MANDOS ALEONEUMATICOS Jean C. Campaña, Mayra F. Dacto Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Latacunga, Ecuador. ,[email protected], [email protected] I. II. Introducción Marco Teórico TIPOS DE COMPRESORES Los compresores son máquinas diseñadas para comprimir gases a cualquier presión, por encima de la presión atmosférica. En general, se habla de compresor cuando se trabaja con presiones superiores a los 3 barg (presión manométrica). Los bares son la unidad de presión utilizada en aire comprimido (Díez, 2000) 1 bar = 100.000 Pa = 1,01972 kgf/cm2 Se clasifican según su principio de funcionamiento básico, quedan divididos en dos grupos: Compresores de desplazamiento positivo: El principio de funcionamiento de estos compresores se basa en la disminución del volumen del aire en la cámara de compresión donde se encuentra confinado, produciéndose el incremento de la presión interna hasta llegar al valor de diseño previsto, momento en el cual el aire es liberado al sistema. Compresores dinámicos: El principio de funcionamiento de estos compresores se basa en la aceleración molecular. El aire es aspirado por el rodete a través de su campana de entrada y acelerado a gran velocidad. Después es descargado directamente a unos difusores situados junto al rodete, donde toda la energía cinética del aire se transforma en presión estática. A partir de este punto es liberado al sistema. Ambos sistemas pueden trabajar con una o varias etapas, en función de la presión final requerida para el aire comprimido. En el caso de compresores multietápicos, el aire, al ser liberado de la primera etapa, pasa directamente a la segunda, donde el proceso descrito anteriormente se repite. Entre cada etapa, se instala un refrigerador intermedio que reduce la temperatura de compresión hasta el valor requerido por la etapa siguiente. Cada grupo de compresores usa diferentes diseños para el proceso de compresión. A continuación, explicaremos los principales de cada uno de ellos. Compresores de desplazamiento positivo: Compresor de pistón Compresor de tornillo Compresor de paletas Compresor de lóbulos o émbolos rotativos Compresores Scroll Bombas de vacío Compresores dinámicos: Compresores centrífugos radiales Compresores centrífugos axiales A A A a A FUNCIONAMIENTO COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO: Compresor de pistón En este tipo de compresores, el aire es aspirado al interior de un cilindro, por la acción de un pistón accionado por una biela y un cigüeñal. Ese mismo pistón, al realizar el movimiento contrario, comprime el aire en el interior del mencionado cilindro, liberándolo a la red o a la siguiente etapa, una vez alcanzada la presión requerida. (Santar, s.f.) Fig. 1 Compresor de pistón Los compresores de pistón pueden ser lubricados o exentos de aceite. En el caso de los compresores exentos, la cámara de aspiración y compresión queda aislada de cualquier contacto con el lubricante del compresor, trabajando en seco y evitando que el aire comprimido se contamine con los lubricantes del equipo. Compresor de tornillo los compresores de tornillo se basan en el desplazamiento del aire, a través de las cámaras que se crean con el giro simultáneo y en sentido contrario, de dos tornillos, uno macho y otro hembra. Como se puede ver en el esquema, el aire llena los espacios creados entre ambos tornillos, aumentando la presión según se va reduciendo el volumen en las citadas cámaras. Fig. 2 Compresor de tornillo El sentido del desplazamiento del aire es lineal, desde el lado de aspiración hasta el lado de presión, donde se encuentra la tobera de salida. Compresor de paletas Otro diseño dentro de los compresores de desplazamiento positivo, es el de los equipos que usan un rotor de paletas. El sistema consiste en la instalación de un rotor de paletas flotantes en el interior de una carcasa, situándolo de forma excéntrica a la misma. Fig. 3 Compresor de paletas Como se puede ver en este esquema de MATTEI, durante el giro del rotor, las paletas flotantes salen y entran desde su interior, formando unas cámaras entre rotor y carcasa, que se llenan con el aire. Compresor de lóbulos o émbolos rotativos Otro compresor de desplazamiento positivo es el que usa unos rotores de lóbulos o émbolos rotativos. Para ilustrar con más precisión su funcionamiento, usaremos un esquema de los equipos de MPR. Fig. 4 Compresor de lóbulo o émbolos relativos El principio de funcionamiento está basado en el giro de dos rotores de lóbulos en el interior de la carcasa. Como se puede ver en la ilustración superior, los rotores giran de forma sincronizada y en sentido contrario, formando entre ellos unas cámaras en las que entra el aire. En este caso, los lóbulos se limitan a desplazar el aire, consiguiendo aumentar la presión en función de la contrapresión con la que se encuentran en la salida del equipo. Esta contrapresión viene dada por las pérdidas por rozamiento y las necesidades de presión del sistema con el que trabaja. Estos compresores son muy usados como soplantes, es decir, compresores de baja presión. Compresores Scroll Otra tecnología dentro del grupo de desplazamiento positivo, es la de los compresores tipo scroll. No son equipos muy conocidos, pero tienen una aplicación típica en las aplicaciones exentas de aceite. Estos compresores tienen un desplazamiento que se denomina orbital. La compresión se realiza por reducción de volumen. El conjunto compresor está formado por dos rotores con forma espiral. Uno de ellos es fijo en la carcasa y el otro es móvil, accionado por el motor. Están montados con un desfase de 180º, lo que permite que en su movimiento se creen cámaras de aire cada vez más pequeñas. En la foto inferior vemos una sección de un compresor scroll de ATLAS COPCO. Fig. 5 Compresor de Scroll Bombas de vacío Las bombas de vacío son también equipos de desplazamiento positivo. Muchos de sus diseños son usados indistintamente como compresores o como bombas de vacío. Existen bombas de vacío de pistón, tornillo, paletas o lóbulos. El funcionamiento de todas ellas es similar al de su compresor homólogo, pero con la característica de que están pensadas para aspirar del interior de un recipiente o red y no para comprimir el aire o gas que aspiran. Fig. 6 Bomba de vacío En estos equipos hay un rotor de paletas fijas, instalado de forma excéntrica en la carcasa de la bomba. En el interior de la carcasa, hay un fluido que generalmente es agua. Cuando el rotor gira a su velocidad nominal, la fuerza centrífuga que ejerce sobre el fluido, hace que éste se pegue a las paredes internas de la carcasa, formando con las paletas del rotor unas cámaras de aspiración y compresión, cuyo funcionamiento es similar al del compresor de paletas. COMPRESORES DINÁMICOS Compresores centrífugos radiales En estos equipos, el aire entra directamente en la zona central del rotor, guiado por la campana de aspiración. El rotor, girando a gran velocidad, lanza el aire sobre un difusor situado a su espalda y es guiado al cuerpo de impulsión. Fig. 7 Compresores centrífugos radiales Se ve la sección de un compresor centrífugo de levitación neumática de BOGE. En dicha sección, se aprecian con claridad las dos etapas de compresión donde se encuentran alojados los rotores. En estos compresores, el aire entra directamente por la campana de aspiración (1) hacia el rotor (2) y difusor (3), saliendo a la siguiente etapa o a la red por la voluta (4). Compresores centrífugos axiales Estos equipos son menos comunes en la industria. Se diferencian de los anteriores en que el aire circula en paralelo al eje. Los compresores axiales están formados por varios discos llamados rotores. Entre cada rotor, se instala otro disco denominado estator, donde el aire acelerado por el rotor, incrementa su presión antes de entrar en el disco siguiente. En la aspiración de algunos compresores, se instalan unos álabes guía, que permiten orientar la corriente de aire para que entre con el ángulo adecuado. Fig. 8 Compresores centrífugos radiales ECUACIONES DE CAUDAL CILINDRAJE Y POTENCIA III. Conclusiones IV. Recomendaciones ● ● Se recomienda inspeccionar distintas fuentes de información confiables, preferentemente artículos científicos y, libros con el fin de obtener la información más relevante en cada fuente de la consulta. Se sugiere recurrir de manera imprescindible el uso de planos y representaciones gráficas de los componentes o equipos que se desea consultar, ya que nos ayudarán a ● V. detallar e identificar donde se encuentra cada elemento en el equipo y su respectivo funcionamiento. Se propone tener de manera esquemática y ordenada los temas a investigar, para asumir de modo esclarecido las clases y sub clases de compresores a la vez de sus respectivos trabajos. Bibliografía Díez, P. F. (2000). Compresores. From Compresores: https://pfernandezdiez.es/es/libro?id=9 Santar, X. (s.f.). Mundo Compresor. From Mundo Compresor: https://www.mundocompresor.com/articulos-tecnicos/diferentes-tipos-compresores