Bombas, Valvulas y Compresores

BOMBAS, VALVULAS Y COMPRESORES

INTRODUCCIÓN CLASIFICACION Y TIPOS DE BOMBAS DES ESC CRI RIP PCI CIÓN ÓN DE BOMB BOMBAS AS DE DE DESP SPLA LAZA ZAM MIE IENT NTO O PO POSI SIT TIV IVO O Bombas rotatorias Bombas de Leva y Pistón Bombas de engranajes externos Bombas de engranajes internos Bombas lobulares Bombas de tornillo Bombas de aspas Bombas alternativas Tipos de bombas alternativas Bombas de acción directa Bombas de potencia Bombas de potencia de baja capacidad Bombas de diafragma Turbobombas ELEMENTOS CONSTITUTIVOS CONSTITUTIVOS DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS CENTRÍFUGAS Bombas para impulsión de aguas residuales Bombas de cámara partida Bombas de flujo axial Bombas de tornillo Bombas sumergibles Bombas dilaceradoras Bombas de tornillo excéntricas Bombas de emulsión por aire (air-lift)

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Problemas de funcionamiento de las bombas CLASIFICACION Y TIPO DE VALVULAS Como seleccionar una válvula Válvula tipo Compuerta Válvula tipo cono o macho Válvula tipo bola Válvula tipo Cuchilla o Guillotina Válvula tipo globo Válvula tipo driafragma Válvula tipo Mariposa o Butterfly Válvula tipo Aguja Válvula Reguladora de Presión (o Temperatura) Válvula tipo Pinch o Apriete Válvula tipo Retención o Check - 1o parte Válvula tipo Retención o Check - 2o parte Válvula de Retención tipo Duocheck (wafer) Válvula tipo Alivio o Seguridad Partes de la válvula de control. CLASIFICACION Y TIPOS DE COMPRESORES Estructura de los compresores Descripción de compresores de desplazamiento positivo Compresores alternativos o de embolo Tipos de compresores Alternativos o de Émbolo Compresor de émbolo oscilante Compresores rotatorios Compresor Axial Compresores Rotatorios Compresor de tornillo: rotor único Compresor Helicoidal de rotor único Compresor de tornillo: 2 rotores Compresor Scroll 2

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Compresor centrifugo Compresor Inverter Compresor rotativo: excéntrica o rodillo Compresor rotativo: Paletas Compresor alternativo Compresor alternativo Compresor simple Compresor de etapas multiples

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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: • 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 parea líquidos. Estas trabajan simultáneamente con la presión atmosférica de forma que esta impulse el liquido 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.

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CLASIFICACION Y TIPOS DE BOMBAS Las bombas son máquinas en las cuales se produce una transformación de la energía mecánica en energía hidráulica (velocidad y presión) comunicada al fluido que circula por ellas. Atendiendo al principio de funcionamiento, pueden clasificarse en los siguientes grupos: - Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas: En ellas se cede energía de presión al fluido mediante volúmenes confinados. Se produce un llenado y vaciado periódico de una serie de cámaras, produciéndose el trasiego de cantidades discretas de fluido desde la aspiración hasta la impulsión. Pueden a su vez subdividirse en alternativas y rotativas. Dentro del primer grupo se encuentran las bombas de pistones y émbolos; al segundo pertenecen las bombas de engranajes, tornillo, lóbulos, paletas, etc (fig. 1).

Fig. 1 bombas de desplazamiento positivo o volumétricas

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DESCRIPCIÓN DE BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Bombas rotatorias Las bombas rotatorias, son unidades de desplazamiento positivo, consisten de una caja fija que contiene engranajes, aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, etc., que operan con un claro mínimo. En lugar de “arrojar” el liquido, como en una bomba centrífuga, una bomba rotatoria lo atrapa, lo empuja contra la caja fija. La bomba rotatoria descarga un flujo continuo. Aunque generalmente se les considera como bombas para líquidos viscosos, las bombas rotatorias no se limitan a este servicio solo, pueden manejar casi cualquier liquido que este libre de sólidos abrasivos. Tipos de bombas rotatorias: Bombas de Leva y Pistón También llamadas “Bombas de émbolo rotatorio”, consisten de un excéntrico con un brazo ranurado en la parte superior (Fig. 2). La rotación de la flecha hace que el excéntrico atrape el liquido contra la caja. Conforme continúa la rotación, el liquido se fuerza de la caja a través de la ranura a la salida de la bomba.

Fig. 2

Bombas de leva y pistón

Bombas de engranajes externos Estas constituyen el tipo rotatorio mas simple. Conforme los dientes de los engranajes se separan en el lado de succión de la bomba (Fig. 2), el liquido llena el espacio entre ellos. Este se conduce en trayectoria circular hacia fuera y es exprimido al engranar nuevamente los dientes.

Fig. 3 Bombas de engranajes externos

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Bombas de engranajes internos Este tipo (Fig. 4) tiene un motor con dientes cortados internamente y que encajan en un engrane loco, cortado externamente. Puede usarse una partición en forma de luna creciente para evitar que el liquido pase de nuevo al lado de succión de la bomba.

Fig. 4 Bombas de engranajes internos Bombas lobulares Éstas se asemejan a las bombas del tipo de engranajes en su forma de acción, tienen dos o mas motores cortados con tres, cuatro, o mas lóbulos en cada motor (Fig. 5, 6 y 7). Los motores se sincronizan para obtener una rotación positiva por medio de engranajes externos. Debido al que el liquido se descarga en un numero mas reducido de cantidades mayores que en el caso de la bomba de engranajes, el flujo del tipo lobular no es tan constante como en la bomba del tipo de engranajes.

Fig. 5

Fig 6

Fig 7

Bombas de tornillo

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Estas bombas tienen de uno a tres tornillos roscados convenientemente que giran en una caja fija. Las bombas de un solo tornillo (Fig. 8) tienen un motor en forma de espiral que gira excéntricamente en un estator de hélice interna o cubierta. Las bombas de dos y tres tornillos (Fig. 9 y 10) tienen uno o dos engranajes locos, respectivamente, el flujo se establece entre las roscas de los tornillos, y a lo largo del eje de los mismos.

Fig. 8 bombas de un solo tornillo

Fig. 9 y 10 bombas de dos y tres tornillos

Bombas de aspas Las bombas de aspas oscilantes (Fig. 11) tienen una serie de aspas articuladas que se balancean conforme gira el motor, atrapando al liquido y forzándolo en el tubo de descarga de la bomba. Las bombas de aspas deslizantes (Fig. 12) usan aspas que se presionan contra la carcaza por la fuerza centrífuga cuando gira el motor. El liquido atrapado entre las dos aspas se conduce y fuerza hacia la descarga de bomba.

Fig. 11 bombas de aspas oscilantes Fig. 12 bombas de aspas deslizantes

Bombas alternativas

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Las bombas alternativas o reciprocantes son también unidades de desplazamiento positivo descargan una cantidad definida de liquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia de carrera. Tipos de bombas alternativas El flujo de descarga de las bombas centrífugas y de la mayor parte de las bombas rotatorias es continuo. Pero en las bombas alternativas el flujo pulsa, dependiendo del carácter de la pulsación del tipo de bomba y de que esta tenga o no una cámara de colchón. Igual que otras bombas, las bombas alternativas no succionan los líquidos. Reducen solamente la presión en la cámara de succión y la presión externa, generalmente la atmosférica, empuja el liquido en la bomba. Para cualquier bomba con una línea de succión de tamaño dado, la capacidad o velocidad máxima viene fijada por la columna de succión neta positiva. Existen básicamente dos tipos de bombas alternativas: • las de acción directa, movidas por vapor • las bombas de potencia. Bombas de acción directa En este tipo, una varilla común de pistón conecta un pistón de vapor y uno de liquido (Fig. 13) o émbolo (Fig. 14). Las bombas de acción directa se construyen, simplex (un pistón de vapor y un pistón de liquido respectivamente) y duplex (dos pistones de vapor y dos de liquido).

Fig. 13 Las bombas de acción directa horizontales simples y duplex, han sido por mucho tiempo muy usadas para diferentes servicios, incluyendo alimentación de calderas en presiones de bajas a medianas, manejo de lodos, bombeo de aceite y agua, etc. Se caracterizan por la facilidad de ajuste de columna, velocidad y capacidad. Al igual que todas las bombas alternativas, las unidades de acción directa tienen un flujo de descarga pulsante.

Fig. 14

Bombas de potencia

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Estas (Fig. 15 a 16) tienen un cigüeñal movido por una fuente externa (generalmente un motor eléctrico), banda o cadena. Frecuentemente se usan engranajes entre el motor y el cigüeñal para reducir la velocidad de salida del elemento motor. El extremo liquido que puede ser del tipo de pistón o émbolo desarrollara una presión elevada cuando se cierra la válvula de descarga. Por esta razón es común el proporcionar una válvula de alivio para descarga, con objeto de proteger la bomba y su tubería. Las bombas de acción directa se detienen cuando la fuerza total en el pistón del agua iguala a la del pistón de vapor; las bombas de potencia desarrollan una presión muy elevada antes de detenerse. Esta es varias veces la presión de descarga normal de las bombas de potencia. Las bombas de potencia se encuentran particularmente bien adaptadas para servicios de alta presión y tienen algunos usos en la alimentación de calderas, bombeo en líneas de tuberías, procesos de obtención de petróleos y aplicaciones similares. Las bombas de potencia en los primeros diseños eran generalmente movidas por vapor. En el presente, sin embargo, es mas común el movimiento por motor eléctrico o de combustión interna debido a que este arreglo da una instalación mas económica compacta y requiere menos mantenimiento. Las bombas de potencias del tipo émbolo de alta presión pueden ser horizontales o verticales (Fig. 17 y 18).

Fig. 15 y 16 bombas de potencia con cigüeñal movido por una fuente externa

Fig. 17 y 18 bombas de potencia de tipo embolo de alta presión

Bombas de potencia de baja capacidad

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Estas unidades se conocen también como bombas de capacidad variable, volumen controlado y de proporción. Su uso principal es para controlar el flujo de pequeñas cantidades de liquido para alimentar calderas, equipos de procesos y unidades similares. Como tales ocupan un lugar muy importante en muchas operaciones industriales en todo tipo de plantas.

Fig. 19 La capacidad de estas bombas puede variarse cambiando la longitud de la carrera. La unidad en la figura 19 usa un diafragma para bombear el liquido que se maneja, pero el diafragma esta accionado por un émbolo que desplaza aceite dentro de la cámara de la bomba. Cambiando la longitud de la carrera del émbolo se varia el desplazamiento del diafragma. Bombas de diafragma

La bomba combinada de diafragma y pistón (Fig. 20) generalmente se usa solo para capacidades pequeñas. Un diafragma de material flexible no metálico puede soportar mejor la acción corrosiva o erosiva que las partes metálicas de algunas bombas alternativas. Las bombas de diafragma (Fig. 20 y 21 se usan para gastos elevados de líquidos, ya sea claros o conteniendo sólidos. También son apropiados para pulpas gruesas, drenajes, lodos, soluciones ácidas y alcalinas, así como mezclas de agua con sólidos que pueden ocasionar erosión. La bomba de rocío de diafragma de alta velocidad y pequeño desplazamiento (Fig. 21) esta provista de una succión del tipo discoidal y válvulas de descarga. Ha sido diseñada para manejar productos químicos.

Fig. 20 bomba combinada de diafragma y pistón

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Fig. 21 bomba de rocío de alta velocidad

Turbobombas La turbobomba es una máquina hidráulica que cede energía al fluido mediante la variación del momento cinético producido en el impulsor o rodete. Atendiendo a la dirección del flujo a la salida del rodete, pueden clasificarse en: • Centrífugas: el flujo a la salida del rodete tiene dirección perpendicular al eje (flujo radial). •  Axiales: dirección del flujo a la salida es paralela al eje (flujo axial). • Helicocentrífugas: el flujo es intermedio entre radial y axial (flujo mixto). La forma del rodete y de la carcasa son variables según el tipo de bomba centrífuga. En las bombas de flujo radial el líquido entra axialmente en el rodete por la boquilla de aspiración y se descarga radialmente hacia la carcasa. En las bombas de flujo mixto el líquido entra axialmente en el rodete y se descarga en una dirección entre la radial y la axial. En las bombas de flujo axial el líquido entra y sale del rodete axialmente (fig. 22).

Fig. 22 bombas de flujo radial, mixto y axial

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ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS Una bomba centrífuga se compone de dos elementos principales:

• Un rodete o impulsor, constituido por álabes que producen un cambio en el momento cinético

del fluido, de modo que su velocidad y presión a la salida son superiores a las de la entrada. • Voluta, encargada de conducir al fluido desde la salida del rodete hasta la brida de descarga. Esta formada por un conducto cuya sección aumenta gradualmente hasta alcanzar la salida de la bomba. En ella, parte de la energía de velocidad se transforma en energía de presión, reduciéndose las pérdidas por fricción. Es frecuente la existencia a la salida del rodete, de un difusor constituido por álabes fijos y cuya misión es la de contribuir a esta transformación de energía cinética en energía de presión (fig. 23).

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Otros elementos existentes en la mayoría de los modelos de bombas, se muestran en la figura 23

Fig. 23 vista seccional de una bomba de aspiración axial con impulsor voladizo El sellado del eje constituye un elemento de gran importancia en el funcionamiento de una bomba, pues evita de forma completa o parcial, la evolución del fluido bombeado al exterior. Existen dos tipos fundamentales de dispositivos para sellar el eje de una bomba: el sellado o cierre por empaquetadura, consistente en un prensaestopas que ajustado adecuadamente, limita el caudal de fluido que sale al exterior a una pequeña cantidad, que resulta, por otra parte, necesaria pues de lo contrario no habría refrigeración de la estopa, se quemaría y resultaría inservible. La figura 24 representa.

Fig. 24 vista seccional de una bomba con cierre por empaquetadura

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La otra posibilidad la constituye el cierre mecánico, que se compone de dos elementos uno fijo a la carcasa que recibe el nombre de asiento y otro móvil que gira con el eje de la bomba y que se denomina cara. Por medio de un resorte y la propia presión del fluido bombeado, la cara desliza sobre el asiento de forma que no existe ningún escape de fluido al exterior. El inconveniente de este tipo de cierres es que dejan la bomba inutilizada cuando se estropean, con los problemas que ello puede ocasionar en estaciones de bombeo destinadas a operar ininterrumpidamente. En el caso de cierre por empaquetadura, si la fuga de fluido aumenta eventualmente, bastará con actuar sobre el prensa estopas, lo que permitirá a la maquina seguir funcionando (fig. 25).

Fig. 25 prensa estopas

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Bombas para impulsión de aguas residuales Bombas centrífugas con impulsor en voladizo Se caracterizan por tener los cojinetes a un lado del impulsor de manera que éste queda en voladizo. La aspiración se produce en dirección axial, esto es, en la dirección del eje, mientras que la brida de descarga se sitúa por encima de la voluta. Las de menor tamaño pueden compartir eje con el motor, formando un conjunto único. Por el contrario, en las de tamaño medio y grande, la bomba y el motor son independientes. Ambos se unen por medio de un acoplamiento, lo que permite que bomba y motor puedan ser seleccionados independientemente uno de otro.

Fig. 26 bomba centrifuga con impulsor en voladizo La disposición puede ser horizontal o vertical. La opción vertical presenta la ventaja de ocupar menos espacio que la horizontal.

Fig. 27 bomba centrifuga vertical

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 Admite distintos tipos de impulsores en función de las características del fluido a impulsar (tamaño de los sólidos en suspensión, viscosidad, etc.) Bombas de cámara partida En las bombas de cámara partida, el cuerpo de la bomba se encuentra dividido por un plano horizontal a la altura del eje. Ello supone una indudable ventaja en el mantenimiento y reparación, pues esta disposición constructiva permite acceder a los elementos internos de la bomba (eje, impulsor, cojinetes, etc.) sin tener que desacoplarla del motor; bastará con levantar la tapa superior del cuerpo de la bomba (fig. 28).

Fig. 28 bomba de cámara compartida Normalmente incorporan un rodete de doble aspiración que, además de impulsar grandes caudales, permite compensar los esfuerzos axiales de un lado con los del lado opuesto. El agua bombeada no debe contener sólidos en suspensión de gran tamaño, pues producirían la obturación del rodete.

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Bombas de flujo axial Las bombas de flujo axial se emplean para bombear grandes caudales a poca altura. Son más baratas que las bombas de flujo radial o mixto (fig. 29). Con frecuencia se emplean para el bombeo del efluente tratado de una estación depuradora o aguas pluviales sometidas a un desbaste previo. No deben utilizarse para bombear agua residuales sin tratar.

Fig. 29 bomba de flujo axial Bombas de tornillo Pertenecen al grupo de las bombas de desplazamiento positivo. Se basan en el principio del tornillo de Arquímedes (fig. 30), consistente en un eje giratorio inclinado que lleva ensamblado una serie de chapas formando una superficie helicoidal que produce una elevación del fluido en su movimiento de rotación. Estas bombas presentan dos ventajas sobre las bombas centrífugas en el bombeo de aguas residuales:

• Utilizan sólidos de gran tamaño sin que por ello se atasquen. • Funcionan con velocidad constante para una gran variedad de caudales con rendimientos bastante notables.

Pueden tener tamaños desde 0.3 a 3 m. de diámetro exterior y sus capacidades oscilan desde 0.01 a 3.2 m3/s. Las bombas de tornillo están inclinadas un ángulo normalizado de 30o a 38o; en el caso de 30o la bomba tiene mayor capacidad pero ocupa más espacio que si se emplea un ángulo de 38o. Se limita la altura de bombeo a unos 7 m. El régimen de giro oscila entre 30 y 50 rpm y alcanzan rendimientos de un 80% a capacidad máxima.

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Destaca su uso en el bombeo de aguas residual a baja altura, fangos de retorno o efluentes tratados.

Fig. 30 bombas de tornillo

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Bombas sumergibles Como su nombre indica, motor y bomba se encuentran bajo la superficie libre del liquido (fig. 31). Suponen una solución para el bombeo en el caso de instalaciones con poco NPSH disponible o alturas de aspiración excesivamente elevadas. Como inconveniente es necesaria la extracción competa de la tubería para su mantenimiento.

Fig. 31 bombas sumergibles

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Bombas dilaceradoras  A la vez que impulsan agua, el rodete dotado de alabes con elementos de corte dilacera los sólidos en suspensión (fig. 32). Su rendimiento no es muy elevado.

Fig. 32 bombas dilaceradoras Bombas de tornillo excéntricas De utilidad para la impulsión de líquidos con gran viscosidad y alto contenido de sólidos (fig. 33). Se emplean para el bombeo de lodos y fangos activos.

Fig. 33 bomba de tornillo excéntricas

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Bombas de emulsión por aire (air-lift) Están constituidas por una tubería de impulsión a la que se inyecta aire a presión por su parte inferior. Con ello se produce una mezcla aire-agua de densidad inferior a la del agua circundante, con tendencia a ascender (fig. 34). Se utilizan para alturas de elevación pequeñas de hasta 1,5 m con rendimientos mediocres entorno al 30%. La ventaja principal de este tipo de bomba es que al carecer de elementos móviles son inatascables.

Fig. 34 bomba de emulsión por aire

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Problemas de funcionamiento de las bombas Las características de las bombas deben ser compatibles con las condiciones reales de funcionamiento. Antes de aplicar una bomba, conviene hacer un análisis de las características del sistema de funcionamiento, en el cual deben tenerse en cuenta los siguientes factores:

• • • • • • •

Capacidad con descripción de las posibles variaciones Presiones máxima y mínima, pulsaciones y variaciones Plan completo de las condiciones de succión Margen de la temperatura de funcionamiento Propiedades del liquido: densidad, viscosidad, corrosión, abrasión y comprensibilidad  Accionamiento y control Clasificación del servicio en continuo o intermitente

Los caracteres mecánicos de las bombas son impuestos por las condiciones de la operación, como presiones, temperaturas, condiciones de succión y liquido bombeado. Los caracteres hidráulicos son inherentes a cada tipo de bomba y están influidos por la densidad, viscosidad, tipo de accionamiento y tipo de control. El diseño mecánico se basa en la presión que ha de manejarse y es importante la revisión de los valores máximos, cargas de choque y variaciones de presión antes de elegir la bomba. Los materiales utilizados para las partes componentes deben determinarse de acuerdo con las exigencias de resistencia mecánica, resistencia a la corrosión y a la erosión o a la combinación de estas. Las velocidades en los pasajes de la bomba son mucho mas altas que las que se dan en las tuberías y vasijas de presión, con la consecuencia de que los efectos corrosivos o abrasivos del liquido. Es posible que la duración de la bomba sea muy limitada a causa del alto grado de corrosión y erosión, y a veces esta justificado el empleo de materiales resistentes en las zonas criticas. También las temperaturas por encima de 120º C o por debajo de –18º C pueden afectar a la construcción. Las temperaturas elevadas exigen el enfriamiento por agua de los cojinetes y las cajas de empaquetadura; las bajas temperaturas requieren materiales de resistencia adecuados a la temperatura de funcionamiento. La mayor parte de las dificultades en las bombas provienen de las incorrectas condiciones de succión mas que de otra causa. La perdida de succión, la vaporización, el relleno parcial o la cavitación, llevan consigo una carga normal sobre la bomba y ocasionan alto costo de mantenimiento poca duración y funcionamiento irregular. Los líquidos limpios fríos y no corrosivos con acción lubricante no presentan problemas. Los líquidos no lubricantes, como el propano, y las mezclas abrasivas, como los catalizadores pulverizados, deben mantenerse fuera del contacto con las empaquetaduras por un liquido aislante inyectado en el anillo de engrase o dentro de un casquillo de inyección para lubricar la empaquetadura y evitar que los sólidos se incrusten en ella. La viscosidad del liquido que se bombea afecta igualmente a la potencia requerida y a la velocidad de bombeo. Las bombas de vaivén trabajan muy bien los líquidos viscosos pero pueden ser necesarias válvulas extra de succión para reducir las perdidas y la bomba puede funcionar a una velocidad mas baja. Las bombas rotatorias de alta presión no son económicas para líquidos extremadamente viscosos. La capacidad y el diseño de las bombas centrífugas se basan en una viscosidad igual a la del agua y son muy sensibles al aumento de viscosidad. Las velocidades relativamente altas conducen a perdidas por turbulencia.

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CLASIFICACION Y TIPO DE VALVULAS

Una válvula es un elemento de una línea en un trazado de cañerías, destinado a controlar el flujo de un fluido. Ésta puede detener, iniciar, regular o evitar el retorno del flujo. Los extremos de la válvula para el montaje en la línea pueden ser con flanges, roscado o soldado. Existe una gran variedad de válvulas, las cuales se deben seleccionar dependiendo de la operación a realizar. Las válvulas son unos de los instrumentos de control más esenciales en la industria. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. Sus tamaños van desde una fracción de pulgada hasta 30 ft (9 m) o más de diámetro. Pueden trabajar con presiones que van desde el vació hasta mas de 20000 lb/in "  (140 Mpa) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1500 °F (815 °C). En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o escurrimientos no tienen importancia. La palabra flujo expresa el movimiento de un fluido, pero también significa para nosotros la cantidad total de fluido que ha pasado por una sección de terminada de un conducto. Caudal es el flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de fluido que circula por una sección determinada del conducto en la unidad de tiempo.

Fig. 1 tipos de válvula

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Como seleccionar una válvula Para especificar una válvula, se debe primero determinar el tipo y diseño de acuerdo a las características de la operación a realizar, ya sea para detener, iniciar o regular un flujo, así como evitar el retorno del mismo. Luego se debe considerar la temperatura y presión de trabajo, el tipo de material de sus diversos componentes, la norma de fabricación y el tipo de conexión a la línea. Para la selección del tipo de material de los diferentes componentes de la válvula, se comienza por seleccionar el material del cuerpo y el bonete, luego el resto de las partes. En la clasificación del material, se debe tener presente la resistencia a la corrosión, presión, temperatura (ver tabla), la presencia de shock térmico y tensiones en la línea. En los tipos de conexión encontramos: con flange (ANSI, DIN), roscada (NPT, BSP) o soldada. Las dimensiones para un mismo diámetro y un mismo modelo de válvula, varían según su norma de fabricación (Fig. 2).

Fig. 2 especificaciones para seleccionar una válvula

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Válvula tipo Compuerta Este tipo de válvula opera completamente abierta o completamente cerrada (On-Off), no es apta para regular flujo. Recomendada cuando se requiere una mínima caída de presión en la línea. Su accionamiento es de múltiples vueltas en el volante. Este tipo de válvulas no tienen un sentido de flujo definido, como las de tipo de globo y/o retención. Conexión Existen diferentes modelos: tipo de vástago (externo o interno), tipo de compuerta (puede ser de una o de dos piezas), tipo de unión del cuerpo y el bonete (para baja presión con hilo, para alta presión apernada o soldada).  Aplicaciones: servicios generales, aceites, aire, petróleo, líquidos espesos, vapor, gases, líquidos corrosivos. Ventajas: alta capacidad, cierre hermético, bajo costo, poca resistencia a la circulación, diseño y funcionamiento sencillo. Desventajas: control deficiente de la circulación, se requiere demasiada fuerza para accionarlas, produce cavitación con baja caída de presión, debe estar abierta o cerrada por completo (no regula flujo), erosión del asiento y la compuerta (Fig 3).

Fig. 3 válvula tipo compuerta

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Válvula tipo cono o macho La válvula de macho es de 1/4 de vuelta, que controla la circulación por medio de un macho cilíndrico o cónico, el cual tiene un agujero en el centro, que se puede mover de la posición abierta a la cerrada mediante un giro de 90°. Su funcionamiento es completamente abierta o completamente cerrada (On-Off), no está diseñada para regular flujo, al igual que las válvulas tipo bola. Son para accionamientos frecuentes, resistencia mínima a la circulación. Cuando la palanca se encuentra ubicada en el sentido paralelo a la línea, la válvula se encuentra abierta y cuando la palanca se encuentra en forma perpendicular a la línea, está cerrada. Existen diferentes modelos: tipo paso recto, tipo paso rectangular, cono revestido, cono lubricado, cono seco y orificios múltiples.  Aplicaciones: servicios generales, pastas semilíquidas, líquidos, vapores, gases, aceites. Ventajas: bajo costo ($), alta capacidad, cierre hermético, funcionamiento rápido, puede ser automatizada fácilmente. Desventajas: requiere alta torsión para accionarla, desgaste del asiento, cavitación por baja presión, deficiente para la regulación (Fig 4).

Fig. 4 válvula tipo cono o macho

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Válvula tipo bola Su funcionamiento es completamente abierta o completamente cerrada (On-Off), no está diseñada para regular flujo, ya que en posición semi-cerrada los asientos se deterioran. Al estar abierta se logra un paso libre del flujo, sin provocar una gran caída de presión. El cuerpo puede estar formado por una o más piezas. En su interior se encuentra una esfera (bola), la cual está perforada con un diámetro igual que el interior del cuerpo. La bola es accionada por medio de una palanca (generalmente), que opera con 1/4 de vuelta. Cuando la palanca se encuentra ubicada en el sentido paralelo a la línea, la válvula se encuentra abierta y cuando la palanca se encuentra en forma perpendicular a la línea, está cerrada.  Aplicaciones: servicios generales, agua, aire, gas, pastas semilíquidas, petróleo, aceite. Ventajas: bajo costo ($), circulación en línea recta, poco mantenimiento, alta capacidad, corte bidireccional, pocas fugas, se limpia por sí sola, no requiere lubricación, tamaño compacto, cierre hermético, puede ser automatizada fácilmente. Desventajas: propensa a la cavitación, susceptible al desgaste de sellos, deficiente para la regulación.

Fig. 5 válvula tipo bola

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Válvula tipo Cuchilla o Guillotina  Al igual que las válvulas de compuerta, no son aptas para regular flujos, su funcionamiento es completamente abierta o completamente cerrada (On-Off). Su accionamiento es de múltiples vueltas en el volante (Fig 6). Es recomendada para fluidos con gran cantidad de sólidos en suspensión (pulpas). Los sólidos en suspensión pueden depositarse sobre el asiento en una válvula de compuerta, lo cual puede impedir un cierre total, por lo tanto, se requiere un diseño de compuerta en forma de cuchillo (o guillotina). Ésta, al tener una menor superficie de contacto y forma afilada en el borde, corta la pulpa sin dificultad, produciendo el cierre total de la válvula.  Aplicaciones: pulpas, lodos, líquidos con demasiados sólidos en suspensión, hidrociclones. Ventajas: ocupa poco espacio, fácil mantención, poca resistencia a la circulación, diseño y funcionamiento sencillo. Desventajas: se requiere demasiada fuerza para accionarla, produce cavitación con baja caída de presión, debe estar abierta o cerrada completamente (no regula flujo).

Fig. 6 válvula tipo cuchilla o guillotina

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Válvula tipo globo Su función es la regulación del flujo en un circuito de cañerías. Su accionamiento es de múltiple vueltas en el volante, además tiene un sentido de flujo único, el cual está marcado con una flecha en el cuerpo (Fig 7). La unión entre el cuerpo y el bonete puede ser con hilo, apernada o soldada, esto dependerá de la presión de trabajo en la línea. Existen diferentes diseños de globo: disco plano de teflón (para gases), disco esférico (cuando hay tendencia a la formación de depósitos en el asiento), disco cónico (para grandes restricciones de flujo), disco aguja (regulación muy fina del flujo) y disco check (permite una doble función, control de flujo y evitar retorno). Existen válvulas rectas y en ángulo.  Aplicaciones: servicios generales, líquidos, vapores, gases, pastas semilíquidas, productos corrosivos, petróleo, aceites. Ventajas: control preciso del fluido, operaciones frecuentes, cierre hermético, corta carrera del disco (reduce el tiempo de abrir/cerrar), erosión mínima del disco, por su diseño puede ser reparada sin retirarla de la línea (disco y asiento). Desventajas: gran caída de presión del fluido en la línea, costo ($) relativamente alto.

Fig. 7 Válvula tipo globo

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Válvula tipo driafragma Es utilizada para abrir y cerrar el paso de un fluido, también para la regulación de flujo de gases y líquidos corrosivos en líneas de baja presión, con lo cual se obtiene un sello hermético en la línea. Según su aplicación, el interior del cuerpo puede ser de hierro fundido, acero inoxidable, acero carbono o hierro fundido con revestimiento interno (liner) de caucho duro, teflón, PVC, etc. El diafragma o membrana que controla la operación de la válvula, es de material elástico (goma natural, teflón, neopreno, vitón, etc.). Existen dos tipos de válvulas de diafragma: tipo paso recto y tipo vertedero. Conexión Diafragma Cuerpo Este tipo de válvula no tiene un sentido de flujo preferencial. La operación puede ser manual o por medio de un actuador, el mecanismo de abrir/cerrar es de vueltas múltiple.  Aplicaciones: fluidos corrosivos, materiales pegajosos o viscosos, pastas semilíquidas fibrosas, lodos, alimentos, productos farmacéuticos Ventajas: bajo costo ($), no tiene empaquetaduras, no hay posibilidad de fuga por el vástago, inmune a los problemas de obstrucción y corrosión. Desventajas: diafragma susceptible al desgaste, bajas presiones y temperaturas.

Fig 8 válvula tipo diafragma

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Válvula tipo Mariposa o Butterfly Es utilizada para la regulación de flujos, aunque en ocasiones puede ser usada para abrir o cerrar un circuito. Este tipo de válvula se monta entre flanges. Para abrir o cerrar requieren sólo de un giro de 90 grados (1/4 vuelta) del disco (Fig 9). El cuerpo está formado por una sola pieza, recubierta en su interior por un liner para lograr un buen sello entre el disco y el asiento. El disco es de material resistente a la corrosión y la abrasión, el cual gira en un eje (vástago) que atraviesa el cuerpo completamente. Los modelos más usuales son: tipo Lug (el cuerpo tiene igual cantidad de perforaciones que los flanges), tipo Wafer (tiene un par de perforaciones o ranuras, para alinear con los flanges).  Aplicaciones: servicios generales, líquidos, gases, pastas semilíquidas, líquidos con sólidos en suspensión. Ventajas: ligera de peso, compacta, bajo costo ($), requiere poco mantenimiento, números mínimo de piezas, móviles, alta capacidad, circulación en línea recta, se limpia por sí sola, operaciones frecuentes, puede ser automatizada fácilmente. Desventajas: propensa a cavitación, capacidad limitada para caída de presión.

Fig. 9 válvula tipo Mariposa

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Válvula tipo Aguja Su función es la regulación del flujo en un circuito de cañerías. Su accionamiento es de múltiples vueltas en el volante, además tiene un sentido de flujo único, el cual está marcado con una flecha en el cuerpo (Fig. 10). Suelen usarse para instrumentos, calibres, etc., ya que se logran estrangulamientos muy precisos, usándose también en aplicaciones con grandes presiones y/o grandes temperaturas. En estas válvulas el vástago suele acabar en forma de aguja ajustándose de forma precisa al asiento, asegurando el cierre con el mínimo esfuerzo.  Aplicaciones: servicios generales, líquidos, vapores, gases, pastas semilíquidas, productos corrosivos, petróleo, aceites. Ventajas: control preciso del fluido, operaciones frecuentes, cierre hermético. Desventajas: gran caída de presión del fluido en la línea.

Fig. 10 válvula tipo aguja

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Válvula Reguladora de Presión (o Temperatura) La válvula reguladora de presión (o temperatura), mantiene en la salida de la válvula la presión (o temperatura) en un valor deseado por el usuario. Una vez fijada, esta presión (o temperatura) de salida, trabaja en forma constante e independiente de las variaciones de caudal, presión y temperatura de entrada (Fig 11).  Asimismo, de noche, cuando el consumo es nulo, la válvula se cierra herméticamente para mantener la presión de salida. La utilización de este tipo válvula permite, variar las condiciones de presión (o temperatura) según las necesidades estacionales del usuario, actuando sobre el tornillo de regulación. El diámetro de la válvula está determinado por el caudal y no por el diámetro de la cañería donde va montada. Una válvula sobredimensionada en caudal funciona peor que una válvula correctamente dimensionada.  Aplicaciones: servicios generales, agua, vapor, agua caliente, líquidos en general, aire comprimido. Ventajas: mantener un adecuado control de las condiciones de trabajo en un circuito. Desventajas: debe ir acompañada por otros elementos para su funcionamiento (filtro y by- pass).

Fig. 11 válvula reguladora de presión

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Válvula tipo Pinch o Apriete Este tipo de válvula efectúa el cierre por medio de uno o más elementos flexibles, como tubo de caucho, vitón, neopreno, caucho de silicona, hypalon, etc., el cual se debe apretar u oprimir entre sí para cerrar la circulación (Fig 12). Su funcionamiento es para regulación de flujo, como también para abrir o cerrar un circuito de cañerías. Recomendadas para servicios que requieren poca mantención, temperaturas moderadas y baja caída de presión a través de la válvula. La operación puede ser manual o por medio de un actuador, el mecanismo de abrir/cerrar es de vueltas múltiples. Existen dos modelos: camisa o cuerpo descubierto y camisa o cuerpo metálico alojados.  Aplicaciones: pastas semilíquidas, lodos y pastas de minas, líquidos con grandes sólidos en suspensión, sistemas para conducción neumática de sólidos, servicio de alimentos. Ventajas: bajo costo ($), poca mantención, no hay obstrucciones o bolsas internas que la obstruyan. Desventajas: aplicaciones limitadas para vacío, difícil de determinar el tamaño, temperaturas moderadas.

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Fig. 12 válvula tipo pinch o apriete Válvula tipo Retención o Check - 1o parte Su única función es impedir el retorno de un fluido. No se debe confiar en que sean absolutamente herméticas. Se accionan rápida y automáticamente al cambio de sentido del fluido (Fig. 13). Este tipo de válvula tienen un sentido de flujo único, el cual está marcado con una flecha en el cuerpo. Existen tres tipos de válvulas de retención: Válvula de Retención tipo Chapaleta o Swing:Básicamente dispone de una pieza móvil (disco), que pivotea en un extremo o en un punto excéntrico, la cual se moviliza por la presión del fluido en posición abierta o cerrada. Usos recomendados: mínima resistencia al flujo, servicios con baja velocidad, especialmente líquidos y para ser usada junto a válvulas de compuerta. Válvulas de Retención tipo Pistón:Posee una pieza móvil, la cual se levanta paralelamente a su eje como un pistón, por medio de la presión del flujo, con el fin de abrir o cerrar el paso del fluido. Usos recomendados: para cambio frecuente en el sentido del flujo, para mayor resistencia al flujo, para líneas que manejan vapor, aire o gas y para ser usada junto a válvulas de globo.

Fig. 13 válvula tipo Retención o Check

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Válvula tipo Retención o Check - 2o parte Válvula de Retención tipo Duocheck (wafer) Posee un disco partido al centro, en donde cada mitad pivotea en forma independiente, manteniéndose cerrada por medio de un resorte. La presión del fluido abre en forma automática la válvula (Fig. 14). Usos recomendados: mínima resistencia al flujo, servicios con baja velocidad, especialmente líquidos y para ser usada junto a válvulas de compuerta. Ventajas con respecto a los modelos anteriores: ocupa menor espacio, se puede instalar en posición horizontal o vertical, su diseño sencillo permite construirla en grandes diámetros, menos costosa cuando se necesita resistencia a la corrosión. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento: en las válvulas con camisa, ésta se debe proteger contra daños durante el manejo. Comprobar que la válvula queda instalada de modo que la abra la circulación normal.  Aplicaciones generales: los tres modelos de válvulas de retención son utilizadas en circuitos de servicios generales, aire, gas, petróleo, aceite, vapor, agua y líquidos corrosivos.

Fig. 14 válvula tipo Retención o Check

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Válvula tipo Alivio o Seguridad Las válvulas de seguridad o alivio, son utilizadas para regular en forma automática la presión en un circuito de cañerías (Fig. 15). Ésta se abre con rapidez y descarga el exceso de presión ocasionado por el fluido, hacia la atmósfera. La selección de la válvula es muy importante y se determina mediante formulas especificas. Recomendada para servicios en donde se requiera no sobrepasar una presión determinada. Un ejemplo práctico, podemos observarlo en ollas de presión y en forma industrial, en los cuerpos de caldera. Se recomienda que la presión de trabajo no exceda del 90% de la presión de apertura de la válvula. Las podemos clasificar según su accionamiento, la carrera o el medio de apertura.  Aplicaciones: agua caliente, vapor de agua, gases, vapores. Observaciones: no debe existir ninguna válvula de cierre entre el equipo y la válvula de seguridad. Se debe instalar lo más cerca posible del equipo, debe ser accesible y poder accionarse manualmente. El ajuste de la válvula tiene que ser protegido para que nadie pueda alterarlo sin conocimiento y debe desahogar a un sitio seguro para evitar que ocasione daños.

Fig. 15 válvula tipo Alivio o Seguridad

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La válvula automática de control generalmente constituye el último elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta como un orificio cuya sección de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada. Partes de la válvula de control. Las válvulas de control constan básicamente de dos partes que son: la parte motriz o actuador y el cuerpo.  Actuador: el actuador también llamado accionador o motor, puede ser neumático, eléctrico o hidráulico, pero los más utilizados son los dos primeros, por ser las más sencillas y de rápida actuaciones. Aproximadamente el 90% de las válvulas utilizadas en la industria son accionadas neumáticamente. Los actuadores neumáticos constan básicamente de un diafragma, un vástago y un resorte tal como se muestra en la figura (16). Lo que se busca en un actuador de tipo neumático es que cada valor de la presión recibida por la válvula corresponda una posición determinada del vástago. Teniendo en cuenta que la gama usual de presión es de 3 a 15 lbs/pulg " en la mayoría de los actuadores se selecciona el área del diafragma y la constante del resorte de tal manera que un cambio de presión de 12 lbs/pulg ", produzca un desplazamiento del vástago igual al 100% del total de la carrera.

Fig. 16 partes de la válvula de control Cuerpo de la válvula: este esta provisto de un obturador o tapón, los asientos del mismo y una serie de accesorios. La unión entre la válvula y la tubería puede hacerse por medio de bridas soldadas o roscadas directamente a la misma. El tapón es el encargado de controlar la cantidad de fluido que pasa a través de la válvula y puede accionar en la dirección de su propio eje mediante un movimiento angular. Esta unido por medio de un vástago al actuador. Categorías de válvulas. Debido a las diferentes variables, no puede haber una válvula universal; por tanto, para satisfacer los cambiantes requisitos de la industria se han creado innumerables diseños y variantes con el paso de los años, conforme se han desarrollado nuevos materiales. Todos los tipos de válvulas recaen en nueve categorías: válvulas de compuerta, válvulas de globo, válvulas de bola, válvulas de mariposa, válvulas de apriete, válvulas de diafragma, válvulas de macho, válvulas de retención y válvulas de desahogo (alivio). Estas categorías básicas se describen a continuación. Seria imposible mencionar todas las características de cada tipo de válvula que se fabrica y no se ha intentado hacerlo. Más bien se presen-

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ta una descripción general de cada tipo en un formato general, se dan recomendaciones para servicio, aplicaciones, ventajas, desventajas y otra información útil para el lector. Válvulas de compuerta. La válvula de compuerta es de vueltas múltiples, en la cual se cierra el orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en ángulos rectos sobre el asiento (fig. 17).

Fig. 17 válvula de compuerta. Recomendada para servicio con apertura total o cierre total, sin estrangulación. Para uso poco frecuente. Para resistencia mínima a la circulación. Para mínimas cantidades de fluido o liquido atrapado en la tubería.  Aplicaciones Servicio general, aceites y petróleo, gas, aire, pastas semilíquidas, líquidos espesos, vapor, gases y líquidos no condensables, líquidos corrosivos. Ventajas  Alta capacidad. Cierre hermético. Bajo costo. Diseño y funcionamiento sencillos. Poca resistencia a la circulación. Desventajas Control deficiente de la circulación. Se requiere mucha fuerza para accionarla. Produce cavitación con baja caída de presión. Debe estar cubierta o cerrada por completo. La posición para estrangulación producirá erosión del asiento y del disco. Variaciones Cuña maciza, cuña flexible, cuña dividida, disco doble. Materiales Cuerpo: bronce, hierro fundido, hierro, acero forjado, Monel, acero fundido, acero inoxidable, plástico de PVC. Componentes diversos. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento Lubricar a intervalos periódicos. Corregir de inmediato las fugas por la empaquetadura. Enfriar siempre el sistema al cerrar una tubería para líquidos calientes y al comprobar que las válvulas estén cerradas.

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No cerrar nunca las llaves a la fuerza con la llave o una palanca.  Abrir las válvulas con lentitud para evitar el choque hidráulico en la tubería. Cerrar las válvulas con lentitud para ayudar a descargar los sedimentos y mugre atrapados. Especificaciones para el pedido • Tipo de conexiones de extremo. • Tipo de cuña. • Tipo de asiento. • Tipo de vástago. • Tipo de bonete. • Tipo de empaquetadura del vástago. Capacidad nominal de presión para operación y diseño. Capacidad nominal de temperatura para operación y diseño. Válvulas de macho La válvula de macho es de # de vuelta, que controla la circulación por medio de un macho cilíndrico o cónico que tiene un agujero en el centro, que se puede mover de la posición abierta a la cerrada mediante un giro de 90° (Fig. 18).

Fig. 18 válvula de macho. Recomendada para servicio con apertura total o cierre total. Para accionamiento frecuente. Para baja caída de presión a través de la válvula. Para resistencia mínima a la circulación. Para cantidad mínima de fluido atrapado en la tubería.  Aplicaciones Servicio general, pastas semilíquidas, líquidos, vapores, gases, corrosivos. Ventajas  Alta capacidad. Bajo costo. Cierre hermético. Funcionamiento rápido. Desventajas Requiere alta torsión (par) para accionarla. Desgaste del asiento. Cavitación con baja caída de presión. Variaciones Lubricada, sin lubricar, orificios múltiples. Materiales Hierro, hierro dúctil, acero al carbono, acero inoxidable, aleación 20, Monel, níquel, Hastelloy, camisa de plástico. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento Dejar espacio libre para mover la manija en las válvulas accionadas con una llave. En las válvulas con macho lubricado, hacerlo antes de ponerlas en servicio.

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En las válvulas con macho lubricado, lubricarlas a intervalos periódicos. Especificaciones para pedido Material del cuerpo. Material del macho. Capacidad nominal de temperatura. Disposición de los orificios, si es de orificios múltiples. Lubricante, si es válvula lubricada. Válvulas de globo Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco o tapón que sierra o corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulación en la tubería (fig. 19).

Fig. 19 válvula de globo. Recomendada para Estrangulación o regulación de circulación. Para accionamiento frecuente. Para corte positivo de gases o aire. Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulación. • • • •

 Aplicaciones Servicio general, líquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilíquidas. Ventajas Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o asiento. Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el tiempo y desgaste en el vástago y el bonete. Control preciso de la circulación. Disponible con orificios múltiples. • •

• •

Desventajas Gran caída de presión. Costo relativo elevado. Variaciones Normal (estándar), en “Y”, en ángulo, de tres vías. • •

Materiales Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, plásticos. Componentes: diversos. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento Instalar de modo que la presión este debajo del disco, excepto en servicio con vapor a alta temperatura. Registro en lubricación. Hay que abrir ligeramente la válvula para expulsar los cuerpos extraños del asiento.

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 Apretar la tuerca de la empaquetadura, para corregir de inmediato las fugas por la empaquetadura. Especificaciones para el pedido • • • • • • • •

Tipo de conexiones de extremo. Tipo de disco. Tipo de asiento. Tipo de vástago. Tipo de empaquetadura o sello del vástago. Tipo de bonete. Capacidad nominal para presión. Capacidad nominal para temperatura.

Válvulas de bola Las válvulas de bola son de # de vuelta, en las cuales una bola taladrada gira entre asientos elásticos, lo cual permite la circulación directa en la posición abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90° y cierra el conducto (fig. 20).

Fig. 20 válvula de bola. Recomendada para Para servicio de conducción y corte, sin estrangulación. Cuando se requiere apertura rápida. Para temperaturas moderadas. Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación.  Aplicaciones Servicio general, altas temperaturas, pastas semilíquidas. Ventajas Bajo costo.  Alta capacidad. Corte bidireccional. Circulación en línea recta. Pocas fugas. Se limpia por si sola. Poco mantenimiento. No requiere lubricación. Tamaño compacto. Cierre hermético con baja torsión (par). Desventajas Características deficientes para estrangulación.  Alta torsión para accionarla. Susceptible al desgaste de sellos o empaquetaduras. Propensa a la cavitación. Variaciones Entrada por la parte superior, cuerpo o entrada de extremo divididos (partidos), tres vías, Venturi, orificio de tamaño total, orificio de tamaño reducido. Materiales

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Cuerpo: hierro fundido, hierro dúctil, bronce, latón, aluminio, aceros al carbono, aceros inoxidables, titanio, tántalo, zirconio; plásticos de polipropileno y PVC.  Asiento: TFE, TFE con llenador, Nylon, Buna-N, neopreno. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento Dejar suficiente espacio para accionar una manija larga. Especificaciones para el pedido Temperatura de operación. Tipo de orificio en la bola. Material para el asiento. Material para el cuerpo. Presión de funcionamiento. Orificio completo o reducido. Entrada superior o entrada lateral. Válvulas de mariposa La válvula de mariposa es de # de vuelta y controla la circulación por medio de un disco circular, con el eje de su orificio en ángulos rectos con el sentido de la circulación (fig. 1-5).

Fig. 21 Válvula de mariposa. Recomendada para servicio con apertura total o cierre total. Servicio con estrangulación. Para accionamiento frecuente. Cuando se requiere corte positivo para gases o líquidos. Cuando solo se permite un mínimo de fluido atrapado en la tubería. Para baja ciada de presión a través de la válvula.  Aplicaciones Servicio general, líquidos, gases, pastas semilíquidas, líquidos con sólidos en suspensión. Ventajas Ligera de peso, compacta, bajo costo. Requiere poco mantenimiento. Numero mínimo de piezas móviles. No tiene bolas o cavidades.  Alta capacidad. Circulación en línea recta. Se limpia por si sola. Desventajas  Alta torsión (par) para accionarla. Capacidad limitada para caída de presión. Propensa a la cavitación. Variaciones Disco plano, disco realzado, con brida, atornillado, con camisa completa, alto rendimiento. Materiales

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Cuerpo: hierro, hierro dúctil, aceros al carbono, acero forjado, aceros inoxidables, aleación 20, bronce, Monel. Disco: todos los metales; revestimientos de elastómeros como TFE, Kynar, Buna-N, neopreno, Hypalon.  Asiento: Buna-N, viton, neopreno, caucho, butilo, poliuretano, Hypalon, Hycar, TFE. Válvulas de diafragma Las válvulas de diafragma son de vueltas múltiples y efectúan el cierre por medio de un diafragma flexible sujeto a un compresor. Cuando el vástago de la válvula hace descender el compresor, el diafragma produce sellamiento y corta la circulación (fig. 22).

Fig. 22 válvula de diafragma. Recomendada para servicio con apertura total o cierre total. Para servicio de estrangulación. Para servicio con bajas presiones de operación.  Aplicaciones Fluidos corrosivos, materiales pegajosos o viscosos, pastas semilíquidas fibrosas, lodos, alimentos, productos farmacéuticos. Ventajas Bajo costo. No tienen empaquetaduras. No hay posibilidad de fugas por el vástago. Inmune a los problemas de obstrucción, corrosión o formación de gomas en los productos que circulan. Desventajas Diafragma susceptible de desgaste. Elevada torsión al cerrar con la tubería llena. Variaciones Tipo con vertedero y tipo en línea recta. Materiales Metálicos, plásticos macizos, con camisa, en gran variedad de cada uno. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento Lubricar a intervalos periódicos. No utilizar barras, llaves ni herramientas para cerrarla. Especificaciones para el pedido Material del cuerpo. Material del diafragma. Conexiones de extremo. Tipo del vástago. Tipo del bonete. Tipo de accionamiento. Presión de funcionamiento. Temperatura de funcionamiento.

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Válvulas de apriete La válvula de apriete es de vueltas múltiples y efectúa el cierre por medio de uno o mas elementos flexibles, como diafragmas o tubos de caucho que se pueden apretar u oprimir entre si para cortar la circulación (fig. 23).

Fig. 23 válvula de apriete. Recomendada para servicio de apertura y cierre. Servicio de estrangulación. Para temperaturas moderadas. Cuando hay baja caída de presión a través de la válvula. Para servicios que requieren poco mantenimiento.  Aplicaciones Pastas semilíquidas, lodos y pastas de minas, líquidos con grandes cantidades de sólidos en suspensión, sistemas para conducción neumática de sólidos, servicio de alimentos. Ventajas Bajo costo. Poco mantenimiento. No hay obstrucciones o bolsas internas que la obstruyan. Diseño sencillo. No corrosiva y resistente a la abrasión. Desventajas  Aplicación limitada para vació. Difícil de determinar el tamaño. Variaciones Camisa o cuerpo descubierto; camisa o cuerpo metálicos alojados. Materiales Caucho, caucho blanco, Hypalon, poliuretano, neopreno, neopreno blanco, Buna-N, Buna-S, Viton  A, butilo, caucho de siliconas, TFE. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento Los tamaños grandes pueden requerir soportes encima o debajo de la tubería, si los soportes para el tubo son inadecuados. Especificaciones para el pedido Presión de funcionamiento. Temperatura de funcionamiento. Materiales de la camisa. Camisa descubierta o alojada. Válvulas de retención (check) y de desahogo (alivio) Hay dos categorías de válvulas y son para uso específico, más bien que para servicio general: válvulas de retención (check) y válvulas de desahogo (alivio). Al contrario de los otros tipos descritos, son válvulas de accionamiento automático, funcionan sin controles externos y dependen para su funcionamiento de sentido de circulación o de las presiones en el sistema de tubería. Como ambos tipos se utilizan en combinación con válvulas de control de circulación, la selección de la válvula, con frecuencia, se hace sobre la base de las condiciones para seleccionar la válvula de control de circulación.

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Válvulas de retención (check). La válvula de retención (fig. 24) esta destinada a impedir una inversión de la circulación. La circulación del líquido en el sentido deseado abre la válvula; al invertirse la circulación, se cierra. Hay tres tipos básicos de válvulas de retención: 1) válvulas de retención de columpio 2) de elevación 3) de mariposa. Válvulas de retención del columpio. Esta válvula tiene un disco embisagrado o de charnela que se abre por completo con la presión en la tubería y se cierra cuando se interrumpe la presión y empieza la circulación inversa. Hay dos diseños: uno en “Y” que tiene una abertura de acceso en el cuerpo para el esmerilado fácil del disco sin desmontar la válvula de la tubería y un tipo de circulación en línea recta que tiene anillos de asiento reemplazables. Recomendada para cuando se necesita resistencia mínima a la circulación. Cuando hay cambios poco frecuentes del sentido de circulación en la tubería. Para servicio en tuberías que tienen válvulas de compuerta. Para tuberías verticales que tienen circulación ascendente.  Aplicaciones Para servicio con líquidos a baja velocidad. Ventajas Puede estar por completo a la vista. La turbulencia y las presiones dentro de la válvula son muy bajas. El disco en “Y” se puede esmerilar sin desmontar la válvula de la tubería. Variaciones Válvulas de retención con disco inclinable. Materiales Cuerpo: bronce, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero fundido, acero inoxidable, acero al carbono. Componentes: diversos. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento En las tuberías verticales, la presión siempre debe estar debajo del asiento. Si una válvula no corta el paso, examinar la superficie del asiento. Si el asiento esta dañada o escoriado, se debe esmerilar o reemplazar.  Antes de volver a armar, limpiar con cuidado todas las piezas internas. Válvulas de retención de elevación Una válvula de retención de elevación es similar a la válvula de globo, excepto que el disco se eleva con la presión normal e la tubería y se cierra por gravedad y la circulación inversa.

Fig. 24 válvulas de retención de elevación Recomendada para cuando hay cambios frecuentes de circulación en la tubería. Para uso con válvulas de globo y angulares. Para uso cuando la caída de presión a través de la válvula no es problema.  Aplicaciones Tuberías para vapor de agua, aire, gas, agua y vapores con altas velocidades de circulación. Ventajas Recorrido mínimo del disco a la posición de apertura total.  Acción rápida.

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Variaciones Tres tipos de cuerpos: horizontal, angular, vertical. Tipos con bola (esfera), pistón, bajo carga de resorte, retención para vapor. Materiales Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, PVC, Penton, grafito impenetrable, camisa de TFE. Componentes: diversos. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento La presión de la tubería debe estar debajo del asiento. La válvula horizontal se instala en tuberías horizontales. La válvula vertical se utiliza en tubos verticales con circulación ascendente, desde debajo del asiento. Si hay fugas de la circulación inversa, examinar disco y asiento. Válvula de retención de mariposa Una válvula de retención de mariposa tiene un disco dividido embisagrado en un eje en el centro del disco, de modo que un sello flexible sujeto al disco este a 45° con el cuerpo de la válvula, cuando esta se encuentra cerrada. Luego, el disco solo se mueve una distancia corta desde el cuerpo hacia el centro de la válvula para abrir por completo. Recomendada para cuando se necesita resistencia mínima a la circulación en la tubería. Cuando hay cambios frecuentes en el sentido de la circulación. Para uso con las válvulas de mariposa, macho, bola, diafragma o de apriete.  Aplicaciones Servicio para líquidos o gases. Ventajas El diseño del cuerpo se presta para la instalación de diversos tipos de camisas de asiento. Menos costosa cuando se necesita resistencia a la corrosión. Funcionamiento rápido. La sencillez del diseño permite construirlas con diámetros grandes. Se puede instalar virtualmente en cualquier posición. Variaciones Con camisa completa. Con asiento blando. Materiales Cuerpo: acero, acero inoxidable, titanio, aluminio, PVC, CPCB, polietileno, polipropileno, hierro fundido, Monel, bronce. Sello flexible: Buna-N, Viton, caucho de butilo, TFE, neopreno, Hypalon, uretano, Nordel, Tygon, caucho de siliconas. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento En las válvulas con camisa, esta se debe proteger contra daños durante el manejo. Comprobar que la válvula queda instalada de modo que la abra la circulación normal. Válvulas de desahogo (alivio) Una válvula de desahogo (fig. 25) es de acción automática para tener regulación automática de la presión. El uso principal de esta válvula es para servicio no comprimible y se abre con lentitud conforme aumenta la presión, para regularla. La válvula de seguridad es similar a la válvula de desahogo y se abre con rapidez con un “salto” para descargar la presión excesiva ocasionada por gases o líquidos comprimibles. El tamaño de las válvulas de desahogo es muy importante y se determina mediante formulas especificas.

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Fig. 25 válvula de desahogo (alivio). Recomendada Recomendada para sistemas en donde se necesita una gama predeterminada de presiones.  Aplicaciones  Aplicaciones  Agua caliente, caliente, vapor de agua, agua, gases, vapores. Ventajas Bajo costo. No se requiere potencia auxiliar para la operación. Variaciones Seguridad, desahogo de seguridad. Construcción con diafragma para válvulas utilizadas en servicio corrosivo. Materiales Cuerpo: hierro fundido, acero al carbono, vidrio y TFE, bronce, latón, camisa de TFE, acero inoxidable, Hastelloy, Monel. Componentes: Componentes: diversos. Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento Se debe instalar de acuerdo con las disposiciones del Código ASME para recipientes de presión sin fuego. Se debe instalar en lugares de fácil acceso para inspección y mantenimiento. Mediciones de nivel Nivel. Es la distancia existente entre una línea de referencia y la superficie del fluido, generalmente dicha línea de referencia se toma como fondo del recipiente. Métodos de medición. Como se menciono anteriormente el nivel es la variable que puede ser medida mas fácilmente, pero existen otros factores, tales como viscosidad del fluido, tipo de medición deseada, presión, si el recipiente esta o no presurizado, que traen como consecuencias que existan varios métodos y tipos de instrumentos medidores del nivel. El medidor de nivel seleccionado dependerá de nuestras necesidades o condiciones de operación. Los métodos utilizados para la medición del nivel de líquidos, básicamente pueden ser clasificados en: Métodos de medición directa y método de medición indirecta. Métodos de medición indirecta: Método por medidores actuados por desplazadores. Estos tipos de instrumentos se utilizan generalmente para llevar la medición a sitios remotos o para el control de nivel, aunque también pueden utilizarse como un indicador directo. Están compuestos principalmente por un desplazador, una palanca y un tubo de torsión. La fig. 26 muestra los componentes básicos de uno de estos medidores. Como podemos observar, el objetivo principal de estos componentes, es convertir el movimiento vertical del desplazador en un movimiento circular del tubo de torsión.

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Fig. 26 El principio de funcionamiento se basa en el principio de Arquímedes y puede resumirse de la siguiente manera: el peso del desplazador ejerce una fuerza sobre el tubo de torsión, pero al subir el nivel, el desplazador desplaza más líquido y este ejercerá una fuerza o empuje sobre el desplazador, el cual se vuelve más liviano. Esto trae como consecuencia que el tubo de torsión gire debido a la disminución de la torsión, que el desplazador ejerce sobre el. Este giro es aprovechado acoplándose acoplándose una aguja, la cual indicara el nivel directamente. Método de medidores actuados por presión hidrostática.  Al estudiar el objetivo referente a presión, deducimos un formula por la cual se estableció que la presión en cualquier punto debajo de la superficie del liquido, depende solamente de la profundidad a la cual se encuentre el punto en cuestión y el peso especifico del liquido, es decir, que . Como se recordara, esta presión es conocida como presión hidrostática.

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CLASIFICACION Y TIPOS DE COMPRESORES Un compresor es una máquina que eleva la presión de un gas, un vapor o una mezcla de gases y vapores. La presión del fluido se eleva reduciendo el volumen especifico del mismo durante su paso a través del compresor. Comparados con turbo soplantes y ventiladores centrífugos o de circulación axial, en cuanto a la presión de salida, los compresores se clasifican generalmente como maquinas de alta presión, mientras que los ventiladores y soplantes se consideran de baja presión. Los compresores se emplean para aumentar la presión de una gran variedad de gases y vapores para un gran numero de aplicaciones. Un caso común es el compresor de aire, que suministra aire a elevada presión para transporte, pintura a pistola, inflamiento de neumáticos, limpieza, herramientas neumáticas y perforadoras. Otro es el compresor de refrigeración, empleado para comprimir el gas del vaporizador. Otras aplicaciones abarcan procesos químicos, conducción de gases, turbinas de gas y construcción. Estructura de los compresores Los elementos principales de esta estructura son: motor, cuerpo, tapas, enfriador y árboles. El cuerpo y las tapas del compresor se enfrían por el agua. Los elementos constructivos tienen ciertas particularidades. Para disminuir las perdidas de energía de la fricción mecánica de los extremos de las placas contra el cuerpo en este se colocan dos anillos de descarga que giran libremenlibremente en el cuerpo. A la superficie exterior de estos se envía lubricación. Al girar el motor 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 simultáneamente en el cuerpo.  Al fin de disminuir disminuir las fuerzas de fricción fricción en las ranuras ranuras las placas se colocan colocan no radicalmente radicalmente sino desviándolas hacia adelante en dirección de la rotación. El ángulo de desviación constituye 7 a 10 grados. En este caso la dirección de la fuerza que actúa sobre las placas por lado del cuerpo y los anillos de descarga se aproxima a la dirección de desplazamiento de la placa en la ranura y la fuerza de fricción disminuye. Para disminuir las fugas de gas a través de los huelgos axiales, en el buje del motor se colocan anillos de empacaduras apretados con resortes contra las superficies de las tapas. Por el lado de salida del árbol a través de la tapa, se ha colocado una junta de prensaestopas con dispositivos tensor de resortes. Clasificación Clasificación de los compresores  Al clasificarse según el indicio constructivo los compresores volumétricos se subdividen en los de émbolo y de motor y los de paletas en centrífugos y axiales. Es posible la división de los compresores en grupos de acuerdo con el género de gas que se desplaza, del tipo de transmisión y de la destinación del compresor. Estos al igual que las bombas mencionadas anteriormente pueden clasificarse en dos grupos: Compresores de desplazamiento positivo • Compresores Compresores desplazamiento no positivo • Compresores de desplazamiento Descripción de compresores de desplazamiento positivo Compresores alternativos o de embolo El compresor de embolo, de vaivén o de movimiento alternativo, es una maquina de desplazamiento positivo que aumenta la presión de un volumen determinado de gas mediante la reducción de su volumen inicial. La compresión se verifica por el movimiento de vaivén de un embolo encerrado en un cilindro. Generalmente, el cilindro es de dobla efecto y esta accionado por un mecanismo de biela y manivela. La compresión tiene lugar en ambos extremos del cilindro, el cual suele llevar una camisa de agua para disparar el calor engendrado por la fricción de los anillos del embolo y por la empaquetadura del vástago y parte del calor de compresión. La salida del vástago en el cilindro se cierra con una empaquetadura sin escapes. Se regula la oportuna salida y entrada del gas en el cilindro mediante válvulas que se abren según cambia la presión diferencial entre el interior del cilindro y el sistema gaseoso.

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El proceso de compresión puede verificarse en una sola etapa termodinámica (compresión de una fase) o dividirse en varias etapas con enfriamiento intermedio del gas (compresión de varias etapas o multigradual). La compresión multigradual requiere una maquina mas costosa que la compresión unifase, pero se utiliza con mas frecuencia por varias razones: menor consumo de energía, menor elevación de temperatura del gas dentro del cilindro y menor diámetro del cilindro. Los compresores que se utilizan mas comúnmente para comprimir gases tienen una cruceta a la que se conectan la biela y la varilla del pistón. Esto proporciona un movimiento en línea recta para la varilla del pistón y permite que se utilice un embalaje simple, en la figura 30 se muestra una maquina sencilla, de etapa simple, con un pistón de acción doble. Se pueden utilizar pistones de acción simple o doble, dependiendo del tamaño de la maquina y el numero de etapas. En alguna maquinas, se usan pistones de acción doble, en la primera etapa y de acción simple, en las posteriores. En las maquinas de etapas múltiples, hay enfriadores intermedios entre capa una de estas. Esos intercambiadores de calor eliminan el calor de la compresión del gas y reducen su temperatura a aproximadamente la que existe a la entrada del compresor. Ese enfriamiento reduce el volumen de gas que va a los cilindros a alta presión, hace disminuir la energía necesaria para la compresión y, a presiones elevadas, mantiene la temperatura dentro de limites de operación seguros. En la figura 1 se muestra un extremo del compresor de dos etapas.

Los compresores con cilindro horizontales (Fig. 1) son los que mas se utilizan, por su capacidad de acceso. Sin embargo, se construyen también maquinas con cilindros verticales y otras disposiciones, tales como las de ángulo recto (uno horizontal y el otro vertical) y en ángulo en V. Los compresores alternativos, pueden ser del tipo lubricado o sin lubricar. Lubricación de compresores Para la lubricación de los compresores de émbolo se emplean los mismos métodos que para las máquinas 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 máquinas de vapor, se emplean bombas de émbolo buzo de funcionamiento obligado por la transmisión.  Aún con altas presiones de gas deben procurarse aceites de poca viscosidad. Un aceite viscoso exige una potencia innecesariamente grande y hace que las válvulas tengan más 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 más baja. A ser posible se utilizara el aceite para el engrase del cilindro y de la transmisión, pues ello facilita la recuperación y nuevo empleo del aceite.

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Tipos de compresores Alternativos o de Émbolo Compresor de émbolo oscilante Este es el tipo de compresor más difundido actualmente. Es apropiado para comprimir a baja, media o alta presión. Para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario disponer varias etapas compresoras. El aire aspirado se somete a una compresión previa por el primer émbolo, seguidamente se refrigera, para luego ser comprimido por el siguiente émbolo. El volumen de la segunda cámara de compresión es, en conformidad con la relación, más pequeño. Durante el trabajo de compresión se forma una cantidad de calor, que tiene que ser evacuada por el sistema refrigeración. Compresor de membrana Una membrana separa el émbolo de la cámara de trabajo; el aire no entra en contacto con las piezas móviles. Por tanto, en todo caso, el aire comprimido estará exento de aceite. Estos, compresores se emplean con preferencia en las industrias alimenticias farmacéuticas y químicas. Compresor de émbolo rotativo Consiste en un émbolo que está animado de un movimiento rotatorio. El aire es comprimido por la continua reducción del volumen en un recinto hermético. Compresores rotatorios Se denominan compresores rotatorios a aquellos grupos que producen aire comprimido por un sistema rotatorio y continuo, es decir, que empujan el aire desde la aspiración hacia la salida, comprimiéndolo. Se distinguen los siguientes tipos: Compresores de tornillo Esencialmente se componen de un par de motores que tienen lóbulos helicoidales de engrane constante. La compresión por motores paralelos puede producirse también en el sentido axial con el uso de lóbulos en espira a la manera de un tornillo sin fin. Acoplando dos motores de este tipo, uno convexo y otro cóncavo, y haciéndolos girar en sentidos opuestos se logra desplazar el gas, paralelamente a los dos ejes, entre los lóbulos y la carcaza. Las revoluciones sucesivas de los lóbulos reducen progresivamente el volumen de gas atrapado y por consiguiente su presión, el gas así comprimido es forzado axialmente por la rotación de los lóbulos helicoidales hasta 1ª descarga. Compresores de paletas deslizantes El motor es excéntrico en relación 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 centrífuga. Este tipo de compresores consiste básicamente de una cavidad cilíndrica dentro de la cual esta ubicado en forma excéntrica un motor con ranuras profundas, unas paletas rectangulares se deslizan libremente dentro de las ranuras de forma que al girar el motor 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 cilíndrica es comprimida al disminuir el volumen de estos espacios durante la rotación. Compresores soplantes Se conocen como compresores de doble motor o de doble impulsor aquellos que trabajan con dos motores acoplados, montados sobre ejes paralelos, para una misma etapa de compresión. Una máquina de este tipo muy difundida es el compresor de lóbulos mayor conocida como "Roots", de gran ampliación como alimentador de los motores diesel o compresores de gases a presión moderada. Los motores, por lo general, de dos o tres lóbulos están conectados mediante engranajes exteriores. El gas que entra al soplador queda atrapado entre los lóbulos y la carcaza; con el movimiento de los motores de la máquina, por donde sale, no pudieron regresarse debido al estrecho  juego existente entre los lóbulos que se desplazan por el lado interno.

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Descripción de compresores de desplazamiento No positivo Compresores centrífugos El principio de funcionamiento de un compresor centrífugo (Fig. 2) es el mismo que el de una bomba centrífuga, su diferencial principal es que el aire o el gas manejado en un compresor es compresible, mientras que los líquidos con los que trabaja una bomba, son prácticamente incompresibles. Los compresores centrífugos pueden desarrollar una presión en su interior, que depende de la naturaleza y las condiciones del gas que manejan y es virtualmente independiente de la carga del procesamiento. Las condiciones que es preciso tomar en cuenta son:

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La presión barométrica mas baja La presión de admisión mas baja La temperatura máxima de admisión La razón mas alta de calores específicos La menor densidad relativa El volumen máximo de admisión La presión máxima de descarga

Fig. 2 compresor centrífugo La mayoría de los compresores centrífugos funcionan a velocidades de 3.500 RPM (revoluciones por minuto) o superiores y uno de los factores limitantes es el de la fatiga del impulsor. Los impulsores de los compresores centrífugos son por lo común motores eléctricos o turbinas de vapor o gas, con o sin engranajes de aumento de velocidad. En un compresor, como en una bomba centrífuga, la carga es independiente del fluido que se maneje. Los compresores centrífugos constan esencialmente de: caja, volutas, rodetes impulsores, un eje y un sistema de lubricación. Las volutas convierten la energía cinética del gas desarrollada por los impulsores en energía potencial o presión. La caja es la cubierta en que van ajustadas las volutas y esta proyectada para la presión a la que se ha de comprimir el gas. La caja se construye adaptándola a la aplicación particular y puede ser de hierro colado, acero estructural o fundición de acero. La compresión de un gas en un compresor centrífugo requiere con frecuencia un medio de ocluir el gas para evitar su fuga a la atmósfera o su contaminación. Existen varios tipos de oclusores: • el de cierre mecánico con anillo de carbón • el gas inerte • el directo de aceite en el cojinete del compresor y los de gasto de aceite

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Todos están diseñados principalmente como cierre de funcionamiento y no de paro. Los compresores centrífugos se utilizan para una gran variedad de servicios, incluyendo enfriamiento y desecación, suministro de aire de combustión a hornos y calderas, sopladores de altos hornos, cúpulas y convertidores, transporte de materiales sólidos, procesos de flotación, por agitación y aereación, por ventilación, como eliminadores y para comprimir gases o vapor

Compresor Axial El compresor axial se desarrollo para utilizarse con turbinas de gas y posee diversas ventajas para servicios en motores de reacción de la aviación. Su aceptación por la industria para instalaciones estacionarias fue lenta; pero se construyeron varias unidades de gran capacidad para altos hornos, elevadores de la presión de gas y servicios en túneles aerodinámicos. En los compresores de este tipo (Fig. 3), la corriente de aire fluye en dirección axial, a través de una serie de paletas giratorios de un motor y de los fijos de un estator, que están concéntricos respecto al eje de rotación. A diferencia de la turbina, que también emplea los paletas de un motor y los de un estator, 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. Una vez suministrado el aire al compresor por el conducto de admisión, pasa la corriente a través de un juego de paletas directores de entrara, que preparan la corriente para el primer escalón de del compresor. Al entrar en el grupo de paletas giratorios, la corriente de aire, que tiene una dirección general axial se defecta en la dirección de la rotación. Este cambio de dirección de la corriente viene acompañado de una disminución de la velocidad, con la consiguiente elevación de presión por efecto de difusión. Al pasar la corriente a través del otro grupo de paletas del estator se lo para y endereza, después de lo cual es recogida por el escalón siguiente de paletas rotatorios, donde continúa el proceso de presurización. Un compresor axial simple puede estar constituido teóricamente por varias etapas según sea necesario, pero esto puede producir que a determinadas velocidades las ultimas etapas funcionen con bajo rendimiento y las primeras etapas trabajen sobrecargadas. Esto puede ser corregido ya sea con extracción de aire entre etapas o se puede conseguir mucha mayor flexibilidad y rendimiento partiendo el compresor en dos sistemas rotatorios completamente independientes mecánicamente, cada uno arrastrado por su propia turbina. El compresor de alta tiene paletas más cortos que el de baja y es mas ligero de peso. Puesto que el trabajo de compresión de compresor de alta trabaja a mayor temperatura que el de baja se podrán conseguir velocidades mas altas antes de que las puntas de los paletas alcancen su número de Mach límite, ya que la velocidad del sonido aumento a mayor temperatura. Por consiguiente el compresor de alta podrá rodar a mayor velocidad que el de baja. El aire al salir del compresor pasa a través de un difusor que lo prepara para entrar a la cámara de combustión.

Fig. 3 compresor axial

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El uso de lubricantes en los compresores alternativos el causante de sus principales ventajas y desventajas. Un compresor lubricado durara mas que uno que no lo esta. Hay que tener cuidado de no lubricar en exceso, porque la carbonización del aceite en las válvulas puede ocasionar adherencias y sobrecalentamiento. Además, los tubos de descarga saturados con aceite son un riesgo potencial de incendio, por lo que se debe colocar corriente abajo un separador para eliminar el aceite. Los problemas mas grandes en los compresores con cilindro lubricado son la suciedad y la humedad, pues destruyen la película de aceite dentro del cilindro. En los compresores sin lubricación la suciedad suele ser el problemas mas serio, y hay otros problemas que puede ocasionar el gas en si. Por ejemplo, un gas absolutamente seco puede ocasionar un severo desgaste de los anillos. Compresores Rotatorios El diseño de anillo de agua tiene la ventaja de que el gas no hace contacto con las partes rotatorias metálicas. Los aspectos críticos son la presión de vapor del gas de entrada, comparada con la presión de vapor del liquido que forma el anillo de agua y el aumento de temperatura en el mismo. La presión de vapor del fluido para sellos debe ser muy inferior al punto de ebullición, porque de otra forma se evaporara el anillo de agua, ocasionara perdida de capacidad y quizás serios daños por sobrecalentamiento. Compresores Centrífugos Ventajas: En el intervalo de 2.000 a 200.000 ft3/min., y según sea la relación de presión, este compresor es económico porque se puede instalar en una sola unidad. Ofrece una variación bastante amplia en el flujo con un cambio pequeño en la carga. La ausencia de piezas rozantes en la corriente de compresión permite trabajar un largo tiempo entre intervalos de mantenimiento, siempre y cuando los sistemas auxiliares de aceites lubricantes y aceites de sellos estén correctos. Se pueden obtener grandes volúmenes en un lugar de tamaño pequeño. Esto puede ser una ventaja cuando el terreno es muy costoso. Su característica es un flujo suave y libre de pulsaciones. Desventajas: Los compresores centrífugos son sensibles al peso molecular del gas que se comprime. Los cambios imprevistos en el peso molecular pueden hacer que las presiones de descarga sean muy altas o muy bajas. Se necesitan velocidades muy altas en las puntas para producir la presión. Con la tendencia a reducir el tamaño y a aumentar el flujo, hay que tener mucho mas cuidado al balancear los motores y con los materiales empleados en componentes sometidos a grandes esfuerzos. Un aumento pequeño en la caída de presión en el sistema de proceso puede ocasionar reducciones muy grandes en el volumen del compresor. Se requiere un complicado sistema para aceite lubricante y aceite para sellos.

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Compresor de tornillo: rotor único Compresor Helicoidal de rotor único El compresor helicoidal de rotor único está constituido por un rotor conductor con seis cámaras de trabajo helicoidales de perfil globoidal, que acciona dos ruedas dentadas satélite que tienen once dientes cada una, de perfil idéntico al de las cámaras de trabajo, y situadas a ambos flancos del rotor conductor, la velocidad de las ruedas dentadas es (6/11) de la del rotor principal. La potencia de compresión se transfiere directamente desde el rotor principal al vapor; las ruedas dentadas no disponen de ningún tipo de energía, salvo rozamiento. Es necesario que las holguras entre los perfiles en movimiento sean pequeñas, (las óptimas para cada tipo de máquina), con el fin de evitar fugas o filtraciones de vapor desde la cavidad de escape hacia regiones donde las presiones sean más bajas.

Fig. 4 compresor helicoidal de rotor único

El proceso de funcionamiento se puede descomponer en las fases siguientes: - Aspiración: Con el rotor recluido en una camisa cilíndrica, se tienen todas las cámaras de trabajo en comunicación con la cavidad de aspiración por uno de sus extremos. Un diente de una de las ruedas dentadas engrana con cada cámara, efectuándose la aspiración del vapor conforme se desplaza dentro de la cámara. - Compresión: Al continuar la rotación, las cámaras una vez se han llenado completamente, se cierran y separan de la cavidad de aspiración mediante un diente perteneciente a la otra rueda dentada, reduciendo progresivamente su volumen, comprimiendo así el vapor.

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- Escape: En un instante determinado, las cámaras de trabajo con volúmenes decrecientes y presiones crecientes, se pone en comunicación con la lumbrera de escape, cesando la compresión y produciéndose la expulsión del vapor hasta que el volumen V2 queda reducido a cero. La velocidad del fluido a la entrada y salida del compresor helicoidal se incrementa según el cuadrado de sus dimensiones, mientras que el flujo de f luido frigorígeno se incrementa con el cubo de sus dimensiones. Si por ejemplo se doblan las dimensiones del compresor, las áreas de entrada y salida se multiplicarían por un factor 4 y el flujo por 8; como las pérdidas de carga son proporcionales al cuadrado de la velocidad, duplicar el tamaño de un compresor helicoidal supone multiplicar por 4 las pérdidas de carga. Se acostumbra a montar una válvula de retención para este tipo de compresores, evitando así el giro inverso de los rotores cuando se corta la alimentación eléctrica del motor. Esta válvula de retención está intervenida por la presión de aspiración interna del compresor, y de este modo durante el funcionamiento se mantiene abierta sin causar una innecesaria caída de presión en la aspiración del gas. La capacidad que puede albergar el compresor se puede regular de manera continua desde el 10% hasta el 100% por medio de un sistema de corredera situado debajo de los rotores. Hay otros que tienen un sistema de control para regular el volumen. Esto significa que siempre funciona al máximo de su eficiencia, aún cuando la planta frigorífica esté sometida a variaciones en la presión de funcionamiento. Regulación del volumen: - Mediante la regulación manual de la posición de la corredera girando el vástago bajo el eje del motor, se siguen las instrucciones del fabricante. - Mediante la regulación automática desplazando el tope de la corredera o quedando activada, por medio de la presión de aceite y las dos válvulas solenoides controladas por un transmisor de posición entre ambas piezas (se controla a distancia por control remoto). Ventajas del compresor helicoidal de rotor único • Pérdidas por rozamiento mecánico bajas. • Desgaste despreciable de las partes móviles Inconvenientes del compresor helicoidal de rotor único • Aceite lubricante en exceso. • Aumento de precio por utilizar materiales de fibra de carbono y teflón para evitar desgaste. Compresor de tornillo: 2 rotores Los compresores helicoidales usados en técnicas frigoríficas pueden ser de dos tipos: - De dos rotores (Lysholm), que comenzaron a utilizarse en los años 30 y están compuestos de dos husillos roscados (rotores), uno motor y otro conducido. - De rotor único (Zimmern), que comenzaron a utilizarse en los años 60 y están compuestos por un rotor o husillo roscado único, que engrana con un par de ruedas satélites dentadas idénticas. Compresor Helicoidal de dos Rotores El compresor helicoidal de dos rotores, es un aparato rotativo de desplazamiento positivo, en la que la compresión del vapor se efectúa mediante dos rotores (husillos roscados). El rotor conductor tiene cuatro o cinco dientes helicoidales, y engrana con seis celdas o cámaras de trabajo, igualmente helicoidales, del rotor conducido, alojados ambos dentro del estator.

Fig. 5 tornillos de un compresor helicoidal de dos rotores

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Para confirmar el cierre hermético de las cámaras de trabajo y la separación de las cavidades de aspiración e impulsión del compresor, la sección transversal de los dientes ha evolucionado desde un perfil circular, hasta perfiles cicloidales, en orden a mejorar el funcionamiento mecánico y dinámica de los rotores. El perfil del tornillo conductor es convexo, mientras que el del conducido es cóncavo; el rotor conductor, conectado al eje motor, gira más rápido que el conducido. El vapor que penetra por la cavidad de aspiración, situada en uno de los extremos del compresor, llena por completo cada una de las cámaras de trabajo helicoidales del rotor conducido. Durante el giro de los rotores, las cámaras de trabajo limitadas entre los filetes de los rotores y las superficies internas del estator, dejan de estar en comunicación directa con la cavidad de aspiración y se desplazan junto con el vapor a lo largo de los ejes de rotación. Cada una de las cámaras de trabajo se comporta como si el cilindro fuese un compresor alternativo, en donde cada diente del rotor hace de pistón, primero cierra y después comprime el volumen inicialmente atrapado V1, por lo que un compresor helicoidal no es sino un compresor alternativo de seis cilindros helicoidales, en el que se han eliminado el cigüeñal, el espacio nocivo y las válvulas de admisión y escape. El proceso de funcionamiento se puede descomponer en cuatro partes: - Aspiración: llenado progresivo de una cámara de trabajo de volumen V1. - Desplazamiento a presión constante: de forma que al continuar la rotación, la cámara de trabajo que contiene el volumen de vapor V1 se mueve sin variar el volumen. - Compresión: en la que cada diente del rotor conductor engrana con el extremo de cada cámara de trabajo en cuestión, decreciendo progresivamente su tamaño hasta que, cuando su valor es V2, se pone en comunicación con la cavidad de escape. - Escape: en el que al proseguir el giro, el volumen disminuye desde V2 a cero, produciéndose la expulsión del vapor a la presión de salida P2.

Ventajas del compresor helicoidal de 2 rotores

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• Es el compresor más empleado en refrigeración industrial. • Cuenta con menos mantenimiento. • Cuenta con menos partes móviles y por tanto susceptibles de problemas. • Rendimiento energético: El compresor de tornillo tiene un rendimiento superior al alternativo cuando la instalación se encuentra a plena producción. Inconvenientes del compresor helicoidal de 2 rotores • Precio: más caro que el compresor alternativo. • Mano de obra especializada para su mantenimiento Compresor Scroll Se puede considerar como la última generación de los compresores rotativos de paletas, en los cuáles éstas últimas han sido sustituidas por un rotor en forma de espiral, excéntrico respecto al árbol motor, que rueda sobre la superficie del estator, que en lugar de ser circular tiene forma de espiral concéntrica con el eje motor. La superficie de contacto entre ambas espirales se establece en el estator (en todas sus generatrices) y en el rotor también en todas sus generatrices. Como se puede comprobar, hay otra diferencia fundamental respecto a los compresores rotativos de paletas, y es la de que la espiral móvil del rotor no gira solidariamente con este último, sino que sólo se traslada con él paralelamente a sí misma.

Fig. 6 compresor scroll En cuanto al funcionamiento, este tipo de compresores se basa en que las celdas o cámaras de compresión de geometría variable y en forma de hoz, están generadas por dos caracoles o espirales idénticas, una de ellas, la superior que está fija (estator), en cuyo centro está situada la lumbrera de escape, y la otra orbitante (rotor), estando montadas ambas frente a frente, en contacto directo una contra la otra. La espiral fija y la móvil cuyas geometrías se mantienen en todo instante desfasadas un ángulo de 180, merced a un dispositivo antirotación, están encajadas una dentro de la otra de modo que entre sus ejes hay una excentricidad, para conseguir un movimiento orbital del eje de la espiral móvil alrededor de la espiral fija.

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Fig. 7 compresor espiral

El funcionamiento se puede descomponer en las tres fases siguientes: - Aspiración: En la primera órbita (360o), en la parte exterior de las espirales se forman y llenan completamente de vapor a la presión P1 dos celdas. - Compresión: En la segunda órbita (360o), se produce la compresión a medida que dichas celdas disminuyen de volumen y se acercan hacia el centro de la espiral fija, alcanzándose al final de la segunda órbita, cuando su volumen es V2 y la presión de escape P2. - Descarga: En la tercera y última órbita, puestas ambas celdas en comunicación con la lumbrera de escape, tiene lugar la descarga (escape) a través de ella. El campo de utilización está encaminado a los pequeños desplazamientos (aire acondicionado y bomba de calor en viviendas) para potencias frigoríficas comprendidas entre 5 y 100 kW. Otro agente significativo son las pérdidas mecánicas por rozamiento, la inexistencia de juntas y segmentos en los compresores Scroll, característica común también a los helicoidales, hace que las pérdidas mecánicas por rozamiento en este tipo de compresores, sean más bajas en comparación con las que se producen en los compresores alternativos.

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Ventajas del compresor SCROLL • Buen rendimiento volumétrico. • Inexistencia de espacio muerto perjudicial. • Ausencia de válvulas de admisión. • Adaptabilidad axial y radial muy buena. • Elevada fiabilidad de funcionamiento • Excelente nivel sonoro. Inconvenientes del compresor SCROLL • Limitación de fabricar compresores Scroll de tamaños pequeños. • Presión de escape baja. Compresor centrifugo Los aparatos centrífugos se crearon para obtener grandes capacidades de enfriamiento, y constan principalmente de un compresor centrífugo, que da nombre al conjunto, impulsado por un motor eléctrico, (aún cuando puede utilizarse también una turbina de vapor u otro tipo de motor de gas) un condensador y un evaporador.

Fig. 8 compresor centrifugo 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. La fuerza centrífuga aplicada al vapor confinado entre los álabes del impulsor y que gira con los mismos, origina la autocomprensión del vapor en forma similar a la que se presenta con la fuerza de gravedad, que hace que las capas superiores de una columna de gas compriman a las inferiores.

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Fig. 9 compresor centrifugo Los compresores centrífugos son turbo-máquinas o máquinas generadoras de flujo continuo, que transmiten la energía mecánica del motor al que van acoplados. Las velocidades rotatorias comunes varían entre 3000 y 8000 rpm, usándose en algunos casos velocidades más altas. Compresor Inverter Es un compresor rotativo de C. A. que por razón de un sistema electrónico, regula las revoluciones del motor a través de la frecuencia y hace que se adapten a las diferentes necesidades de la instalación, modulando el flujo de refrigerante en cada momento. Si el local a refrigerar está con la máxima carga de calor, el compresor estará rindiendo al 100 % de sus posibilidades, dando por ejemplo 6000 Fg/h; cuando el local está más frío el compresor rendirá menos, dando solamente por ejemplo 3000 Fg/h, esto quiere decir que es un compresor de rendimiento variable, adaptándose a las necesidades ambientales. La diferencia del sistema de control, para el resto de equipos que utilizan exclusivamente el termostato como dispositivo de control de temperatura, produciéndose lo que se llama sistema (todo o nada), es decir, que el equipo está funcionando al 100 % de sus posibilidades o está parado, no existiendo en este caso opción intermedia. Con el sistema Inverter se consiguen unas temperaturas similares, y sin variaciones de temperatura apreciables en comparación con el resto de equipos. El principio del funcionamiento se basa en que para regular la capacidad de la instalación, se necesita un control de frecuencia con el fin de poder variar la velocidad de rotación del compresor. El suministro eléctrico proveniente de la red con la que se alimenta el aparato, se convierte en fuente de energía corriente continua. La fuente de energía de corriente continua se reconvierte en fuente de energía de alterna trifásica con frecuencia variable. Si la frecuencia aumenta, la velocidad de rotación del compresor sube, lo que a su vez produce un aumento de circulación de refrigerante, consiguiendo un mayor intercambio de calor. Cuando la

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frecuencia disminuye, la velocidad de rotación del compresor baja, lo que a su vez produce una reducción de la circulación de refrigerante, consiguiéndose un menor intercambio de calor. Debido a que el funcionamiento de estos sistemas varía con respecto a los empleados en los aparatos convencionales y su participación en el mercado es cada vez mayor, se está confeccionando un tomo que tratará exclusivamente sobre el funcionamiento y detección de averías en este tipo de instalaciones.

Fig. 10 compresor inverter

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Compresor rotativo: excéntrica o rodillo El compresor de rodillo emplea como su propio nombre indica un rodillo cilíndrico de acero, que rota sobre una flecha excéntrica acoplada concéntricamente en un rodillo. Debido a la excentricidad de la flecha, el anillo cilíndrico es excéntrico con el cilindro y toca la pared de éste en el punto de claro mínimo. Si rota la flecha, el rodillo se desliza alrededor de la pared del cilindro, en contacto con la pared y en el mismo sentido de la rotación de la flecha. Una hoja empujada por un resorte, montada en una ranura de la pared del cilindro, hace contacto fuertemente con el rodillo en todo momento. La hoja se mueve hacia dentro y hacia fuera del entalle del cilindro, siguiendo el rodillo conforme gira éste alrededor de la pared del cilindro. La forma de comprimir el vapor de refrigerante, sigue los pasos que se muestran en las siguientes figuras.

Fig. 11 compresor rotativo

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Compresor rotativo: Paletas Los compresores rotativos pueden tener dos mecanismos de acción, con paletas o de excéntrica, también llamados de rodillo. En los compresores de paletas y de rodillo, la compresión se produce por la disminución del volumen resultante entre la carcasa y el elemento rotativo, cuyo eje no coincide con el eje de la carcasa (ejes excéntricos). En estos compresores rotativos no son obligatorias válvulas de admisión, ya que como el gas entra de forma incesante en el compresor la pulsación de gas es mínima. Compresor de Paletas: Para éste tipo de compresor el eje motor es excéntrico respecto al eje del estator y concéntrico respecto al eje del rotor. El rotor gira deslizando sobre el estator, con cinemática plana (radial), en forma excéntrica respecto a la superficie cilíndrica interior del estator, estableciéndose un contacto que en el estator tiene lugar sobre una única generatriz, mientras que en el rotor tiene lugar a lo largo de todas sus generatrices. El rotor es un cilindro hueco con estrías radiales en las que las palas están sometidas a un movimiento de vaivén, (desplazadores). Al producirse una fuerza centrífuga, las palas (1 ó más) comprimen y ajustan sus extremos libres deslizantes a la superficie interior del estator, al tiempo que los extremos interiores de dichas palas se desplazan respecto al eje de giro. La admisión del vapor se genera mediante la lumbrera de admisión y el escape a través de la válvula de escape. El vapor rellena el espacio comprendido entre dos palas vecinas y las superficies correspondientes del estator y del rotor (cámara de trabajo), cuyo volumen aumenta durante el giro del rotor hasta adquirir un valor máximo, y después se cierra y transporta a la cavidad de impulsión del compresor, comenzando al mismo tiempo el desalojo del vapor de la cámara de traba jo.

Fig. 12 compresor de paletas El funcionamiento del compresor de una pala es similar al del compresor de rodillo, siendo equivalente el volumen desplazado, que se puede incrementar añadiendo más palas o aumentando la excentricidad. La situación de la lumbrera de admisión en el estator, para una posición fija de la generatriz de contacto (rotor- estator), se determina de forma que el rendimiento volumétrico no disminuya excesivamente, así se puede conseguir en el compresor un volumen desplazado máximo; todo ello implica que hay que situar la lumbrera de forma que el espacio comprendido entre dos palas consecutivas sea el máximo posible, en el momento en que la segunda pala termine de franquear dicha lumbrera; a continuación este lugar físico en su giro hacia la válvula de escape se contrae, procediendo a la compresión del vapor hasta conseguir la presión de salida, momento en que se genera el escape a través de la válvula correspondiente. En el compresor monocelular (una pala), la colocación de la lumbrera de admisión tiene que estar lo más cerca posible de la generatriz A de contacto (rotor-estator), siendo el desplazamiento teórico (cámara de trabajo) idéntico al de un compresor de rodillo.

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En el compresor bicelular (dos palas), la colocación de la lumbrera de admisión está indicada a casi 90 respecto al escape, siendo el volumen teórico desplazado (cámara de trabajo) proporcional a dos veces el área sombreada, que es la máxima que geométricamente se puede conseguir. En el compresor multicelular, (cuatro o más palas), la posición de la lumbrera de admisión está a casi 180o respecto al escape, siendo el volumen teórico desplazado proporcional a cuatro veces el área sombreada, que es la máxima que se puede obtener. Podemos observar que el desplazamiento crece con el número de palas (2, 4... veces el área sombreada), llegándose a construir compresores con 6, 8 y hasta 10 palas; con compresores de más de 10 palas no se conciben ganancias sensibles en el volumen desplazado. El volumen desplazado asciende aumentando la excentricidad e (disminuyendo el diámetro d); este procedimiento genera un aumento de la fuerza centrífuga a la que están sometidas las palas, ocasionando una fricción excesiva entre éstas y el estator, con su consiguiente deterioro y desgaste. Otro procedimiento consiste en incrementar el número de palas que permite restringir la excentricidad y los efectos perjudiciales de la fuerza centrífuga. Tiene un buen rendimiento volumétrico, debido a que no existe expansión del vapor entre las presiones de salida y entrada, por lo que a bajas presiones de aspiración pueden funcionar de forma más eficiente que los alternativos. El rendimiento mecánico tiene un valor análogo a los que se presentan en los compresores alternativos. Campo de utilización: en función de la magnitud del volumen de vapor (o gas) desplazado y su elevado rendimiento a bajas presiones de aspiración, les hace útiles en acondicionadores de aire e industrialmente como compresores booster en circuitos de compresión escalonada. Por razones constructivas, raramente trabajan por encima de, 3/5 kg/cm2, no sobrepasando relaciones de compresión mayores de 7.

Fig. 13 funcionamiento del compresor multicelular Ventajas del compresor de paletas • Máquinas poco ruidosas. • No necesitan válvula de admisión por lo que el vapor aspirado entra de manera continua. • No existen espacios muertos perjudiciales. • Rendimientos volumétricos muy altos. Inconvenientes del compresor de paletas • Su fabricación exige una gran precisión.

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Compresor alternativo Por la estanqueidad del sistema biela-manivela (Cárter cerrado o abierto) El dispositivo de compresión consta primordialmente de un cilindro (parte fija) y un émbolo (parte móvil) que se desliza interiormente por el primero, es movido por un motor a través de una biela, que produce sobre el émbolo un movimiento alternativo. El émbolo absorbe, comprime, y expulsa el gas a través de las válvulas de admisión y escape. Los segmentos colocados en el émbolo proporcionan la estanqueidad entre éste y el cilindro, separando la alta presión imperante en el interior del cilindro, de la parte de baja presión imperante en el cárter.

Fig. 14 compresor alternativo En el caso de compresores pequeños en lugar de segmentos se utilizan pistones con ranuras, que aseguran la estanqueidad por las importantes pérdidas de carga que sufre el gas al atravesarlas.  A esta estanqueidad también colabora la película creada por el aceite de lubricación. El émbolo o pistón es el componente del compresor que reduce el volumen de gas contenido en el cilindro; y el movimiento descrito por el pistón es alternativo, nombre que reciben este tipo de compresores.

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El motor que acciona la biela es un motor eléctrico de inducción (monofásico o trifásico), con el rotor en jaula de ardilla, y amortiguado su movimiento a través de muelles. La carcasa inferior es el cárter del motor, admitiendo el aceite necesario para su lubricación. Todo el conjunto queda encerrado en una carcasa metálica formada por dos piezas de acero embutido y soldado por la zona de cierre, por lo que se denominan compresores de tipo hermético.  Al girar el eje del motor un depósito situado en la parte inferior del mismo, recoge el aceite durante el giro, y por efecto de la fuerza centrífuga, lo hace subir hacia arriba a través de una conducción existente en el interior de dicho eje; este aceite sale por la parte superior del eje bañando las diferentes partes del compresor. El líquido refrigerante, entra en el compresor a través del conducto de aspiración, a una temperatura más o menos fresca ya que los gases provienen del evaporador, y transita las diferentes partes del compresor hasta que entra en la cámara de compresión a través de la válvula de admisión, por lo que hace el efecto de refrigerar el compresor. Si no se produjese así, en la parte con más temperatura del compresor (parte superior) se alcanzarán temperaturas muy elevadas. Por ello se construyen este tipo de compresores de tal manera que prácticamente todas las partes del compresor están comunicadas con la aspiración. Si ya se ha comprimido el refrigerante, sale de la cámara de compresión a través de la válvula de escape a otra cámara que hace efecto de silenciador de descarga, para insonorizar el compresor y evitar al mismo tiempo cualquier tipo de vibraciones que se pudieran ocasionar en la descarga del refrigerante. Con la cámara silenciadora, se coloca una válvula de seguridad, ya que la presión en el interior de esta cámara, es la presión de alta del circuito. Es comprometedor inclinar o tumbar la unidad condensadora, donde va alojado el compresor, ya que el aceite podría salirse a través del conducto de aspiración, lo que provocaría el agarrotamiento del mecanismo de transmisión del motor, con su posterior quemado de las bobinas, o la perdida de rendimiento de la máquina, al ser una mezcla de aceite y refrigerante lo que circula por el circuito frigorífico de la misma. En este caso conviene dejar la unidad en su posición normal (12 horas aproximadamente) para que por la gravedad el aceite retorne al cárter del compresor. Los parámetros que caracterizan a un compresor alternativo son, el número de cilindros, diámetro y carrera de los mismos, velocidad de rotación, relación de compresión y rendimiento volumétrico. Ventajas del compresor alternativo: • Precio hasta un 50% más barato que su equivalente en compresor de tornillo. • Mejor COP a cargas parciales. • Mantenimiento sencillo y conocido por prácticamente todo el personal mecánico. • Sigue siendo el compresor que más se emplea en el frío comercial. Inconvenientes del compresor alternativo: • Regulación de capacidad por etapas. • Frecuentes mantenimientos • Temperaturas de descarga más elevadas lo que implica más consumo de aceite. Compresor alternativo  A continuación se darán a conocer una clasificación de los diferentes tipos de compresores alternativos que podemos encontrar en el mercado, así como sus características y funcionalidades: Por la dirección (Horizontales, verticales y radiales) Los primeros compresores de refrigeración se diseñaron siguiendo el estilo general de los motores de vapor, es decir, con un patrón horizontal de doble efecto. Estos compresores tenían la ventaja de que se colocaban cerca del suelo y eran accesibles, pero requerían una gran cantidad de espacio y un soporte muy pesado, además de disponer de un cilindro de gran diámetro y una carrera larga. Posteriormente en un intento de remediar las desventajas del primer compresor, se optó por colocarlo de modo que se sostuviera a sobre un par de armazones en A, pero debido al peso en la parte superior se decidió mejorarlo por un compresor vertical, de modo que el cárter del cigüeñal actuaba como base, daba soporte a los cilindros y a los cojinetes principales y actuaba como depósito de aceite. Por el número de caras activas (Simple y doble efecto)

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DE SIMPLE EFECTO: Cuando un pistón es de simple efecto, trabaja sobre una sola cara del mismo, que está dirigida hacia la cabeza del cilindro. La cantidad de aire desplazado es igual a la carrera por la sección del pistón. (Figura A) DE DOBLE EFECTO: El pistón de doble efecto trabaja sobre sus dos caras y concreta dos cámaras de compresión en el cilindro. El volumen engendrado es igual a dos veces el producto de la sección del pistón por la carrera. Hay que tener en cuenta el vástago, que ocupa un espacio innegablemente no disponible para el aire y, en consecuencia, los volúmenes creados por las dos caras del pistón no son iguales. (Figura B)

Por el número de etapas de compresión (Compresión simple o múltiple) Compresor simple Se compone básicamente de un cárter con cigüeñal, pistón y cilindro. Para su refrigeración llevan en la parte exterior, aletas que evacuan el calor por radiación y convección; se utilizan en aplicaciones en donde el caudal está limitado y en condiciones de servicio intermitente, ya que son compresores de pequeñas potencias. Compresor de etapas multiples Se componen de elementos superpuestos de diámetros diferentes, que se desplazan en cilindros concéntricos. El pistón de mayor diámetro puede trabajar a simple o doble efecto, pero los otros pistones no porque lo harán en simple efecto. Esta disposición es enormemente utilizada por los compresores de alta presión. (Figura C) DE PISTÓN DIFERENCIAL: El pistón diferencial es aquel que trabaja a doble efecto, pero con diámetros diferentes, para conseguir la compresión en dos etapas. Su utilidad viene limitada y dada la posición de los pistones está cayendo en desuso. (Figura D)

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