Compresores de émbolo o pistón (alternativos) (página 2)

·         Las válvulas: Las válvulas son mecanismos automáticos colocados en la aspiración e impulsión de cada uno de los cilindros que permiten el flujo del gas en una sola

  dirección, bien sea hacia dentro del cilindro (aspiración), bien hacia fuera del mismo

  (impulsión). Estos mecanismos actúan por diferencia de presión, aunque en ciertas

condiciones pueden ser ayudadas por resortes.

·         En la operación de los compresores es imprescindible evitar la entrada de líquido en los cilindros, dado que las válvulas sufren enormemente en estos casos, siendo la principal causa de ruptura de las mismás.

Accionamiento motor:

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.

Motor: Es la máquina que convierte energía en movimiento o trabajo mecánico transportando esta energía a los pistones por medio de poleas y correas.

Pistón: es el encargado de comprimir al aire. Cuando se le aplica una energía mecánica determinada por medio de un motor este empieza a realizar un movimiento de vaivén absorbiendo, comprimiendo y descargando el aire hacia el tanque.

El cilindro: El está, unido a la biela mediante un bulón. Para conseguir el cierre herrnético entre el cilindro y el pistón, éste está provisto de dos o tres segmentos cilindro es el recipiente por el cual se desliza el pistón en movimiento alternativo. El pistón tiene forma de vaso invertido y (o aros), colocados en unas ranuras en su parte superior.

·           Los cilindros: Dependiendo del tipo de compresor, éstos pueden ser de simple o doble Efecto, según se comprima el gas por una o las dos caras del pistón. Pueden existir, además, uno o varios cilindros por cada una de las etapas que   tenga el compresor.

·           La hermeticidad durante la compresión se mantiene gracias a la acción de los segmentos del pistón. Estos elementos consistirán en unos finos aros metálicos  abiertos ubicados en la pared del cilindro, dentro de unas pequeñas hendiduras dispuestas para tal fin. El

Segmento por su diseño se encontrará haciendo presión en todo momento contra la pared cilindro minimizando así las pérdidas perimetrales proporcionando la    hermeticidad requerida en el equipo.

Biela y manivela: es el que genera el recorrido del pistón produciendo el movimiento de vaivén. Produciendo el recorrido del pistón.

Un cigüeñal: es un eje con codos y contrapesos presente en ciertas máquinas que, aplicando el principio del mecanismo de biela – manivela, transforma el movimiento rectilíneo alternativo en rotatorio y viceversa. Los cigüeñales se utilizan extensamente en los motores alternativos, donde el movimiento lineal de los pistones dentro de los cilindros se trasmite a las bielas y se transforma en un movimiento rotatorio del cigüeñal

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.

Presóstato:

El presóstato también es conocido como interruptor de presión. Es un aparato que cierra o abre un circuito eléctrico dependiendo de la lectura de presión de un fluido o gas.

Operación:

El fluido ejerce una presión sobre un pistón interno haciendo que se mueva hasta que se unen dos contactos. Cuando la presión baja un resorte empuja el pistón en sentido contrario y los contactos se separan.

Un tornillo permite ajustar la sensibilidad de disparo del presóstato al aplicar más o menos fuerza sobre el pistón a través del resorte. Usualmente tienen dos ajustes independientes: la presión de encendido y la presión de apagado.

No deben ser confundidos con los transductores de presión (medidores de presión), mientras estos últimos entregan una señal variable en base al rango de presión, los presóstatos entregan una señal apagado/encendido únicamente.

Manómetro:

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

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

Refrigerante (tubos aleteados)  su  objetivo es  de aumentar la superficie de intercambio y mejorara la transferencia de calor produciendo el descenso de temperatura del gas.

Regulación por Intermitencias (interruptor)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

Filtración por superficie: Funciona por el principio de estrangulación en el que todas las partículas mayores al tamaño de los poros son retenidas.

La principal ventaja es que una solución simple y económica. La desventaja es que filtra únicamente partículas sólidas, y no fluidos (sin embargo, algunos fluidos se filtran con un estrangulador

·         Sistema de filtros: Resulta de vital importancia para el correcto funcionamiento de los compresores que los filtros estén dentro de las condiciones de trabajo de los mismos. Por ello es necesario vigilar que las pérdidas de carga en los filtros estén dentro de las establecidas, pues de lo contrario implica que el filtro está sucio con la consiguiente pérdida de eficiencia del mismo y del propio compresor disminuyendo su aspiración.

 Características del alternativo

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

  La practica totalidad de los gases comerciales pueden tratarse con este tipo de compresor, al no presentar problemas con gases corrosivos.

 Los cilindros de compresión son generalmente del tipo lubricado, aunque si la necesidades del proceso lo requieren se puede ir a un tipo no lubricado.

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

  Con el objeto de compensar las fuerzas de inercia de los pistones y otros elementos móviles que provocan vibraciones en el equipo, se instalan sistemas de equilibrado del equipo, tales como volantes de inercia, cigüeñales contrarrotantes, etc.

  Los compresores alternativos deben ser alimentados con gas limpio, recomendose el uso de filtros en la alimentación. No permiten trabajar con gases que puedan arrastrar gotas de líquido con ellos, aunque sí con vaporizado siempre que no exista el riesgo de condensación dentro del cilindro. La presencia de líquido dentro del cilindro es peligrosa para el equipo, ya que al ser incompresible el cigüeñal de la máquina puede resultar dañado al intentar hacerlo. Adicionalmente la lubricación de las paredes del cilindro puede ser destruida por el líquido que pudiera entrar en él.

Para solucionar el problema en la alimentación al compresor se instalan depósitos K.O: Drum o separadores de gotas, en los que se retira el posible contenido líquido que pudiera arrastrar el gas de alimentación.

Los compresores alternativos suministran un flujo pulsante de gas. En algunas aplicaciones esto es contraproducente por lo que se dispone de Este problema se soluciona disponiendo a la salida del compresor un depósito antipulsante, en el que se atenúan las variaciones de presión en el flujo.

Comparaciones

Compresor rotativo multicelular

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 principales características q no se observan en los alternativos ya que es todo lo contrario.

Compresor alternativo

Actualmente el máximo numero de pistones es de  8 (9 en algún caso). Antiguamente, estos compresores tenían hasta 16 pistones pero dejaron de fabricarse con la entrada del compresor de tornillo del cual se pensó erróneamente, que podría desbancar al compresor alternativo en todos los frentes y de hecho, se emplearon masivamente en el rango de 80 a 4.000 m3/h. En la actualidad, se aprecia una recuperación importante de los compresores alternativos de hasta  400m3/h así como la vuelta a filosofías, que algunos consideraban obsoletas, tales como el accionamiento por correas, que como veremos más adelante, cuenta con indudables ventajas.

Características de los compresores de tornillo

La principal característica de este tipo de compresores es que pueden trabajar con

corrientes gaseosas que contengan una cierta cantidad de líquido.

Este tipo de bombas requieren el uso de aceite de lubricación, sirviendo adicionalmente

como líquido de sello.

  En un compresor de aire de tornillo rotativo, dos rotores de comprimir el aire dentro de una carcasa. Estos compresores de aire no tienen válvulas en el mecanismo de compresión por lo q se diferencia de loa alternativos. En lugar de ello, el compresor de aire rotativo de tornillo comprime el aire de refrigeración con aceite. El petróleo también sella el interior de la carcasa. El uso de petróleo para enfriar y comprimir el aire mantiene a la máquina de trabajo, en su mayor capacidad. Estos compresores de aire pueden estar constantemente corriendo sin sobrecalentamiento lo cual es una gran ventaja q no presenta el alternativo ya que en estos su motor se puede recalentar produciendo su ruptura. 

  Muchos industriales compresores de aire son los compresores rotativos de tornillo, porque pueden correr durante largos períodos de tiempo, y son muy fáciles de mantener. Además, la salida del aire de un compresor de aire de tornillo rotativo es lisa y libre de los impulsos que se pueden encontrar en otros modelos de compresor de aire. Además, estos modelos son pequeñas, compactas máquinas que aún están en condiciones de salida de un gran volumen de aire a un fuerte poder en los alternativos en cambio cuando su poder aumenta también lo hace todos sus componentes tanto el motor como su cuerpo, el compresor de tornillo, tienen una vida muy larga y no se suelen llevar a cabo rápidamente. Es un aceite libre de tornillo rotativo compresor de aire modelo.

Este tipo de compresor de aire usos extremos en lugar de aceite para enfriar y comprimir el aire. Esto es prefecto para situaciones que requieren de petróleo de aire libre, tales como la hora de utilizar un compresor de aire con una pistola de pintura en aerosol. También puede comprar compresores de aire refrigerado por agua que utiliza el diseño de tornillo rotativo, sin el petróleo.

·   

 Compresores axiales

La alta eficiencia y la capacidad más elevada son las únicas ventajas importantes que tienen los compresores de flujo axial sobre las maquinas alternativas, para las instalaciones estacionarias. Su tamaño y su peso menores no tienen mucha valor, tomando en cuenta, sobre todo, el hecho de que los precios son comparables a los de las maquinas alternativas diseñadas para las mismas condiciones. Las desventajas incluyen una gama operacional limitada, mayor vulnerabilidad a la corrosión y la erosión y propensión a las deposiciones.

Compresores de Aire Centrífuga

Compresores centrífugos también la descarga de aire a alta presión, pero lo hacen utilizando una centrifugadora. Una rotación de la cuchilla de aire se basa en la máquina, y convierte el desplazamiento del aire, la creación de una alta presión de descarga. Las corrientes de aire continuamente a través de la centrífuga compresor de aire, que se convirtió en un popular compresor de aire modelo industrial, debido a la mayor capacidad asociados a los usos compresores de aire industriales. Un compresor de aire centrífugo no utiliza el ambiente para enfriar el aire como los alternativos. Sin embargo, el funcionamiento del motor de la máquina hace uso de aceite de lubricación. Estos compresores rotan a velocidades muy altas, lo que crea problemas de seguridad un inconveniente q el alternativo no posee, y hace de este un modelo industrial más que un modelo para el hogar como se lo utiliza al alternativo.

Ventajas:

1.             La ausencia de piezas rozantes en la corriente de compresión permite trabajar un largo tiempo entre intervalos de mantenimiento, siempre y cuando los sistemas auxiliares de aceites lubricantes y aceites de sellos estén correctos.

2.             Se pueden obtener grandes volúmenes en un lugar de tamaño pequeño. Esto puede ser una ventaja cuando el terreno es muy costoso.

3.             Su característica es un flujo suave y libre de pulsaciones.

Desventajas:

1.             Los compresores centrífugos son sensibles al peso molecular del gas que se comprime. Los cambios imprevistos en el peso molecular pueden hacer que las presiones de descarga sean muy altas o muy bajas esta característica no la comparte con el compresor de tipo alternativo.

2.             Se necesitan velocidades muy altas en las puntas para producir la presión. Con la tendencia a reducir el tamaño y a aumentar el flujo, hay que tener mucho más cuidado al balancear los motores y con los materiales empleados en componentes sometidos a grandes esfuerzos.

3.             Un aumento pequeño en la caída de presión en el sistema de proceso puede ocasionar reducciones muy grandes en el volumen del compresor.

4.             Se requiere un complicado sistema para aceite lubricante y aceite para sellos.

1] Turbina del Compresor 2]entrada de gas(aire) 3]Mezcla comprimida que va hacia los cilindros 4]Eje o flecha, o que debe mantenerse lubricado; con aceite que le llega del motor 5]cubierta de la turbina 6]Turbina el cargador 7]Salida de gases, hacia el sistema exterior 8]Cubierta del compresor 9]Rodaje balero o cojinete 10]soporte del compresor

Especificaciones técnicas:

Gas ha ser comprimido o transportado.

Caudal requerido.

Presión requerida de trabajo.

Lugar donde va a operar.

Temperatura del gas.

Tiempo de trabajo.

Tipo de gas requerido (limpio o no).

Densidad del gas.

Tamaño del dispositivo.

Desgraciadamente no existe un método infalible para la correcta elección del compresor  ya que como podemos observar son muchas las partes que intervienen y por tanto, muchos los puntos de vista. En cualquier caso, y tal y como veremos a continuación, existen ciertos conceptos que ayudan y deben ser tenidos en cuenta. Los pilares fundamentales para una correcta elección podríamos definirlos y ordenarlos del modo que se refleja:

• Fiabilidad mecánica: Evidentemente, lo que quieren todas las partes implicadas en la elección de un compresor es que éste no se rompa ya que de suceder esto, el más afectado sería el cliente final al que no sólo se le rompe un compresor sino que también se le para toda la línea de producción. En consecuencia, el cliente final reclamará al instalador y éste al proveedor y será para todos ellos un gran problema. Por tanto, un compresor debe ser fiable y funcionar correctamente.
• Rendimiento energético: Una vez que tenemos la seguridad de que el compresor es robusto, nuestra principal preocupación debería ser el consumo de energía eléctrica que el compresor necesita para producir lo que demanda el cliente final. No olvidemos que el compresor se paga una vez pero la energía que éste consume, se pagará por cada minuto que funcione. En algunos casos, las diferencias de consumo eléctrico entre los compresores disponibles en el mercado son muy importantes sobrepasando incluso el 15%. Por tanto, este factor debe ser tenido en cuenta.

Hasta aquí el cliente final presupone que todas las opciones encima de la mesa cumplen con estos requisitos. Un análisis más profundo nos demostrará que también existen ciertos matices que hacen de la diferencia entre opciones un punto muy importante a tratar.

• Precio: Este factor, suele ser situado erróneamente en primer lugar por ser la principal preocupación del que realiza la inversión pero si tenemos en cuenta las diferencias de precios entre las distintas opciones del mercado y la incidencia que éstas tienen en el funcionamiento del sistema, seguro que concluimos que no merece la pena situar el precio en el primer lugar. Dicho de otro modo, el negocio se hace con la producción, no con el ahorro en la inversión.

El compresor alternativo en la industria puede ser reemplazado por el compresor a tornillo a continuación se ven las ventajas y desventajas de cada uno.

Ventajas del compresor alternativo

• Precio hasta un 50% más barato que su equivalente en compresor de tornillo.
• Mejor COP a cargas parciales.
• Mantenimiento frecuente pero sencillo y conocido por prácticamente todo el personal mecánico: El mantenimiento de un compresor alternativo se realiza cada 10.000 horas aproximadamente y varía según potencia y fabricante. Como norma, podemos decir que a menor potencia menor mantenimiento.
• Sigue siendo el compresor que más se emplea en el frío comercial.

Inconvenientes del compresor alternativo

• Regulación de capacidad por etapas. Frecuentes mantenimientos: Relación 2.5 = 1.
• Temperaturas de descarga más elevadas lo que implica más consumo de aceite: Esta afirmación se basa en los sistemas de separación de aceite empleados con más frecuencia Para obtener los mismos niveles de separación que en un compresor de tornillo es necesario que el sistema sea más sofisticado.

Ventajas del compresor de tornillo

• Es el compresor más empleado en refrigeración industrial.
• Cuenta con menos mantenimiento: Relación 2.5 = 1
• Cuenta con menos partes móviles y por tanto susceptibles de problemas.
• Mejor COP al 100% de capacidad.

Inconvenientes del compresor de tornillo

• Precio
• Mano de obra especializada para su mantenimiento

Fiabilidad mecánica: El compresor de tornillo cuenta con menos piezas en desgaste y menos mantenimiento.

 Rendimiento energético: El compresor de tornillo tiene un rendimiento superior al alternativo cuando la instalación se encuentra a plena producción.

 Precio: El precio del compresor alternativo es menor que el del compresor de tornillo.

Bibliografía

Ensi- Pierri-

Autor:

Daniel Morales

C.E.M Nº 95 Armando Novelli.

Cinco Saltos Rio Negro.