Compresores

 

INTRODUCCION
El siguiente trabajo de compresores muestra los diferentes tipos de compresores que se pueden elegir dependiendo para el uso que se requiera.
Teniendo en cuenta que por compresor se entiende como un instrumento mecánico que reduce el volumen ocupado por un gas (aire) a través de cierta presión ejercida sobre él.
Esta presión se obtiene mediante un trabajo mecánico que reciben los elementos que componen el compresor, para así dar cumplimiento a su funcionamiento.
Teniendo perfectamente clara la definición de un compresor mostraremos que los diferentes tipos de compresores existentes, poseen variadas clasificaciones.

 

LA ADECUADA SELECCION DE UN COMPRESOR
A continuación nombraremos algunas ideas para la correcta selección de un compresor, también sé vera algo sobre su utilización e instalación:

1. El uso que se va a destinar y aquellos otros requerimientos relativos a presión, aire exento de aceite, etc.
2. Máxima y mínima demanda de aire, variaciones estacionales, desarrollo futuro previsto, etc.
3. Condiciones ambientales; los factores que hay que considerar aquí son: temperaturas extremas, grado de contaminación del aire, altitud, etc.
4. Clase de edificación en la que se va a instalar el compresor; los factores a considerar son: limitaciones del espacio, carga que puede soportar el suelo, limitaciones de la vibración, etc.
5. Cuál es el costo de la energía.
6. Qué cantidad de calor puede recuperarse.
7. Qué límites de disponibilidad de potencia existen.
8. Qué limitaciones de ruido hay.
9. Continuidad o intermitencia en la necesidad de aire.
10. Conocer si el costo de una parada es aceptable.
11. Qué experiencia tiene tanto el usuario como el personal de mantenimiento.

 

COMPRESORES
A continuación se explicaran los diversos tipos de compresores existentes, los que se presentan en dos grandes divisiones, los de desplazamiento y los dinámicos.

 

COMPRESORES DINÁMICOS
En un compresor dinámico, el aumento de presión se obtiene comunicando un flujo de gas, cierta velocidad o energía cinética, que se convierte en presión al desacelerar el gas, cuando este pasa a través de un difusor.
En este tipo de compresores tenemos: los Centrífugos y los Axiales.

• Centrífugos :

En los compresores centrífugos, el desplazamiento del fluido es esencialmente radial. El compresor consta de uno o más impulsores y de números de difusores, en los que el fluido se desacelera.
El fluido aspirado por el centro de una rueda giratoria, ojo del impulsor, es impulsado por los álabes de ésta y debido a la fuerza centrífuga, hacia los canales del difusor. Después que la energía cinética se ha convertido en presión, el fluido es conducido hacia el centro del próximo impulsor y así sucesivamente.
Las velocidades de funcionamiento son bastante altas comparadas con otros compresores. La gama comprendida entre 50.000 - 100.000 r.p.m. es bastante frecuente en industrias aeronáuticas y especiales donde el peso es un factor dominante.
Los compresores centrífugos, con velocidades próximas a las 20.000 r.p.m. suele ser la gama comercial más común, aún cuando están fabricando con velocidades un tanto mayores.
Debido a las elevadas velocidades con que se construyen los compresores dinámicos de tamaño medio, se utilizan cojinetes amortiguadores inclinados o abiertos en lugar de los rodillos, que son los que se incorporan a los compresores de desplazamiento.
El caudal mínimo de un compresor centrífugo, está limitado principalmente por el flujo de la última etapa.
Fig.: Compresor Centrífugo: para aplicaciones en las que se necesiten grandes caudales y aire exento de aceite.

 

• Axiales:

Se caracterizan, y de aquí su nombre, por tener un flujo axial en forma paralela al eje. El gas pasa axialmente a lo largo del compresor, que a través de hileras alternadas de paletas, estacionarias y rotativas, comunican cierta velocidad del gas o energía, que después se transforma en presión. La capacidad mínima de este tipo de compresores, viene a ser del orden de los 15 metros cúbicos por segundo.
Utilizan un tambor de equilibrio para contrarrestar la reacción o empuje axial. Debido a su pequeño diámetro y para un mismo tipo de trabajo, funcionan a velocidades más elevadas que los compresores centrífugos. Estas velocidades son superiores en un 25% aproximadamente.
Se destinan a aquellas aplicaciones, en que es preciso disponer de un caudal constante a presiones moderadas.
Los compresores axiales son más adecuados, para aquellas plantas que precisen grandes y constantes caudales de aire.
Una aplicación muy frecuente es el soplado de los altos hornos. Normalmente se utilizan para capacidades alrededor de los 65 metros cúbicos por segundo y para presiones efectivas de hasta 14 bar.

Fig.: Compresor Axial

 

 

COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO

Los compresores de desplazamiento se dividen en:

• Alternativos:

1. Compresores de pistón.

Estos son los tipos de compresores de desplazamiento positivo más antiguos y conocidos. Los de simple efecto, son normalmente del tipo entroncado, mientras que los de doble efecto utilizan un diseño de cruceta.
Los compresores del tipo entroncado, no lubricados tienen un cárter seco, con rodamientos lubricados permanentemente.
Los del tipo cruceta tienen una biela más larga, de forma que la parte engrasada no penetre en el espacio de compresión. Los compresores alternativos tienen válvula de aspiración, controladas por levas y válvulas rotativas de corredera, pero que unas y otras no son muy frecuentes.
Una válvula auto-accionada, abre y cierra, merced a una diferencia de presión. El funcionamiento de las válvulas es asistido por pequeños muelles, que ayudan a acelerar el movimiento de cierre. Un conjunto de válvula consta de un asiento, discos, muelles y guardaválvulas.
Los discos se mueven entre el asiento y el guardaválvulas. Cuando estos están adheridos al asiento, la posición es cerrada. Al objeto de reducir los efectos de los impactos, sobre el asiento de válvula, es bastante frecuente incluir un doble juego de discos; los más próximos al asiento son los discos amortiguadores.

 

2. Compresores de pistón tipo laberinto.
Estos son unos tipos especiales de compresores alternativos, de desplazamiento positivo, exentos de aceite y sin segmentos en el pistón.
El sellado entre pistón y pared del cilindro, se logra mediante una serie de laberintos. Las superficies interiores de los cilindros están estriadas y la de los pistones llevan unas roscas mecanizadas de afiladas crestas. Las empaquetaduras de las bielas son también del tipo laberinto, pero en cuanto a las fugas internas son mayores a las que se dan en los diseños que utilizan segmentos, pero en contrapartida, no se producen pérdidas por rozamiento, ni en éstos ni en las empaquetaduras. El aire suministrado está extremadamente exento de contaminación.
Los discos de válvulas concéntricos y flotantes, tienen la ventaja de ofrecer baja resistencia al flujo de aire y puede dárseles un tratamiento térmico para mejorar su vida de servicio.
Fig.: Compresores de Pistón: Conjunto moto – compresor directamente acoplado y embridado fabricado bajo normas muy estrictas que aseguran su magnífica calidad, según normas ISO – 9001.
Los magníficos niveles de insonorización conseguidos, son consecuencia del trabajo y dedicación puestos en el proceso de fabricación para conseguir un acabado final de calidad.

 

 Fig.: Diseño de compresores marca BETICO, modelo LK

 

Los compresores "LK" disponen entre cigüeñal y pistón de una fortísima cruceta de gran superficie, donde se absorbe esta fuerza "C" prácticamente sin desgaste (2) y que a la vez guía el pistón en la misma dirección del vástago o eje del cilindro y por tanto los cilindros como los segmentos están sometidos al mínimo esfuerzo.
En los compresores de diseño normal, la biela ataca directamente al pistón (1) por lo que la fuerza "a" se descompone en b + c, la primera se aprovecha para comprimir el aire, pero la C desgasta los cilindros y segmentos debido a la escasa superficie de rozamiento de estos.(ver figura)
VALVULA
Para un trabajo "extra-duro", el "corazón" debe estar en la misma línea; se han dimensionado las válvulas con amplitud y se han hecho de acero inoxidable dotándolas de apoyos para que duren el doble de las convencionales. RESULTADO: Miles de horas sin necesidad de revisarlas.

REFRIGERADOR INTERMEDIO
Fabricado con tubos de latón aleteados con cobre, con lo que se consigue un inmejorable intercambio de calor aire-agua y por consiguiente un buen rendimiento del compresor.

 

3. Compresores de diafragma

Estos son compresores de desplazamiento positivo, exentos de aceites, que utilizan una membrana flexible o diafragma, en lugar de pistón.
El diafragma puede activarse mecánica o hidráulicamente.
La de accionamiento mecánico, donde una excéntrica enchavetada al eje de accionamiento del compresor, y por medio de una biela, da movimiento alternativo al diafragma, sujetado entre dos arandelas soporte.
La de accionamiento hidráulico, donde el diafragma se mueve a merced de la acción de una presión hidráulica alternativa, que actúa en su parte inferior. La presión hidráulica está generada por una bomba de pistón, el cual es impulsado por una biela desde la cruceta.
Los compresores de diafragma accionados mecánicamente, se fabrican únicamente para pequeñas capacidades y presiones moderadas, además como bombas de vacío. Las unidades con accionamiento hidráulico son más apropiadas para la producción de altas presiones.

 

• Rotativos.

 

1. Compresores de tornillo.

Este tipo de compresor es de desplazamiento positivo, con una determinada relación de compresión.
Estos compresores pueden funcionar a velocidades elevadas, debido a que no existen válvulas de aspiración ni impulsión ni fuerzas mecánicas que puedan generar desequilibrios; y todo ello hace posible, el que sus dimensiones exteriores sean muy pequeñas en relación a su capacidad.
Los compresores de tornillo del tipo seco, incorporan engranajes de distribución, para sincronizar la relación de rotación de los rotores macho y hembra.
Por otra parte, los rotores no se tocan, ni entre sí, ni con la carcaza, y en consecuencia no se precisa lubricar el espacio de compresión (interlobular).
Luego el aire que suministran es exento de aceite, para lograr un rendimiento aceptable. En este tipo de compresores, cuando su capacidad es pequeña, es necesario que el eje gire a velocidades elevadas. No obstante, si en el espacio interlobular se inyecta aceite, pueden entonces reducirse dichas velocidades.

Fig.: a) Compresores de Tornillo, b) elemento compresor.
 
a) b)

 

Todos los componentes del conjunto son de primera calidad y éste es protegido por una preciosa cabina metálica con la que se consigue un bajo nivel sonoro.
El elemento compresor preparado para trabajos continuos de 24 h./día está compuesto por dos tornillos de perfil asimétrico, fabricados bajo las más rigurosas normas de control y calidad, obteniendo así una compresión con suavidad inimaginable y exenta de pulsaciones. (Normativa de calidad ISO 9.001)
Los tornillos giran en continuo sin rozamiento; no hay desgaste, caudal regular
Facilidad de instalación: Compacidad, Excelente relación peso/caudal.

 

 

2. Compresor de paletas.

Son máquinas de desplazamiento positivo, de un sólo eje y relación de compresión determinada.
Un rotor con paletas radiales flotantes se monta, excéntricamente, dentro de una carcaza cilíndrica o estátor, merced a la fuerza centrífuga.
El aire aspirado por el compresor, va entrando a los espacios existentes entre cada dos aletas, zona de mayor excentricidad, en donde tales espacios son mayores. Al girar el rotor, el volumen entre aletas va disminuyendo y el aire se comprime, hasta llegar a la lumbrera de descarga.
Este principio de trabajo se utiliza ampliamente en los motores neumáticos.
El amianto y la fibra de algodón, impregnadas en resinas fenólicas, son los materiales más utilizados en la fabricación de paletas; también se utiliza bastante el aluminio.
Los compresores de paletas, son generalmente del tipo en baño de aceite. Sin embargo, también hay exentos de aceite y , en este caso, las paletas son de bronce o de carbón grafitado..

3. Compresores de anillo líquido.

Estos tipos de compresores son también de desplazamiento positivo, exentos de aceite y con una relación de compresión determinada.
Consta de un rotor, en el que se montan una serie de álabes fijos y una carcaza o cilindro, de tal forma que la cámara entre álabes y cilindro, varía cíclicamente por cada revolución del rotor.
El cilindro está parcialmente lleno de líquido. Durante su funcionamiento, el líquido sale proyectado contra el cilindro, merced a la acción ejercida por los álabes.
La fuerza centrífuga, hace que el líquido forme un anillo sólido sobre el cilindro, cuya pared interior varía en su distancia desde el rotor, en la misma medida en que lo hace la pared del cilindro. De esta manera, el volumen entre álabes, varía cíclicamente, de forma similar a como ocurría en el compresor de paletas.
Para evitar el empuje radial, el compresor de anillo líquido se diseña frecuentemente, con dos espacios de compresión simétricos y opuestos.
La refrigeración en estos casos es directa, supuesto que a partir del contacto directo entre gas y líquido, la temperatura de descarga se puede mantener muy próxima a la aspiración del líquido. Sin embargo, el gas de descarga está saturado a la temperatura de descarga del líquido de compresión.
Estas máquinas se utilizan en aquellos procesos que requieren una escasa elevación de temperatura durante el ciclo de compresión, aproximándose por tanto al proceso de compresión isotérmica. Como líquido se utiliza generalmente agua, aún cuando puede utilizarse otros líquidos para resultados concretos, durante el proceso de compresión tales como absorción de un constituyente del gas por el líquido, o como medio de protección del compresor contra ataques corrosivos de gases o vapores activos. Aún cuando la compresión se considere en principio como isotérmica, existen sin embargo, ciertas pérdidas, debidas al rozamiento del líquido contra las paredes del cilindro y batidos de los álabes. El resultado de todo ello es un consumo específico de energía mucho mayor, que el de los compresores alternativos, para su mismo trabajo.

 

4. Compresores soplantes rotativos de dos impulsores.

Estos compresores, llamados frecuentemente soplantes Roots, son un tipo de máquinas de desplazamiento, en las que no hay ni válvulas ni compresión interna.
Constan de dos rotores, con dos lóbulos idénticos y simétricos, que giran en dirección opuesta dentro de una carcaza cilíndrica. Para la sincronización de dichos rotores, incorporan un juego de engranajes: la cámara de compresión no va lubricada y normalmente van refrigerados por aire.
La compresión se produce por contra-flujo de la descarga, cada vez que un rotor deja abierta la lumbrera de descarga. Estas máquinas tienen un bajo rendimiento, por lo que se utilizan para bajas relaciones de presión.

 

CONTROL DE CAPACIDAD DE UN COMPRESOR
La capacidad de un compresor debe regularse, ajustándose así al consumo real del sistema.
Generalmente, es la presión de descarga la que se toma como variable de control.
El tipo de control a seleccionar, dependerá de las características del compresor, de la unidad de accionamiento y del sistema o red de distribución. Dependerá también de la gama de control requerida.
Dicho control puede ser manual o automático. De una forma más generalizada, los controles de los compresores pueden ser continuos (variación de la velocidad, de estrangulación de la aspiración) o discontinuos.
El arranque en vacío del compresor, debe preverse en aquellos casos, en los que el par de la unidad de accionamiento, no sea lo suficiente como para acelerar al compresor con carga.

 

En los compresores de desplazamiento:

• Estrangulación de la aspiración. Mediante una válvula de apertura variable, situada en la aspiración, reduce la presión de aspiración, reduce también la cantidad de aire admitida por el compresor. Este tipo de control presenta un inconveniente, que es el incremento de la relación de presión.

 

• Control por by - pass. Es bastante utilizado en compresores de proceso, y algunas veces, también en compresores de aire.

Con él, no se controla directamente el funcionamiento del compresor, pero dicho sistema, si permite que funcione a plena carga de manera continua, recirculando el exceso de aire desde la descarga a la aspiración. El consumo de potencia es igual al de plena carga.
El aire de recirculación debe refrigerarse, al objeto de evitar un incremento de temperatura, consecuencia de la compresión del aire de recirculación.

• Regulación de la válvula de aspiración. Es el método más frecuente para producir la descarga del compresor. Este sistema utiliza el mecanismo de garra, que mantiene abiertos los discos de la válvula de aspiración, siempre y cuando no exista demanda de aire del compresor.

Con las válvulas mencionadas en posición abierta, el aire fluirá dentro o hacia fuera del cilindro, de acuerdo con el movimiento del pistón. Se precisará por tanto de una cierta presión mínima.
En los compresores de doble efecto, la descarga se realizará en tres pasos, poniendo en carga y por separado una parte del cilindro (zona superior o inferior del pistón). De esta forma el caudal puede ajustarse con mayor precisión a la demanda real. El consumo de potencia de descarga se debe, lógicamente, a las pérdidas por rozamiento y mecánicas del compresor.
Una variante de este método de descarga, permite el que se abran normalmente las válvulas de aspiración, llenándose así los cilindros, y también, el que las mantenga abiertas un intervalo de tiempo predeterminado, durante la carrera de compresión, mientras los discos de válvulas se liberan y se inicia la compresión. Este sistema, que permite un infinito número de pasos o etapas, se utiliza solamente en los compresores de procesos.

• Control por cámaras muertas. Se conectan al cilindro de la primera etapa, una o varias cámaras, disminuyéndose así el rendimiento volumétrico y la cantidad de aire suministrado.

Estas cámaras pueden controlarse de forma manual o automática. Normalmente tiene un volumen fijo aún cuando para compresores de gas, se utilizan cámaras de volumen, continuamente variable. Este tipo de control, origina un consumo de potencia relativamente elevado.

En los compresores dinámicos son:
En este tipo de compresores la capacidad del compresor se puede controlar de las formas siguientes, que a continuacion se listan:

• Variando la velocidad del eje, lo que por razones de costo, sólo se utiliza cuando la unidad de accionamiento es una turbina.
• Regulando continuamente la aspiración, que es el método más económico, cuando la velocidad del eje no puede cambiarse.

• Estrangulando la aspiración. Esto es más barato que el procedimiento anterior, pero no tan eficiente.
• control con by-pass o por escape, procedimientos un tanto derrochadores, que sólo han de emplearse para el control de caudales reducidos, raramente necesarios. Para la regulación por by-pass, es necesario instalar un refrigerador para enfriar el gas de recirculación.

 

PRECAUCIONES PARA COMPRESORES DE AIRE

El aire compresado es muy útil en el área del trabajo, pero puede ser peligroso si no se usa correctamente.
Peligros del Aire Compresado:

1. Un golpe de viento a menos de 40 lpc desde 4 pulgadas del oído puede causar daño al cerebro.
2. Tan poco como 12 lpc puede sacar un ojo de la cuenca.
3. Aire puede entrar al ombligo por la ropa y puede inflar y romper el intestino.
4. Dirigido hacia la boca, el aire compresado puede reventar a los pulmones.

 

Las sugerencias que siguen reducen el riesgo de las heridas durante el uso del aire compresado:

1. Examine todo tipo de mangueras, y conexiones, y equipo para asegurarse de que estén en buenas condiciones antes de aumentar la presión.
2. Nunca apunte la boquilla de la manguera de aire al cuerpo de una persona o a si mismo.
3. Nunca mire adentro de una manguera de aire compresado.
4. Nunca use el aire compresado para sacudirse a si mismo o a su ropa.
5. Con las mangueras no se juega.
6. Nunca doble la manguera para cortar la presión del aire, mejor cierre la válvula.
7. Cuando esta usando el aire para la limpieza, asegúrese que la presión no mida mas que 30 lpc.
8. Siempre use protección del ojo en el uso del aire compresado.

BIBLIOGRAFIA

 

• www.sea.es/betico/industrial.html
• www.puksa.com
• catálogos varios en línea
• Fotografías buscadas en Internet
• BOSCH, HARRISON, NIPPONDENSO,SANDEM, YORK/TECUMSEH.

(ver figuras )
BOSCH HARRISON
 
NIPPONDENSO YORK/TECUMSEH SANDEM