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Índice Dedicatoria………………………………………………………………………………….. 3 Introducción………………………………………………………………………………… 4 Marco teórico……………………………………………………………………………….. 5 - 7 Compresores……………………………………………………………………………….. 8 - 9 Características de un compresor reciprocante……………………………………… 1 !artes de un compresor reciprocante separa"#e…………………………………… 11 - 1$ %uncionamiento de# compresor………………………………………………………... 13 &p#icaciones de #os compresores reciprocantes…………………………………… 14 Mantenimiento de un compresor reciprocante……………………………………… 15 Conc#usión…………………………………………………………………………………. 1' (i"#io)ra*ía………………………………………………………………………………… 17 &ne+o……………………………………………………………………………………….. 18
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APENDIZ: APENDIZ : WALTER WALTER MIGUEL MANRIQUE
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D,DIC&/I&0
Dedicamos este presente trabajo a mis padres que son el motor de mi vida y todas aquellas personas que siempre están apoyándome, alentándome a seguir adelante para llegar a cumplir mis metas.
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Introducción Un compresor es una máquina que admite un gas, lo comprime y lo descarga a una mayor presión. Los compresores tienen muchas aplicaciones industriales. Por ejemplo, son utilizados en sistemas de rerigeración, aires acondicionados, en la presurización de gases durante la abricación de plásticos, pol!meros y otros qu!micos. Pero el uso más importante de los compresores es el de la producción de aire comprimido, prácticamente toda planta moderna, sitio de construcción o taller está equipado con un suministro de aire comprimido. "sta uente de energ!a instantánea, segura y le#ible puede ser usada para operar todo tipo de herramientas neumáticas, suministrar rerigeración, operar maquinaria y controlar procesos de abricación de diversos tipos $ompresor reciprocante. "n una planta compresora la selección del equipo de compresión juega un papel muy importante en la operatividad y aprovechamiento de la instalación% los compresores reciprocantes, son compresores de desplazamiento positivo de gran utilidad, debido a que poseen mayor le#ibilidad operacional que un compresor centr!ugo% y por esto pueden denominarse compresores de carga variable% a pesar de manejar menores lujos de gas ,pueden alcanzar altas presiones y en muchos casos con un cambio en la velocidad de giro, diámetro del cilindro o ajuste de bolsillos &revamping' se ajustan a nuevas condiciones de operación de la instalación. Un compresor reciprocante es básicamente un tipo de bomba en donde el aire es comprimido por un pistón que se mueve dentro de un cilindro. "l pistón es empujado, por una biela conectora y un cig(e)al movido por alg*n tipo de motor. La siguiente investigación, muestra la inormación básica sobre equipos de compresión reciprocantes% as! como tambi+n, los tipos, partes que lo conorman, caracter!sticas, uncionamiento, ventajas y desventajas, aplicaciones y mantenimiento.
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Marco teórico La mayor!a de los compresores se analizan usando la ley de los gases ideales y una suposición de que hay un calor especiico constante. "sto es aceptable para los gases que no sean de hidrocarburos, para presiones apro#imadas de hasta de --- psi man. temperaturas normales. $asi todos los gases de hidrocarburos &gases reales', se desv!an bastante de la ley de los gases ideales incluso a presiones medianas, en este caso se deber!an usar las tablas de propiedades termodinámicas, las gráicas de /ollier, gráicas de compresibilidad o aplicar un actor de compresibilidad. a #e2 de #os )ases idea#es "s la ecuación de estado del gas ideal, los gases reales que más se apro#iman al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura. La ecuación de estado de un gas ideal es0 ! m/ Donde0 P 1 Presión del gas ideal. 2 1 2olumen del gas ideal. m 1 /asa del gas ideal. 3 1 $onstante universal de los gases ideales. 4 1 4emperatura del gas ideal. a !rimera e2 de #a ermodinmica "sta ley establece que la energ!a no se crea ni se destruye durante el proceso, como la compresión y suministro de un gas. "n otras palabras, siempre que una cantidad de un tipo de energ!a desaparece, un total de e#actamente equivalente de otros tipos de energ!a debe ser producido. a 6e)unda e2 de #a ermodinmica a. "sta ley es más abstracta, pero puede decirse de varias maneras0 b. "l calor no puede, por s! mismo, pasar de un r!o a un cuerpo más caliente. c. "l calor puede ser transerido de un cuerpo a una temperatura inerior a uno a una temperatura más alta sólo si el trabajo e#terno se realiza. d. La energ!a disponible del sistema aislado disminuye en todos los procesos reales. e. Por s! mismo, el calor o la energ!a &como el agua', luirá sólo cuesta abajo &de caliente a r!o'. 5 APENDIZ: WALTER MIGUEL MANRIQUE
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5ásicamente, estas declaraciones dicen que la energ!a que e#iste en varios niveles está disponible para su uso sólo si se puede pasar de un nivel superior a uno inerior.
e2es de #os ases Idea#es
Un gas ideal o perecto es aquel en que las leyes de 5oyle aplican. "stos gases perectos no e#isten realmente, pero estas tres leyes de la termodinámica se pueden utilizar si se corrige por actores de compresibilidad sobre la base de los datos e#perimentales. e2 de (o2#e "stablece que a una temperatura constante, el volumen de un gas ideal disminuye con un aumento en la presión. Por ejemplo, si una cantidad dada de gas se comprime a una temperatura constante a la mitad de su volumen, su presión se duplicará. P626 1 P2 e2 de Car#es "stablece que a presión constante, el volumen de un gas ideal se incrementará a medida que aumenta la temperatura. 7i se aplica calor a un gas se e#pandirá, y la presión seguirá siendo el mismo. "sta ley supone la ausencia de ricción o la presencia de una uerza aplicada. 26846 1 284 e2 &montons Los estados que, a volumen constante, la presión de un gas ideal se incrementará a medida que aumenta la temperatura. P6846 1 P84 as 2 apor Por deinición, un gas es que la orma de luido de la sustancia en la que la sustancia puede e#pandirse indeinidamente y llenar completamente su contenedor. Un vapor es un l!quido gasiicado o sólido es una sustancia en orma gaseosa. "l gas y el vapor de t+rminos se utilizan indistintamente. Cic#o termodinmico Cic#o teórico 6
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"l ciclo teórico de trabajo de un compresor ideal se entiende ácilmente mediante el estudio de un compresor monoásico de pistón uncionando sin p+rdidas y que el gas comprimido sea perecto &3eerencia 9:; Pág. $. alter.'. $on esto se da por hecho que el pistón se mueve ajustado herm+ticamente al cilindro, e incluso se considera que el paso del luido hacia y desde el cilindro tiene lugar sin resistencias en válvulas y conductos, es decir, sin cambio de presión. Cic#o rea# "n un ciclo teórico, el proceso de compresión puede realizarse adiabáticamente, otra orma de realizar la compresión seria isot+rmicamente. "n la realidad e#isten condiciones que modiican el diagrama, como p+rdidas de carga en válvulas, retardos en apertura de válvulas, compresión y e#pansión no e#actamente politrópicas &coeiciente politrópico variable <'. Compresión en etapas "l grado de compresión es el cociente entre la presión absoluta de descarga p6 y la presión absoluta de succión p. Puede tener cualquier valor pero en la práctica, en compresores de una sola etapa no suele pasarse de relaciones de compresión de :, => ?, ya que relaciones de compresión más altas necesitan un compresor voluminoso que encarece el equipo. demás como toda compresión lleva consigo un aumento de temperatura de los gases que se procesan, e#iste el riesgo de que +stos salgan e#cesivamente calientes, lo que perjudicar!a tanto el equipo mecánico como la lubricación de la máquina. 7eg*n sea el n*mero de etapas &n', la relación de compresión en cada etapa es0
Donde0 n 1
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Compresores 7on equipos que incrementan la presión de un gas, un vapor o una mezcla de gases y vapores. La presión del luido se eleva reduciendo el volumen espec!ico del mismo durante su paso a trav+s del compresor. 7e emplean principalmente para rerigeración, acondicionamiento de aire, caleacción, transporte por tuber!as, almacenamiento de gas natural, craqueo catal!tico, polimerización y en muchos procesos qu!micos. 7eg*n la orma de compresión se clasiican en0 a. Compresores de Desp#aamiento !ositi:o0 7on compresores de lujo intermitente, que basan su uncionamiento en tomar vol*menes sucesivos de gas para coninarlos en un espacio de menor volumen% logrando con este eecto, el incremento de la presión. 7e dividen en dos grupos reciprocantes y rotativos. ". Compresores Dinmicos0 7on máquinas rotatorias de lujo continuo en la cual el cabezal de velocidad del gas es convertido en presión% estos compresores, se dividen de acuerdo al lujo que manejan en centriugo &lujo radial' y a#iales &lujo a#ial' y lujo mezclado. Compresor reciprocante "s un compresor de desplazamiento positivo, en el que la compresión se obtiene por desplazamiento de un pistón movi+ndose lineal y secuencialmente de atrás hacia adelante dentro de un cilindro% reduciendo de esta orma, el volumen de la cámara &cilindro' donde se deposita el gas% este eecto, origina el incremento en la presión hasta alcanzar la presión de descarga, desplazando el luido a trav+s de la válvula de salida del cilindro. "l cilindro, está provisto de válvulas que operan automáticamente por dierenciales de presión, como válvulas de retención para admitir y descargar gas. La válvula de admisión, abre cuando el movimiento del pistón ha reducido la presión por debajo de la presión de entrada en la l!nea. La válvula de descarga, se cierra cuando la presión en el cilindro no e#cede la presión de la l!nea de descarga, previniendo de esta manera el lujo reverso. ipos de compresores reciprocantes a. 6imp#e ,tapa0 7on compresores con una sola relación de compresión, que incrementan la presión una vez% solo poseen un depurador interetapa, un cilindro y un enriador inter etapa &equipos que conorman una etapa de compresión' generalmente se utilizan como booster en un sistema de tuber!as ". M;#tip#es ,tapas0 7on compresores que poseen varias etapas de compresión, en los que cada etapa incrementa progresivamente la presión hasta 8 alcanzar el nivel requerido. "l n*mero má#imo APENDIZ: WALTER MIGUEL MANRIQUE
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de etapas, puede ser @ y depende del n*mero de cilindros% no obstante, el n*mero cilindros no es igual al n*mero de etapas, pueden e#istir dierentes combinaciones% como por ejemplo, si se requiere un sistema de tres etapas, puede utilizarse :, ? o @ cilindros, como se indica en la siguiente tabla0 $oniguraciones Posibles
: $HLH
@ $HLH
"3 "4P
$HLH
6 $HLH
J $HLH
6"3 "4P
$HLH
$HLH
6 $HLH
:"3 "4P
$HLH
$HLH
6 $HLH
"l uso de
varios cilindros para una etapa de compresión permite la selección de cilindros de menor tama)o, generalmente esto sucede con la primera etapa de compresión. c. (a#anceado - puesto0 7on compresores separables, en los cuales los cilindros están ubicados a A-B a cada lado del rame. d. Inte)ra#0 "stos compresores utilizan motores de combustión interna para trasmitirle la potencia al compresor% los cilindros del motor y del compresor están montados en una sola montura &rame' y acoplados al mismo cig(e)al. "stos compresores pueden ser de simple o m*ltiples etapas y generalmente son de baja velocidad de rotación ?-- C --3P/. Poseen una eiciencia y bajo consumo de combustible% sin embargo, son más costosos y di!ciles de transportar que los separables% a pesar de esto, hay muchas aplicaciones en tierra donde esta es la mejor opción. 4ienen mayor rango de potencia6--- C :--- 5EP que los separables, entre sus ventajas se encuentran0 • • •
lta eiciencia Larga vida de operación 5ajo costo de operación y mantenimiento comparado con los separables de alta velocidad.
e. 6epara"#e0 "n este equipo, el compresor y el motor poseen cig(e)ales y monturas dierentes acoplados directamente. Feneralmente, vienen montados sobre un sGid y pueden ser de simple o m*ltiples etapas. Los compresores reciprocantes separables en su mayor!a son unidades de alta velocidad -- C A-- 3P/ que pueden ser accionados por motores el+ctricos, motores de combustión interna o turbinas, manejan lujos menores de gas que los integrales y pueden tener una potencia de hasta =--- EP. "ntre sus ventajas se encuentra0 • •
Pueden ser montados en un sGid 7on de ácil instalación y transporte 9
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Poseen amplia Kle#ibilidad operacional
Características de un compresor reciprocante De acuerdo con la aplicación de los compresores se deben deinir sus caracter!sticas de dise)o de instalación y de mantenimiento guardando una delicada relación entre el trabajo a realizar, la eiciencia y rendimiento del equipo, los estándares de conservación ambiental y la econom!a en los dierentes procesos... Características t
$orresponde a la relación entre el eecto rerigerante neto o calor que absorbe el rerigerante del producto y el proceso de compresión o calor que absorbe el rerigerante en el compresor, esta medida determina la eiciencia neta del trabajo del compresor que debe ser un valor mayor a : para que el eecto de evaporación sea mayor que el eecto de la compresión y se d+ el eecto rerigerante en el equipo. ". /endimiento ,ner) "s la relación entre la Potencia mecánica del compresor y la potencia el+ctrica dada en 5tu8Mattios hora, indica la cantidad de calor transormado por energ!a el+ctrica consumida. •
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!artes de un compresor reciprocante separa"#e a. Ci#indro0 "s el recinto por donde se desplaza un pistón. 7u nombre proviene de su orma, apro#imadamente un cilindro geom+trico. Los cilindros para compresores usados en el proceso industrial son separables desde el armazón. Un requerimiento de PH @A es que los cilindros deben estar equipados con camisas reemplazables &3eerencia 96; Pág. @N'. "l propósito de las camisas es proveer una supericie renovada. "sto salva el costo de un cilindro completo antes de que se perore por desgaste o ralladuras. Los cilindros son abricados de una selección de materiales para particulares presiones y gases. Feneralmente estas son abricadas de undición de hierro. ". !istón0 "l pistón es una de las partes más simples, pero tiene la principal unción de todas las partes del compresor, que es trasladar la energ!a desde el cig(e)al hacia el gas que se encuentra en los cilindros. "l pistón posee rines de aceite y de presión. "ste tipo de pistón es lotante. La designación y materiales usados para los pistones var!an con la marca, el tipo, y aplicación del compresor. "stos son designados acorde al diámetro del cilindro, presión de descarga, velocidad de rotación del compresor, capacidad del compresor y requerimiento de carga del pistón. c. &ni##os de# pistón "n los compresores reciprocantes se emplean anillos de compresión, anillos de aceite y anillos montantes. Los anillos de compresión se utilizan en todos los casos, mientras que el empleo de los anillos de lubricación y de los montantes dependerá del tipo de compresor y su servicio. d. ,mpa?uetadura de# :sta)o de# pistón Los compresores que poseen pistones de doble acción, que son impulsados por medio de una cruceta al vástago del pistón, necesitan de un sellado en lado cig(e)al para evitar ugas de presión del gas hacia el espaciador por eso se necesita una empaquetadura. "n las empaquetaduras se emplean los mismos materiales que en los anillos de pistón. La empaquetadura metálica puede permitir un desgaste del vástago de -.=O en el diámetro de la misma. "l vástago debe estar endurecida a 3ocGJell $ ?- y esmerilada. e. Cruceta La cruceta es un embolo r!gido que transmite el empuje de la biela hacia el pistón. "sta se utiliza en compresores con pistones horizontales debido a que el peso del pistón provocar!a un gran desgaste en la parte inerior de la camisa si se uniera directamente a la 11 o perno ijo. biela. Las crucetas se dise)an con perno lotante APENDIZ: WALTER MIGUEL MANRIQUE
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*. (ie#a La biela esta sujetada al cig(e)al y a la cruceta, esta transmite el movimiento alternativo desde el cig(e)al al pistón. La biela es normalmente construida de aleaciones de acero y debe tener una dura y pulida supericie particular, donde está en contacto con la empaquetadura en los cilindros de doble acción. ). Ci)@eAa# 7e encuentra instalado dentro de la montura y es el elemento que transmite la potencia del motor hacia las bielas. . CoBinetes0 La mayor!a de los compresores utilizan cojinetes hidrodinámicos, el aceite entra al cojinete a trav+s de los agujeros de suministro, que van perorados estrat+gicamente a lo largo de la circunerencia del cojinete que suministran y distribuyen ormando una pel!cula de aceite en el contacto entre las partes móviles y estacionarias. i. #:u#as0 Permiten la entrada y salida de gas al cilindro% en caso de cilindros de doble acción, e#isten válvulas de succión a ambos lados del cilindro, mientras que en cilindros de simple acción sólo se encuentran en un solo lado. Las válvulas pueden ser de placa, leng(eta y la más aplicada para gas natural la de discos conc+ntricos.
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%uncionamiento de# compresor "l uncionamiento de los compresores reciprocantes se basa en un movimiento alternativo realizado por el conjunto bielacrucetapistón. "#isten cuatro etapas durante el proceso que se dan en una vuelta del cig(e)al es decir en :@- grados. . Compresión, durante este proceso el pistón se desplaza desde el punto inerior, comprimiendo el gas hasta que la presión reinante dentro del cilindro sea superior a la presión de la l!nea de descarga &Pd'. Las válvulas succión y descarga permanecen cerrada. 6. Descar)a, luego de que la presión reinante dentro del cilindro sea superior a la presión de la l!nea de descarga &Pd' que es antes de que llegue al punto murto superior, la válvula de escape se abre y el gas es descargado, mientras que la de succión permanece cerrada. :. ,+pansión, durante este proceso el pistón se desplaza desde el punto muerto superior hasta que la válvula de succión se abra durante la carrera de retroceso o e#pansión, que será cuando la presión reinante en el interior del cilindro sea inerior a la presión del vapor de succión &Ps'. ?. 6ucción, luego de que la válvula de succión se abrió, que es un poco despu+s del punto muerto superior, ingresa el luido, y el pistón se desplaza hasta el punto muerto inerior, al inal de la carrera de succión, la velocidad del pistón disminuye hasta cero, igualándose las presiones del e#terior y del interior del cilindro &aunque por la velocidad del pistón no e#ista tiempo material a que +ste equilibrio se establezca'% la válvula de succión se cierra, la válvula de descarga permanece cerrada.
entaBas 2 des:entaBas de# compresor reciprocante 2"<4Q7 •
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D"72"<4Q7
/ayor le#ibilidad en capacidad de lujo y rango de presiones. Kundaciones más grandes para eliminarlas altas vibraciones por el lujo pulsante.
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/ás alta eiciencia y costo de potencia más bajo. $apacidad de manejar peque)os vol*menes de gas.
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7on menos sensitivos a la composición delos gases y las propiedades cambiantes. Presentan menores temperaturas de descarga por su enriamiento encamisado Pueden alcanzar las presiones más altas. "n servicios continuos se requieren unidades de reserva, para impedir paradas de planta debido al mantenimiento.
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Los costos de mantenimiento son 6 a : veces más altos que los compresores centr!ugos. "l uncionamiento continuo es más corto que para los centr!ugos
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3equieren inspección más continua. $ambios en la presión de succión pueden ocasionar grandes cargas en las barras del pistón
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&p#icaciones de #os compresores reciprocantes 6er:icios Comunes de Compresores /eciprocantes /e*inerías 2 !etro?uímica moniaco, Urea, /etanol, "tileno, R#ido de "tileno, Polipropileno, Fas de limentación, 7eparación de $omponentes de Fas
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ltas presiones de descarga, los compresores reciprocantes tienen un amplio rango de presiones mayores que el centr!ugo. Disponibles para bajos lujos de gas, ineriores al menor lujo de los centr!ugos. 7on mucho menos sensibles a la composición del gas y a propiedades cambiantes que los compresores dinámicos% esta propiedad es muy importante, ya que a medida que un pozo petrolero se agota, el gas pasa de ser un gas rico a un gas pobre% y este cambio aecta a los compresores dinámicos. Poseen mayor le#ibilidad operacional, ya que con solo cambio en los cilindros o ajuste de los pocGets pueden ajustarse a nuevas condiciones de proceso
La aplicación de un compresor corresponde al uso o trabajo para el cual se requiere, puede ser en rerigeración dom+stica, comercial, transportada, o aire acondicionado e industrial tambi+n se determinan las temperaturas de evaporación de congelación, conservación o acondicionamiento ambiental. $uando se hace la selección de un compresor para una aplicación determinada en un equipo de rerigeración se deben considerar los siguientes actores0 $omo el sistema de rerigeración requiere un mecanismo de control del rerigerante, este puede ser un tubo capilar donde las presiones se igualan cuando el compresor se detiene o una válvula de e#pansión que por oposición mantiene las presiones de alta y baja con el equipo en reposo. "n el primer caso el motor debe ser de bajo torque de arranque L74 &sigla en ingl+s para LoJ 7tarting torque', usados por lo general en 3erigeradores, congeladores, mostradores comerciales, bebedores y enriadores de l!quidos. $uando se requiere mantener las presiones de alta y baja, se utiliza una válvula de e#pansión se debe aplicar un compresor de alto torque E74 &sigla en ingl+s para Eight 7tarting torque'.
Mantenimiento de un compresor reciprocante Los compresores reciprocantes deben ser alimentados con gas limpio ya que no pueden manejar l!quidos y part!culas sólidas que pueden estar contenidas en el gas% estas part!culas, tienden a causar desgaste y el l!quido como es no compresible puede causar da)os a las barras del pistón. Los compresores están dise)ados y construidos dentro de los más altos estándares de ingenier!a debido a que generan uerzas considerables y altas temperaturas. 7u operación segura y coniable demanda que sean correctamente lubricados, su lubricación comprende tanto los cilindros como los cojinetes del cig(e)al. /uchos compresores reciprocantes utilizan un sólo sistema para la lubricación de los dos conjuntos. "n otros, los sistemas son separados y hasta pueden demandar aceites dierentes, por ejemplo en los compresores de gas natural se emplean lubricantes sint+ticos por que el gas natural es soluble en aceite mineral, pero +ste puede ser empleado para la lubricación del cig(e)al. "l lubricante en los compresores reciprocantes cumple varias unciones0 u"ricación La principal unción del lubricante es reducir la ricción entre las partes móviles y cualquier tipo de desgaste. 4iene que lubricar tanto los pistones en sus cilindros y los cojinetes del cig(e)al que mueven los pistones. /e*ri)eración Los pistones y cilindros de un compresor reciprocante son normalmente enriados con agua o aire. 7in embargo, el calor es retirado de las supericies de los cojinetes por el aceite lubricante. !rotección "l lubricante debe tambi+n prevenir la corrosión. "sto puede ser una tarea di!cil ya que los compresores tienden a producir calor y condiciones de humedad que promueven la corrosión. 6e##ado "n el interior de los cilindros de un compresor reciprocante se generan altas presiones. "l lubricante debe producir una pel!cula suicientemente uerte para evitar la uga de aire entre los anillos del pistón y las paredes del cilindro.
Conc#usión "l compresor reciprocante, es un tipo de compresor de gas que logra comprimir un volumen de gas en un cilindro cerrado, volumen que posteriormente es reducido mediante una acción de desplazamiento mecánico del pistón dentro del cilindro. 7u orma de trabajar es la que le da el nombre, ya que +ste recibe un movimiento rotativo y lo convierte en alterno. 5ásicamente un compresor reciprocante está constituido de pistones y cilindros. "l movimiento es aplicado a un cig(e)al o un equivalente en unción y +ste lo transiere al pistón o pistones a trav+s de la biela. 7u mayor ventaja radica en que estos compresores poseen una mayor eiciencia a cargas altas y parciales, en especial aquellos de dos etapas. 7in embargo, el inter+s por estos equipos ha deca!do, principalmente debido a los requerimientos de mantenimiento, costos de instalación y ruido. un as!, unidades de este tipo poseen la mayor eiciencia siempre y cuando reciban el mantenimiento adecuado. pesar de esto, su rendimiento suele deteriorarse rápidamente con el tiempo debido al desgaste que suren los cilindros, pistones y anillos. "l desgaste y deterioro de las válvulas tambi+n contribuye a reducir su eiciencia. "n la instalación donde se ubicará el compresor reciprocante deben e#istir sistemas de seguridad% no obstante, el equipo de compresión debe estar dotado de sistemas de seguridad que protejan al equipo en caso de emergencias o problemas operacionales.
(i"#io)ra*ía http088JJJ.scribd.com http088JJJ.JiGipedia.com t!"!#$#123%"t&'()*+,)t&!"-2014-10-.%t!#)/#/,!(+&t(1
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Partes de un compresor reciprocante
