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Unidad IX
MANTENIMIENTO DE COMPRESORES
Figura 9.1
• • • • • • •
A Sala de compresores B Sala médico dental C Embotellamiento de bebidas y acondicionamiento de alimentos D Microelectrónica E Moldeado de plástico F Sala de pintado con aerosol G Impresión y empaquetado
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Los compresores se fabrican de varios tipos y para diferentes aplicaciones. Desde luego los requerimientos de lubricante varían considerablemente, dependiendo no sólo del tipo de compresor sino también del gas que comprime. En general, los compresores para aire y para gases son mecánicamente similares y su diferencia está en el efecto que produce el gas en el lubricante. Los compresores para refrigeración y para aire acondicionado merecen atención especial debido a la recirculación del refrigerante y mezcla de este con el lubricante. Los compresores pueden clasificarse en dinámicos y de desplazamiento positivo. Estos últimos incluyen los reciprocantes (pistón) y los de tipo rotatorio. Los compresores dinámicos son usualmente de tipo centrífugo o axial. Excluyendo los compresores para refrigeración y para aire acondicionado, los compresores son utilizados en la industria para comprimir aire. Para este objetivo se utilizan compresores portátiles (construcción, minería) y compresores estacionarios (plantas industriales, estaciones de servicio). En las plantas industriales, la vibración asociada con compresores de tamaño medio a grande requiere de montajes especiales de aislamiento. La pulsación en la entrega de aire puede requerir de amortiguadores. Tanto los compresores rotatorios como los centrífugos, se entregan hoy como unidades empaquetadas con un mínimo de requerimientos desde el punto de vista de aislamiento contra las vibraciones. Comparadas con las unidades reciprocantes, estas unidades rotatorias son más compactas, ofrecen un flujo libre de pulsaciones, tienen menos número de elementos que se desgastan y necesitan menos mantenimiento. En el caso de las unidades centrífugas, también entregan aire libre de aceite. En campos como el de la construcción, se han desarrollado los compresores de tornillo (lóbulos helicoidales), con rendimientos que se aproximan a los de los compresores reciprocantes y con muy bajo nivel de ruido. 1.
COMPRESORES RECIPROCANTES La mayoría de compresores reciprocantes son de una o dos etapas. En una menor proporción se encuentran las multietapas. Desde el punto de vista de lubricación, las máquinas de una y dos etapas son mecánicamente similares, mientras que las de múltiples etapas tienen requerimientos un poco diferentes. Todos los compresores reciprocantes tienen como elemento común los pistones, los anillos de los pistones, los cilindros, las válvulas, los cigüeñales, las bielas, los cojinetes del cigüeñal y de las bielas y las carcazas. En los compresores de doble acción (compresión por ambas caras del pistón), se necesitan varillas para los pistones, empaquetaduras, crucetas y guías de las crucetas; las varillas de conexión se unen a las crucetas por medio de pasadores. Para propósitos de lubricación, todas las partes asociadas con los cilindros, incluyendo los pistones, anillos, válvulas y empaquetaduras, son consideradas como parte de los cilindros y todas las partes asociadas con el extremo de guía, incluyendo los pasadores principales, pasadores de las crucetas, el pistón y las crucetas y guías, se consideran partes en movimiento.
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Todos los compresores reciprocantes están provistos con sistemas de enfriamiento para limitar la temperatura final de descarga con el fin de minimizar la potencia empleada. Las paredes de los cilindros se enfrían y en el caso de los compresores de dos o más etapas, el gas que se comprime se enfría entre las etapas por medio de ínter enfriadores. El enfriamiento se realiza con agua o con aire. En máquinas de gran tamaño este enfriamiento se realiza con agua. Frecuentemente el gas de descarga se enfría en postenfriadores. Estos a su vez actúan como separadores para ayudar a eliminar el aceite que puede ser arrastrado de los cilindros.
Figura 9.2
2.
COMPRESORES ROTATIVOS Los cuatro tipos de compresores rotatorios de desplazamiento positivo son: de lóbulos simples, de lóbulos helicoidales, de paletas rotatorias y de pistón líquido.
3.
COMPRESORES DE LÓBULOS SIMPLES
Figura 9.3
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Los compresores de lóbulos simples se construyen con dos impulsores idénticos que constan de dos o tres lóbulos, los cuales giran en direcciones opuestas con estrechas tolerancias dentro de una carcaza. Los rotores son movidos por engranajes de sincronización por fuera de la carcaza, los cuales mantienen las posiciones relativas de los rotores. Estos rotores no se tocan entre sí o con la carcaza de manera que no se necesita la lubricación interna. La presión se produce debido a la contrapresión del lado de la descarga. Las relaciones de compresión son bajas y por esta razón a estas máquinas se les conoce con frecuencia como soplantes en lugar de compresores. Los compresores de lóbulos rectos tienen capacidades que van hasta 30000 cfm y presiones de descarga de una etapa simple de hasta 25 psi. 4.
COMPRESORES DE LÓBULOS HELICOIDALES Se llaman también compresores de tornillo. Los hay de dos rotores y de un rotor. Los de un rotor no se usan mucho por haber sido introducidos recientemente. En los de dos rotores un rotor macho de cuatro lóbulos engrana con un rotor hembra de seis lóbulos. Los rotores pueden ser movidos individualmente por piñones de sincronización o el rotor macho puede guiar al rotor hembra. El gas se comprime por la acción de los dos rotores. Se utilizan dos variaciones del compresor de dos rotores. Existen compresores de dos tornillos disponibles en capacidades hasta cerca de 25000 cfm y con presiones de descarga hasta 125 psi en una etapa y 250 psi en dos etapas. El compresor de tornillo simple, contiene un rotor cónico de tornillo que se mueve entre ruedas dentadas. Los dientes de las ruedas barren las cavidades ranuradas del tornillo, comprimiendo el aire a medida que mueve el volumen progresivamente decreciente de la cavidad. Las ruedas están constituidas por dos tipos de material: un recubrimiento metálico que absorbe los esfuerzos impuestos sobre las ruedas y una cara plástica que hace contacto con los lados de las cavidades ranuradas.
Figura 9.4
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5.
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COMPRESORES DE PALETAS DESLIZANTES Estos compresores tienen paletas que se pueden mover libremente dentro de ranuras en el rotor. Este está montado excéntricamente en una carcaza. La rotación del rotor hace que las paletas se muevan hacia adentro y hacia fuera en las ranuras, creando paquetes de gas que aumentan o disminuyen de volumen. Las paletas se pueden mantener contra la carcasa por medio de pasadores de acople como en este caso, por resortes, o por fuerza centrífuga solamente. Cuando se usan pasadores, la carcaza no es circular ya que todos los diámetros a través del eje del rotor deben ser iguales. Los compresores de paletas deslizantes se encuentran en capacidades que van hasta 6000 cfm y con presiones de descarga hasta 100 psi para una sola etapa y 125 psi para dos etapas.
Figura 9.5
6.
COMPRESORES DE PISTÓN LÍQUIDO En un compresor de pistón líquido, la rotación del rotor de lóbulos múltiples hace que un líquido, generalmente agua, sea proyectado hacia delante formando un anillo que hace que la velocidad del rotor mantenga un sello entre las paletas y la carcaza. A medida que el anillo gira, los paquetes que se forman entre las paletas y el anillo incrementan y disminuyen alternativamente de tamaño en la misma forma que en los compresores de paletas deslizantes. Debido al anillo, los puertos de entrada y salida deben colocarse en los cabezales de los cilindros, en lugar de su periferia. El anillo de líquido elimina la necesidad de superficies sellantes de tipo deslizante de manera que esencialmente no existe el desgaste de las superficies que se mueven dentro del cilindro. Los compresores de pistón líquido existen en capacidades que van hasta 16000cfm, y para presiones hasta los 100 psi.
7.
COMPRESORES DINÁMICOS En contraste con los compresores de desplazamiento positivo en los que los sucesivos volúmenes de gas están confinados en un espacio encerrado y los cuales disminuyen de tamaño para realizar la compresión, en los compresores
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dinámicos se convierte la energía del motor en energía cinética del gas. Esta energía cinética se convierte posteriormente en presión. Los rotores de los compresores dinámicos no forman un sello hermético con la carcaza y por lo cual ocurre algún escape a través de las paletas del rotor. 8.
COMPRESORES CENTRÍFUGOS
Figura 9.6
En un compresor centrífugo, un impulsor de paletas múltiple gira a gran velocidad dentro de una carcaza. El aire o gas atrapado entre las paletas se acelera hacia fuera y hacia delante en la dirección de la rotación. El aire sale de las puntas de las paletas con presión más alta y gran velocidad y entra en el difusor. En el anillo difusor, debido a que el área seccional va aumentando en la dirección del flujo, ocurre una reducción en la velocidad y un sustancial incremento de la presión. El aire entonces entre a una carcaza llamada voluta, en donde, de nuevo debido al incremento del área en la dirección del flujo ocurre un incremento de la presión y una reducción de la velocidad. El flujo hacia fuera en el rotor produce una depresión en la entrada, u .ojo., del impulsor haciendo que el aire sea succionado hacia el compresor. Los compresores centrífugos manejan grandes volúmenes de aire o gas con un incremento relativamente pequeño de la presión. Están diseñados para operación a alta velocidad, 20000 rpm o más y por lo tanto pueden conectarse directamente o a través de engranajes a motores de alta velocidad o a turbinas. Se pueden utilizar cajas de incremento de velocidad. Los compresores centrífugos se construyen con capacidades de hasta 650000 cfm. Las relaciones de compresión van hasta 1,7 con una sola etapa de compresión. Este tipo de máquinas se diseñan para alcanzar presiones de descarga de hasta 10 psi. Los compresores de etapas múltiples se pueden conseguir con un máximo de 10 etapas. Las presiones de descarga llegan a 150 psi o inclusive más altas. Se usan mucho como empujadores (boosters) en las refinerías de petróleo, en las industrias de productos químicos y en los gasoductos de gas natural. Durante el servicio como empujadores, el gas o el aire se toman a presiones más altas que
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la atmosférica. Cuando las presiones de admisión son altas, las carcazas y los sellos del árbol se deben diseñar para resistir estas altas presiones. También se consiguen compresores centrífugos para operaciones de planta. Estas unidades tienen capacidades que van desde los 1000 hasta los 15000 cfm a presiones que llegan hasta los 125 psi. Se usan de dos a cinco etapas. Los impulsores se mueven por medio de piñones montados alrededor de una gran corona. En esta forma cada impulsor se mueve a su velocidad óptima. Cuando se utilizan turbinas para mover el compresor, la corona se puede mover directamente por aquella. En caso de motores eléctricos, la corona se moverá a través de un tren de engranajes de incremento de velocidad. Se utiliza por lo general ínter enfriamiento entre etapas. No se instalan enfriadores en el caso de los compresores centrífugos que descargan a presiones bajas. Los que descargan a presiones más altas son refrigerados por medio de agua que pasa por conductos construidos en los diafragmas entre las etapas, por ínter enfriamiento o por la inyección de un líquido volátil en la corriente del gas. Se instalan sellos cuando el árbol tiene que atravesar la carcaza. Se usan de varios tipos: empaquetadura de tramado suave, sellos de laberinto, sellos de anillos de carbono, sellos de película de aceite y sellos mecánicos. El tipo de sello a utilizar depende de la presión, la velocidad y la cantidad de escapes que se puedan tolerar. 9.
COMPRESORES DE FLUJO AXIAL Un compresor de tipo axial tiene filas alternadas de álabes fijos y móviles. Los álabes móviles imparten alta velocidad al aire o gas. A medida que el aire fluye a través de pasajes de expansión entre las filas de paletas fijas y móviles, la velocidad se reduce y se transforma en cabeza estática, esto es, presión. Una etapa consiste en una fila en movimiento, seguida de una fija estacionaria. Se requiere un número grande de etapas - hasta 20 -.
Figura 9.7
Los compresores de flujo axial son máquinas compactas, de alta velocidad que pueden manejar grandes volúmenes de aire con relaciones de presión hasta 6:1 en un cilindro o carcaza simple. Se han construido máquinas que pueden manejar hasta 1000000 cfm o inclusive más. Se pueden mover por medio de
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motores eléctricos, turbinas de vapor o turbinas de gas. Estas últimas bastante comunes en las industrias de proceso químico en las cuales se dispone de grandes volúmenes de gas caliente para mover la turbina y donde se necesitan grandes volúmenes de aire o de gas comprimido. Los compresores de flujo axial también se utilizan en casi todas las turbinas de gas usadas para generación de potencia o propulsión de barcos. Las más pequeñas son usadas para la industria o para propulsión de aviones. 10. COMPRESORES PARA REFRIGERACIÓN Los principios básicos del ciclo de refrigeración se entienden bien observando el siguiente gráfico. Las partes principales de un sistema de refrigeración típico son: el evaporador, el compresor, el condensador, un recibidor y una válvula de expansión.
Figura 9.8
El refrigerante líquido fluye bajo presión a través de la válvula de expansión hasta el evaporador en donde se evapora, absorbiendo calor y enfriando el lugar. El vapor es arrastrado al compresor en donde se incrementan su presión y temperatura. A la presión más alta, a la descarga del compresor, la temperatura de condensación del refrigerante es más alta que la que se tendría a presión atmosférica, de manera que cuando el vapor caliente a alta presión fluye desde la descarga del compresor hacia el condensador, un flujo de agua extrae suficiente calor como para condensarlo. Este refrigerante en forma líquida fluye al recibidor en donde inicia un nuevo ciclo. El calor removido desde el refrigerante en el condensador es igual a la cantidad de calor removido del cuarto frío por el evaporador más el calor resultante del trabajo mecánico realizado sobre el refrigerante por el compresor y que no haya sido eliminado en la chaqueta de este durante la compresión. Las unidades más pequeñas tales como los refrigeradores y congeladores caseros, los acondicionadores para cuartos y los acondicionadores para automóviles, tienen condensadores enfriados por aire en lugar de agua. En las instalaciones comerciales se pueden utilizar dos y tres etapas de compresión. Se usan compresores de paletas giratorias y de tornillo en las etapas de baja presión. En instalaciones grandes de aire acondicionado se usan
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compresores compresores automóviles. pueden estar
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centrífugos de varias etapas. Hoy en día se están usando de paletas móviles en los sistemas de aire acondicionado para Algunas unidades muy pequeñas, tales como deshumidificadores equipadas con compresores de tipo de diafragma.
Figura 9.9
En casi todos los demás casos se usan compresores reciprocantes. La mayoría de compresores reciprocantes que se usan en las instalaciones comerciales son de tipo de acción simple y con cárteres cerrados. Debido a las fugas de refrigerante por los anillos de los pistones, los cárteres están llenos de una atmósfera de refrigerante. Los compresores de cruceta de doble acción tienen cárteres abiertos. La mayoría de las unidades para aire acondicionado de tamaños pequeños y medianos tienen compresores herméticos con todas sus partes, incluyendo el motor, dentro de una unidad sellada. Los evaporadores pueden operar secos o inundados. En los secos solo hay vapor del refrigerante, mientras que en los de tipo inundado existe tanto refrigerante líquido como en forma de vapor.
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11. MANTENIMIENTO DE COMPRESORES 11.1 FUNCIONAMIENTO DE UN COMPRESOR INDUSTRIAL
Refrigerant Liquid
Insulation
Incoming Gas
Refrigerant Gas/Liquid
Condensate
Air/Oil Mixture
Refrigerant Gas
Oil
Wet Air
Compressed Refrigerant Gas
Dry Air
Figura 9.10
11.2 ELEMENTO COMPRESOR TRABADO EN LA PUESTA EN MARCHA
Figura 9.11
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11.3 FALLAS MÁS COMUNES • El compresor se pone en marcha, pero no carga después de un periodo de retardo.
• El compresor no descarga.
• El colector de humedad (agua), no descarga condensado durante la carga.
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• Consumo Excesivo de aceite por la línea de descarga
• El suministro de aire o la presión del compresor es inferior a lo normal
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• La válvula de seguridad dispara.
• Temperatura de salida del elemento superior a lo normal
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12. PROGRAMA DE MANTENIMIENTO (CASO DE ATLAS COPCO)
Compresores Modelos GA 200 - 315 Serie: AIF ..................... LISTA DE REPUESTOS PARA CADA PLAN DE MANTENIMIENTO. Plan "A": Mantenimiento de 2,000, 6,000, 10,000, 14,000, 18,000 y 22,000 horas Cantidad Artículo 1 Kit de Filtros Aire y Aceite
N° Parte 2906 0200 00
Plan "B": Mantenimiento de 4,000, 12,000 y 20,000 horas Cantidad 1 1 6 1
Artículo Kit de Filtros Aire y Aceite Kit de Separador Aceite "Roto Inject Fluid", 20 lts Aceite "Roto Inject Fluid", 05 lts
N° Parte 2906 0200 00 2906 0202 00 2901 0522 00 2901 0245 01
Plan "C": Mantenimiento de 8,000 y 16,000 horas Cantidad 1 6 1 1 Plan D:
Artículo Kit de 8,000 horas Aceite "Roto Inject Fluid", 20 lts Aceite "Roto Inject Fluid", 05 lts Limpieza de enfriadores
N° Parte 2906 0207 00 2901 0522 00 2901 0245 01
Mantenimiento General Overhaul Cantidad 1 2 1 2 6 1 1 1
Cantidad Kit Overhaul de instalación Kit Overhaul del Elemento Solenoide de Carga Sensor de Presión Aceite "Roto Inject Fluid", 20 lts Aceite "Roto Inject Fluid", 05 lts Limpieza Química de Enfriadores Mantenimiento Motores Eléctricos
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Artículo 2906 0210 00 2906 0186 00 1089 0505 07 1089 0575 51 2901 0522 00 2901 0245 01
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