COMPRESOR. Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir. Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable.
TIPOS DE COMPRESORES.
DIAGRAMA DE PRESIÓN-VOLUMEN
Desde A hasta B el pistón se mueve hacia abajo en el interior del cilindro permitiendo que el vapor caliente, comprimido en un ciclo anterior, se expanda. Conforme se expande el vapor, la presión en el cilindro decrece, la presión del vapor en el tramo de aspiración abre la válvula de aspiración y entra de nuevo más vapor (B a C). El punto C representa el punto muerto inferior y en esta ocasión el pistón se mueve hacia arriba, decrece el volumen en el cilindro, se empuja el vapor bajo presión y esto aumenta la temperatura. Cuando la presión es suficientemente grande (D) la válvula de descarga es obligada a abrirse y el vapor es forzado a salir hacia el tramo de descarga.
COMPRESORES VOLUMÉTRICOS O DE DESPLAZAMIENTO: Este tipo de equipos conocidos también como de Flujo intermitente, poseen un sistema de compresión mediante el cual se obtiene presión alterando el volumen del aire atmosférico. Los compresores que conforman este grupo, concentra el aire en un recinto hermético, lo comprimen en un espacio de menor volumen y luego lo transportan a otro recipiente para almacenarlo. En este grupo se ubican los recíprocantes (alternativos) y los rotatorios. Estos compresores son los más conocidos y comunes. Estos se dividen en dos tipos diferentes: *Los Rotativos.
*Los Alternativos.
*COMPRESORES ROTATIVOS Son equipos que pueden manejar volúmenes de aire considerables y presiones de trabajo de hasta 350 Psi, estos trabajan con dos rotores que giran en una carcasa y sus componentes están montados con holguras o tolerancias muy pequeñas que garantizan la compresión del aire con flujos axiales. Se dividen en tres tipos diferentes:
De Lóbulos(Roots),
De tornillo,
De paletas.
COMPRESOR TIPO LÓBULOS (ROOTS).
Estos compresores no modifican el volumen de aire aspirado. Lo impulsan. La compresión se efectúa gracias a la introducción de más volumen de aire del que puede salir. Los caudales máximos está entorno a los 1500m3/h. Las presiones no suelen superar los 1-2 bares. Su principio de funcionamiento se basa en aspirar aire e introducirlo en una cámara que disminuye su volumen. Está compuesto por dos rotores, cada uno de los álabes, con una forma de sección parecida a la de un ocho. Los rotores están conectados por dos ruedas dentadas y giran a la misma velocidad en sentido contrario, produciendo un efecto de bombeo y compresión del aire de forma conjunta.
Los rotores (lóbulos) se pueden presentar en: Lóbulo de corte recto o de tres cortes helicoidal.
CARACTERÍSTICAS o o
Este sistema es muy simple y su funcionamiento es muy parecido a la bomba de aceite del motor de un auto donde se requiere un flujo constante. Tienen pocas piezas en movimiento.
o
Son lubricados en general en el régimen de lubricación hidrodinámica aunque algunas partes son lubricadas por salpicadura del aceite. A veces los rodamientos o cojinetes pueden estar lubricados por grasas.
COMPRESORES ROTATIVOS TIPO TORNILLO
Los compresores a tornillo tienen dos tornillos engranados o entrelazados que rotan paralelamente con un juego o luz mínima, sellado por la mezcla de aire y aceite. Son los otros compresores ampliamente utilizados en la industria, junto con los compresores de émbolo. Funcionan mediante dos rotores helicoidales paralelos, que giran en un cárter en sentidos contrarios e impulsan el aire de forma continua, el aire entra por la válvula de admisión con el aceite. El rotor macho, conectado al motor, arrastra al rotor hembra como consecuencia del contacto de sus superficies, sin ningún engranaje auxiliar. El volumen libre entre ellos disminuye comprimiendo el aire atrapado hasta salir por la válvula de salida. Es necesario lubricar las piezas móviles con aceite, para evitar severos desgastes y refrigerar los elementos. Este aceite se deberá separar del aire comprimido mediante un separador aire-aceite.
Pueden dar caudales elevados, 24.000m3/h y presiones cercanas a los 10 bares. También se pueden colocar en serie varias etapas, llegando a presiones de 30 bares.
Compresor de Tornillo
CARACTERÍSTICAS o o
Silencioso, pequeño, bajo costo Flujo continuo de aire
o
Fácil mantenimiento
o
Presiones y volúmenes moderados
o
En los compresores a tornillo húmedos los engranajes y tornillos son lubricados por el aceite que actúa también como sello. Los compresores a tornillo secos (“oilfree”) requieren lubricación de sus engranajes, cojinetes y/o rodamientos pero los tornillos operan en seco.
o
Los tornillos normalmente operan en el régimen de lubricación límite y mixta mientras los engranajes trabajan con lubricación hidrodinámica. Lubricante: Los compresores lubricados con inyección de aceite utilizan aceites R&O (resistente a oxidación por lo que trabaja entre 80° C y 120° C y con aditivos contra la corrosión) y aceites hidráulicos AW (anti desgaste). El aceite tiene que tener una buena capacidad antiespumante y buenas características de enfriamiento por la alta velocidad y temperatura de operación.
COMPRESORES ROTATIVOS TIPO PALETAS
En el compresor rotativo a paletas el eje gira a alta velocidad mientras la fuerza centrífuga lleva las paletas hacia la carcasa (estator) de afuera. Por la carcasa ovalada, continuamente entran y salen por canales en su rotor. Este sistema es parecido a la bomba hidráulica a paletas como la bomba utilizada en la dirección hidráulica del auto. Por la excentricidad de la cámara, los compartimientos llenos de aire entre paletas se achican entre el orificio de entrada y el de salida, comprimiendo el aire. Suelen utilizarse en campos o instalaciones que exijan caudales inferiores a 1500m3/h y presiones máximas de 7 bares. El lubricante sella las paletas en el rotor y contra el anillo de la carcasa. Necesitan lubricación para las piezas móviles, reducir el rozamiento de las paletas y mejorar la estanqueidad.
Compresor de Paletas
CARACTERÍSTICAS o o
Silencioso y pequeño Flujo continuo de aire
o
Buen funcionamiento en frío
o
Sensibles a partículas y tierra
o
Fácil mantenimiento
o
Presiones y volúmenes moderados
o
Los cojinetes del rotor trabajan en un régimen de lubricación hidrodinámica mientras las paletas frotan sobre el anillo de la carcasa en lubricación hidrodinámica y límite.
o
Por lo que mucho del régimen de lubricación es límite, se requiere aceite con aditivos AW (anti-desgaste) inyectado o pasado por conductos con el aire. Típicamente se usa aceite de motor. Los aceites de motor tienen la ventaja que absorben la humedad y condensado para llevarla con el aire, (evitando chupar agua decantada en el fondo) pero la desventaja que un exceso de humedad puede causar la precipitación de sus aditivos o corrosión si el compresor queda parado mucho tiempo con aceite contaminado.
o
Adicionalmente a la necesidad de aditivos anti desgaste, se requiere un aceite de buena resistencia a la oxidación a altas temperaturas, ya que estos compresores pueden llegar a 200° C. Estas temperaturas requieren un índice de viscosidad natural muy alto para mantener su viscosidad y evitar cizallamiento. Cualquier depósito de barniz que resulta de la oxidación del aceite puede llenar las ranuras del rotor, evitando el suave y seguro movimiento de las paletas.
o
Por lo que la fuerza centrífuga gira las partículas de tierra hacia la carcasa y el anillo (pista) de la carcasa, la vida útil depende mucho del filtro de aire, el grosor de la película de aceite y la cantidad de aditivos AW.
*COMPRESORES DE MOVIMIENTO ALTERNATIVO El compresor a pistón es semejante al motor de combustión del auto y puede ser de efecto simple para baja presión o doble para alta presión. Los pistones, cojinetes y válvulas requieren lubricación.
Compresor de Émbolo
Su principio de funcionamiento es sencillo. El eje desplaza a un émbolo con movimientos alternativos. En la fase de aspiración, el aire llena la cavidad del pistón. En la fase de compresión, al desplazarse el émbolo hacia arriba, reduce el volumen del gas y lo impulsa hacia la línea de distribución. Para alcanzar mayores presiones y aumentar el rendimiento, algunos compresores disponen de varios pistones (compresores multietapas) dispuestos en serie. El aire que sale de una etapa se vuelve a comprimir en la siguiente, hasta alcanzar presiones cercanas a los 200 bares.
Se puede utilizar tanto para equipos estacionarios como móviles, en una gran variedad de tamaños. Los más grandes pueden llegar a entregar caudales superiores a los 500 m3/min. Las presiones suelen alcanzar los 6-7 bares.
A continuación se darán a conocer una clasificación de los diferentes tipos de compresores alternativos
Se dividen en dos clases: 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)
CARACTERÍSTICAS o o
Ruidoso y pesado Fluido de aire intermitente
o
Funciona en caliente (hasta 220° C)
o
Necesita mantenimiento costoso periódico
o
Alta presión con moderado volumen
o
Son divididos en dos clases: Simple y Doble
o
Los de efecto simple: Baja presión, normalmente usado en talleres para pintar, soplar, inflar neumáticos, operar herramientas neumáticas, etc.
o
Los de efecto doble (Dúplex): Usados para altas presiones en sistemas de compresión de gases a licuados, etc.
o
Los cojinetes trabajan en el régimen de lubricación hidrodinámica, mientras los pistones y las válvulas trabajan en el régimen de lubricación límite y mixta.
o
Los compresores a pistón de efecto simple típicamente son lubricados por salpicadura del cárter con aceites R&O o aceites hidráulicos con aditivos AW.
LOS COMPRESORES DINÁMICOS Los compresores dinámicos aumentan directamente la velocidad del gas. Se utilizan en las aplicaciones que requieran mucho volumen de aire a baja presión
Los compresores dinámicos pueden ser: Radiales (centrífugos) Flujo Axial. Una de las ventajas que tienen ambas es que su flujo es continuo. Estos compresores tienen pocas piezas en movimiento, reduciendo la pérdida de energía con fricción y calentamiento.
PARTES DE UN COMPRESOR CENTRÍFUGO (dinámico) Los compresores centrífugos constan esencialmente de: Caja, Volutas, Rodetes, Impulsores, un eje y un sistema de lubricación. La caja: es la cubierta en que van ajustadas las volutas y está proyectada para la presión a la que se ha de comprimir el gas. Se construye de hierro colado, acero estructural o fundición de acero. Las volutas: es la cámara o carcasa en forma de espiral del compresor dentro de la cual gira el rodete y que recoge el fluido propulsado radialmente por éste, dirigiéndolo hacia los tubo de salida.
Rodete o rotor: es el impulsar un fluido.
elemento móvil situado dentro del compresor encargado de
Los impulsores: son por lo común motores eléctricos o turbinas de vapor o gas, con o sin engranajes de aumento de velocidad.
COMPRESORES RADIALES
Los compresores centrífugos son turbo-máquinas o máquinas generadoras de flujo continuo, que transmiten la energía mecánica del motor al que van acoplados. Se basan en el principio de la compresión de aire por fuerza centrífuga y constan de un rotor centrífugo que gira dentro de una cámara espiral, tomando aire en sentido axial y arrojándolo a gran velocidad en sentido radial. La fuerza centrífuga que actúa sobre el aire lo comprime contra la cámara de compresión. Pueden ser de una o varias etapas de compresión consecutivas, alcanzándose presiones de 8-12 bares y caudales entre 10.000 y 20.000m3/h. Son máquinas de alta velocidad, siendo esta un factor fundamental en el funcionamiento ya que está basado en principios dinámicos, siendo la velocidad rotatorias comunes entre 3000 y 8000 rpm, y usándose en algunos casos velocidades más altas del orden de las 15.000 a 20.000 r.p.m. Una serie de paletas o aspas en un solo eje que gira, chupando el aire/gas por una entrada amplia y acelerándolo por fuerza centrífuga para botarlo por el otro lado. Este tipo de compreso tiene una única lubricación que es de sus cojinetes o rodamientos.
CARACTERÍSTICAS: o o
El gas o aire sale libre de aceite Un flujo constante de aire
o
Caudal de flujo es variable con una presión fija
o
El caudal es alto a presiones moderadas y bajas
o
Régimen de lubricación es hidrodinámico.
o
La lubricación es por aceite de alta calidad R&O o Grasa.
COMPRESORES DE FLUJO AXIAL
Contiene una serie de aspas rotativas en forma de abanico que aceleran el gas de un lado al otro, comprimiéndolo. Esta acción es muy similar a una turbina. Funciona en seco. Solo los cojinetes requieren lubricación. El compresor de flujo axial consta de múltiples rotores a los que están fijados los álabes cuyo perfil es aerodinámico. El rotor gira accionado por la turbina, de manera que el aire es aspirado continuamente hacia el compresor, dónde es acelerado por los álabes rotativos y barrido hacia la hilera adyacente del álabe del estator El compresor axial consiste en un rotor de forma cilíndrica que gira dentro de una carcasa o estator. El fluido de trabajo circula por el espacio anular entre el rotor y el estator, pasando por hileras de álabes fijos y móviles.
En estos compresores, el flujo del aire es paralelo al eje o al árbol del compresor y no cambia de sentido como en los centrífugos de flujo radial. Cada etapa consta de aspas rotatorias y fijas. En un diseño de reacción de 50%, la mitad del aumento de la presión ocurre en las aspas del rotor y las de la segunda mitad en las del estator. Los compresores
isotérmicos de flujo axial y de flujo axial- radial están diseñados para manejar grandes volúmenes de flujo de aire y de otros gases depurados dentro de una carcasa relativamente pequeña, mientras conservan un alto rendimiento.
CARACTERÍSTICAS: o o
Gas/Aire libre de aceite Flujo de aire continuo
o
Presiones variables a caudal de flujo fijo
o
Alto caudal de flujo. Presiones moderadas y bajas
o
Régimen de lubricación de cojinetes y engranajes es hidrodinámica.
o
Requiere aceite R&O de alta calidad para soportar los ejes en régimen hidrodinámica sin formar depósitos.
CAUSAS PRINCIPALES DE FALLA EN UN COMPRENSOR POR CALOR EXCESIVO El calor excesivo provoca quemaduras del compresor.
Sobrecalentamiento: Se produce cuando la temperatura del gas de succión al compresor es muy elevada.
Bajo Voltaje: Al trabajar el compresor con bajo voltaje se traduce en un aumento de corriente eléctrica (Amperaje) provocando calentamiento en los devanados y daño del aislamiento.
Falta de refrigerante: El embobinado se sobrecalentará si no lo baña suficiente vapor de refrigerante para eliminar el calor que desprende.
Obstrucciones en el evaporador y falta de ventilación: Bajo estas condiciones el sistema tendrá muy alta presión en la cabeza del compresor y/o baja presión de succión, haciéndose excesiva la temperatura de descarga del compresor.
POR CONTAMINANTES En un sistema de refrigeración solo debe circular aceite y refrigerante, cualquier otra sustancia es un contaminante
Aire y humedad: Son los más dañinos ya que pueden reaccionar con el aceite y el refrigerante provocando enlodadura y formación de ácidos dentro del sistema. Se forman por un vacío ineficiente. La humedad forma congelación y taponamiento de la válvula de expansión o el tubo capilar.
Ceras, resinas: Obstruyen válvula de expansión y tubo capilar, ocasionan perdida de compresión, tapan orificios de aceite
Suciedad y brisas de metal: Se depositan en las válvulas de expansión obstruyendo la circulación del refrigerante, dañan el material aislante del embobinado, se depositan en éste y provocan corto circuito.
Fundentes de soldadura: Son compuestos químicos muy activos y su uso debe ser limitado. Al realizar soldaduras es recomendable pasar una corriente de Nitrógeno de 2 a 5 PSIG por la parte interna de la tubería con esto evitaremos que ingrese escoria al sistema.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS ENTRE COMPRESOR RECIPROCANTES Y CENTRIFUGOS
VENTAJAS Y DESVENTAJAS ENTRE COMPRESOR AXIALES Y CENTRIFUGOS
República Bolivariana de Venezuela.
Ministerio del Poder Popular para la Defensa. Universidad Nacional Experimental de la Fuerza Armada. Núcleo Anzoátegui, Sede San Tomé.
COMPRESORES
Profesor:
Elaborado por:
Jorvint Reyes. C.I:18229018
Johanna Gómez. Roberto Suñiga. C.I: 18.679.783 Cesar Estraño. C.I: 14.132.065 6to. S- Ing. Mecánica
Sección N01. San Tomé, Octubre 2015.
