EL COMPRESOR

Los compresores son mquinas que tienen por finalidad aportar una energa a los fluidos compresibles (gases y vapores) sobre los que operan, para hacerlos fluir aumentando al mismo tiempo su presin. En esta ltima caracterstica precisamente, se distinguen de las soplantes y

ventiladores que manejan grandes cantidades de fluidos compresibles (aire por ejemplo) sin modificar sensiblemente su presin, con funciones similares a las bombas de fluidos

incompresibles. Un compresor admite gas o vapor a una presin p1 dada, descargndolo a una presin p2 superior.

Esquema del funcionamiento de un compresor alternativo, y partes de un compresor

hermtico

La energa necesaria para efectuar este trabajo la proporciona un motor elctrico o una turbina de vapor.

Campo de utilizacin.- Los compresores alternativos tienen una amplia gama de volmenes desplazados en el intervalo, 0 1000 m3/h, entrando en competencia con los de paletas, tornillo,

etc.

Un compresor es una mquina capaz de elevar la presin del gas que maneja. En la industria la misin de los compresores es:

Alimentar la red de aire comprimido para instrumentos; Proveer de aire para combustin;

Recircular gas a un proceso o sistema; Producir condiciones idneas para que se produzca una reaccin qumica; Producir y mantener niveles de presin adecuados por razones de proceso de torres;

Alimentar aire a presin para mantener algn elemento en circulacin. Existen diferentes tipos de compresores, pero los utilizados en industria son:

Alternativos (de simple o de doble efecto y de una o dos etapas);

Centrfugos (de varias etapas); Rotativo (de tornillo)

Compresores alternativos

Los compresores alternativos son mquinas de desplazamiento positivo en las cuales sucesivas cantidades de gas quedan atrapadas dentro de un espacio cerrado y, mediante un pistn, se eleva

su presin hasta que se llega a un valor de la misma que consigue abrir las vlvulas de descarga. El elemento bsico de compresin de los compresores alternativos consiste en un solo cilindro en

el que una sola cara del pistn es la que acta sobre el gas (simple efecto).

Existen unidades en las que la compresin se lleva a cabo con las dos caras del pistn (doble accin), actuando de la misma forma que si tuvieramos dos elementos bsicos de simple efecto trabajando en paralelo dentro de una misma carcasa.

En el diagrama que presentamos a continuacin podemos estudiar el funcionamiento bsico

interno de este tipo de compresores. El ciclo de trabajo del compresor se divide en cuatro etapas que son las que se reflejan en el grfico:

A) Comienzo de la compresin. El cilindro se encuentra lleno de gas. B) Etapa de compresin. El pistn acta sobre la masa de gas reduciendo su volumen

original con un aumento paralelo de la presin del mismo. Las vlvulas del cilindro permanecen cerradas.

C) Etapa de expulsin. Justo antes de completar la carrera de compresin la vlvula de

descarga se abre (2). El gas comprimido sale del cilindro, debido a su propia presin, a travs de la vlvula de descarga. Antes de alcanzar el final de carrera (3) la vlvula de

descarga se cierra dejando el espacio libre del cilindro lleno de gas a la presin de descarga.

D) Etapa de expansin. Durante esta etapa tanto la vlvula de descarga como la de entrada

permanecen cerradas. El pistn comienza la carrera de retroceso pasando de (3) a (4), el gas contenido dentro del cilindro sufre un aumento de volumen con lo que la presin

interior del sistema se reduce. Antes de llegar al punto (4) la vlvula de admisin al cilindro se abre.

E) Etapa de admisin. El pistn durante esta etapa retrocede provocando una depresin en la

interior del cilindro que es compensada por la entrada de gas fresco a travs de la lnea de admisin. Justo antes de llegar al punto inferior de la carrera la vlvula de admisin se

cerrar, volviendo al estado A) con lo que comienza un nuevo ciclo.

Este tipo de compresores usa vlvulas de tipo automtico accionadas por resortes, que abren solamente cuando existe la suficiente presin diferencial sobre la misma. Las vlvulas de admisin abren cuando la presin dentro del cilindro es ligeramente inferior a la presin de

entrada del gas. Las vlvulas de escape abren cuando la presin en el cilindro es ligeramente superior a la presin en la lnea de descarga.

En ciertas aplicaciones se hacen necesario el empleo de altas relaciones de compresin (relacin entre la presin absoluta de admisin del gas y la presin absoluta del gas en la descarga)

haciendo complicado el verificar la compresin en una sola etapa debido a la alta temperatura alcanzada por el gas en la descarga.

As se hace necesario recurrir a combinar en serie varios elementos bsicos de compresin configurando as una unidad multietapa, en la que la compresin del gas se verificar en dos o

ms pasos. El gas normalmente se refrigera entre etapas con objeto de reducir su temperatura y volumen antes de entrar en la siguiente etapa.

Cabe hacer notar que cada etapa est constituida por un compresor en s mismo. Este se dimensiona para operar en serie con uno o ms elementos compresores bsicos y aunque todos

ellos pueden estar alimentados de una misma fuente de energa, siguen siendo compresores separados.

CARACTERSTICAS

El compresor alternativo es uno de los tipos que mayor rendimiento alcance en la mayora de las aplicaciones. Adicionalmente se le puede dotar de un sistema de control de carga con objeto de mantener su rendimiento a carga parcial.

La prctica totalidad de los gases comerciales pueden tratarse con este tipo de compresor, al no

presentar problemas con gases corrosivos. Los cilindros de compresin son generalmente del tipo lubricado, aunque si la necesidades del

proceso lo requieren se puede ir a un tipo no lubricado.

En compresores donde la relacin de compresin es muy elevada, la compresin se realiza en varios pasos. De esta forma se pretende reducir el perfil de temperatura del sistema, consiguiendo un mejor control del mismo.

Con el objeto de compensar las fuerzas de inercia de los pistones y otros elementos mviles que

provocan vibraciones en el equipo, se instalan sistemas de equilibrado del equipo, tales como volantes de inercia, cigeales contrarrotantes, etc.

Los compresores alternativos deben ser alimentados con gas limpio, recomendose el uso de filtros en la alimentacin. No permiten trabajar con gases que puedan arrastrar gotas de lquido

con ellos, aunque s con vaporizado siempre que no exista el riesgo de condensacin dentro del cilindro. La presencia de lquido dentro del cilindro es peligrosa para el equipo, ya que al ser incompresible el cigeal de la mquina puede resultar daado al intentar hacerlo.

Adicionalmente la lubricacin de las paredes del cilindro puede ser destruida por el lquido que pudiera entrar en l. Para solucionar el problema en la alimentacin al compresor se instalan

depsitos separadores de gotas, en los que se retira el posible contenido lquido que pudiera arrastrar el gas de alimentacin.

Los compresores alternativos suministran un flujo pulsante de gas. En algunas aplicaciones esto es contraproducente por lo que se dispone de este problema se soluciona disponiendo a la salida

del compresor un depsito antipulsante, en el que se atenan las variaciones de presin en el flujo.

Elementos de un compresor alternativo:

En un compresor alternativo existe gran cantidad de elementos, de los que slo se presentarn los ms generales.

Los cilindros: Dependiendo del tipo de compresor, stos pueden ser de simple o doble efecto,

segn se comprima el gas por una o las dos caras del pistn. Pueden existir, adems, uno o varios cilindros por cada una de las etapas que tenga el compresor.

La hermeticidad durante la compresin se mantiene gracias a la accin de los segmentos del pistn. Estos elementos consistirn en unos finos aros metlicos abiertos ubicados en la pared del

cilindro, dentro de unas pequeas hendiduras dispuestas para tal fin. El segmento por su diseo se encontrar haciendo presin en todo momento contra la pared cilindro minimizando as las prdidas perimetrales proporcionando la hermeticidad requerida en el equipo.

Las vlvulas: Las vlvulas son mecanismos automticos colocados en la aspiracin e impulsin

de cada uno de los cilindros que permiten el flujo del gas en una sola direccin, bien sea hacia dentro del cilindro (aspiracin), bien hacia fuera del mismo (impulsin). Estos mecanismos actan por diferencia de presin, aunque en ciertas condiciones pueden ser ayudadas por resortes.

En la operacin de los compresores es imprescindible evitar la entrada de lquido en los cilindros, dado que las vlvulas sufren enormemente en estos casos, siendo la principal causa de ruptura de

las mismas.

Por construccin de los compresores, las vlvulas, en la mayora de los casos, permiten la utilizacin variable de los compresores, generalmente entre el 0%, 25%, 50%, 75% y 100% de la carga total del mismo.

-Sistemas de lubricacin: Los compresores alternativos poseen dos circuitos diferentes de lubricacin:

Del crter: Lubricacin de la zona donde se ubica el cigeal del compresor.

Este elemento se encargar de transformar el movimiento rotativo del motor que mueve el compresor en el movimiento lineal de los pistones.

De cilindros y estopadas, mediante sistema de goteo.

-Sistema de filtros: Resulta de vital importancia para el correcto funcionamiento de los

compresores que los filtros estn dentro de las condiciones de trabajo de los mismos. Por ello es necesario vigilar que las prdidas de carga en los filtros estn dentro de las establecidas, pues de

lo contrario implica que el filtro est sucio con la consiguiente prdida de eficiencia del mismo y del propio compresor disminuyendo su aspiracin.

Principales configuraciones de compresores alternativos

Modo de operacin de los compresores alternativos

Es interesante recordar los principales puntos de actuacin en la operacin de un compresor alternativo. Para una explicacin ms detallada y concreta de cada uno de los equipos de la

industria nos remitimos a los correspondientes procedimientos de operacin:

Puesta en marcha:

Los circuitos de refrigeracin, de aceite de lubricacin del crter y de los cilindros y

estopadas deben estar convenientemente llenos y alineados para operar. Poner en marcha el sistema de calentamiento de aceite de lubricacin. Ventear adecuadamente todos los

circuitos mencionados de refrigeracin y lubricacin. Los venteos y drenajes se debern alinear al colector de la antorcha o al lugar dispuesto

convenientemente, para evitar que se produzcan arrastres de lquido.

Conectar el calentador elctrico del motor principal en servicio. Abrir las vlvulas de aspiracin e impulsin del compresor y revisar el alineamiento del

circuito de trabajo. Situar la capacidad del compresor al 0%, para que el motor de arranque con el mnimo par

posible. Una vez en marcha la puesta en carga del compresor debe realizarse

escalonadamente, dejando un lapso de tiempo entre escaln y escaln hasta que el sonido del compresor se estabilice y continuar, en ese caso, con el siguiente escaln de carga.

Paro del compresor:

Reducir la carga del compresor de forma progresiva y escalonada, de forma inversa a la

comentada en la puesta en marcha.

Parar el compresor Drenaje de los puntos bajos del compresor.

Si se va a mantener el compresor en stand-by mantener los calentadores de aceite conectados, la calefaccin del motor elctrico y el agua a temperatura de servicio.

FACTORES INCLUIDOS EN EL RENDIMIENTO VOLUMTRICO REAL

El ciclo terico de trabajo de un compresor ideal se entiende fcilmente mediante el estudio de un compresor monofsico de pistn funcionando sin prdidas y que el gas comprimido sea perfecto,

Ciclo de trabajo terico de un compresor ideal,

sin prdidas, con espacio muerto nulo y con un gas perfecto

Con esto se da por hecho que el pistn se mueve ajustado hermticamente al cilindro, e incluso se considera que el paso del aire hacia y desde el cilindro tiene lugar sin resistencias en vlvulas y conductos, es decir, sin cambio de presin. El volumen de desplazamiento de un compresor es el

volumen barrido en la unidad de tiempo por la cara o caras del pistn de la primera etapa

Volumen barrido en un compresor alternativo

en el caso de doble efecto, hay que tener en cuenta el vstago del pistn.

El volumen desplazado VD por un compresor es el volumen de la cilindrada de la mquina multiplicado por el nmero de revoluciones de la misma.

En el caso de ser un compresor de ms de una etapa, el volumen engendrado viene indicado por la primera etapa.

El espacio muerto o volumen nocivo V0 corresponde al volumen residual entre el pistn y el fondo del cilindro y las lumbreras de las vlvulas, cuando el pistn est en su punto muerto, estimndose entre un 3% 10% de la carrera, de acuerdo con el modelo de compresor.

Esto provoca un retraso en la aspiracin debido a que el aire almacenado en el volumen residual a la presin p2 debe expansionarse hasta la presin p1 antes de permitir la entrada de aire en el

cilindro. Sin embargo, su efecto es doble en razn a que si por un lado disminuye el volumen de

aspiracin, por otro ahorra energa, ya que la expansin produce un efecto motor sobre el pistn; se puede considerar que ambos efectos se compensan bajo el punto de vista energtico.

Si el compresor no tuviese espacio muerto, el volumen residual entre el punto muerto superior PMS y las vlvulas de aspiracin y escape sera 0; esta salvedad se hace en virtud de que la compresin del aire no se puede llevar, por razones fsicas, hasta un volumen nulo, existiendo al

extremo de la carrera del compresor un espacio muerto, que se corresponde con el menor volumen ocupado por el gas en el proceso de compresin.

La causa principal de la disminucin del volumen de vapor efectivamente desplazado por un compresor es el espacio muerto o perjudicial. En el ciclo interno terico del compresor

Diagrama de un compresor alternativo ideal

al trmino de la compresin la presin es p2; el vapor comprimido pasa entonces a la lnea de

escape, recta (2-3), pero en el punto 3, punto muerto superior, queda todava un volumen V0, espacio muerto.

En la posterior carrera de retroceso (aspiracin), este volumen V0 de gas se expansiona hasta el punto 4, presin Pa, y es solamente entonces, al ser alcanzada la presin de la aspiracin, cuando

comienza la admisin de vapor dentro del cilindro.

Eficiencia de la compresin

La eficiencia de la compresin es una medida de las prdidas que resultan de la divergencia entre

el ciclo real o indicado y el ciclo terico (isentrpico) de compresin. Estas prdidas son debidas a que tanto el fluido como el compresor, no son ideales sino reales, es decir con imperfecciones y

limitaciones tales como:

a) Rozamiento interno a causa de no ser el fluido un gas perfecto y a causa tambin

de las turbulencias b) Retraso en la apertura de las vlvulas de admisin y escape

c) Efecto pared del cilindro d) Compresin politrpica

Los factores que determinan el valor del rendimiento de la compresin y del rendimiento volumtrico real del compresor, son los mismos.

El diagrama del ciclo ideal de compresin se fija tericamente y el del ciclo real de compresin se obtiene en el banco de ensayos mediante un sensor introducido en el volumen muerto del

compresor, que transmite la presin reinante, que se registra en combinacin con el movimiento del pistn, dando lugar al diagrama (p,v) interno de la mquina.

Fig I.5.- Diagrama real de trabajo de un compresor

Fig I.6.- Diagrama indicado del compresor real, con

igualacin de presiones en los puntos muertos

Fig I.7.- Diagrama indicado del compresor real, caso

de no igualacin de presiones en los puntos muertos

Fig I.8.- Diagrama terico y real de trabajo de un compresor

de una etapa.

El rendimiento volumtrico es entonces:

El tanto por ciento de espacio muerto m que es constante para un compresor es:

Realizando operaciones aritmticas llegamos a:

En el compresor ideal:

DIAGRAMA INDICADO DEL COMPRESOR REAL

Las reas A, B, C y D que diferencian el ciclo real del ideal vienen motivadas por: A) La refrigeracin, permite una aproximacin del ciclo a una transformacin isotrmica. Por

falta de refrigeracin, o por un calentamiento excesivo a causa de rozamientos, dicha rea

puede desaparecer. B) El trabajo necesario para efectuar la descarga del cilindro.

C) El trabajo que el volumen perjudicial no devuelve al expansionarse el gas residual, y que es absorbido en la compresin.

D) El trabajo perdido en el ciclo de aspiracin.

Las reas rayadas B, C, D expresan las diferencias de trabajo efectuado en cada etapa del ciclo,

entre el diagrama terico y el diagrama real. El diagrama estudiado corresponde a un compresor de una sola etapa, cuyo ciclo de compresin

se realiza rpidamente, sin dar tiempo a que el calor generado en la compresin del aire pueda disiparse a un refrigerante o intercambiador de calor, pudindose decir que el aire durante su

compresin sigue una evolucin adiabtica. Si el rea (12341) del diagrama indicado ideal representa el trabajo terico de compresin, el rea

comprendida dentro del diagrama indicado real (sombreado), representar el trabajo real necesario para efectuar la compresin real; para obtener el valor del trabajo absorbido en el eje

del compresor, a este trabajo hay que sumarle el perdido en vencer los rozamientos mecnicos del compresor.

- Al final de la carrera de admisin, punto 1 muerto inferior, la velocidad del pistn disminuye hasta cero, igualndose las presiones del exterior pext y del interior del cilindro

pa (aunque por la velocidad del pistn no exista tiempo material a que ste equilibrio se establezca); la vlvula de admisin est cerrada, as como la de descarga.

- Al final de la carrera de escape, punto 3 muerto superior, la velocidad del pistn

disminuye igualmente hasta cero, tendiendo la presin dentro del cilindro a regresar al valor de pe; la vlvula de escape est cerrada, as como la de admisin.

- Para que la vlvula de admisin abra durante la carrera de retroceso, es necesario que la presin reinante en el interior del cilindro sea inferior a la pa del vapor de admisin; esto ocurre por ejemplo en el punto 4', en donde, p4 = pa - pa, Fig I.6.

En el instante de la apertura, la vlvula se abre de golpe, tendiendo luego a cerrarse algo

(supuesta eliminada la posibilidad real de que la vlvula comience a vibrar, abrindose-cerrndose- abrindose, etc...) , con lo que la presin dentro del cilindro an bajar algo ms, hasta el punto 4" por ejemplo; por lo tanto, V1 - V4, ser el volumen ocupado al final de la

admisin por el gas aspirado al interior del cilindro, medido a la presin de aspiracin pa, pero a una temperatura superior, debido al efecto pared del cilindro, que se podra interpretar como que

el cilindro permanece durante la compresin a una temperatura media, mientras que el fluido al comienzo de la compresin estar por debajo de ella y al final estar por encima, por lo que se puede considerar representado por dos calores, uno entrante y otro saliente.

En la carrera de compresin, para que la vlvula de escape se abra, es necesario que la presin reinante dentro del cilindro sea superior a la pe de la lnea de descarga; esto

ocurre por ejemplo en el punto 2', en donde, p2 = pe + p, Fig I.6.

En el instante de la apertura, sta se producir igualmente de golpe, volviendo a cerrarse y originando que la presin en el interior del cilindro suba algo ms, hasta 2" por ejemplo;

en la carrera de expulsin al estar el gas a mayor temperatura que la pared, sta absorber el calor del fluido.

En los procesos de compresin y expansin, el sentido de la transmisin del calor entre el vapor y las paredes del cilindro se invierte; en todo este razonamiento se ha supuesto que

el compresor real carece de camisa de agua.

Durante la ltima parte del proceso de expansin y en la inicial del de compresin, hemos

visto que la temperatura de la pared era mayor que la del vapor, pasando por lo tanto calor de aqulla a ste; en la parte inicial del proceso de expansin y la final del de compresin, la temperatura del vapor es superior a la de la pared, por lo que el calor pasar de aqul a

sta; sto se puede interpretar como si el gas funcionase con un coeficiente politrpico variable.

Si se pretende representar todo sto en un diagrama termodinmico, resulta ms sencillo y correcto definir los estados inicial y final 1 y 2, justo antes y despus del compresor,

como puntos de equilibrio termodinmico As en el punto 1, antes de la vlvula de admisin, las condiciones del gas o vapor son las

existentes y conocidas de la lnea de admisin. En el punto 2 (justo despus de la vlvula de escape a travs de la cual el gas se habr laminado,

expandindose isentlpicamente desde una presin comprendida entre, pe + pe, y pe, a otra que es la reinante pe en la lnea de descarga; la presin es pe pero la temperatura, (valor que junto a la pe permite determinar la posicin del punto 2 en el diagrama termodinmico correspondiente),

ser funcin de todas las aportaciones y cesiones calorficas, as como de las dos laminaciones que sufre el gas a lo largo de todo el ciclo interno del compresor real.

Supuesto fijado correctamente el punto 2, midiendo por ejemplo su temperatura T2, de la transformacin (1-2) slo conocemos sus puntos inicial y final en el diagrama termodinmico, no

pudiendo ser considerada como una politrpica, como hasta ahora se ha venido haciendo, pues como se ha descrito en el ciclo real indicado, tienen lugar operaciones que termodinmicamente no tienen sentido incluirlas en una politrpica.

Lo que s es cierto, supuesto correctamente fijado el punto 2, es que, i2 - i1, representa el trabajo

neto realizado por el compresor real y que este valor coincide con el rea que el diagrama indicado real proporciona, por lo que se tiene otra forma diferente de determinar el punto 2, mediante el diagrama indicado real referido a 1 Kg de gas en la admisin y escape, calculando su

superficie a, por lo que: i2 - i1 = a >> i2 = a + i1

La camisa de agua de refrigeracin en un cilindro hace que T2 sea menor, disminuyendo el valor de, i2 - i1. No es correcto representar en el diagrama termodinmico puntos tales como el 2", 2"' ,

etc..., que representan la presin de una parte del gas comprimido, y no la del resto que ya ha salido y estar por lo tanto a la presin de escape pe.

COMPRESORES DE AIRE A PISTN

Los compresores son mquinas que aspiran el aire ambiente (a presin atmosfrica) y lo comprimen hasta lograr una presin superior. Existen varios tipos de compresores y vamos a

exponer someramente algunos modelos, resaltando las prestaciones ms interesantes. La gama de compresores a pistn conocidos en el mercado se puede resumir atendiendo al caudal

que se dispone y al rendimiento del mismo en CV necesarios para comprimir 1 m3/min a 7 bar de presin efectiva.

a) Compresores de simple efecto y una etapa de compresin, refrigerados por aire.- Se emplean hasta una capacidad de 1 m3/min y su rendimiento no supera los 10 CV/m3/min

b) Compresores de simple efecto, de dos etapas de compresin, refrigerados por aire.- A partir de 2 m3/min y hasta 10 m3/min, siendo su rendimiento del orden de 7,6 / 8,5 CV/m3/min

c) Compresores de doble efecto, dos etapas de compresin, y refrigeracin por agua.- Comienzan con 10 m3/min, y llegan hasta 100 m3/min, estando su rendimiento entre 6,6 /

7 CV/m3/min. d) Compresores de simple efecto, dos etapas de compresin, refrigeracin por aire, sin

engrase de cilindros.- Se inician con 2 m3/min y terminan en 10 m3/min acusando un

rendimiento que vara de, 8,2 / 9 CV/m3/min. e) Compresores de doble efecto, dos etapas de compresin, refrigeracin por agua, sin

engrase de cilindros.- Parten de 10 m3/min y llega llegan hasta los 100 m3/min teniendo un rendimiento fluctuante dentro de los, 7,1 / 7,5 CV/m3/min.

CLASIFICACIN DE LOS COMPRESORES ALTERNATIVOS:

POR EL NUMERO DE ETAPAS.

Los compresores se pueden clasificar, atendiendo al estilo de actuar la compresin, de una o dos

etapas.

Compresores de una etapa

Se componen bsicamente de un crter con cigeal, pistn y cilindro. Para su refrigeracin

llevan, en la parte exterior, aletas que evacan el calor por radiacin y conveccin; se utilizan en aplicaciones en donde el caudal est limitado y en condiciones de servicio intermitente, ya que

son compresores de pequeas potencias. En estos compresores, la temperatura de salida del aire comprimido se sita alrededor de los

180C con una posible variacin de 20C.

Compresores de dos etapas

El aire se comprime en dos etapas; en la primera (de baja presin BP) se comprime hasta una

presin intermedia pi = 2 a 3 bar, y en la segunda (de alta presin AP), se comprime hasta una presin de 8 bar.

Estos compresores son los ms empleados en la industria cubriendo sus caudales una extensa gama de necesidades.

Pueden ser refrigerados por aire o por agua, es decir, el refrigerador intermedio (entre etapas) puede actuar a base de un ventilador o una corriente de agua a travs del mismo. El aire

comprimido sale a unos 130C con una variacin de 15C.

POR EL MODO DE TRABAJAR EL PISTN

De simple efecto

Cuando un pistn es de simple efecto, trabaja sobre una sola cara del mismo, que est dirigida

hacia la cabeza del cilindro. La cantidad de aire desplazado es igual a la carrera por la seccin del pistn.

Formas de trabajar el pistn

De doble efecto

El pistn de doble efecto trabaja sobre sus dos caras y delimita dos cmaras de compresin en el

cilindro. El volumen engendrado es igual a dos veces el producto de la seccin del pistn por la carrera.

Hay que tener en cuenta el vstago, que ocupa un espacio obviamente no disponible para el aire y, en consecuencia, los volmenes creados por las dos caras del pistn no son iguales.

De etapas mltiples

Un pistn es de etapas mltiples, si tiene elementos superpuestos de dimetros diferentes, que se desplazan en cilindros concntricos.

El pistn de mayor dimetro puede trabajar en simple o doble efecto, no as los otros pistones,

que lo harn en simple efecto. Esta disposicin es muy utilizada por los compresores de alta presin.

De pistn diferencial.

El pistn diferencial es aquel que trabaja a doble efecto, pero con dimetros diferentes, para conseguir la compresin en dos etapas.

Su utilidad viene limitada y dada la posicin de los pistones est cayendo en desuso.

Desplazamiento del compresor.

El desplazamiento de un compresor reciprocantes es el volumen desplazado por los pistones.

Las unidades en que se expresa el volumen es en: metros cbicos por hora (MCH), pies cbicos por hora, pulgadas cbicas por revolucin o pies cbicos por minuto.

Donde: MCM = Metros Cbicos por Minuto.

MCH = Metros Cbicos por Hora. PCM = Pies Cbicos por Minuto.

PCH = Pies Cbicos por Hora. Cm 3 /Rev. = Centmetros cbicos de desplazamiento por revolucin.

COMPRESORES RECIPROCANTES: HERMTICOS.

Este compresor es apropiado para volmenes de desplazamiento reducido y eficaz para presiones de condensacin elevada y en altas relaciones de compresin.

Otras ventajas son su adaptabilidad a diferentes refrigerantes , la facilidad con que permite el desplazamiento de lquido a travs de tuberas dada la elevada presin creada por el compresor, su durabilidad, la sencillez de su diseo y un costo relativamente bajo. Es un equipo de baja

potencia, un motor elctrico se encuentra montado directamente en el cigeal del compresor pero el cuerpo es una carcasa metlica hermticamente sellada con soldadura.

COMPRESORES SCROLL

Este compresor esta hecho por dos espirales (Scroll) una fija y la otra mvil: compresin y descarga, son ciclos suaves y continuos durante la rotacin de los 540 grados en que ocurre el

ciclo.

COMPRESORES ROTATIVOS

Los compresores rotativos producen aire comprimido por un procedimiento rotatorio y continuo,

es decir, que empujar el aire desde la aspiracin hacia la descarga, comprimindolo. Los modelos de ms amplia difusin industrial pueden clasificarse:

De paletas.

De tornillo, tipo ROOTS.

COMPRESORES DE PALETA

En los compresores de paleta el rotor cilndrico es tal colocado excntricamente dentro del hueco tabular del estator. El rotor lleva un nmero de paletas radiales metidas en unas ranuras

dispuestas a tal efecto, y cuando el rotor gira accionado por el motor, las paletas se desplazan hacia fuera ajustndose a la pared interior del estator hasta el punto de excentricidad mxima situado en la parte superior del estator. El volumen de aire atrapado en la cmara comprendida

entre dos paletas consecutivas se comprime gradualmente mientras que la rotacin del aire ir poco a poco disminuyendo y por tanto su presin aumentar por la progresiva reduccin del volumen provocando la correspondiente compresin. En el momento en que llega a la lumbrera o

abertura de descarga el aire ser empujado a travs de ella hacia la salida habindose consumado el ciclo aspiracin-compresin-descarga.

DIAGRAMA DE TRABAJO

La compresin isotrmica ser la que absorba tericamente menos energa. Un compresin politrpica en la que n suele ser igual o aproximadamente a 1,35. Si tomamos un compresor ideal

en el cual se considere que no hay fugas de aire de una paleta a otra, y, por consiguiente, al carecer de espacio muerto el rendimiento volumtrico solo se ver afectado por la fugas de aire , el diagrama de trabajo PV de un compresor de paletas vendr representado por el siguiente

diagrama :

La curva 1-2 es el trayecto de la compresin por reduccin progresiva del volumen de aire. La lnea 4-1 la aspiracin y dado, que est desprovisto de espacio muerto o volumen perjudicial, la presin al final de la descarga desciende bruscamente a P2 a P1.

El caudal aspirado y la potencia absorbida varan proporcionalmente a la velocidad de rotacin.

Si el compresor empleado para el trabajo de compresin se utiliza para una situacin distinta a la situacin para la que fue construido el diagrama se deforma.

CARACTERISTICAS

Su principal campo de actuacin est en presiones efectivas entre 0,5 a 4 bar. El compresor de paletas puede ser de una o dos etapas. En este ltimo caso, tiene prcticamente dos mquinas en serie con un refrigerador intermedio.

La regulacin del caudal se puede lograr mediante procedimientos de marcha y detencin,

mediante sistema de marcha en vaco, o tambin la regulacin neumtica progresiva del caudal.

COMPRESORES DE TORNILLO

Son asimismo de tipo volumtrico. Desde 1934 hasta nuestros das, su diseo ha sufrido un

avance considerable. Estn dispuestos de tal manera que el rotor macho se encuentra dotado de lbulos con un perfil de

estudiado diseo, y el rotor hembra de acanaladuras en las cuales se introducen los lbulos en el curso de la rotacin.

El accionamiento del conjunto tiene lugar por el extremo del eje que lleva el rotor macho, quien arrastra por contacto a la hembra, o lo hace mediante engranajes sincronizados que posicionan

relativamente los elementos con enorme exactitud, consiguiendo en ambos casos la intercepcin mutua entre los cuatro lbulos del macho y los seis canales de la hembra.

El rotor macho es el que absorbe la potencia suministrada por el motor, establecindose alrededor del 85 al 90% total para l, dejando un 10 al 15% para el rotor hembra. Los rotores giran a

velocidades lentas (1300 a 2400 rpm) sobre rodamientos de bolas y rodillos, con interposicin de una pelcula de aceite que sirve para sellar el espacio de compresin y eliminar el calor que se origina durante la compresin.

DIAGRAMA FUNCIONAL

Lo que esencialmente distingue al compresor de tornillo es que el aire que comprime entre sus

lbulos de forma continua y progresiva. Los rotores van montados en un crter provisto de una misin para aire en un extremo y una salida en el otro. Conforme giran los rotores, los espacios que hay entre los lbulos van siendo ofrecidos al orificio de admisin y el incremento del

volumen experimentado provoca un descenso de presin, con lo que dichos espacios empiezan a llenarse de aire. Al mismo tiempo se inyecta aceite sometido a presin neumtica en el aire

entrante; no hay bomba de aceite. Cuando los espacios interlobulares estn completamente cargados de aire, la rotacin, que

prosigue, cierra el orifico de admisin y comienza la compresin. El volumen de aire que hay en los rotores de engrane continuo sufre aun una mayor reduccin. En el momento que se alcanza la

presin final al que se somete el aire, el espacio interlobular queda conectado con el orificio de

salida. La mezcla descargada de aire-aceite pasa por un separador que elimina las partculas de aceite. Entonces fluye el aire limpio para ser usado.

Los compresores de tornillo poseen compresin interna y su relacin de compresin viene determinada por la situacin de los bordes de apertura de descarga y por la figura geomtrica que

adopte el perfil del par de tornillos. Los compresores de dos etapas constas de cuatro rotores situados dos a dos encima uno del otro.

Tanto la etapa de baja presin como la de alta presin estn compuestas por dos rotores secundarios arrastrados directamente por los rotores primarios sin la medicin de ningn

dispositivo de sincronizacin adicional. Un sistema hidrulico contrarresta el esfuerzo sobre los rodamientos soportando las cargas axiales de los rotores. El aceite inyectado en el interior de cada una de las dos etapas absorbe el calor que se genera durante la compresin.

Habitualmente la central de los compresores de tornillo est inserta en el interior de un habitculo

construido a base de paneles laterales y superior, incluidos unos tabiques internos forrados con espuma de poliuretano prcticamente inflamable a fin de conseguir su insonorizacin.

COMPRESORES ROOTS

Conocidos tambin con el nombre de soplantes, tiene un amplio campo de aplicacin para bajas presiones. Dentro de un cuerpo de bomba o estator, dos rotores de perfiles idnticos en forma de ocho, giran a velocidad angular constante, en sentido inverso el uno del otro. Estas rotaciones

estn sincronizadas por un juego de engranajes exteriores, lubricados por bao de aceite. A diferencia de otros compresores los rotores no rozan ni entre s ni con el estator, existiendo una

pequea tolerancia entre estos; por consiguiente no pueden efectuar compresin interior, ya que el volumen de las cmaras de trabajo no disminuye durante la rotacin.

Estos compresores nicamente transportan del lado de la aspiracin al de compresin el volumen de aire aspirado, sin comprimirlo en este recorrido. El volumen que llega a la boca de salida,

todava con la presin de aspiracin, se junta con el aire ya comprimido que vuele a la tubera de descarga y se introduce en la cmara cuyo contenido llega en ese momento a la presin mxima, siendo descargado seguidamente.

La ventaja de la ausencia de friccin entre los rotores hace innecesaria la lubricacin en la cmara

de compresin, lo cual permite la entrega de un aire totalmente exento de aceite que pudiera contaminarlo.

COMPRESORES DINMICOS. CENTRFUGOS Y AXIALES

El compresor centrfugo es una mquina en la que el gas es comprimido por la accin dinmica de las paletas giratorias de uno o ms rodetes. El rodete logra esta transmisin de energa variando el momento y la presin del gas. El momento (relativo a la energa cintica) se convierte

en energa de presin til al perder velocidad el gas en el difusor del compresor u otro rodete.

Un compresor de este tipo est constituido esencialmente por dos partes:

El rodete, el cual impulsa el gas.

La carcasa, que primero conduce el gas hasta el rodete y despus lo recibe de l a una presin mayor.

Segn el flujo interno de gas dentro del compresor clasificaremos los compresores en:

Compresores centrfugos. En ellos el flujo de gas es radial y la transferencia de energa se debe predominantemente a un cambio en las fuerzas centrifugas actuantes sobre el gas.

Compresores axiales. En ellos el flujo de gas es paralelo al eje del compresor. En ellos el

gas es comprimido en pasos sucesivos. Cada paso est compuesto por una corona mvil solidaria al rotor y otra fija perteneciente a la carcasa. La energa se transfiere al gas en

forma de momento cintico por la corona mvil, para pasar a continuacin a la fija donde transforma su velocidad en presin.

Debido al hecho de que en la industria los compresores axiales no son de uso extendido, referiremos toda la explicacin hacia los compresores centrfugos.

Las caractersticas de funcionamiento de un compresor centrifugo pueden expresarse, como en el

caso de las bombas centrfugas, mediante curvas caractersticas que muestran la variacin de la carga desarrollada (y del rendimiento) frente al caudal volumtrico, para cada velocidad de giro, tal y como aparece en la figura.

CARACTERSTICAS DEL COMPRESOR ROTATIVO

Ventajas del compresor rotativo:

En el rango de 1 a 100 m3/s (segn cual sea la razn de compresin) es el ms

conveniente desde el punto de vista econmico, pues basta una sola unidad.

Se le pueden conseguir variaciones relativamente grandes de la capacidad sin que vare

mucho la presin de descarga.

Ocupan relativamente poco espacio.

Flujo continuo y sin pulsaciones.

Se pueden conectar directamente bien a un motor elctrico o a una turbina movida por

vapor.

Largos periodos de tiempo entre reparaciones u operaciones de mantenimiento.

No hay contaminacin del gas por aceite lubricante.

Desventajas:

La presin de descarga depende del peso molecular del gas: un cambio imprevisto de la

composicin puede modificar grandemente la presin de descarga (demasiado baja o demasiado alta).

Se necesitan velocidades de giro muy altas.

Aumentos relativamente pequeos de la prdida de carga en la tubera de impulsin

pueden provocar grandes reducciones de la capacidad.

Se necesita un sistema complicado para evitar las fugas y para la lubricacin.