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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN
UNIVERSITARIAINSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA “Dr. Federico Rivero Palacio”
DEPARTAMENTO DE MECÁNICA.
Autor:
JULIO MADERO
Caracas, 07 de enero de 2013
INDICE
COMPRESORES
Introducción 1Historia 2Compresores 4
Función principal de los compresores 4 Clasificación de los compresores 4
Compresor de pistón 5 Compresor de tornillo rotativo 5 Compresor de paletas rotativas 6
Tipos de compresores 6 Compresores de embolo oscilantes 7 Compresores de membrana 8 Compresores de embolo rotativo 8 Compresores rotativo multicelular 9 Compresor de tornillo helicoidal, de dos ejes 10 Turbocompresores 11
Elección del caudal del compresor 12Presión 13Accionamiento 13.Regulación 14
Regulación de marcha en vacío 15 Regulación de carga parcial 16 Regulación por intermitencias 17
Refrigeración 17 Lugar de emplazamiento 18 Acumulador de aire comprimido 18 Distribución del aire comprimido 21 Dimensionado de tuberías 21
Conclusiones 22Bibliografía 23
INTRODUCCION
El siguiente trabajo de investigación trata de describir todo lo relacionado a los compresores, su historia, su función, la clasificación de los compresores y los tipos que lo conforman hasta la actualidad.
Ahora bien el alcance que ha tenido los sistemas de aire comprimido son de gran importancia ya que proporciona movimientos controlados con el empleo de cilindros y motores y se aplican mucho en la industria y en el uso doméstico. Reduciendo las horas trabajo y prestando un adecuado confort de acuerdo a las exigencias del ciudadano actual.
En tal sentido con frecuencia se describe el aire comprimido como la cuarta energía y, aunque no sea tan omnipresente como la electricidad, el petróleo y el gas, juega un papel fundamental en el mundo moderno.
Visto de esta forma este trabajo trata de orientar una de sus principales ventajas es que los usuarios pueden generan su propio aire comprimido y disponen de la opción de elegir el modo en que se genera el aire. Mediante el uso de cualquiera de los compresores que se muestre en este trabajo de investigación.
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HISTORIA
Los herreros antiguos solían gritar y rugir para intensificar su fuego y de esta
forma facilitaban forjar el hierro, y aunque no se consideren el primer antecedente a
los compresores de aire actuales, sí lo fueron. Los gritos y rugidos inhalaban aire en
su expansión, luego se exhala mediante una pequeña apertura al final, logrando
controlar la cantidad de aire a una locación específica. Con el tiempo se mejoró la
forma de soplado, de modo que los griegos y romanos utilizaban fuelles para la forja
de hierro y se sabe de diversos mecanismos hidráulicos y de fuelle para accionar
órganos musicales.
Es por eso que durante el siglo diecisiete, el ingeniero físico alemán Otto von
Guericke experimentó y mejoró los compresores de aire. En 1650, Guericke inventó
la primera bomba de aire, la cual podía producir un vacío parcial y él mismo uso esto
para estudiar el fenómeno del vacío y el papel del aire en la combustión y la
respiración.
Tenemos que en 1829, la primera fase o componente del compresor de aire
fue patentada. Dicho componente comprimía aire en cilindros sucesivos. Para 1872,
la eficiencia del compresor fue mejorada mediante el enfriamiento de los cilindros
por motores de agua, que causó a su vez la invención de cilindros de agua. Uno de los
primeros usos modernos de los compresores de aire fue gracias a los buzos de mares
profundos, quienes necesitaban un suministro de la superficie para sobrevivir.
En esta perspectiva los buzos que emplearon compresores de aire tuvieron
lugar en 1943. Los primeros mineros utilizaron motores de vapor para producir
suficiente presión para operar sus taladros, incluso cuando dicho dispositivos
probaban ser extremadamente peligrosos para los mineros. Con la invención del
motor de combustión interna, se creó un diseño totalmente nuevo para los
compresores de aire.
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Dentro de este estudio en 1960 los lava-autos de auto-servicios, alta-presión y
“hazlo tú mismo” se hicieron populares gracias a los compresores de aire.
Actualmente, ya seas un mecánico que disfruta de realizar por sí mismo las
reparaciones de automóviles o simplemente eliges tener un compresor de aire en casa
para llenar las llantas de las bicicletas, el compresor de aire se ha convertido en una
pieza rentable para equipo de cochera.
Por consiguiente los compresores de aire se pueden conseguir en su
presentación eléctrica o de gasolina, siendo más accesibles para consumidores
hogareños. Un émbolo bombea aire comprimido dentro de un tanque a cierta presión,
donde se mantiene hasta que es requerido para ciertas acciones tales como hinchar
llantas o apoyar el empleo de herramientas neumáticas.
Al considerar que la mayoría de las compañías constructoras utilizan los
compresores de aire potenciados por gasolina, los cuales son transportados en
vagonetas. No encontrarás una casa residencial sin la intervención de un compresor
de aire que permita trabajar al martillo eléctrico, ni encontrarás equipo pesado de las
mismas compañías carentes del compresor debido a que es una herramienta esencial
para llenar las llantas y operar los distintos tipos de llaves. El aire comprimido es una
herramienta sumamente importante y hoy en día su eficiencia, la contaminación y su
accesibilidad le dan la popularidad que tienen en el mercado.
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COMPRESORES
Del latín “compressor”, compresor es aquello que comprime (aprieta, oprime,
reduce a menor volumen). El término se utiliza para nombrar a una máquina que, a
través de un aumento de la presión, logra desplazar fluidos compresibles, como los
gases.
En otras palabras el compresor no sólo desplaza los fluidos, sino que también
modifica la densidad y la temperatura del fluido compresible. Los compresores se
utilizan en diversos ámbitos, como en los equipos de aire acondicionado, los
refrigeradores o heladeras, los turborreactores y en ciertos sistemas de generación
eléctrica.
Es por eso que de acuerdo al método de intercambio de energía, los
compresores pueden dividirse en distintos tipos, como los compresores alternativos
(que abren y cierran válvulas para aspirar o comprimir el gas), los compresores
rotativos (con tornillos giratorios) o los compresores rotodinámicos (que apelan a un
rodete con palas), entre otros.
Función principal de los compresores
Alimentar la red de aire comprimido para instrumentos
Proveer de aire para combustión
Recircular gas a un proceso o sistema
Producir condiciones idóneas para que se produzca una reacción química
Producir y mantener niveles de presión adecuados por razones del proceso de
torres
Alimentar aire a presión para mantener algún elemento en circulación.
CLASIFICACIÓN DE LOS COMPRESORES
Al clasificarse según el indicio constructivo los compresores volumétricos se
subdividen en los de émbolo y de motor y los de paletas en centrífugos y axiales. Es
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posible la división de los compresores en grupos de acuerdo con el género de gas que
se desplaza, del tipo de transmisión y de la destinación del compresor, ahora bien los
tres tipos de compresores basicos son:
Compresor de piston
Tornillo rotativo
Paletas rotativas
Compresor de pistón
Interpretando el compresor de pistón es uno de los más antiguos diseños de
compresor, pero sigue siendo el más versátil y muy eficaz. Este tipo de compresor
mueve un pistón hacia delante en un cilindro mediante una varilla de conexión y un
cigüeñal. Si sólo se usa un lado del pistón para la compresión, se describe como una
acción única. Si se utilizan ambos lados del pistón, las partes superior e inferior, es de
doble acción.
Se explica que la versatilidad de los compresores de pistón no tiene límites.
Permite comprimir tanto aire como gases, con muy pocas modificaciones. El
compresor de pistón es el único diseño capaz de comprimir aire y gas a altas
presiones, como las aplicaciones de aire respirable.
En tal sentido la configuración de un compresor de pistón puede ser de un
único cilindro para baja presión/bajo volumen, hasta una configuración de varias
etapas capaz de comprimir a muy altas presiones. En estos compresores, el aire se
comprime por etapas, aumentando la presión antes de entrar en la siguiente etapa para
comprimir aire incluso a alta presión.
Tornillo rotativo
Al considerar el compresor de tornillo es un compresor de desplazamiento con
pistones en un formato de tornillo; este es el tipo de compresor predominante en uso
en la actualidad. Las piezas principales del elemento de compresión de tornillo
comprenden rotores machos y hembras que se mueven unos hacia otros mientras se
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reduce el volumen entre ellos y el alojamiento. La relación de presión de un tornillo
depende de la longitud y perfil de dicho tornillo y de la forma del puerto de descarga.
En esta perspectiva el tornillo no está equipado con ninguna válvula y no
existen fuerzas mecánicas para crear ningún desequilibrio. Por tanto, puede trabajar a
altas velocidades de eje y combinar un gran caudal con unas dimensiones exteriores
reducidas
Paletas rotativas
Al destacar el compresor de paletas, basado en una tecnología tradicional y
experimentada, se mueve a una velocidad muy baja (1450 rpm), lo que le otorga una
fiabilidad sin precedentes. El rotor, la única pieza en movimiento constante, dispone
de una serie de ranuras con paletas deslizantes que se desplazan sobre una capa de
aceite.
Por esto el rotor gira en el interior de un estator cilíndrico. Durante la rotación,
la fuerza centrífuga extrae las paletas de las ranuras para formar células individuales
de compresión. La rotación reduce el volumen de la célula y aumenta la presión del
aire.
El calor que genera la compresión se controla mediante la inyección de aceite
a presión.
El aire a alta presión se descarga a través del puerto de salida con los restos de
aceite eliminados por el separador de aceite final.
TIPOS DE COMPRESORES
Dentro de este estudio según las exigencias referentes a la presión de trabajo y
al caudal de suministro, se pueden emplear diversos tipos de construcción. Se
distinguen dos tipos básicos de compresores: El primero trabaja según el principio de
desplazamiento. La compresión se obtiene por la admisión del aire en un recinto
hermético, donde se reduce luego el volumen. Se utiliza en el compresor de émbolo
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(oscilante o rotativo). El otro trabaja según el principio de la dinámica de los fluidos.
El aire es aspirado por un lado y comprimido como consecuencia de la aceleración de
la masa (turbina).
Compresores de émbolo oscilante.
En este sentido se comprende que este es el tipo de compresor más difundido
actualmente. Es apropiado para comprimir a baja, media o alta presión. Su campo de
trabajo se extiende desde unos 1 .100 kPa (1 bar) a varios miles de kPa (bar).
Compresor de émbolo oscilante
Resulta claro que para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario
disponer varias etapas compresoras. El aire aspirado se somete a una compresión
previa por el primer émbolo, seguidamente se refrigera, para luego ser comprimido
por el siguiente émbolo. El volumen de la segunda cámara de compresión es, en
conformidad con la relación, más pequeño. Durante el trabajo de compresión se
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forma una cantidad de calor, que tiene que ser evacuada por el sistema refrigeración.
Los compresores de Embolo oscilante pueden refrigerarse por aire o por agua, y
según las prescripciones de trabajo las etapas que se precisan son:
Compresor de membrana
Al destacar que este tipo forma parte del grupo de compresores de émbolo.
Una membrana separa el émbolo de la cámara de trabajo; el aire no entra en contacto
con las piezas móviles. Por tanto, en todo caso, el aire comprimido estará exento de
aceite. Estos, compresores se emplean con preferencia en las industrias alimenticias
farmacéuticas y químicas.
Compresor de émbolo rotativo
Consiste en un émbolo que está animado de un movimiento rotatorio. El aire
es comprimido por la continua reducción del volumen en un recinto hermético.
Compresor de dos etapas con refrigeración intermedia
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Compresor de membrana
Compresor rotativo multicelular
Dentro de esta perspectiva un rotor excéntrico gira en el interior de un cárter
cilíndrico provisto de ranuras de entrada y de salida. Las ventajas de este compresor
residen en sus dimensiones reducidas, su funcionamiento silencioso y su caudal
prácticamente uniforme y sin sacudidas. Para el caudal véase la figura 14 (diagrama).
El rotor está provisto de un cierto número de aletas que se deslizan en el interior de
las ranuras y forman las células con la pared del cárter. Cuando el rotor gira, las aletas
son oprimidas por la fuerza centrífuga contra la pared del cárter, y debido a la
excentricidad el volumen de las células varía constantemente.
Compresor rotativo multicelular
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Compresor de tornillo helicoidal
Compresor de tornillo helicoidal, de dos ejes:
En consecuencia dos tornillos helicoidales que engranan con sus perfiles
cóncavo y convexo impulsan hacia el otro lado el aire aspirado axialmente. En estos
compresores, el aire es llevado de un lado a otro sin que el volumen sea modificado.
En el lado de impulsión, la estanqueidad se asegura mediante los bordes de los
émbolos rotativos
Compresor roots
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Turbocompresores
Se explica que trabajan según el principio de la dinámica de los fluidos, y son
muy apropiados para grandes caudales. Se fabrican de tipo axial y radial. El aire se
pone en circulación por medio de una o varias ruedas de turbina. Esta energía cinética
se convierte en una energía elástica de compresión.
La rotación de los alabes acelera el aire en sentido axial de flujo.
Compresor axial
Compresor Radial
Aceleración progresiva de cámara a cámara en sentido radial hacia afuera; el
aire en circulación regresa de nuevo al eje. Desde aquí se vuelve a acelerar hacia
afuera
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ELECCIÓN DEL CAUDAL DEL COMPRESOR
Precisemos antes que nada que por caudal se entiende la cantidad de aire que
suministra el compresor. Existen dos conceptos. El caudal teórico y El caudal
efectivo o real
En el compresor de émbolo oscilante, el caudal teórico es igual al producto de
cilindrada * velocidad de rotación. El caudal efectivo depende de la construcción del
compresor y de la presión. En este caso, el rendimiento volumétrico es muy
importante.
Es interesante conocer el caudal efectivo del compresor. Sólo éste es el que
acciona y regula los equipos neumáticos.
Los valores indicados según las normas ?representan valores efectivos (p. ej.:
DIN 1945). El caudal se expresa en m3/min ó m3/h .
No obstante, son numerosos los fabricantes que solamente indican el caudal
teórico
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PRESIÓN
En todo caso la presión de servicio es la suministrada por el compresor o
acumulador y existe en las tuberías que alimentan a los consumidores. La presión de
trabajo es la necesaria en el puesto de trabajo considerado. En la mayoría de los
casos, es de 600 kPa (6 bar). Por eso, los datos de servicio de los elementos se
refieren a esta presión. Importante: Para garantizar un funcionamiento fiable y preciso
es necesario que la presión tenga un calor constante. De ésta dependen:
la velocidad
las fuerzas
el desarrollo secuencial de las fases de los elementos de trabajo
ACCIONAMIENTO
En consecuencia es necesario que los compresores se accionan, según las
exigencias, por medio de un motor eléctrico o de explosión interna. En la industria, en
la mayoría de los casos los compresores se arrastran por medio de un motor eléctrico.
Si se trata de un compresor móvil, éste en la mayoría de los casos se acciona por
medio de un motor de combustión (gasolina, Diesel).
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REGULACIÓN
En el presente trabajo al objeto de adaptar el caudal suministrado por el
compresor al consumo que fluctúa, se debe proceder a ciertas regulaciones del
compresor. Existen diferentes clases de regulaciones. El caudal varía entro dos
valores límites ajustados (presiones máxima y mínima).
Regulación de marcha en vacío Regulación carga parcial Regulación por
intermitencias
Regulación por escape a la
atmosfera
Regulación de velocidad de rotación
Regulación por aislamiento de
la aspiración
Regulación por estrangulación de la
aspiración
Regulación por apertura de la
aspiración
Regulación de marcha en vacío:
a) Regulación por escapo a la atmósfera:
En esta simple regulación se trabaja con una válvula reguladora de presión a
la salida del compresor. Cuando en el depósito (red) se ha alcanzado la presión
deseada, dicha válvula abre el paso y permite que el aire escape a la atmósfera. Una
válvula antirretorno impide que el depósito se vacíe (sólo en instalaciones muy
pequeñas).
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b) Regulación por aislamiento de la aspiración:
En este tipo de regulación se bloquea el lado de aspiración. La tubuladura de
aspiración del compresor está cerrada. El compresor no puede aspirar y sigue
funcionando en el margen de depresión. Esta regulación se utiliza principalmente en
los compresores rotativos y también en los de émbolo oscilante.
Regulación por escape a la atmosfera
Regulación por aislamiento
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c) Regulación por apertura de la aspiración
Se utiliza en compresores de émbolo de tamaño mayor. Por medio de una
mordaza se mantiene abierta la válvula de aspiración y el aire circula sin que el
compresor lo comprima. Esta regulación es muy sencilla
Regulación por apertura de la aspiración
Regulación de carga parcial
a) Regulación de la velocidad de rotación
El regulador de velocidad del motor de combustión interna se ajusta en
función de la presión de servicio deseada, por medio de un elemento de mando
manual o automático. Si el accionamiento es eléctrico, la velocidad de rotación puede
regularse de forma progresiva empleando motores de polos conmutables. No
obstante, este procedimiento no es muy utilizado.
b) Regulación del caudal aspirado
Se obtiene por simple estrangulación de la tubuladura de aspiración. El
compresor puede ajustarse así a cargas parciales predeterminadas. Este sistema se
presenta en compresores rotativos o en turbocompresores.
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Regulación por Intermitencias
Con este sistema, el compresor tiene dos estados de servicio (funciona a plena
carga o está desconectado). El motor de accionamiento del compresor se para al
alcanzar la presión Pmax. Se conecta de nuevo y el compresor trabaja, al alcanzar el
valor mínimo Pmin.
Los momentos de conexión y desconexión pueden ajustarse mediante un
presóstato. Para mantener la frecuencia de conmutación dentro de los límites
admisibles, es necesario prever un depósito de gran capacidad
Regulación intermitente
REFRIGERACIÓN
Por efecto de la compresión del aire se desarrolla calor que debe evacuarse.
De acuerdo con la cantidad de calor que se desarrolle, se adoptará la refrigeración
más apropiada. En compresores pequeños, las aletas de refrigeración se encargan de
irradiar el calor. Los compresores mayores van dotados de un ventilador adicional,
que evacua el calor
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Cuando se trata de una estación de compresión de más de 30 kW de potencia,
no basta la refrigeración por aire. Entonces los compresores van equipados de un
sistema de refrigeración por circulación de agua en circuito cerrado o abierto. A
menudo se temen los gastos de una instalación mayor con torre de refrigeración. No
obstante, una buena refrigeración prolonga la duración del compresor y proporciona
aire más frío y en mejores condiciones.
En ciertas circunstancias, incluso permite ahorrar un enfriamiento posterior
del aire u operar con menor potencia.
Lugar de emplazamiento
La estación de compresión debe situarse en un local cerrado e insonorizado. El
recinto debe estar bien ventilado y el aire aspirado debe ser lo más fresco, limpio de
polvo y seco posible.
Acumulador de aire comprimido
El acumulador o depósito sirve para estabilizar el suministro de aire
comprimido. Compensa las oscilaciones de presión en la red de tuberías a medida que
se consume aire comprimido. Gracias a la gran superficie del acumulador, el aire se
refrigera adicionalmente. Por este motivo, en el acumulador se desprende
directamente una parte de la humedad del aire en forma de agua
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Acumulador
El tamaño de un acumulador de aire comprimido depende:
Del caudal de suministro del compresor
Del consumo de aire
De la red de tuberías (volumen suplementario)
Del tipo de regulación
De la diferencia de presión admisible en el interior de la red.
Determinación del acumulador cuando el compresor funciona
Intermitentemente El tamaño de un acumulador puede determinarse según el
diagrama de capacidad de acumulador
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Diagrama de capacidad del acumulador
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Distribución del aire comprimido
Finalmente como resultado de la racionalización y automatización de los
dispositivos de fabricación, las empresas precisan continuamente una mayor cantidad
de aire. Cada máquina y mecanismo necesita una determinada cantidad de aire,
siendo abastecido por un compresor, a través de una red de tuberías. El diámetro de
las tuberías debe elegirse de manera que si el consumo aumenta, la pérdida de presión
entre él depósito y el consumidor no sobrepase 10 kPa (0,1 bar). Si la caída de
presión excede de este valor, la rentabilidad del sistema estará amenazada y el
rendimiento disminuirá considerablemente. En la planificación de instalaciones
nuevas debe preverse una futura ampliación de la demanda de aire, por cuyo motivo
deberán dimensionarse generosamente las tuberías. El montaje posterior de una red
más importante supone costos dignos de mención.
Dimensionado de las tuberías
El diámetro de las tuberías no debería elegirse conforme a otros tubos
existentes ni de acuerdo con cualquier regla empírica, sino en conformidad con:
el caudal
la longitud de las tuberías
la pérdida de presión (admisible) la presión de servicio la cantidad de
estrangulamientos en la red.
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CONCLUSIONES
Se destaca en esta investigación que con frecuencia, se pasa por alto la
importancia del aire comprimido, pero juega un papel vital en la mayor parte de los
procesos de fabricación modernos y de nuestra civilización. Aunque quizás no lo
sepamos, la mayoría de los productos que utilizamos hoy en día no podrían fabricarse
sin el aire comprimido. El aire comprimido supone aproximadamente el 10% de la
energía total utilizada en la industria de hoy en día.
Finalmente con tantas aplicaciones, en diferentes entornos, que dependen del
aire comprimido, los compresores no sólo tienen que comprimir el aire a una presión
específica, con un flujo determinado, sino que también tienen que proporcionar la
calidad correcta. En este trabajo se describen la mayoría de los tipos de compresores
existente en el mercado actual los cuales son de vital importancia para su uso en la
industria y uso doméstico.
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BIBLIOGRAFIA
http://es.wikipedia.org/wiki/Compresor_(m%C3%A1quina)
http://www.compair.es/About_Us/Compressed_Air_Explained--
03The_three_types_of_compressors.aspx
http://definicion.de/compresor/#ixzz2H8Bj2070
http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_mecanica/compresores/default.asp
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