Compresores Entero

Compresores Máquina que eleva la presión de un gas, un vapor o una mezcla de gases y vapores. La presión del fluido se eleva reduciendo el volumen especifico del mismo durante su paso a través del compresor. Comparados con turbo soplantes y ventiladores centrífugos o de circulación axial, en cuanto a la presión de salida, los compresores se clasifican generalmente como maquinas de alta presión, mientras que los ventiladores y soplantes se consideran de baja presión. Los compresores se emplean para aumentar la presión de una gran variedad de gases y vapores para un gran numero de aplicaciones. Un caso común es el compresor de aire, que suministra aire a elevada presión para transporte, pintura a pistola, inflamiento de neumáticos, limpieza, herramientas neumáticas y perforadoras. Otro es el compresor de refrigeración, empleado para comprimir el gas del vaporizador. Otras aplicaciones abarcan procesos químicos, conducción de gases, turbinas de gas y construcción. CLASIFICACIÓN DE LOS COMPRESORES Al clasificarse según el indicio constructivo los compresores volumétricos se subdividen en los de émbolo y de rotor y los de paletas en centrífugos y axiales. Es 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. Compresor Alternativo o de Embolo Los compresores alternativos funcionan con el principio adiabático mediante el cual se introduce el gas en el cilindro por las válvulas de entrada, se retiene y comprime en el cilindro y sale por las válvulas de descarga, en contra de la presión de descarga. Estos compresores rara vez se emplean como unidades individuales, salvo que el proceso requiera funcionamiento intermitente. Por ejemplo, si hay que regenerar un catalizador cada dos o tres meses o se tiene un suministro de reserva en otra fuente, esto daría tiempo para reparar o reemplazar las válvulas o anillos de los pistones, si es necesario. Los compresores alternativos tienen piezas en contacto, como los anillos de los pistones con las paredes de¡ cilindro, resortes y placas o discos de válvulas que se acoplan con sus asientos y entre la empaquetadura y la biela. Todas estas partes están sujetas a desgaste por fricción. Los compresores alternativos pueden ser del tipo lubricado o sin lubricar. Si el proceso lo permite, es preferible tener un compresor lubricado, porque las piezas durarán más. Hay que tener cuidado de no lubricar en exceso, porque la carbonización del aceite en las válvulas puede ocasionar adherencias y sobrecalentamiento. Además, los tubos de descarga saturados con aceite son un riesgo potencia¡ de incendio, por lo que se debe colocar corriente abajo un separador para eliminar el aceite. Los problemas más grandes en los compresores con cilindros lubricados son la suciedad y la humedad, pues destruyen la película de aceite dentro del cilindro.

La mejor forma de evitar la mugre es utilizar coladores temporales en la succión para tener un sistema limpio al arranque. La humedad y los condensables que llegan a la succión del compresor se pueden evitar con un separador eficaz colocado lo más cerca que sea posible del compresor. Si se va a comprimir un gas húmedo, habrá que pensar en camisas de vapor o precalentamiento del gas de admisión, corriente abajo del separador. En los compresores sin lubricación, la mugre suele ser el problema más serío, y hay otros problemas que puede ocasionar el gas en sí. Por ejemplo, un gas absolutamente seco puede ocasionar un severo desgaste de los anillos; en este caso, hay que consultar con el fabricante, pues constantemente se obtienen nuevos datos de pruebas. En los compresores no lubricados, los anillos del pistón y de desgaste se suelen hacer con materiales rellenos con tefion, bronce, vidrio o carbón, según sea el gas que se comprime. El pulimento del cilindro a 12 pi (rms.) suele prolongar la duración de los anillos. La empaquetadura es susceptible del mismo desgaste que los anillos del pistón. Las fugas por la empaquetadura se deben enviar a un sistema de quemador o devolverlas a la succión. Los compresores lubricados pueden necesitar tubos separados para lubricar la empaquetadura, aunque en los cilindros de diámetro pequeño quizá no se requieran. Las empaquetadoras de teflón sin lubricación suelen necesitar enfriamiento por agua, porque su conductividad térmica es muy baja. Si se manejan gases a temperaturas inferiores a IOIF, el fabricante debe calcular la cantidad de precalentamiento del gas mediante recirculación interna. Esto significa que se necesitará un cilindro un poco más grande para mover el mismo peso de flujo. Los compresores alternativos deben tener, de preferencia motores de baja velocidad, de acoplamiento directo, en especial si son de más de 300 HP; suelen ser de velocidad constante. El control de la velocidad se logra mediante válvulas descargadoras, y estas deben ser del tipo de abatimiento de la placa de válvula o del tipo de descargador con tapón o macho. Los descargadores que levantan toda la válvula de su asiento pueden crear problemas de sellamiento. La descarga puede ser automática o manual. Los pasos normales de descarga son 0-100%, 0-50-100%, o- 25-60-75-100% y se pueden obtener pasos intermedios con cajas de espacio muerto o botellas de despejo; pero, no se deben utilizar estas cajas si puede ocurrir polimerización, salvo que se tomen las precauciones adecuadas. Los compresores alternativos de embolo se clasifican: Según la fase de compresión en Monofásico o de simple efecto, cuando el pistón realiza una sola fase de compresión (la acción de compresión la ejecuta una sola cara del pistón). Bifásico, de doble efecto o reciprocante cuando el pistón realiza doble compresión (la acción de compresión la realizan ambas caras del pistón). Según las etapas de compresión se clasifican en:

Compresores de una etapa cuando el compresor realiza el proceso de compresión en una sola etapa. Compresores de varias etapas cuando el proceso de compresión se realiza en mas de una etapa por ejemplo una etapa de baja presión y una etapa de alta presión. Según la disposición de los cilindros se clasifican en: Verticales -Horizontales Los compresores alternativos abarcan desde una capacidad muy pequeña hasta unos 3.000 PCMS. Para equipo de procesos, por lo general, no se utilizan mucho los tamaños grandes y se prefieren los centrífugos. Si hay alta presión y un gasto más bien bajo, se necesitan los alternativos. El número de etapas o cilindros se debe seleccionar con relación a las temperaturas de descarga, tamaño disponible para los cilindros y carga en el cuerpo o biela del compresor. Los tamaños más bien pequeños, hasta de unos 100 HP, pueden tener cilindros de acción sencilla, enfriamiento con aire, y se puede permitir que los vapores del aceite en el depósito (cárter) se mezclen con el aire o gas comprimidos. Estos tipos sólo son deseables en diseños especiales modificados. Los tipos pequeños para procesos, de un cilindro y 25 o 200 HP, tienen enfriamiento por agua, pistón de doble acción, prensaestopas separado que permite fugas controladas y pueden ser de¡ tipo no lubricado, en el cual el lubricante no toca el aire o gas comprimido. Se utilizan para aire para instrumentos o en aplicaciones pequeñas para gas de proceso. Los compresores más grandes para aire o gas son de dos o más cilindros. En casi todas las instalaciones, los cilindros se disponen en forma horizontal y en serie, de modo que presenten dos o más etapas de compresión. El número de etapas de compresión depende, en gran parte de la elevación de temperatura en una etapa, que suele estar limitada a unos 250'F; De la carga en el cuerpo o biela que se puede manejar y, de vez en cuando, de¡ aumento total en la presión en una etapa, respecto de¡ diseño de las válvulas de¡ compresor, que suelen ser para menos de 1.000 psi. La relación o razón total de compresión se determina para tener una idea inicial aproximada del número de etapas. Si la relación es muy alta, entre 3.0 y 3.5 para una sola etapa, entonces la raíz cuadrada de la relación total será igual a la relación por etapa para las dos etapas, a la raíz cúbica para tres etapas, etc. Las presiones interetapas y la relación por etapa reales se modificarán después de tener en cuenta las caídas de presión en interenfriadores, tubería entre etapas, separadores y amortiguadores de pulsaciones, si se utilizan. Los compresores de émbolo comprimen gases y vapores en un cilindro a través de un émbolo de movimientos rectilíneo y se utilizan para el accionamiento de herramientas neumáticas (6 a 7 kg/cm2), instalaciones frigoríficas de amoníaco (hasta 12 kg/cm2), abastecimiento de gas a distancia (hasta 40 kg/cm2), licuación del aire (hasta 200 kg/cm2), locomotoras de aire comprimido (hasta 225kg/cm2) e hidrogenación y síntesis a presión (hasta más de 1000 kg/cm2).

COMPRESORES ROTATIVOS O CENTRÍFUGOS Los compresores centrífugos impulsan y comprimen los gases mediante ruedas de paletas. Los ventiladores son compresores centrífugos de baja presión con una rueda de paletas de poca velocidad periférica (de 10 a 500 mm de columna de agua; tipos especiales hasta 1000 mm). Las máquinas soplantes rotativas son compresores centrífugos de gran velocidad tangencial (120 a 300 m/seg.) y una relación de presiones por escalón p2/p1 = 1,1 a 1,7. Montando en serie hasta 12 ó 13 rotores en una caja puede alcanzarse una presión final de » 12kg/cm2, comprimiendo aire con refrigeración repetida. Compresores de paletas deslizantes Este tipo de compresores consiste basicamente de una cavidad cilindrica dentro de la cual esta ubicado en forma excentrica un rotor con ranuras profundas, unas paletas rectangulares se deslizan libremente dentro de las ranuras de forma que al girar el rotor la fuerza centrifuga empuja las paletas contra la pared del cilindro. El gas al entrar, es atrapado en los espacios que forman las paletas y la pared de la cavidad cilindrica es comprimidad al disminuir el volumen de estos espacios durante la rotacion. Compresores de pistón liquido El compresor rotatorio de piston de liquido es una maquina con rotor de aletas multiple girando en una caja que no es redonda. La caja se llena, en parte de agua y a medida que el rotor da vueltas, lleva el liquido con las paletas formando una serie de bolsas. Como el liquido, alternamente sale y vuelve a las bolsas entre las paletas(dos veces por cada revolucion). A medida que el liquido sale de la bolsa la paleta se llena de aire. Cuando el liquido vuelve a la bolsa, el aire se comprime. Compresores de lóbulos (Roots) Se conocen como compresores de doble rotor o de doble impulsor aquellos que trabajan con dos rotores acoplados, montados sobre ejes paralelos, para una misma etapa de compresión. Una máquina de este tipo muy difundida es el compresor de lóbulos mayor conocida como "Roots", de gran ampliación como sobre alimentador de los motores diese¡ o sopladores de gases a presión moderada. Los rotores, por lo general, de dos o tres lóbulos están conectados mediante engranajes exteriores. El gas que entra al soplador queda atrapado entre los lóbulos y la carcaza; con el movimiento de los rotores de la máquina, por donde sale, no pudieron regresarse debido al estrecho juego existente entre los lóbulos que se desplazan por el lado interno. Compresores de tornillo La compresión por rotores paralelos puede producirse también en el sentido axial con el uso de lóbulos en espira a la manera de un tornillo sin fin. Acoplando dos rotores de este tipo, uno convexo y otro cóncavo, y haciéndolos

girar en sentidos opuestos se logra desplazar el gas, paralelamente a los dos ejes, entre los lobulos y la carcaza. Las revoluciones sucesivas de los lobulos reducen progresivamente el volumen de gas atrapado y por consiguiente su presion, el gas asi comprimido es forzado axialmente por la rotacion de los lobulos helicoidales hasta 1ª descarga. Principio de funcionamiento - Caudal Los compresores rotativos pertenecen a la clase de maquinas volumétricas; por su principio de funcionamiento son análogos a las bombas rotativas. Los mas difundidos son los compresores rotativos de placas; últimamente hallan aplicación los cornpresores helicoidales. Al girar el rotor, situado excéntricarnente en el cuerpo, las placas forman espacios cerrados, que trasladan el gas de la cavidad de aspiración a al cavidad de impulsión. Con esto se efectúa la compresión del gas. Tal esquema del compresor, teniendo buen equilibrio de las masas en movimiento, permito comunicar al rotor la alta frecuencia de rotación y unir la rnaquina directamente con motor eléctrico. Al funcionar el compresor de placas se desprende una gran cantidad de calor a causa de la presión mayores de 1,5 el cuerpo del compresor se fabrica con enfriamiento por agua. Los compresores de placas pueden utilizarse para aspirar gases y vapores de los espacios con presión menor que la atmosférica. En tales casos el compresor es una bomba de vacío. El vacío creado por las bombas de vacío de placas alcanza el95%. El caudal del compresor de placas depende de sus dimensiones geornétricas y de la frecuencia de rotación. Si se considera que las placas son radiales el volumen del gas encerrado entre dos de estas donde f es la superficie máxima de la sección transversal entre las placas, 1 la longitud de la placa. Las piezas de trabajo principales del compresor son los visinfmes(tomillo) de perfil especial; la disposición recíproca de los tornillos esta fijada estrictamente por las ruedas dentadas que se encuentran en engrane, encajadas sobre los arboles. El huelgo en el engranaje en estas ruedas dentadas sincronizadas es menor que los tomillos, por lo cual la fricción mecánica en los últimos esta excluida. El tornillo con cavidades es el órgano distributivo del cierre, por eso la potencia transmitida por las ruedas por las ruedas dentadas sincronizadas no es grande, por consiguiente, es pequeño su desgaste. Esta circunstancia es muy importante debido a la necesidad de conservar huelgos suficientes en el par de tornillos. Regulacion del caudal De la ecuación para determinar el caudal de los compresores de rotor se ve que el caudal es proporciona¡ a la frecuencia de rotación del árbol del

compresor. De esto se deduce el procedimiento de regulación de Q cambiando n. Los compresores de placas se unen con los electromotores en la mayoría de los casos directamente y la frecuencia de rotación de estos constituyen 1540, 960, 735 rpm. Para regular el caudal en este caso es necesario empatar entre los arboles de¡ motor y el compresor un vareador de velocidad. La frecuencia de rotación de los compresores helicoidales es muy alta, alcanza en el caso de accionamiento por turbina de gas, 15000 r.p.m. Los compresores helicoidales grandes de fabricación habitual funcionan con una frecuencia de rotación de 3000 rpm. Para ambos tipos de compresores rotativos se emplean en los procedimientos de regulación del caudal por estrangulación en la aspiración, el trasiego del gas comprimido en la tubería de aspiración y las paradas periódicas. Estructura de los Compresores Los compresores de placas se fabrican para caudales de hasta 5OOm3\rnin y con dos etapas de compresión con enfriamiento intermedio crean presiones de hasta 1.5Mpa. Los elementos principales de esta estructura son: rotor, cuerpo, tapas, enfriador y arboles. El cuerpo y las tapas del compresor se enfrían por el agua. Los elementos constructivos tienen ciertas particularidades. Para disminuir las perdidas de energía de la fricción mecánica de los extremos de las placas contra el cuerpo en este se colocan dos anillos de descarga que giran libremente en el cuerpo. A la superficie exterior de estos se' envía lubricación. Al girar el rotor los extremos de las placas se apoyan en el anillo de descarga y se deslizan parcialmente por la superficie interior de estos; los anillos de descarga giran simultáneamente en el cuerpo. Al fin de disminuir las fuerzas de fricción en las ranuras las placas se colocan no radicalmente sino desviándolas hacia adelante en dirección de la rotación. El ángulo de desviación constituye 7 a 10 grados. En este caso la dirección de la fuerza que actúa sobre las placas por lado del cuerpo y los anillos de descarga se aproxima a la dirección de desplazamiento de la placa en la ranura y la fuerza de fricción disminuye. Para disminuir las fugas de gas a traves de los huelgos axiales, en el buje del rotor se colocan anillos de empacaduras apretados con resortes contra las superficies de las tapas. Por el lado de salida del arbol a traves de la tapa, se ha colocado una junta de prensaestopas con dispositivos tensor de resortes. Espacio Muerto Los cilindros de los compresores siempre se fabrican con espacio muerto; esto es necesario para evitar el golpe del embolo contra la tapa al llegar este a la posicion extrema.

El volumen del espacio muerto habitualmente se aprecia en proporciones o porcentajes de volumen de trabajo del cilindro y se llama volumen relativo del espacio muerto: A=Vm/Vtr En los compresores monoetapicos modernos,en el caso cuando las valvulas se encuentran en la etapa de los cilindros A=0.025 0.06 Distribución y Regulación Los órganos de cierre de la entrada y la salida del gas en el cilindro son en general válvulas automáticas de plancha de acero esmerilada por ambas caras y de 2 a 3 mm de espesor, corrientemente con forma anular y cargadas por resorte de presión para seguridad del cierre. La carrera de la válvula (normalmente de 2 a 4 mm; para gran número de revoluciones 1 a 1,5 mm) está limitada por un tope atornillado al asiento de válvula. Las válvulas, dispuestas a un costado del cilindro o en la culata del mismo, son fáciles de montar y desmontar. Para que las válvulas se conserven mejor y ocasionen poca pérdida de carga debe exceder de 30 m/seg. Y con presiones superiores a 100 kg/cm2 sólo a 15 m/seg. Material para los platos de válvula altamente fatigados, acero especial poco aleado. Las instalaciones de compresores trabajan en general con toma irregular y necesitan, por lo tanto, una regulación. Sistemas usuales de regulación: Arranque y paro. Para pequeñas instalaciones con impulsión eléctrica. Según sea la presión del acumulador de aire, se conectan y desconectan automáticamente el motor y el agua de refrigeración. El acumulador debe tener suficiente capacidad para que no se realicen más de 8 a 10 conmutaciones por hora. Ajuste del número de revoluciones en el accionamiento por máquinas de émbolo. Con número constante de revoluciones: Regulación por marcha en vacío. El regulador de presión cargado con peso o resorte conecta el compresor a marcha en vacío en cuanto la presión del acumulador excede de la ajustada y conecta de nuevo a plena carga en cuanto la presión baja un 10%. La marca en vacío se verifica por cierre del tubo de aspiración o manteniendo abierta la válvula de aspiración con ayuda de un descompresor. Regulación escalonada. La potencia se disminuye escalonadamente al 75%, al 50%, al 25% y a vacío, por intercalación de espacios perjudiciales fijos y conexión a marcha en vacío de las distintas caras de émbolo en los escalones de múltiple efecto. Regulación progresiva del gasto (sin escalonar). En general se realiza manteniendo abierta durante un tiempo graduable (mayor o menor) las válvulas de aspiración durante las carreras de compresión mediante descompresores accionados por gas o aceite a presión o por resortes.

Si en el compresor de varios escalones se regula sólo el primer escalón, es decir se disminuye su grado de aprovechamiento, baja en éste nada más la relación de presiones y aumenta su grado de aprovechamiento, baja en éste nada más la relación de presiones y aumenta en el último, permaneciendo casi constante la relación de presiones y aumenta en el último, permaneciendo casi constante la relación de presiones en todos los escalones intermedios. Para arrancar se descargará el compresor lo más completamente posible. Normalmente manteniendo abierta la válvula de aspiración. Los compresores grandes tienen para esto conductos especiales de by-pass. En las máquinas pequeñas que aspiran a través del émbolo, la marcha en vacío se realiza por cierre del conducto de aspiración, abriendo al mismo tiempo un by-pass que establece la comunicación entre las caras de aspiración y de impulsión. Engrase Para la lubricación de los compresores de émbolo se emplean los mismos métodos que para las máquinas de vapor, salvo las altas exigencias de los aceites de engrase a causa del gran calor radiado por los cilindros de vapor. Para el engrase de los cilindros, como para las máquinas de vapor, se emplean bombas de émbolo buzo de funcionamiento obligado por la transmisión. Aún con altas presiones de gas deben procurarse aceites de poca viscosidad. Un aceite viscoso exige una potencia innecesariamente grande y hace que las válvulas tengan más tendencia a pegarse y romperse. Para muy altas presiones, se emplean, sin embargo, algunas veces los aceites viscosos para mejora la hermeticidad, aunque la temperatura del gas sea más baja. A ser posible se utilizara el aceite para el engrase del cilindro y de la transmisión, pues ello facilita la recuperación y nuevo empleo del aceite. Los aceites para cilindros con 7 a 28 grados Engler son también buenos aceites para la transmisión. Conducción del aceite como en las máquinas de vapor. El consumo de aceite de los compresores es tan sólo la tercera parte de los que se indico para las máquinas de vapor. Para economizar el valioso aceite para cilindros, las máquinas que comprimen gases con adiciones solubles en aceite (bencina, bensol, naftalina y anhídrido sulfuroso) se emanan con emulaciones de aceite en agua. Téngase aquí preséntese las prensas de engrase son existentes son adecuadas. INSTALACIONES AUXILIARES Refrigeradores del Gas (para enfriar el gas después de cada escalón) Con presiones bajas se emplea preferentemente el refrigerador de haz tubular, en el que circula el gas por fuera de los tubos y el agua por dentro de los mismos, o el refrigerador con elementos de tubos de aletas.

En los refrigeradores de haz tubular se dan al gas varios cambios de dirección mediante unos mamparos en laberinto para que la velocidad del gas sea la conveniente a la buena transmisión del calor. En los refrigeradores de elementos no existe laberinto, por lo cual ocasiona menos pérdidas de carga. Otras ventajas del refrigerador de elementos: poco espacio ocupado por los tubos de aletas, lo que permite disponer grandes espacios de amortiguamiento y de condensación de en la caja del refrigerador, y facilidad de limpieza por la sencillez de desmontaje de los elementos refrigeradores. Para gases con muchas impurezas, que ensucian rápidamente los tubos de aletas, se emplea, aunque la transmisión térmica sea menos eficaz, el refrigerador de haz tubular (c) con circulación del gas por el interior de los tubos y agua por la contracorriente por el exterior. Estos refrigeradores son muy sensibles a la corrosión exterior por el agua en la parte inmediata a la entrada de gas. Para grandes presiones se emplean el refrigerador de serpentín (e), por cuyo interior circula el gas, sumergido en un deposito de agua, o el refrigerador de tubos dobles (d) coaxiales, circulando el gas por el tubo interior, y el agua, en contracorriente, por el espacio entre los dos tubos. Datos sobre tamaño y peso de los elementos y de haz tubular, tabla 3. Se procura conseguir un enfriamiento de los gases hasta unos 5 a 10° por encima de la temperatura de entrada del agua de refrigeración. REFRIGERADORES DE GAS Gasto del compresor en la aspiración m3/min La cantidad de calor Q [kcal/h] eliminada en cada escalón se obtiene aproximadamente, de la potencia del escalón Ni[HP] y de la cantidad de vapor de agua condensado en el refrigerador Gw (Kg.), por la fórmula Q=632 Ni + 600 Gw. De Q y de la elevación de temperatura admitida en el agua de refrigeración se obtiene la cantidad necesaria de esta última. La temperatura de salida del agua no debe pasar de 40° para evitar la formación de incrustaciones. Velocidad del agua 1,5 a 2 m/seg.; velocidad del gas 5 a 15 m/seg. A la resistencia al paso del calor 1/k por superficies limpias hay que añadir, por la suciedad inevitable de 0,0005 a 0,001 m2h° /kcal por cada cara en contacto con agua o gas, o más si se trabaja en condiciones desfavorables. Filtros de polvo Acumulador de aire a presión. Compensa las pulsaciones del compresor y también, como indica su nombre, actúa como acumulador. Su capacidad será holgada para evitar un trabajo excesivo del regulador y conseguir un buen efecto separador del agua y del aceite.

Volumen del acumulador siendo el gasto del compresor . Los acumuladores de aire, reglamentados como recipientes de presión, llevaran válvula de seguridad, manómetro con brida de verificación y, en su punto más bajo, dispositivos de desagüe. El manómetro llevará una señal indicadora de la presión máxima. Ajuste de la válvula de seguridad perfectamente garantizado. Los acumuladores de 800 mm de diámetro y mayores llevaran agujero de hombre de forma oval para facilitar la inspección interior. Servicio Abstenerse a las instrucciones de servicios del compresor y de la máquina de accionamiento. En general: Puesta En Marcha Comprobar el nivel del aceite en el cárter las cabezas de las bielas y los contrapesos del cigüeñal no deben sumergirse, las tuberías de aspiración y de impulsión de la bomba de engranajes deben llenarse de aceite). Si es necesario, limpiar el filtro. Cargar los engrasadores de presión del cilindro y, observando por las mirillas de vidrio, hacerlos girar a mano de vez en cuando. Comprobar la libertad de trabajo del regulador de presión y conectar el compresor para marcha en vacío. Abrir el agua de refrigeración y esperar a que salga. Abrir las llaves o compuertas de los tubos de aspiración y de impulsión. Poner en marcha la máquina de accionamiento (en general debe alcanzarse el máximo número de revoluciones al cabo de unos 10 segundos). Cargar poco a poco el compresor. Regular el agua de refrigeración para que su temperatura de salida sea inferior a 40° (peligro de incrustaciones). Al poner en marcha por primera vez la máquina de accionamiento, compruébese el sentido de rotación, pues si gira al revés no funcionarán la bomba de engranajes ni el sistema de engrase a presión. Después de una reparación importante se tratará de dar a mano varias vueltas a la máquina, para asegurarse de que los émbolos y la transmisión se mueven sin dificultad. Funcionamiento Vigilar el nivel y la presión del aceite, así como la carga y el funcionamiento de los engrasadores a presión para el cilindro, la temperatura y la presión del gas y el circuito de agua de refrigeración. Auscultar regularmente la máquina por si produce golpes o ruidos anormales en las válvulas. Verificar a menudo los cojinetes, superficies de deslizamiento y vástago del émbolo por sí se calientan más de lo normal. Tocar con la mano las tuberías de aspiración del gas de los prensaestopas (si aquellas están calientes, los prensaestopas están mal ajustados; las fugas pequeñas se corrigen con un fuerte engrase). Con intervalos de media a una hora se dará salida al agua y al aceite acumulado en los refrigeradores intermedios. Una vez al día, como mínimo se purgará el agua del acumulador de aire. Cada hora, leer y anotar en el diario de máquinas la presión de trabajo, las temperaturas del gas, del aceite y del agua de refrigeración y otros datos de servicio. Los engrasadores se llenarán siempre

con aceite nuevo, comprobando de vez en cuando el consumo de aceite y rectificando la regulación. 2.3 Elección del compresor 2.3.1 Caudal Por caudal entiendo la cantidad de aire que suministra el compresor. Existen dos conceptos. 1. El caudal teórico 2. 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. Figura 15 :

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. 2.3.2 Presión También se distinguen dos conceptos: 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 valor constante. De ésta dependen : - la velocidad - las fuerzas - el desarrollo secuencial de las fases de los elementos de trabajo. Figura 16 :

2.3.3 Accionamiento 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. Generalmente el motor gira un número de rpm fijo por lo cual se hace necesario regular el movimiento a través de un sistema de transmisión compuesto en la mayoría de los casos por un sistema de poleas y correas. Aunque la aplicación anterior es la mas difundida y utilizada industrialmente, el elemento de accionamiento también puede ser un motor de combustión interna. Este tipo de energía es especialmente útil para trabajos en terreno en que no se cuenta con electricidad. 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 ).

Figura 17: 2.3.4. Regulación 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 a) Regulación por escape a la atmósfera b) Regulación por aislamiento de la aspiración

Regulación de carga parcial a) Regulación de velocidad de rotación b) Regulación por estrangulación de la aspiración

Regulación por intermitencias

c) 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). 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.

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 de carga parcial

e) 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. 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. Figura 21: Regulación intermitente

2.3.5 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.

Figura 22:

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. 2.3.6 Lugar de emplazamiento Ubicación de la estación compresora : Esta debe ubicarse en un lugar cerrado e insonorizado, a fin de minimizar el factor ruido. El recinto además debe contar con ventilación adecuada y el aire aspirado debe ser lo mas fresco, limpio y seco posible.

2.3.7 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 Figura 23: 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 la figura 24. NEUMÁTICA Cuando se trata de producción y consumo de aire comprimido estos se especifican en N l/min o N mm³/min es decir en aire libre (atmosférico) cuando no es así se debe emplear la siguiente formula para la conversión

donde

Existen diversas denominaciones utilizadas por los fabricantes para indicar la cantidad de aire que proporciona el compresor, tales como desplazamiento volumétrico volumen engendrado, etc. Bajo estos nombres genéricos se considera un caudal de aire expresado en cifras teóricas que no responde al verdadero caudal de aire suministrado por el compresor, mientras que el consumo de los equipos neumáticos se da en cifras efectivas. Es evidente que si adquirimos un compresor basándonos en alguna de las citadas especificaciones, nos encontraremos con que la cantidad de aire

realmente suministrada es de un 20 a un 25% inferior a la indicada, pues ningún compresor rinde una prestación del 100 %. Para evitar estas ambigüedades solamente se deben adquirir compresores que garanticen el caudal de aire en consonancia con las condiciones de temperatura y presión de la aspiración, es decir, en litros o m³ de aire libre. Como sea que el clima es variable y responde a las características propias de cada lugar, sería dificultoso establecer unas tablas de consumos que correspondieran a los diferentes estados cismáticos; por ello, se va imponiendo el establecimiento de una normativa sobre la base de considerar unas condiciones normales de temperatura y presión del aire aspirado, independientemente de las condiciones atmosféricas en las cuales trabaje el compresor y que sirven de referencia comparativa, aire que llamaremos "aire normal o "aire normalizado" distinguiéndolo con una N (Mayúscula) que situaremos después de las cifras y antes del volumen expresado. Por ejemplo: 600 N m³/h, equivale a un sistema que proporciona 600 m³/h expresados en condiciones normales. Las condiciones normales varían según el área de influencia tecnológica . Los que siguen las indicaciones del "Compressed Air & Gas Institute" de U.S.A. 1 N m³/h es un m³ de aire por hora a la temperatura de 20º C a la presión de 1.033 kg/cm2 y con una humedad relativa del 36 por ciento. En la zona europea, la norma C.E.T.O.P. RP-44P, propone como condiciones atmosféricas normales las que están especificadas en la ISO R 554, y que corresponden a la temperatura de 20º C a la presión de 101.3 mbar y con una humedad relativa del 65%. Los procedimientos de prueba o los métodos de medida del caudal efectivo de aire libre suministrado por los compresores, vienen dados en las normas alemanas DIN 1945 y DIN 1952, inglesa BSS 726-1952, americana ASME PTC 9 y francesa NFX10 . SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES En la reunión del C.E.T.O.P. (Comité Europeo de las Transmisiones Óleohidráulicas y Neumáticas) celebrada en Berlín el 11 de junio de 1966, para aquellos países europeos que tienen adoptada la terminología aprobada por dicho Comité se pensó usar en la definición de la presión como unidad de superficie el cm², y medir así la fuerza f que actúa sobre este elemento de superficie plana, dando como unidad de medida al kilogramo de presión por centímetro cuadrado representado por kp/cm² . (1 kp = 9,81 newton).De este modo, la presión del aire atmosférico es 1,033 kp/cm2 = 1 atmósfera (kilogramo fuerza por centímetro cuadrado). Por otro lado, en Washington, durante la reunión del Comité Técnico del ISO ITC , se consideró la implantación del Pascal como unidad de presión, con sus múltiples y submúltiplos. Estos y sus equivalentes son:

Subrayo estas dos modalidades de expresión para la representación de la presión porque, mientras en Francia, en catálogos folletos, aparece claramente definida la expresión de bar como unidad de presión, en otros países europeos se viene adoptando la aplicación del kp/cm² como unidad de presión en sus especificaciones técnicas. Aunque podemos decir, sin temor a error, que

DIAGRAMA DE TRABAJO DE UN COMPRESOR DE PISTÓN En la presente página se generalizará sobre el ciclo de trabajo típico de un compresor y su rendimiento, al objeto de obtener del estudio del diagrama correspondiente la potencia requerida para la compresión , pues no debemos olvidar que un compresor aspira aire a la presión atmosférica y lo comprime a una presión más elevada, necesitando para ello la adición de un motor que venza la resistencia que opone el aire a ser comprimido. La comparación de los diagramas de trabajo de dos compresores similares nos facilitaría la posibilidad de elección de aquel que presente un diagrama más favorable ya que ello repercutiría en una economía en cuanto a la potencia del motor de accionamiento del compresor. En la figura 6-1 se representa el ciclo de trabajo real de un compresor. A la derecha de la misma se ve la forma de actuar de las válvulas en las carreras de aspiración e impulsión en un cilindro de simple efecto. El desplazamiento D de un compresor es el volumen barrido en la unidad de tiempo por la cara o caras del pistón de la primera fase. Se expresa en N m3/min. Para. un cálculo preciso, y en el caso de doble efecto, hay que tener en cuenta el vástago del pistón. El espacio muerto (o volumen perjudicial) corresponde al volumen residual entre el pistón y el fondo del cilindro y las lumbreras de las válvulas, cuando el pistón está en su punto muerto. Se expresa en tanto por cien del desplazamiento.

La Fig. 6-2 representa un estudio comparativo entre los diagramas de trabajo real y el diagrama teórico. El diagrama teórico está configurado por los puntos 1-2-3-4, y los puntos 1-5-67 delimitan el diagrama real. El volumen perjudicial (espacio muerto) queda representado en el diagrama por el punto 6, que no coincide con el volumen cero. El 6 y 7 son indicativos de la expansión del aire contenido en el volumen perjudicial, desde que se cierra la lumbrera de la válvula de descarga hasta que se abre la lumbrera de la válvula de aspiración.

El contenido de las áreas A , B , C y D, es motivado por: A) La refrigeración, que permite una aproximación del ciclo a una transformación isotérmica. Por falta de refrigeración, o por un calentamiento excesivo a causa de rozamientos, dicha área puede desaparecer. B) Trabajo necesario para efectuar la descarga del cilindro. C) Trabajo que el volumen perjudicial no devuelve al expansionarse, y que es absorbido en la compresión D) Trabajo perdido en el ciclo de aspiración.

Las áreas rayadas B , C , D expresan las diferencias de trabajo efectuado en cada etapa del ciclo, entre el diagrama teórico y el diagrama real. El diagrama estudiado corresponde a un compresor de una etapa, cuyo ciclo de compresión se realiza rápidamente, sin dar tiempo a que el calor producido en la compresión del aire pueda disiparse en un refrigerante o intercambiador de calor , pudiendo decirse que el aire durante su compresión sigue una ley adiabática. La temperatura teórica de descarga para una compresión adiabática (sin intercambio de calor) viene dada por la fórmula:

siendo:

Cuando un compresor es de "n" fases, las relaciones de compresión de cada fase son sensiblemente iguales, y tienen por valor:

Prácticamente, todos los procesos de compresión son politrópicos , es decir, que la temperatura se eleva con la relación de presión, y cuando la temperatura se eleva, también se eleva el trabajo de compresión . La potencia adiabática teórica de compresión (sin intercambio de calor) es:

siendo:

En esta conjugación de temperatura de compresión y potencia al objeto de mejorar el rendimiento, la compresión se efectúa normalmente en etapas, de forma que se pueda refrigerar el aire entre cada una de ellas por medio de un refrigerador intermedio (con un agente enfriador que puede ser el aire o el

agua), cuya acción principal es la de disipar el calor producido durante la compresión . La refrigeración intermedia perfecta se consigue cuando la temperatura del aire que sale del refrigerador intermedio es igual a la temperatura del aire de aspiración del compresor. Igualmente, se logra un consumo de potencia mínimo cuando las relaciones de compresión de todas las etapas son iguales. Si aumentamos el numero de etapas, la compresión se acerca a la isoterma, que es la transformación de compresión que requiere menos trabajo. Los compresores más usuales en el mercado tienen refrigeración intermedia, es decir, son de dos etapas.

El diagrama indicado en la figura 6.3 corresponde a un compresor de dos etapas, y en ella los diagramas independientes de cada cilindro son estudiados como si fueran de un compresor de una etapa. La superposición de los diagramas de trabajo correspondientes al cilindro de baja presión (que es el que comprime el aire aspirado hasta una presión aproximada de 2 a 3 kg/cm² ) y al de alta presión (que comprime el aire recibido hasta la presión de trabajo) nos indica que la energía que requiere el cilindro de alta presión es muy inferior a la que exigiría si toda la compresión se hubiera realizado de una sola vez. En el diagrama totalizado de los dos cilindros, el aire aspirado en A es comprimido en el cilindro de baja presión (I), y a su salida pasa por el refrigerador intermedio en donde recupera su temperatura inicial. La segunda etapa comienza en B: el aire recibido del cilindro de baja presión es vuelto a comprimir en el cilindro del alta (II) hasta la presión final de descarga. El área rayada Z corresponde a un trabajo perdido que se realiza dos veces sobre el aire, en la expulsión del cilindro de baja presión y en la compresión del cilindro de alta presión . De la observación del gráfico se deduce que, para compresores de una etapa, o de dos etapas pero en la primera fase de compresión, la curva de compresión está siempre comprendida entre la isotérmica y la adiabática teóricas, pero aproximándose más a la segunda que a la primera, lo que refleja un proceso politrópico en donde

PVn = Constante. El cuadro adjunto muestra la potencia requerida para comprimir un metro cúbico de aire libre por segundo a diferentes presiones, en un compresor de una etapa, permitiendo la comparación simultánea entre las potencias adiabática e isotérmica teóricas.

RENDIMIENTO DE LOS COMPRESORES Durante la compresión hay pérdidas termodinámicas y pérdidas mecánicas debidas a frotamientos, por lo que la potencia adiabática. El rendimiento teórico presenta las desviaciones del ciclo teórico respecto del ciclo ideal según consideremos este ciclo adiabático o isotérmico. Se llama rendimiento adiabático de un compresor a la relación entre la potencia adiabática teórica de compresión Wta y la potencia real absorbida.

Para el rendimiento isotérmico, determinando la potencia isotérmica teórica de compresión (a temperatura constante) Wti, se tiene:

El rendimiento volumétrico Rv es la relación entre el caudal aspirado Qa y el desplazamiento D, o sea:

por consiguiente, el aire libre suministrado por un compresor es siempre menor que el desplazamiento. El rendimiento mecánico Rm es la relaci0n entre la potencia indicada y la potencia en el eje COMPRESORES DE AIRE A PISTÓN Los compresores son máquinas que aspiran el aire ambiente (a presión atmosférica) y lo comprimen hasta conferirle una presión superior. Existen diversos tipos de compresores , así como toda una teoría de cálculo que no vamos a exponer aquí, ya que el tema de estas páginas es el

tratamiento del aire a la salida del compresor. Sin embargo, vamos a exponer someramente los diferentes tipos de compresores, resaltando aquellas partes que conviene tener en cuenta por su utilización posterior. COMPRESORES MONOFÁSICOS Los compresores monofásicos (Fig. 6-4), disponen de una simple fase de compresión. Se componen, en esencia, de un cárter con cigüeñal , un émbolo de pistón, y un cilindro. Para su refrigeración , éste lleva en la parte exterior, aletas. Son utilizados para aplicaciones en donde el caudal sea limitado y en condiciones de servicio intermitente.

COMPRESORES BIFÁSICOS Los compresores bifásicos (dos etapas) tienen la característica principal de que el aire es comprimido en dos fases ; en la primera fase (de baja presión ) , se comprime hasta 2 a 3 kg/cm², y en la segunda fase (de alta presión), se comprime hasta una presión máxima de 8 kg/cm². Pueden ser refrigerados por aire o por agua , es decir, el refrigerador intermedio (entre fases) puede actuar a base de un ventilador o en virtud de una corriente de agua a través del mismo. Normalmente, para potencias hasta 100 CV, lo habitual es el empleo de refrigeradores por aire, sin prejuicio de la facultad de dotarlos de una refrigeración por agua ; para potencias superiores, prepondera la aplicación de la refrigeración por agua aunque también se utilice la refrigeración por aire. La potencia del electro ventilador del refrigerador intermedio por aire está en función de la potencia del compresor, del tipo de máquina y de las condiciones de trabajo. Los pistones y los cilindros pueden estar dispuestos en V (Fig..6-5 y 6-6) y en L (Fig. 6-7), montaje este último que es el normal cuando un cilindro es vertical.

Estos modelos de compresores son los más usuales en la industria en general cubriendo sus caudales una extensa gama que va desde unos 1000 N l/min. a 10000 N l/min., aproximadamente, para los modelos en V, y desde unos 10000 N l/min. 30000 N l/min. y más para los modelos en L. La presión máxima de trabajo acostumbra ser de 8 kg/cm² , sin embargo, últimamente se tiende a aumentar ésta. En este tipo de compresores la temperatura de salida del aire comprimido es alrededor de los 130º C con una posible variación de + 15 ºC. Los compresores bifásicos (dos etapas) pueden ser de simple efecto y de doble efecto .

COMPRESORES DE DOS ETAPAS SIMPLE EFECTO . En este tipo de compresores, el recorrido del aire en la compresión se realiza en dos etapas por medio de dos pistones, de los cuales uno hace la compresión de la primera etapa, y el otro, la de la segunda. El compresor, como puede verse en la vista en sección de la Fig. 6-8, aspira por el filtro de admisión F, el aire exterior que ha de comprimir. Para pasar el aire a la cámara de compresión, es necesario que las válvulas de aspiración VA1 se abran, lo que se realiza de una forma automática, ya que, al descender el pistón, se crea un vacío en las cámaras de compresión C-1 y, debido a la presión atmosférica, resulta empujada dicha válvula, dejando pasar el aire hasta que el pistón llega al punto muerto inferior (PMI) al iniciar su ascenso, aumenta la presión en las cámaras C-1, obligando a las válvulas VA-1 a cerrarse antes de que salga el aire que llenaba la cámara de compresión. Como el pistón sigue su ascenso, el aire aspirado es comprimido basta que la presión del mismo vence la fuerza de las válvulas de escape VE-1, con lo que éstas se abren dejando pasar el aire ya comprimido al refrigerador intermedio R, que es enfriado por medio de un ventilador. En esta etapa podría alcanzarse la presión que se deseara, pero se comprueba en la práctica, y teóricamente, que es antieconómico pretender presiones altas y caudales igualmente altos a base de comprimir el aire en una sola etapa,

pues es necesaria más potencia y el aire sale más caliente que cuando se comprime en varias etapas (para presiones desde 4 a 12 kg/cm2 suelen emplearse compresores de dos etapas). Así , para evitar estos inconvenientes, se hace que el compresor comprima el aire en dos etapas, pero, antes de realizar la segunda, se enfría el aire prácticamente a la temperatura ambiente, con lo que se obtiene un mayor rendimiento y un aire más frío a la presión final de salida. Según esto, el aire se comprime a pocos kg de presión en la primera etapa; luego se enfría y, seguidamente se realiza la segunda etapa o de alta presión. El ciclo de aspiración, compresión y escape es igual que para la etapa de baja presión, si bien, en este caso, las cámaras de compresión C-2 son más pequeñas, pues al estar comprimido en parte el aire que penetra en ellas ocupa menos volumen que cuando lo hizo en las cámaras C-1; igualmente sucede con las válvulas VA2 y VE-2, que pueden ser más pequeñas por necesitar menor superficie de paso (en algunos tipos se colocan , para aspiración de baja, dos válvulas, y lo mismo para escape de baja; y para aspiración y escape de alta, una para cada caso).

El movimiento de los pistones del compresor se logra por el clásico mecanismo de biela-manivela; los rozamientos por frotamientos se evitan transformando éstos en rodaduras por medio de cojinetes de agujas. COMPRESORES DE DOS ETAPAS DOBLE EFECTO Para evitar los inconvenientes de los compresores de una etapa, en este tipo de compresores la compresión del aire se realiza en dos etapas por medio de un solo pistón, de los denominados diferenciales y, dado que el compresor va provisto de dos pistones, el caudal de aire suministrado es prácticamente el doble del que proporcionaría un compresor de dos pistones de simple efecto. La Fig. 6-9 nos muestra la forma en que se realiza el ciclo, pudiéndose apreciar como el compresor aspira aire exterior por filtros F. Para pasar el aire a las cámaras de compresión, es necesario que las válvulas de aspiración VA-1 se abran, lo que se realiza de forma automática , pues, al descender el pistón, se

crea un vacío en las cámaras de compresión C-1 y, debido a la presión atmosférica, resultan empujadas dichas válvulas, dejando pasar el aire hasta que los pistones llegan al punto muerto inferior (MI); al iniciar los pistones su ascenso, aumenta la presión en las cámaras C-1 obligando a las válvulas VA-1 a cerrarse antes de que salga el aire que llenaba las cámaras de compresión. Como los pistones siguen su ascenso, el aire aspirado es comprimido hasta que la presión vence la fuerza de las válvulas de escape VE-1, con lo que éstas se abren, dejando pasar el aire comprimido al refrigerador R, que es enfriado por medio de un ventilador. El compresor comprime el aire en dos etapas, pero antes de realizarse la segunda, enfría el aire, prácticamente hasta la temperatura ambiente con lo que se obtiene un mayor rendimiento y un aire más frío a la presión final. Según esto, el aire en la primera etapa se le comprime a pocos Kg. de presión , luego se enfría y, seguidamente, se realiza la segunda etapa o de alta presión. El ciclo de aspiración compresión y escape al depósito es igual que para la etapa de baja presión, aunque , en este caso, las cámaras de compresión C-2 son más pequeñas, pues, al estar comprimido en parte el aire que penetra en ellas, ocupa menos volumen que cuando lo hizo en las cámaras C-1 igualmente sucede con las válvulas, que pueden ser mas pequeñas por necesitar menos superficie de paso (en algunos tipos se colocan para aspiración de baja, dos válvulas, y lo mismo para escape de baja; y para aspiración y escape de alta , una para cada caso ) .

DISPOSICIÓN DE LOS CILINDROS En los compresores de cilindros, o a pistón los fabricantes suelen utilizar diversas formas de montaje para los mismos, siendo las más frecuentes las que se de tallan en la figura 6-10 y que son : 1) disposición vertical, 2) horizontal,

3) en L o en ángulo (90º) y 4) de dos cilindros opuestos, debiendo también incluir la disposición en V muy adoptada para los compresores pequeños. Los compresores verticales sólo se utilizar para potencias bastante pequeñas, ya que los efectos de machaqueo relativamente importantes producidos por esta disposición conducen al empleo de fundaciones bastante pesadas y voluminosas, en contraposici6n de las disposiciones horizontales o en ángulo, las cuales presentan cualidades de equilibrio tales que el volumen de las fundaciones se reducen muchísimo . Para compresores pequeños, la disposición en V es la mas empleada . Para compresores grandes de doble efecto, se recurre a la forma en L o en ángulo, con el cilindro de baja presión vertical y el de alta presión horizontal.

TABLA DE CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS COMPRESORES A PISTÓN En las tablas que siguen, se resumen a título de información, las características y datos necesarios para la elección del tipo adecuado de compresor a pistón, entre los diversos modelos mencionados . Todos ellos son para trabajar a una presión comprendida entre 6 y 7 Kg./cm2, la presión máxima de 8 Kg./cm², establecida como base general, indica la presión límite a la que pueden trabajar, no siendo, por supuesto, recomendable hacer que un compresor trabaje constantemente a su presión máxima. (Ver Pág. 14). COMPRESORES ROTATIVOS

Se denominan compresores rotativos a aquellos grupos que producen aire comprimido por un sistema rotatorio y continuo, es decir, que empujan el aire desde la aspiración hacia la salida, comprimiéndolo. Se distinguen los siguientes tipos: - De tornillo : esencialmente se componen de un par de rotores que tienen lóbulos helicoidales de engrane constante. - De paletas : el rotor es excéntrico en relación a la carcasa o el cilindro, y lleva una serie de aletas que se ajustan contra las paredes de la carcasa debido a la fuerza centrífuga. - Tipo Roots : consisten en una envolvente elíptica con una rueda de paletas giratoria.

COMPRESORES DE TORNILLO El estudio del primer compresor rotativo de tornillo, lo realiza en 1934 el profesor Alf Lysholm .El principio de funcionamiento de este compresor está esquematizado en la figura 6-15. Lo que esencialmente constituye el compresor de tornillo, es un par de rotores que tienen lóbulos helicoidales de engranaje constante. Los rotores van montados en un cárter de hierro fundido provisto de una admisión para aire en un extremo y una salida en el otro. El tornillo macho tiene normalmente cuatro lóbulos y el hembra seis. El tornillo macho ha girado 1/4, el hembra 1/6 de revoluciones, en cada una de las figuras de] diagrama (Fig. 6-15) . Según giran los rotores , los espacios que hay entre los lóbulos van siendo ofrecidos al orificio de admisión y el incremento de volumen experimentado provoca un descenso de presión, con lo que dichos espacios empiezan a llenarse de aire (A). Al mismo tiempo se inyecta aceite sometido a presión neumática en el aire entrante; no hay bomba de aceite. Cuando los espacios interlobulares están completamente cargados de aire, la rotación , que prosigue, cierra el orificio de admisión y comienza la compresión (B) El volumen de aire que hay entre los rotores en engrane continuo sufre aún mayor reducción (E). Cuando se alcanza la presión final a que se somete el aire, el espacio interlobular queda conectado con el orificio de salida (D). la

mezcla descargada de aire/aceite pasa por un separador que elimina las partículas de aceite. Entonces fluye el aire limpio por la tubería neumática

Como estos compresores pueden girar a mayor velocidad que los demás resultan apropiados especialmente en instalaciones que necesitan gran capacidad de aire comprimido.

Compresor a tornillo en proceso de construcción COMPRESORES DE PALETAS. Los compresores rotativos de paletas (Fig.6-16) pueden ser de una o de dos etapas. Los de una etapa alcanzan presiones efectivas de 0,5 a 4 Kg./cm2, y los de dos etapas, presiones de 3 a 8 Kg./cm2; el volumen de aire oscila entre 100 a 2500 N m3/h Su funcionamiento está ilustrado en la Fig. 6-16. El rotor R. que es excéntrico respecto a la carcasa por efecto de la fuerza centrífuga. Debido a la posición excéntrica de los cojinetes del rotor, en cada revolución las aletas se deslizan hacia fuera y hacia dentro de las ranuras del mismo.

El volumen creado entre dos aletas disminuye durante la rotación hacia la cámara de presión, desde donde se suministra el aire comprimido. Un compresor de paletas es una máquina equilibrada, apropiada para la conexión directa a un motor de velocidad relativamente alta. Sin embargo, su bajo rendimiento le impide competir con los compresores de pistón en la mayoría de los casos Es apropiado para trabajos en los que sólo se necesita baja presión. Además, con el uso, su rendimiento disminuye y el consumo de lubricante es elevado.

COMPRESORES TIPO ROOTS Los compresores Roots (Fig. 6-17) conocidos también con el nombre de soplantes tienen un amplio campo de aplicación para bajas presiones. Estos compresores tienen dos rotores de igual forma, por lo cual no pueden realizan compresión interior ya que el volumen de las cámaras de trabajo no disminuye durante la rotación. El retorno de presión. que tiene lugar en la cámara de trabajo al efectuarse la apertura hacia la cámara de presión, requiere mayor consumo de potencia que en el caso de la compresión interior, por lo cual no se deben alcanzar compresiones muy superiores a los 0,8 Kg./cm² . Ello se debe a la razón citada y, además a que se producirán pérdidas demasiado elevadas a través de los intersticios al ser relativamente cortas las líneas de cierre entre rotor y carcasa. Con compresores de este tipo se pueden alcanzar elevaciones de presión de unos 2 Kg./cm² resultando adecuado especialmente su montaje sobre camiones-silo para la impulsión neumática de materiales a granel, debido a su suave funcionamiento y a su favorables dimensiones constructivas.

NUEVOS DESARROLLOS EN LOS COMPRESORES ROTATIVOS a) De paletas El empleo industrial de los compresores de paletas quedaba limitado, por sus propias peculiaridades, para ciertos casos particulares. Están considerados como compresores de una etapa para presiones de hasta 5 Kg./cm² , y su bajo rendimiento les impedía competir con los compresores de pistón en la mayoría de los casos; por ello, su utilización solamente era recomendada para trabajos en los que , únicamente se necesitase baja presión . Sin embargo , por los años setenta, dado él avance tecnológico experimentado por el aire comprimido, se empiezan a comercializar compresores de paletas que alcanzan presiones máximas (a pleno caudal en la descarga del grupo) de.8 Kg./cm² y volúmenes de aire que oscilan entre 90 y 515 N m³/h, para una potencia nominal del motor entre los 15 y 75 CV. Poseen una ventaja muy a tener en cuenta : dado el alto nivel de ruido que producen los compresores de pistón , y es la insonorización grupo por medio de un dispositivo que baja sensiblemente el nivel sonoro de la central de aire . Por otro lado, el arcaico diseño del compresor de pistón queda marginado y se configura un modelo industrial de atrayente aspecto, que sigue la línea cubista en su formato, con una carcasa metálica que agrupa todos los elementos, desde el depósito de aire hasta el cuadro de maniobras de arranque directo . La notable disminución de la temperatura máxima del aire en la descarga para una temperatura ambiente de 20 ºC , que se sitúa entre los 100 ºC permite utilizar el aire comprimido tal y como fluye del compresor, sin necesidad de aplicarle un refrigerador posterior. Sin embargo , en caso de necesitar un aire frío para su utilización la adición de un refrigerador posterior enfriado por agua o por aire no alcanza las proporciones de un refrigerador normal, debido a que el salto térmico es menor que para los compresores de pistón. Dado que en este tipo de compresores la descarga se efectúa sin pulsaciones, puede eliminarse la necesidad de un depósito de aire , la regulación asegura una presión constante en la descarga para un caudal variable de 0 a 100%. Si la regulación de la presión se efectúa a 7 Kg./cm2, ésta varía sólo de 7 Kg./cm2 a plena carga hasta 7,35 Kg./cm2 a caudal nulo. Funcionamiento El aire exterior es introducido en el rotor monobloque del compresor , a través de los paneles filtrantes exteriores que se encuentran en chasis metálico del compresor , y es recogido por un ventilador que está montado sobre el acoplamiento flexible motor compresor . La acción del ventilador impulsa aire al compresor por medio del filtro de aspiración , al mismo tiempo que asegura la refrigeración del aceite en el radiador y proporciona un enfriamiento suplementario. al motor , ya que el compresor rotativo de paletas esta refrigerado por aceite.

La tubuladura de aspiración se encuentra a la derecha del cilindro , y la de descarga a la Izquierda. El rotor gira alrededor de un eje excéntrico. En la aspiración, las paletas, que se aplican contra las paredes del cilindro por efecto de la fuerza centrífuga, deslizan sus ranuras hasta el punto de mínima excentricidad, situado en la parte alta del cilindro. El aire aprisionado en el volumen comprendido entre dos paletas consecutivas en comprimido cuando la rotación continúa y el volumen disminuye. En la parte alta del cilindro, donde comienza la compresión, se inyecta una cierta cantidad de aceite a través de los orificios calibrados y de los alojamientos de los rodamientos de rodillos. Este aceite, filtrado y refrigerado, absorbe el calor producido por la compresión, según puede verse en la figura 6-18 representativa del principio de compresión .

b) De tornillo Desde que se construyó el primer prototipo de compresor rotativo de tornillo, hasta nuestros días, el referido compresor ha sufrido una evolución industrial considerable. Uno de los rasgos definitivos de estos primeros compresores a tornillo era que todos funcionaban con cámaras de compresión libres de aceite. A fines de la década de los 50 se produjo otra innovación: el uso del compresor a tornillo con inyección de aceite en las cámaras de compresión. Este tipo de compresor a tornillo fue pensado, en principio, para uso en unidades portátiles, pero más tarde pasó a emplearse en versiones estacionarias. Sin embargo, los compresores de tornillo tenían algunos factores específicos que contribuían a limitar su campo de operaciones, tales como rotura de rotores si ocurrían dificultades en su marcha, percances sensibles en los rodamientos, incidencia del diseño del perfil de los rotores en las características de eficiencia, nivel de ruido bastante alto y de elevada frecuencia, por cuyas razones la utilización de un compresor de tornillo quedaba relegada a instalaciones que necesitaban gran capacidad de aire comprimido.

La búsqueda de nuevos perfeccionamientos para el compresor a tornillo dio origen a una cuidadosa investigación en el diseño de una nueva generación de compresores a tornillo, con la intención de eliminar aquellas desventajas. Las principales características de las mejoras obtenidas son: a) La adopción de un nuevo perfil de rotor para mejorar la seguridad mecánica y mejor eficacia, particularmente en unidades de menor capacidad. b) Cierre de la estanquidad de grafito sobre fundición. c) El uso de un sistema especial de refrigeración para los elementos del compresor, a fin de asegurar una expansión uniforme entre la carcasa y los rotores bajo todo tipo de condiciones de funcionamiento. La Fig. 6-19 muestra el nuevo aspecto de los compresores rotativos de tornillo dentro de un chasis metálico que centraliza todos los componentes que integran su funcionamiento.

Regulación 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 de carga parcial

a) Regulación por escape a la atmósfera

a) Regulación de velocidad de rotación

b) Regulación por aislamiento de la

b) Regulación por estrangulación de la

Regulación por intermitencias

aspiración

aspiración

c) 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). 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. Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior 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. Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" Regulación de carga parcial e) 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. 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 COMPRESORES AXIALES El aire en un compresor axial, fluye en la dirección del eje del compresor a través de una serie de álabes móviles o álabes del rotor acoplados al eje por medio de un disco y una serie de álabes fijos o álabes del estator acoplados a la carcasa del compresor y concéntricos al eje de rotación. Cada conjunto de álabes móviles y álabes fijos forman una etapa del compresor. El aire es tomado por el conjunto de álabes móviles e impulsado hacia atrás en sentido axial y entregado al conjunto de álabes fijos con una mayor velocidad. Los álabes fijos o álabes del estator actúan como difusor en cada etapa, transformando la energía cinética del aire en energía potencial en forma de presión y a su vez, dan al flujo el ángulo adecuado para entrar en los álabes móviles de la siguiente etapa.Cada etapa de un compresor axial produce un pequeño incremento en la presión del aire, valores que rara vez superan relaciones de 1.1:1 a 1.2:1 (4). Un mayor incremento de presión en un compresor axial se logra instalando varias etapas, presentándose una reducción en la sección transversal a medida que el aire es comprimido. (Haga click sobre la gráfica para ver la animación)

Compresor axial Algunas de las ventajas más importantes de los compresores axiales frente a los compresores centrífugos, especialmente para aplicaciones aeronáuticas, son • • • •

Eficiencias máximas debidas al efecto ram que se presenta como consecuencia de su diseño axial. Mayores relaciones de presión obtenibles mediante múltiples etapas de compresión. Una menor área frontal y en consecuencia menor resistencia al avance. Menores pérdidas de energía debido a que no existen cambios considerables en la dirección del flujo de aire.

Desventajas más importantes frente a los compresores centrífugos. Difícil manufactura y altos costos de producción. • • •

Peso relativamente mayor al del compresor centrífugo por la necesidad de un mayor número de etapas para la misma relación de presión. Alto consumo de potencia durante el arranque. Bajo incremento de presión por etapa.

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE UN COMPRESOR AXIAL Es común encontrar compresores axiales en los cuales se instala a la entrada una serie de álabes guía que actúan como toberas, a través de los cuales hay una disminución en la presión estática del aire y un incremento en la velocidad. Los álabes guía se instalan con un ángulo específico de tal forma que varía la dirección del flujo de aire, dándole una componente tangencial a la velocidad en la dirección del movimiento del rotor. En la animación se muestra el comportamiento del flujo a través de los álabes guía y la primera etapa del compresor en la cual los álabes móviles y los álabes fijos tienen la misma geometría.

El flujo de aire entra a los álabes móviles del compresor con velocidad y ángulo absoluto de entrada iguales a la velocidad y ángulo absoluto de salida de los álabes guía . La velocidad del flujo con respecto a los álabes móviles o velocidad relativa de entrada será la resta vectorial de la velocidad absoluta de entrada y la velocidad del álabe (Vb). (Haga click sobre la figura para verla en tamaño completo)

Triángulos de velocidades en una etapa de un compresor axial Suponiendo que la componente axial de la velocidad (Vf ) del flujo de aire a través del compresor es constante, el trabajo del compresor producirá un

cambio en la magnitud y dirección de la velocidad absoluta y por lo tanto una variación en sus componentes en la dirección de volteo

BIBLIOGRAFIA. http://www.proyectosfindecarrera.com/tipos-compresores.htm http://sitioniche.nichese.com/compresor.html http://sitioniche.nichese.com/tipos.html es.wikipedia.org/wiki/Compresor_(máquina) http://www.itc.edu.co/carreras_itc/mantenimiento/aire/compresores.htm http://www.relacind.com.ar/airproductstornillo.htm http://html.rincondelvago.com/compresores.html http://www.monografias.com/trabajos23/bombas-y-compresores/bombas-ycompresores.shtml#compresor