las carreras de compresin
mediante descompresores accionados por gas o aceite a presin o por
resortes.
Si en el compresor de varios escalones se regula slo el primer
escaln, es decir se disminuye su grado de aprovechamiento, baja en
ste nada ms la relacin de presiones y aumenta su grado de
aprovechamiento, baja en ste nada ms la relacin de presiones y
aumenta en el ltimo, permaneciendo casi constante la relacin de
presiones y aumenta en el ltimo, permaneciendo casi constante la
relacin de presiones en todos los escalones intermedios. Para
arrancar se descargar el compresor lo ms completamente posible.
Normalmente manteniendo abierta la vlvula de aspiracin. Los
compresores grandes tienen para esto conductos especiales de
by-pass. En las mquinas pequeas que aspiran a travs del mbolo, la
marcha en vaco se realiza por cierre del conducto de aspiracin,
abriendo al mismo tiempo un by-pass que establece la comunicacin
entre las caras de aspiracin y de impulsin. Engrase Para la
lubricacin de los compresores de mbolo se emplean los mismos mtodos
que para las mquinas de vapor, salvo las altas exigencias de los
aceites de engrase a causa del gran calor radiado por los cilindros
de vapor. Para el engrase de los cilindros, como para las mquinas
de vapor, se emplean bombas de mbolo buzo de funcionamiento
obligado por la transmisin. An con altas presiones de gas deben
procurarse aceites de poca viscosidad. Un aceite viscoso exige una
potencia innecesariamente grande y hace que las vlvulas tengan ms
tendencia a pegarse y romperse. Para muy altas presiones, se
emplean, sin embargo, algunas veces los aceites viscosos para
mejora la hermeticidad, aunque la temperatura del gas sea ms baja.
A ser posible se utilizara el aceite para el engrase del cilindro y
de la transmisin, pues ello facilita la recuperacin y nuevo empleo
del aceite. Los aceites para cilindros con 7 a 28 grados Engler son
tambin buenos aceites para la transmisin. Conduccin del aceite como
en las mquinas de vapor. El consumo de aceite de los compresores es
tan slo la tercera parte de los que se indico para las mquinas de
vapor. Para economizar el valioso aceite para cilindros, las
mquinas que comprimen gases con adiciones solubles en aceite
(bencina, bensol, naftalina y anhdrido sulfuroso) se emanan con
emulaciones de aceite en agua. Tngase aqu presntese las prensas de
engrase son existentes son adecuadas. INSTALACIONES AUXILIARES
Refrigeradores del Gas (para enfriar el gas despus de cada escaln)
Con presiones bajas se emplea preferentemente el refrigerador de
haz tubular, en el que circula el gas por fuera de los tubos y el
agua por dentro de los mismos, o el refrigerador con elementos de
tubos de aletas.
En los refrigeradores de haz tubular se dan al gas varios
cambios de direccin mediante unos mamparos en laberinto para que la
velocidad del gas sea la conveniente a la buena transmisin del
calor. En los refrigeradores de elementos no existe laberinto, por
lo cual ocasiona menos prdidas de carga. Otras ventajas del
refrigerador de elementos: poco espacio ocupado por los tubos de
aletas, lo que permite disponer grandes espacios de amortiguamiento
y de condensacin de en la caja del refrigerador, y facilidad de
limpieza por la sencillez de desmontaje de los elementos
refrigeradores. Para gases con muchas impurezas, que ensucian
rpidamente los tubos de aletas, se emplea, aunque la transmisin
trmica sea menos eficaz, el refrigerador de haz tubular (c) con
circulacin del gas por el interior de los tubos y agua por la
contracorriente por el exterior. Estos refrigeradores son muy
sensibles a la corrosin exterior por el agua en la parte inmediata
a la entrada de gas. Para grandes presiones se emplean el
refrigerador de serpentn (e), por cuyo interior circula el gas,
sumergido en un deposito de agua, o el refrigerador de tubos dobles
(d) coaxiales, circulando el gas por el tubo interior, y el agua,
en contracorriente, por el espacio entre los dos tubos. Datos sobre
tamao y peso de los elementos y de haz tubular, tabla 3. Se procura
conseguir un enfriamiento de los gases hasta unos 5 a 10 por encima
de la temperatura de entrada del agua de refrigeracin.
REFRIGERADORES DE GAS Gasto del compresor en la aspiracin m3/min La
cantidad de calor Q [kcal/h] eliminada en cada escaln se obtiene
aproximadamente, de la potencia del escaln Ni[HP] y de la cantidad
de vapor de agua condensado en el refrigerador Gw (Kg.), por la
frmula Q=632 Ni + 600 Gw. De Q y de la elevacin de temperatura
admitida en el agua de refrigeracin se obtiene la cantidad
necesaria de esta ltima. La temperatura de salida del agua no debe
pasar de 40 para evitar la formacin de incrustaciones. Velocidad
del agua 1,5 a 2 m/seg.; velocidad del gas 5 a 15 m/seg. A la
resistencia al paso del calor 1/k por superficies limpias hay que
aadir, por la suciedad inevitable de 0,0005 a 0,001 m2h /kcal por
cada cara en contacto con agua o gas, o ms si se trabaja en
condiciones desfavorables. Filtros de polvo Acumulador de aire a
presin. Compensa las pulsaciones del compresor y tambin, como
indica su nombre, acta como acumulador. Su capacidad ser holgada
para evitar un trabajo excesivo del regulador y conseguir un buen
efecto separador del agua y del aceite.
Volumen del acumulador siendo el gasto del compresor . Los
acumuladores de aire, reglamentados como recipientes de presin,
llevaran vlvula de seguridad, manmetro con brida de verificacin y,
en su punto ms bajo, dispositivos de desage. El manmetro llevar una
seal indicadora de la presin mxima. Ajuste de la vlvula de
seguridad perfectamente garantizado. Los acumuladores de 800 mm de
dimetro y mayores llevaran agujero de hombre de forma oval para
facilitar la inspeccin interior. Servicio Abstenerse a las
instrucciones de servicios del compresor y de la mquina de
accionamiento. En general: Puesta En Marcha Comprobar el nivel del
aceite en el crter las cabezas de las bielas y los contrapesos del
cigeal no deben sumergirse, las tuberas de aspiracin y de impulsin
de la bomba de engranajes deben llenarse de aceite). Si es
necesario, limpiar el filtro. Cargar los engrasadores de presin del
cilindro y, observando por las mirillas de vidrio, hacerlos girar a
mano de vez en cuando. Comprobar la libertad de trabajo del
regulador de presin y conectar el compresor para marcha en vaco.
Abrir el agua de refrigeracin y esperar a que salga. Abrir las
llaves o compuertas de los tubos de aspiracin y de impulsin. Poner
en marcha la mquina de accionamiento (en general debe alcanzarse el
mximo nmero de revoluciones al cabo de unos 10 segundos). Cargar
poco a poco el compresor. Regular el agua de refrigeracin para que
su temperatura de salida sea inferior a 40 (peligro de
incrustaciones). Al poner en marcha por primera vez la mquina de
accionamiento, comprubese el sentido de rotacin, pues si gira al
revs no funcionarn la bomba de engranajes ni el sistema de engrase
a presin. Despus de una reparacin importante se tratar de dar a
mano varias vueltas a la mquina, para asegurarse de que los mbolos
y la transmisin se mueven sin dificultad. Funcionamiento Vigilar el
nivel y la presin del aceite, as como la carga y el funcionamiento
de los engrasadores a presin para el cilindro, la temperatura y la
presin del gas y el circuito de agua de refrigeracin. Auscultar
regularmente la mquina por si produce golpes o ruidos anormales en
las vlvulas. Verificar a menudo los cojinetes, superficies de
deslizamiento y vstago del mbolo por s se calientan ms de lo
normal. Tocar con la mano las tuberas de aspiracin del gas de los
prensaestopas (si aquellas estn calientes, los prensaestopas estn
mal ajustados; las fugas pequeas se corrigen con un fuerte
engrase). Con intervalos de media a una hora se dar salida al agua
y al aceite acumulado en los refrigeradores intermedios. Una vez al
da, como mnimo se purgar el agua del acumulador de aire. Cada hora,
leer y anotar en el diario de mquinas la presin de trabajo, las
temperaturas del gas, del aceite y del agua de refrigeracin y otros
datos de servicio. Los engrasadores se llenarn siempre
con aceite nuevo, comprobando de vez en cuando el consumo de
aceite y rectificando la regulacin. 2.3 Eleccin del compresor 2.3.1
Caudal Por caudal entiendo la cantidad de aire que suministra el
compresor. Existen dos conceptos. 1. El caudal terico 2. El caudal
efectivo o real En el compresor de mbolo oscilante, el caudal
terico es igual al producto de cilindrada * velocidad de rotacin.
El caudal efectivo depende de la construccin del compresor y de la
presin. En este caso, el rendimiento volumtrico es muy importante.
Figura 15 :
Es interesante conocer el caudal efectivo del compresor. Slo ste
es el que acciona y regula los equipos neumticos. Los valores
indicados segn las normas ?representan valores efectivos (p. ej.:
DIN 1945). El caudal se expresa en m3/min m3/h . No obstante, son
numerosos los fabricantes que solamente indican el caudal terico.
2.3.2 Presin Tambin se distinguen dos conceptos: La presin de
servicio es la suministrada por el compresor o acumulador y existe
en las tuberas que alimentan a los consumidores. La presin de
trabajo es la necesaria en el puesto de trabajo considerado. En la
mayora de los casos, es de 600 kPa (6 bar). Por eso, los datos de
servicio de los elementos se refieren a esta presin.
Importante:
Para garantizar un funcionamiento fiable y preciso es necesario
que la presin tenga un valor constante. De sta dependen : - la
velocidad - las fuerzas - el desarrollo secuencial de las fases de
los elementos de trabajo. Figura 16 :
2.3.3 Accionamiento Los compresores se accionan, segn las
exigencias, por medio de un motor elctrico o de explosin interna.
En la industria, en la mayora de los casos los compresores se
arrastran por medio de un motor elctrico. Generalmente el motor
gira un nmero de rpm fijo por lo cual se hace necesario regular el
movimiento a travs de un sistema de transmisin compuesto en la
mayora de los casos por un sistema de poleas y correas. Aunque la
aplicacin anterior es la mas difundida y utilizada industrialmente,
el elemento de accionamiento tambin puede ser un motor de combustin
interna. Este tipo de energa es especialmente til para trabajos en
terreno en que no se cuenta con electricidad. Si se trata de un
compresor mvil, ste en la mayora de los casos se acciona por medio
de un motor de combustin (gasolina, Diesel ).
Figura 17: 2.3.4. Regulacin Al objeto de adaptar el caudal
suministrado por el compresor al consumo que flucta, se debe
proceder a ciertas regulaciones del compresor. Existen diferentes
clases de regulaciones. El caudal vara entro dos valores lmites
ajustados (presiones mxima y mnima). Regulacin de marcha en vaco a)
Regulacin por escape a la atmsfera b) Regulacin por aislamiento de
la aspiracin c) Regulacin por apertura de la aspiracin Regulacin de
carga parcial a) Regulacin de velocidad de rotacin b) Regulacin por
estrangulacin de la aspiracin Regulacin por intermitencias
Regulacin de marcha en vaco: a) Regulacin por escapo a la
atmsfera En esta simple regulacin se trabaja con una vlvula
reguladora de presin a la salida del compresor. Cuando en el
depsito (red) se ha alcanzado la presin deseada, dicha vlvula abre
el paso y permite que el aire escape a la atmsfera. Una vlvula
antirretorno impide que el depsito se vace (slo en instalaciones
muy pequeas). b) Regulacin por aislamiento de la aspiracin En este
tipo de regulacin se bloquea el lado de aspiracin. La tubuladura de
aspiracin del compresor est cerrada. El compresor no puede aspirar
y sigue funcionando en el margen de depresin. Esta regulacin se
utiliza principalmente en los compresores rotativos y tambin en los
de mbolo oscilante.
c) Regulacin por apertura de la aspiracin Se utiliza en
compresores de mbolo de tamao mayor. Por medio de una mordaza se
mantiene abierta la vlvula de aspiracin y el aire circula sin que
el compresor lo comprima. Esta regulacin es muy sencilla.
Regulacin de carga parcial
e) Regulacin de la velocidad de rotacin El regulador de
velocidad del motor de combustin interna se ajusta en funcin de la
presin de servicio deseada, por medio de un elemento de mando
manual o automtico. Si el accionamiento es elctrico, la velocidad
de rotacin puede regularse de forma progresiva empleando motores de
polos conmutables. No obstante, este procedimiento no es muy
utilizado. b) Regulacin del caudal aspirado Se obtiene por simple
estrangulacin de la tubuladura de aspiracin. El compresor puede
ajustarse as a cargas parciales predeterminadas. Este sistema se
presenta en compresores rotativos o en turbocompresores. Regulacin
por Intermitencias Con este sistema, el compresor tiene dos estados
de servicio (funciona a plena carga o est desconectado). El motor
de accionamiento del compresor se para al alcanzar la presin Pmax.
Se conecta de nuevo y el compresor trabaja, al alcanzar el valor
mnimo Pmin. Los momentos de conexin y desconexin pueden ajustarse
mediante un presstato. Para mantener la frecuencia de conmutacin
dentro de los lmites admisibles, es necesario prever un depsito de
gran capacidad. Figura 21: Regulacin intermitente
2.3.5 Refrigeracin Por efecto de la compresin del aire se
desarrolla calor que debe evacuarse. De acuerdo con la cantidad de
calor que se desarrolle, se adoptar la refrigeracin ms apropiada.
En compresores pequeos, las aletas de refrigeracin se encargan de
irradiar el calor. Los compresores mayores van dotados de un
ventilador adicional, que evacua el calor.
Figura 22:
Cuando se trata de una estacin de compresin de ms de 30 kW de
potencia, no basta la refrigeracin por aire. Entonces los
compresores van equipados de un sistema de refrigeracin por
circulacin de agua en circuito cerrado o abierto. A menudo se temen
los gastos de una instalacin mayor con torre de refrigeracin. No
obstante, una buena refrigeracin prolonga la duracin del compresor
y proporciona aire ms fro y en mejores condiciones. En ciertas
circunstancias, incluso permite ahorrar un enfriamiento posterior
del aire u operar con menor potencia. 2.3.6 Lugar de emplazamiento
Ubicacin de la estacin compresora : Esta debe ubicarse en un lugar
cerrado e insonorizado, a fin de minimizar el factor ruido. El
recinto adems debe contar con ventilacin adecuada y el aire
aspirado debe ser lo mas fresco, limpio y seco posible.
2.3.7 Acumulador de aire comprimido El acumulador o depsito
sirve para estabilizar el suministro de aire comprimido. Compensa
las oscilaciones de presin en la red de tuberas a medida que se
consume aire comprimido. Gracias a la gran superficie del
acumulador, el aire se refrigera adicionalmente. Por este motivo,
en el acumulador se desprende directamente una parte de la humedad
del aire en forma de agua Figura 23: Acumulador
El tamao de un acumulador de aire comprimido depende:
Del caudal de suministro del compresor Del consumo de aire De la
red de tuberas (volumen suplementario) Del tipo de regulacin De la
diferencia de presin admisible en el interior de la red.
Determinacin del acumulador cuando el compresor funciona
Intermitentemente El tamao de un acumulador puede determinarse segn
el diagrama de la figura 24. NEUMTICA Cuando se trata de produccin
y consumo de aire comprimido estos se especifican en N l/min o N
mm/min es decir en aire libre (atmosfrico) cuando no es as se debe
emplear la siguiente formula para la conversin
donde
Existen diversas denominaciones utilizadas por los fabricantes
para indicar la cantidad de aire que proporciona el compresor,
tales como desplazamiento volumtrico volumen engendrado, etc. Bajo
estos nombres genricos se considera un caudal de aire expresado en
cifras tericas que no responde al verdadero caudal de aire
suministrado por el compresor, mientras que el consumo de los
equipos neumticos se da en cifras efectivas. Es evidente que si
adquirimos un compresor basndonos en alguna de las citadas
especificaciones, nos encontraremos con que la cantidad de aire
realmente suministrada es de un 20 a un 25% inferior a la
indicada, pues ningn compresor rinde una prestacin del 100 %. Para
evitar estas ambigedades solamente se deben adquirir compresores
que garanticen el caudal de aire en consonancia con las condiciones
de temperatura y presin de la aspiracin, es decir, en litros o m de
aire libre. Como sea que el clima es variable y responde a las
caractersticas propias de cada lugar, sera dificultoso establecer
unas tablas de consumos que correspondieran a los diferentes
estados cismticos; por ello, se va imponiendo el establecimiento de
una normativa sobre la base de considerar unas condiciones normales
de temperatura y presin del aire aspirado, independientemente de
las condiciones atmosfricas en las cuales trabaje el compresor y
que sirven de referencia comparativa, aire que llamaremos "aire
normal o "aire normalizado" distinguindolo con una N (Mayscula) que
situaremos despus de las cifras y antes del volumen expresado. Por
ejemplo: 600 N m/h, equivale a un sistema que proporciona 600 m/h
expresados en condiciones normales. Las condiciones normales varan
segn el rea de influencia tecnolgica . Los que siguen las
indicaciones del "Compressed Air & Gas Institute" de U.S.A. 1 N
m/h es un m de aire por hora a la temperatura de 20 C a la presin
de 1.033 kg/cm2 y con una humedad relativa del 36 por ciento. En la
zona europea, la norma C.E.T.O.P. RP-44P, propone como condiciones
atmosfricas normales las que estn especificadas en la ISO R 554, y
que corresponden a la temperatura de 20 C a la presin de 101.3 mbar
y con una humedad relativa del 65%. Los procedimientos de prueba o
los mtodos de medida del caudal efectivo de aire libre suministrado
por los compresores, vienen dados en las normas alemanas DIN 1945 y
DIN 1952, inglesa BSS 726-1952, americana ASME PTC 9 y francesa
NFX10 . SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES En la reunin del
C.E.T.O.P. (Comit Europeo de las Transmisiones leohidrulicas y
Neumticas) celebrada en Berln el 11 de junio de 1966, para aquellos
pases europeos que tienen adoptada la terminologa aprobada por
dicho Comit se pens usar en la definicin de la presin como unidad
de superficie el cm, y medir as la fuerza f que acta sobre este
elemento de superficie plana, dando como unidad de medida al
kilogramo de presin por centmetro cuadrado representado por kp/cm .
(1 kp = 9,81 newton).De este modo, la presin del aire atmosfrico es
1,033 kp/cm2 = 1 atmsfera (kilogramo fuerza por centmetro
cuadrado). Por otro lado, en Washington, durante la reunin del
Comit Tcnico del ISO ITC , se consider la implantacin del Pascal
como unidad de presin, con sus mltiples y submltiplos. Estos y sus
equivalentes son:
Subrayo estas dos modalidades de expresin para la representacin
de la presin porque, mientras en Francia, en catlogos folletos,
aparece claramente definida la expresin de bar como unidad de
presin, en otros pases europeos se viene adoptando la aplicacin del
kp/cm como unidad de presin en sus especificaciones tcnicas. Aunque
podemos decir, sin temor a error, que
DIAGRAMA DE TRABAJO DE UN COMPRESOR DE PISTN En la presente
pgina se generalizar sobre el ciclo de trabajo tpico de un
compresor y su rendimiento, al objeto de obtener del estudio del
diagrama correspondiente la potencia requerida para la compresin ,
pues no debemos olvidar que un compresor aspira aire a la presin
atmosfrica y lo comprime a una presin ms elevada, necesitando para
ello la adicin de un motor que venza la resistencia que opone el
aire a ser comprimido. La comparacin de los diagramas de trabajo de
dos compresores similares nos facilitara la posibilidad de eleccin
de aquel que presente un diagrama ms favorable ya que ello
repercutira en una economa en cuanto a la potencia del motor de
accionamiento del compresor. En la figura 6-1 se representa el
ciclo de trabajo real de un compresor. A la derecha de la misma se
ve la forma de actuar de las vlvulas en las carreras de aspiracin e
impulsin en un cilindro de simple efecto. El desplazamiento D de un
compresor es el volumen barrido en la unidad de tiempo por la cara
o caras del pistn de la primera fase. Se expresa en N m3/min. Para.
un clculo preciso, y en el caso de doble efecto, hay que tener en
cuenta el vstago del pistn. El espacio muerto (o volumen
perjudicial) corresponde al volumen residual entre el pistn y el
fondo del cilindro y las lumbreras de las vlvulas, cuando el pistn
est en su punto muerto. Se expresa en tanto por cien del
desplazamiento.
La Fig. 6-2 representa un estudio comparativo entre los
diagramas de trabajo real y el diagrama terico. El diagrama terico
est configurado por los puntos 1-2-3-4, y los puntos 1-5-67
delimitan el diagrama real. El volumen perjudicial (espacio muerto)
queda representado en el diagrama por el punto 6, que no coincide
con el volumen cero. El 6 y 7 son indicativos de la expansin del
aire contenido en el volumen perjudicial, desde que se cierra la
lumbrera de la vlvula de descarga hasta que se abre la lumbrera de
la vlvula de aspiracin.
El contenido de las reas A , B , C y D, es motivado por: A) La
refrigeracin, que permite una aproximacin del ciclo a una
transformacin isotrmica. Por falta de refrigeracin, o por un
calentamiento excesivo a causa de rozamientos, dicha rea puede
desaparecer. B) Trabajo necesario para efectuar la descarga del
cilindro. C) Trabajo que el volumen perjudicial no devuelve al
expansionarse, y que es absorbido en la compresin D) Trabajo
perdido en el ciclo de aspiracin.
Las reas rayadas B , C , D expresan las diferencias de trabajo
efectuado en cada etapa del ciclo, entre el diagrama terico y el
diagrama real. El diagrama estudiado corresponde a un compresor de
una etapa, cuyo ciclo de compresin se realiza rpidamente, sin dar
tiempo a que el calor producido en la compresin del aire pueda
disiparse en un refrigerante o intercambiador de calor , pudiendo
decirse que el aire durante su compresin sigue una ley adiabtica.
La temperatura terica de descarga para una compresin adiabtica (sin
intercambio de calor) viene dada por la frmula:
siendo:
Cuando un compresor es de "n" fases, las relaciones de compresin
de cada fase son sensiblemente iguales, y tienen por valor:
Prcticamente, todos los procesos de compresin son politrpicos ,
es decir, que la temperatura se eleva con la relacin de presin, y
cuando la temperatura se eleva, tambin se eleva el trabajo de
compresin . La potencia adiabtica terica de compresin (sin
intercambio de calor) es:
siendo:
En esta conjugacin de temperatura de compresin y potencia al
objeto de mejorar el rendimiento, la compresin se efecta
normalmente en etapas, de forma que se pueda refrigerar el aire
entre cada una de ellas por medio de un refrigerador intermedio
(con un agente enfriador que puede ser el aire o el
agua), cuya accin principal es la de disipar el calor producido
durante la compresin . La refrigeracin intermedia perfecta se
consigue cuando la temperatura del aire que sale del refrigerador
intermedio es igual a la temperatura del aire de aspiracin del
compresor. Igualmente, se logra un consumo de potencia mnimo cuando
las relaciones de compresin de todas las etapas son iguales. Si
aumentamos el numero de etapas, la compresin se acerca a la
isoterma, que es la transformacin de compresin que requiere menos
trabajo. Los compresores ms usuales en el mercado tienen
refrigeracin intermedia, es decir, son de dos etapas.
El diagrama indicado en la figura 6.3 corresponde a un compresor
de dos etapas, y en ella los diagramas independientes de cada
cilindro son estudiados como si fueran de un compresor de una
etapa. La superposicin de los diagramas de trabajo correspondientes
al cilindro de baja presin (que es el que comprime el aire aspirado
hasta una presin aproximada de 2 a 3 kg/cm ) y al de alta presin
(que comprime el aire recibido hasta la presin de trabajo) nos
indica que la energa que requiere el cilindro de alta presin es muy
inferior a la que exigira si toda la compresin se hubiera realizado
de una sola vez. En el diagrama totalizado de los dos cilindros, el
aire aspirado en A es comprimido en el cilindro de baja presin (I),
y a su salida pasa por el refrigerador intermedio en donde recupera
su temperatura inicial. La segunda etapa comienza en B: el aire
recibido del cilindro de baja presin es vuelto a comprimir en el
cilindro del alta (II) hasta la presin final de descarga. El rea
rayada Z corresponde a un trabajo perdido que se realiza dos veces
sobre el aire, en la expulsin del cilindro de baja presin y en la
compresin del cilindro de alta presin . De la observacin del grfico
se deduce que, para compresores de una etapa, o de dos etapas pero
en la primera fase de compresin, la curva de compresin est siempre
comprendida entre la isotrmica y la adiabtica tericas, pero
aproximndose ms a la segunda que a la primera, lo que refleja un
proceso politrpico en donde
PVn = Constante. El cuadro adjunto muestra la potencia requerida
para comprimir un metro cbico de aire libre por segundo a
diferentes presiones, en un compresor de una etapa, permitiendo la
comparacin simultnea entre las potencias adiabtica e isotrmica
tericas.
RENDIMIENTO DE LOS COMPRESORES Durante la compresin hay prdidas
termodinmicas y prdidas mecnicas debidas a frotamientos, por lo que
la potencia adiabtica. El rendimiento terico presenta las
desviaciones del ciclo terico respecto del ciclo ideal segn
consideremos este ciclo adiabtico o isotrmico. Se llama rendimiento
adiabtico de un compresor a la relacin entre la potencia adiabtica
terica de compresin Wta y la potencia real absorbida.
Para el rendimiento isotrmico, determinando la potencia
isotrmica terica de compresin (a temperatura constante) Wti, se
tiene:
El rendimiento volumtrico Rv es la relacin entre el caudal
aspirado Qa y el desplazamiento D, o sea:
por consiguiente, el aire libre suministrado por un compresor es
siempre menor que el desplazamiento. El rendimiento mecnico Rm es
la relaci0n entre la potencia indicada y la potencia en el eje
COMPRESORES DE AIRE A PISTN Los compresores son mquinas que aspiran
el aire ambiente (a presin atmosfrica) y lo comprimen hasta
conferirle una presin superior. Existen diversos tipos de
compresores , as como toda una teora de clculo que no vamos a
exponer aqu, ya que el tema de estas pginas es el
tratamiento del aire a la salida del compresor. Sin embargo,
vamos a exponer someramente los diferentes tipos de compresores,
resaltando aquellas partes que conviene tener en cuenta por su
utilizacin posterior. COMPRESORES MONOFSICOS Los compresores
monofsicos (Fig. 6-4), disponen de una simple fase de compresin. Se
componen, en esencia, de un crter con cigeal , un mbolo de pistn, y
un cilindro. Para su refrigeracin , ste lleva en la parte exterior,
aletas. Son utilizados para aplicaciones en donde el caudal sea
limitado y en condiciones de servicio intermitente.
COMPRESORES BIFSICOS Los compresores bifsicos (dos etapas)
tienen la caracterstica principal de que el aire es comprimido en
dos fases ; en la primera fase (de baja presin ) , se comprime
hasta 2 a 3 kg/cm, y en la segunda fase (de alta presin), se
comprime hasta una presin mxima de 8 kg/cm. Pueden ser refrigerados
por aire o por agua , es decir, el refrigerador intermedio (entre
fases) puede actuar a base de un ventilador o en virtud de una
corriente de agua a travs del mismo. Normalmente, para potencias
hasta 100 CV, lo habitual es el empleo de refrigeradores por aire,
sin prejuicio de la facultad de dotarlos de una refrigeracin por
agua ; para potencias superiores, prepondera la aplicacin de la
refrigeracin por agua aunque tambin se utilice la refrigeracin por
aire. La potencia del electro ventilador del refrigerador
intermedio por aire est en funcin de la potencia del compresor, del
tipo de mquina y de las condiciones de trabajo. Los pistones y los
cilindros pueden estar dispuestos en V (Fig..6-5 y 6-6) y en L
(Fig. 6-7), montaje este ltimo que es el normal cuando un cilindro
es vertical.
Estos modelos de compresores son los ms usuales en la industria
en general cubriendo sus caudales una extensa gama que va desde
unos 1000 N l/min. a 10000 N l/min., aproximadamente, para los
modelos en V, y desde unos 10000 N l/min. 30000 N l/min. y ms para
los modelos en L. La presin mxima de trabajo acostumbra ser de 8
kg/cm , sin embargo, ltimamente se tiende a aumentar sta. En este
tipo de compresores la temperatura de salida del aire comprimido es
alrededor de los 130 C con una posible variacin de + 15 C. Los
compresores bifsicos (dos etapas) pueden ser de simple efecto y de
doble efecto .
COMPRESORES DE DOS ETAPAS SIMPLE EFECTO . En este tipo de
compresores, el recorrido del aire en la compresin se realiza en
dos etapas por medio de dos pistones, de los cuales uno hace la
compresin de la primera etapa, y el otro, la de la segunda. El
compresor, como puede verse en la vista en seccin de la Fig. 6-8,
aspira por el filtro de admisin F, el aire exterior que ha de
comprimir. Para pasar el aire a la cmara de compresin, es necesario
que las vlvulas de aspiracin VA1 se abran, lo que se realiza de una
forma automtica, ya que, al descender el pistn, se crea un vaco en
las cmaras de compresin C-1 y, debido a la presin atmosfrica,
resulta empujada dicha vlvula, dejando pasar el aire hasta que el
pistn llega al punto muerto inferior (PMI) al iniciar su ascenso,
aumenta la presin en las cmaras C-1, obligando a las vlvulas VA-1 a
cerrarse antes de que salga el aire que llenaba la cmara de
compresin. Como el pistn sigue su ascenso, el aire aspirado es
comprimido basta que la presin del mismo vence la fuerza de las
vlvulas de escape VE-1, con lo que stas se abren dejando pasar el
aire ya comprimido al refrigerador intermedio R, que es enfriado
por medio de un ventilador. En esta etapa podra alcanzarse la
presin que se deseara, pero se comprueba en la prctica, y
tericamente, que es antieconmico pretender presiones altas y
caudales igualmente altos a base de comprimir el aire en una sola
etapa,
pues es necesaria ms potencia y el aire sale ms caliente que
cuando se comprime en varias etapas (para presiones desde 4 a 12
kg/cm2 suelen emplearse compresores de dos etapas). As , para
evitar estos inconvenientes, se hace que el compresor comprima el
aire en dos etapas, pero, antes de realizar la segunda, se enfra el
aire prcticamente a la temperatura ambiente, con lo que se obtiene
un mayor rendimiento y un aire ms fro a la presin final de salida.
Segn esto, el aire se comprime a pocos kg de presin en la primera
etapa; luego se enfra y, seguidamente se realiza la segunda etapa o
de alta presin. El ciclo de aspiracin, compresin y escape es igual
que para la etapa de baja presin, si bien, en este caso, las cmaras
de compresin C-2 son ms pequeas, pues al estar comprimido en parte
el aire que penetra en ellas ocupa menos volumen que cuando lo hizo
en las cmaras C-1; igualmente sucede con las vlvulas VA2 y VE-2,
que pueden ser ms pequeas por necesitar menor superficie de paso
(en algunos tipos se colocan , para aspiracin de baja, dos vlvulas,
y lo mismo para escape de baja; y para aspiracin y escape de alta,
una para cada caso).
El movimiento de los pistones del compresor se logra por el
clsico mecanismo de biela-manivela; los rozamientos por
frotamientos se evitan transformando stos en rodaduras por medio de
cojinetes de agujas. COMPRESORES DE DOS ETAPAS DOBLE EFECTO Para
evitar los inconvenientes de los compresores de una etapa, en este
tipo de compresores la compresin del aire se realiza en dos etapas
por medio de un solo pistn, de los denominados diferenciales y,
dado que el compresor va provisto de dos pistones, el caudal de
aire suministrado es prcticamente el doble del que proporcionara un
compresor de dos pistones de simple efecto. La Fig. 6-9 nos muestra
la forma en que se realiza el ciclo, pudindose apreciar como el
compresor aspira aire exterior por filtros F. Para pasar el aire a
las cmaras de compresin, es necesario que las vlvulas de aspiracin
VA-1 se abran, lo que se realiza de forma automtica , pues, al
descender el pistn, se
crea un vaco en las cmaras de compresin C-1 y, debido a la
presin atmosfrica, resultan empujadas dichas vlvulas, dejando pasar
el aire hasta que los pistones llegan al punto muerto inferior
(MI); al iniciar los pistones su ascenso, aumenta la presin en las
cmaras C-1 obligando a las vlvulas VA-1 a cerrarse antes de que
salga el aire que llenaba las cmaras de compresin. Como los
pistones siguen su ascenso, el aire aspirado es comprimido hasta
que la presin vence la fuerza de las vlvulas de escape VE-1, con lo
que stas se abren, dejando pasar el aire comprimido al refrigerador
R, que es enfriado por medio de un ventilador. El compresor
comprime el aire en dos etapas, pero antes de realizarse la
segunda, enfra el aire, prcticamente hasta la temperatura ambiente
con lo que se obtiene un mayor rendimiento y un aire ms fro a la
presin final. Segn esto, el aire en la primera etapa se le comprime
a pocos Kg. de presin , luego se enfra y, seguidamente, se realiza
la segunda etapa o de alta presin. El ciclo de aspiracin compresin
y escape al depsito es igual que para la etapa de baja presin,
aunque , en este caso, las cmaras de compresin C-2 son ms pequeas,
pues, al estar comprimido en parte el aire que penetra en ellas,
ocupa menos volumen que cuando lo hizo en las cmaras C-1 igualmente
sucede con las vlvulas, que pueden ser mas pequeas por necesitar
menos superficie de paso (en algunos tipos se colocan para
aspiracin de baja, dos vlvulas, y lo mismo para escape de baja; y
para aspiracin y escape de alta , una para cada caso ) .
DISPOSICIN DE LOS CILINDROS En los compresores de cilindros, o a
pistn los fabricantes suelen utilizar diversas formas de montaje
para los mismos, siendo las ms frecuentes las que se de tallan en
la figura 6-10 y que son : 1) disposicin vertical, 2)
horizontal,
3) en L o en ngulo (90) y 4) de dos cilindros opuestos, debiendo
tambin incluir la disposicin en V muy adoptada para los compresores
pequeos. Los compresores verticales slo se utilizar para potencias
bastante pequeas, ya que los efectos de machaqueo relativamente
importantes producidos por esta disposicin conducen al empleo de
fundaciones bastante pesadas y voluminosas, en contraposici6n de
las disposiciones horizontales o en ngulo, las cuales presentan
cualidades de equilibrio tales que el volumen de las fundaciones se
reducen muchsimo . Para compresores pequeos, la disposicin en V es
la mas empleada . Para compresores grandes de doble efecto, se
recurre a la forma en L o en ngulo, con el cilindro de baja presin
vertical y el de alta presin horizontal.
TABLA DE CARACTERSTICAS TCNICAS DE LOS COMPRESORES A PISTN En
las tablas que siguen, se resumen a ttulo de informacin, las
caractersticas y datos necesarios para la eleccin del tipo adecuado
de compresor a pistn, entre los diversos modelos mencionados .
Todos ellos son para trabajar a una presin comprendida entre 6 y 7
Kg./cm2, la presin mxima de 8 Kg./cm, establecida como base
general, indica la presin lmite a la que pueden trabajar, no
siendo, por supuesto, recomendable hacer que un compresor trabaje
constantemente a su presin mxima. (Ver Pg. 14). COMPRESORES
ROTATIVOS
Se denominan compresores rotativos a aquellos grupos que
producen aire comprimido por un sistema rotatorio y continuo, es
decir, que empujan el aire desde la aspiracin hacia la salida,
comprimindolo. Se distinguen los siguientes tipos: - De tornillo :
esencialmente se componen de un par de rotores que tienen lbulos
helicoidales de engrane constante. - De paletas : el rotor es
excntrico en relacin a la carcasa o el cilindro, y lleva una serie
de aletas que se ajustan contra las paredes de la carcasa debido a
la fuerza centrfuga. - Tipo Roots : consisten en una envolvente
elptica con una rueda de paletas giratoria.
COMPRESORES DE TORNILLO El estudio del primer compresor rotativo
de tornillo, lo realiza en 1934 el profesor Alf Lysholm .El
principio de funcionamiento de este compresor est esquematizado en
la figura 6-15. Lo que esencialmente constituye el compresor de
tornillo, es un par de rotores que tienen lbulos helicoidales de
engranaje constante. Los rotores van montados en un crter de hierro
fundido provisto de una admisin para aire en un extremo y una
salida en el otro. El tornillo macho tiene normalmente cuatro
lbulos y el hembra seis. El tornillo macho ha girado 1/4, el hembra
1/6 de revoluciones, en cada una de las figuras de] diagrama (Fig.
6-15) . Segn giran los rotores , los espacios que hay entre los
lbulos van siendo ofrecidos al orificio de admisin y el incremento
de volumen experimentado provoca un descenso de presin, con lo que
dichos espacios empiezan a llenarse de aire (A). Al mismo tiempo se
inyecta aceite sometido a presin neumtica en el aire entrante; no
hay bomba de aceite. Cuando los espacios interlobulares estn
completamente cargados de aire, la rotacin , que prosigue, cierra
el orificio de admisin y comienza la compresin (B) El volumen de
aire que hay entre los rotores en engrane continuo sufre an mayor
reduccin (E). Cuando se alcanza la presin final a que se somete el
aire, el espacio interlobular queda conectado con el orificio de
salida (D). la
mezcla descargada de aire/aceite pasa por un separador que
elimina las partculas de aceite. Entonces fluye el aire limpio por
la tubera neumtica
Como estos compresores pueden girar a mayor velocidad que los
dems resultan apropiados especialmente en instalaciones que
necesitan gran capacidad de aire comprimido.
Compresor a tornillo en proceso de construccin COMPRESORES DE
PALETAS. Los compresores rotativos de paletas (Fig.6-16) pueden ser
de una o de dos etapas. Los de una etapa alcanzan presiones
efectivas de 0,5 a 4 Kg./cm2, y los de dos etapas, presiones de 3 a
8 Kg./cm2; el volumen de aire oscila entre 100 a 2500 N m3/h Su
funcionamiento est ilustrado en la Fig. 6-16. El rotor R. que es
excntrico respecto a la carcasa por efecto de la fuerza centrfuga.
Debido a la posicin excntrica de los cojinetes del rotor, en cada
revolucin las aletas se deslizan hacia fuera y hacia dentro de las
ranuras del mismo.
El volumen creado entre dos aletas disminuye durante la rotacin
hacia la cmara de presin, desde donde se suministra el aire
comprimido. Un compresor de paletas es una mquina equilibrada,
apropiada para la conexin directa a un motor de velocidad
relativamente alta. Sin embargo, su bajo rendimiento le impide
competir con los compresores de pistn en la mayora de los casos Es
apropiado para trabajos en los que slo se necesita baja presin.
Adems, con el uso, su rendimiento disminuye y el consumo de
lubricante es elevado.
COMPRESORES TIPO ROOTS Los compresores Roots (Fig. 6-17)
conocidos tambin con el nombre de soplantes tienen un amplio campo
de aplicacin para bajas presiones. Estos compresores tienen dos
rotores de igual forma, por lo cual no pueden realizan compresin
interior ya que el volumen de las cmaras de trabajo no disminuye
durante la rotacin. El retorno de presin. que tiene lugar en la
cmara de trabajo al efectuarse la apertura hacia la cmara de
presin, requiere mayor consumo de potencia que en el caso de la
compresin interior, por lo cual no se deben alcanzar compresiones
muy superiores a los 0,8 Kg./cm . Ello se debe a la razn citada y,
adems a que se producirn prdidas demasiado elevadas a travs de los
intersticios al ser relativamente cortas las lneas de cierre entre
rotor y carcasa. Con compresores de este tipo se pueden alcanzar
elevaciones de presin de unos 2 Kg./cm resultando adecuado
especialmente su montaje sobre camiones-silo para la impulsin
neumtica de materiales a granel, debido a su suave funcionamiento y
a su favorables dimensiones constructivas.
NUEVOS DESARROLLOS EN LOS COMPRESORES ROTATIVOS a) De paletas El
empleo industrial de los compresores de paletas quedaba limitado,
por sus propias peculiaridades, para ciertos casos particulares.
Estn considerados como compresores de una etapa para presiones de
hasta 5 Kg./cm , y su bajo rendimiento les impeda competir con los
compresores de pistn en la mayora de los casos; por ello, su
utilizacin solamente era recomendada para trabajos en los que ,
nicamente se necesitase baja presin . Sin embargo , por los aos
setenta, dado l avance tecnolgico experimentado por el aire
comprimido, se empiezan a comercializar compresores de paletas que
alcanzan presiones mximas (a pleno caudal en la descarga del grupo)
de.8 Kg./cm y volmenes de aire que oscilan entre 90 y 515 N m/h,
para una potencia nominal del motor entre los 15 y 75 CV. Poseen
una ventaja muy a tener en cuenta : dado el alto nivel de ruido que
producen los compresores de pistn , y es la insonorizacin grupo por
medio de un dispositivo que baja sensiblemente el nivel sonoro de
la central de aire . Por otro lado, el arcaico diseo del compresor
de pistn queda marginado y se configura un modelo industrial de
atrayente aspecto, que sigue la lnea cubista en su formato, con una
carcasa metlica que agrupa todos los elementos, desde el depsito de
aire hasta el cuadro de maniobras de arranque directo . La notable
disminucin de la temperatura mxima del aire en la descarga para una
temperatura ambiente de 20 C , que se sita entre los 100 C permite
utilizar el aire comprimido tal y como fluye del compresor, sin
necesidad de aplicarle un refrigerador posterior. Sin embargo , en
caso de necesitar un aire fro para su utilizacin la adicin de un
refrigerador posterior enfriado por agua o por aire no alcanza las
proporciones de un refrigerador normal, debido a que el salto
trmico es menor que para los compresores de pistn. Dado que en este
tipo de compresores la descarga se efecta sin pulsaciones, puede
eliminarse la necesidad de un depsito de aire , la regulacin
asegura una presin constante en la descarga para un caudal variable
de 0 a 100%. Si la regulacin de la presin se efecta a 7 Kg./cm2,
sta vara slo de 7 Kg./cm2 a plena carga hasta 7,35 Kg./cm2 a caudal
nulo. Funcionamiento El aire exterior es introducido en el rotor
monobloque del compresor , a travs de los paneles filtrantes
exteriores que se encuentran en chasis metlico del compresor , y es
recogido por un ventilador que est montado sobre el acoplamiento
flexible motor compresor . La accin del ventilador impulsa aire al
compresor por medio del filtro de aspiracin , al mismo tiempo que
asegura la refrigeracin del aceite en el radiador y proporciona un
enfriamiento suplementario. al motor , ya que el compresor rotativo
de paletas esta refrigerado por aceite.
La tubuladura de aspiracin se encuentra a la derecha del
cilindro , y la de descarga a la Izquierda. El rotor gira alrededor
de un eje excntrico. En la aspiracin, las paletas, que se aplican
contra las paredes del cilindro por efecto de la fuerza centrfuga,
deslizan sus ranuras hasta el punto de mnima excentricidad, situado
en la parte alta del cilindro. El aire aprisionado en el volumen
comprendido entre dos paletas consecutivas en comprimido cuando la
rotacin contina y el volumen disminuye. En la parte alta del
cilindro, donde comienza la compresin, se inyecta una cierta
cantidad de aceite a travs de los orificios calibrados y de los
alojamientos de los rodamientos de rodillos. Este aceite, filtrado
y refrigerado, absorbe el calor producido por la compresin, segn
puede verse en la figura 6-18 representativa del principio de
compresin .
b) De tornillo Desde que se construy el primer prototipo de
compresor rotativo de tornillo, hasta nuestros das, el referido
compresor ha sufrido una evolucin industrial considerable. Uno de
los rasgos definitivos de estos primeros compresores a tornillo era
que todos funcionaban con cmaras de compresin libres de aceite. A
fines de la dcada de los 50 se produjo otra innovacin: el uso del
compresor a tornillo con inyeccin de aceite en las cmaras de
compresin. Este tipo de compresor a tornillo fue pensado, en
principio, para uso en unidades porttiles, pero ms tarde pas a
emplearse en versiones estacionarias. Sin embargo, los compresores
de tornillo tenan algunos factores especficos que contribuan a
limitar su campo de operaciones, tales como rotura de rotores si
ocurran dificultades en su marcha, percances sensibles en los
rodamientos, incidencia del diseo del perfil de los rotores en las
caractersticas de eficiencia, nivel de ruido bastante alto y de
elevada frecuencia, por cuyas razones la utilizacin de un compresor
de tornillo quedaba relegada a instalaciones que necesitaban gran
capacidad de aire comprimido.
La bsqueda de nuevos perfeccionamientos para el compresor a
tornillo dio origen a una cuidadosa investigacin en el diseo de una
nueva generacin de compresores a tornillo, con la intencin de
eliminar aquellas desventajas. Las principales caractersticas de
las mejoras obtenidas son: a) La adopcin de un nuevo perfil de
rotor para mejorar la seguridad mecnica y mejor eficacia,
particularmente en unidades de menor capacidad. b) Cierre de la
estanquidad de grafito sobre fundicin. c) El uso de un sistema
especial de refrigeracin para los elementos del compresor, a fin de
asegurar una expansin uniforme entre la carcasa y los rotores bajo
todo tipo de condiciones de funcionamiento. La Fig. 6-19 muestra el
nuevo aspecto de los compresores rotativos de tornillo dentro de un
chasis metlico que centraliza todos los componentes que integran su
funcionamiento.
Regulacin Al objeto de adaptar el caudal suministrado por el
compresor al consumo que flucta, se debe proceder a ciertas
regulaciones del compresor. Existen diferentes clases de
regulaciones. El caudal vara entro dos valores lmites ajustados
(presiones mxima y mnima). Regulacin de marcha en vaco a) Regulacin
por escape a la atmsfera b) Regulacin por aislamiento de la
Regulacin de carga parcial a) Regulacin de velocidad de rotacin b)
Regulacin por estrangulacin de la Regulacin por intermitencias
aspiracin c) Regulacin por apertura de la aspiracin
aspiracin
Regulacin de marcha en vaco: a) Regulacin por escapo a la
atmsfera En esta simple regulacin se trabaja con una vlvula
reguladora de presin a la salida del compresor. Cuando en el
depsito (red) se ha alcanzado la presin deseada, dicha vlvula abre
el paso y permite que el aire escape a la atmsfera. Una vlvula
antirretorno impide que el depsito se vace (slo en instalaciones
muy pequeas). b) Regulacin por aislamiento de la aspiracin En este
tipo de regulacin se bloquea el lado de aspiracin. La tubuladura de
aspiracin del compresor est cerrada. El compresor no puede aspirar
y sigue funcionando en el margen de depresin. Esta regulacin se
utiliza principalmente en los compresores rotativos y tambin en los
de mbolo oscilante. Para ver el grfico seleccione la opcin
"Descargar" del men superior c) Regulacin por apertura de la
aspiracin Se utiliza en compresores de mbolo de tamao mayor. Por
medio de una mordaza se mantiene abierta la vlvula de aspiracin y
el aire circula sin que el compresor lo comprima. Esta regulacin es
muy sencilla. Para ver el grfico seleccione la opcin "Descargar"
Regulacin de carga parcial e) Regulacin de la velocidad de rotacin
El regulador de velocidad del motor de combustin interna se ajusta
en funcin de la presin de servicio deseada, por medio de un
elemento de mando manual o automtico. Si el accionamiento es
elctrico, la velocidad de rotacin puede regularse de forma
progresiva empleando motores de polos conmutables. No obstante,
este procedimiento no es muy utilizado. b) Regulacin del caudal
aspirado Se obtiene por simple estrangulacin de la tubuladura de
aspiracin. El compresor puede ajustarse as a cargas parciales
predeterminadas. Este sistema se presenta en compresores rotativos
o en turbocompresores. Regulacin por Intermitencias Con este
sistema, el compresor tiene dos estados de servicio (funciona a
plena carga o est desconectado). El motor de accionamiento del
compresor se para al alcanzar la presin Pmax. Se conecta de nuevo y
el compresor trabaja, al alcanzar el valor mnimo Pmin. Los momentos
de conexin y desconexin pueden ajustarse mediante un presstato.
Para mantener la frecuencia de conmutacin dentro de los lmites
admisibles, es necesario prever un depsito de gran capacidad.
Regulacin intermitente COMPRESORES AXIALES El aire en un
compresor axial, fluye en la direccin del eje del compresor a travs
de una serie de labes mviles o labes del rotor acoplados al eje por
medio de un disco y una serie de labes fijos o labes del estator
acoplados a la carcasa del compresor y concntricos al eje de
rotacin. Cada conjunto de labes mviles y labes fijos forman una
etapa del compresor. El aire es tomado por el conjunto de labes
mviles e impulsado hacia atrs en sentido axial y entregado al
conjunto de labes fijos con una mayor velocidad. Los labes fijos o
labes del estator actan como difusor en cada etapa, transformando
la energa cintica del aire en energa potencial en forma de presin y
a su vez, dan al flujo el ngulo adecuado para entrar en los labes
mviles de la siguiente etapa.Cada etapa de un compresor axial
produce un pequeo incremento en la presin del aire, valores que
rara vez superan relaciones de 1.1:1 a 1.2:1 (4). Un mayor
incremento de presin en un compresor axial se logra instalando
varias etapas, presentndose una reduccin en la seccin transversal a
medida que el aire es comprimido. (Haga click sobre la grfica para
ver la animacin)
Compresor axial Algunas de las ventajas ms importantes de los
compresores axiales frente a los compresores centrfugos,
especialmente para aplicaciones aeronuticas, son
Eficiencias mximas debidas al efecto ram que se presenta como
consecuencia de su diseo axial. Mayores relaciones de presin
obtenibles mediante mltiples etapas de compresin. Una menor rea
frontal y en consecuencia menor resistencia al avance. Menores
prdidas de energa debido a que no existen cambios considerables en
la direccin del flujo de aire.
Desventajas ms importantes frente a los compresores centrfugos.
Difcil manufactura y altos costos de produccin.
Peso relativamente mayor al del compresor centrfugo por la
necesidad de un mayor nmero de etapas para la misma relacin de
presin. Alto consumo de potencia durante el arranque. Bajo
incremento de presin por etapa.
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE UN COMPRESOR AXIAL Es comn
encontrar compresores axiales en los cuales se instala a la entrada
una serie de labes gua que actan como toberas, a travs de los
cuales hay una disminucin en la presin esttica del aire y un
incremento en la velocidad. Los labes gua se instalan con un ngulo
especfico de tal forma que vara la direccin del flujo de aire,
dndole una componente tangencial a la velocidad en la direccin del
movimiento del rotor. En la animacin se muestra el comportamiento
del flujo a travs de los labes gua y la primera etapa del compresor
en la cual los labes mviles y los labes fijos tienen la misma
geometra.
El flujo de aire entra a los labes mviles del compresor con
velocidad y ngulo absoluto de entrada iguales a la velocidad y
ngulo absoluto de salida de los labes gua . La velocidad del flujo
con respecto a los labes mviles o velocidad relativa de entrada ser
la resta vectorial de la velocidad absoluta de entrada y la
velocidad del labe (Vb). (Haga click sobre la figura para verla en
tamao completo)
Tringulos de velocidades en una etapa de un compresor axial
Suponiendo que la componente axial de la velocidad (Vf ) del flujo
de aire a travs del compresor es constante, el trabajo del
compresor producir un
cambio en la magnitud y direccin de la velocidad absoluta y por
lo tanto una variacin en sus componentes en la direccin de
volteo
BIBLIOGRAFIA.
http://www.proyectosfindecarrera.com/tipos-compresores.htm
http://sitioniche.nichese.com/compresor.html
http://sitioniche.nichese.com/tipos.html
es.wikipedia.org/wiki/Compresor_(mquina)
http://www.itc.edu.co/carreras_itc/mantenimiento/aire/compresores.htm
http://www.relacind.com.ar/airproductstornillo.htm
http://html.rincondelvago.com/compresores.html
http://www.monografias.com/trabajos23/bombas-y-compresores/bombas-ycompresores.shtml#compresor