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• Ramiro Pinto

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COMPRESORES Los compresores son máquinas que elevan la presión de un gas, un vapor o una mezcla de gases y vapores. La presión del fluido se eleva reduciendo el volumen específico del mismo durante su paso a través del compresor. Los compresores se clasifican generalmente como maquinas de alta presión. Los compresores se emplean para aumentar la presión de una gran variedad de gases y vapores para un gran número 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. Los compresores se diferencian por su caudal o por su relación de compresión. La relación de compresión es un número adimensional que relaciona las presiones de entrada y salida del aire del compresor, es decir, informa del aumento de presión que provoca el compresor. El caudal es la cantidad de aire comprimido que nos proporciona el compresor en una unidad de tiempo, es decir, la cantidad de aire del que se puede disponer. Tanto el caudal, como la relación de compresión que proporciona un compresor, deben ser adecuados al consumo de aire que requiere el circuito.  TIPOS DE COMPRESORES En el mercado se encuentran diferentes modelos de compresores. Éstos se agrupan bajo dos principios de funcionamiento. Compresores Alternativos: La compresión se realiza al aspirar aire de un recinto hermético y reducir su volumen hasta alcanzar la presión deseada. Compresores Rotativos: Basan su principio de funcionamiento en las leyes de la dinámica de fluidos. Transforman la energía cinética de un fluido en energía de presión. Con los diferentes modelos que existen en el mercado para cada uno de los dos tipos de compresores, se puede establecer un esquema de visión general como el siguiente:

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Compresores de émbolo

Son los más utilizados, debido a su precio y a su flexibilidad de funcionamiento, es decir, permiten trabajar con caudales de diferentes magnitudes y con un amplio rango de relación de compresión.

Fig. 1: Compresor de embolo El funcionamiento de este tipo de compresores es muy parecido al de un motor de un automóvil. Un eje, en el que va una manivela (cigüeñal), acciona la biela que produce un movimiento alternativo en el pistón. Al bajar el pistón, entra aire por la válvula de aspiración. En ese momento la válvula de salida está cerrada. Cuando el pistón desciende hasta el punto muerto inferior, las dos válvulas se cierran. En este momento comienza la compresión del aire que ha entrado al cilindro, debido al inicio del ascenso del pistón. Cuando este aire se ha comprimido hasta el máximo, entonces se abre la válvula de salida; el aire comprimido es descargado en el depósito y comienza a viajar hacia el circuito a través de los conductos del mismo. Se puede utilizar tanto para equipos estacionarios como móviles, en una gran variedad de tamaños. Los más grandes pueden llegar a entregar caudales superiores a los 500 m3/min. Las presiones suelen alcanzar los 6-7 bares. Para alcanzar mayores presiones y aumentar el rendimiento, algunos compresores disponen de varios pistones (compresores multietapas) dispuestos en serie. El aire que sale de una

etapa se vuelve a comprimir en la siguiente, hasta alcanzar presiones cercanas a los 200 bares.

Fig. 2: Compresor de embolo de 2 etapas 

Compresor de Membrana Su funcionamiento es similar a los de émbolo. Una membrana se interpone entre el aire y el pistón, de forma que se aumenta su superficie útil y evita que el aceite de lubricación entre en contacto con el aire estos compresores proporcionan aire limpio, por lo que son adecuados para trabajar en industrias químicas o alimentarias. Normalmente no superan los 30m3/h de caudal. Se utilizan para presiones inferiores a los 7 bares.

Fig. 3: Compresor de Membrana 

Compresores Rotativos

Fig. 4: Compresor rotativo Los compresores rotativos consiguen aumentar la presión del aire mediante el giro de un rotor. El aire se aspira cuando el rotor gira en un determinado sentido y después se comprime dentro de la cámara de compresión que se origina en el compresor. Dentro de este tipo de compresores se pueden distinguir muchos tipos. Los más importantes son los siguientes: 

Compresor rotativo de paletas

Estos compresores están constituidos por un rotor excéntrico que gira dentro de un cárter cilíndrico. Este rotor está provisto de aletas que se adaptan a las paredes del cárter, comprimiendo el aire que se introduce en la celda de máximo.

Fig. 5.Compresor de Paletas Necesitan lubricación para las piezas móviles, reducir el rozamiento de las paletas y mejorar la estanqueidad.

Suelen utilizarse en campos o instalaciones que exijan caudales inferiores a 150m3/h y presiones máximas de 7 bares. Son muy silenciosos y proporcionan un nivel de caudal prácticamente constante. 

Compresor tipo Roots (Lóbulos)

Estos compresores no modifican el volumen de aire aspirado. Lo impulsan. La compresión se efectúa gracias a la introducción de más volumen de aire del que puede salir. Los caudales máximos está entorno a los 1500m3/h. Las presiones no suelen superar los 1-2

bares. Su principio de funcionamiento se basa en aspirar aire e introducirlo en una cámara que disminuye su volumen. Está compuesto por dos rotores, cada uno de los álabes, con una forma de sección parecida a la de un ocho. Los rotores están conectados por dos ruedas dentadas y giran a la misma velocidad en sentido contrario, produciendo un efecto de bombeo y compresión del aire de forma conjunta.

Fig. 6.Compresor tipo Roots 

Compresor de tornillo

Son relativamente nuevos y, además, caros, aunque debido a su bajo desgaste, a largo plazo son muy ventajosos. Son muy silenciosos y proporcionan unos caudales de hasta 8 m3/min, junto con una presión que oscila entre los 7 y los 14 bares. Funcionan mediante dos rotores helicoidales paralelos, que giran en un cárter en sentidos contrarios e impulsan el aire de forma continua. El rotor macho, conectado al motor, arrastra al rotor hembra como consecuencia del contacto de sus superficies, sin ningún engranaje auxiliar. El volumen libre entre ellos disminuye comprimiendo el aire Es necesario lubricar las piezas móviles con aceite, para evitar severos desgastes y refrigerar los elementos. Este aceite se deberá separar del aire comprimido mediante un separador aire-aceite. Pueden dar caudales elevados, 24.000m3/h y presiones cercanas a los 10 bares. También se pueden colocar en serie varias etapas, llegando a presiones de 30 bares.

Fig. 7. Compresor rotativo de Tornillo

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Compresor Radial

Se basan en el principio de la compresión de aire por fuerza centrífuga y constan de un rotor centrífugo que gira dentro de una cámara espiral, tomando aire en sentido axial y arrojándolo a gran velocidad en sentido radial. La fuerza centrífuga que actúa sobre el aire lo comprime contra la cámara de compresión. Pueden ser de una o varias etapas de compresión consecutivas, alcanzándose presiones de 8-12 bares y caudales entre 10.000 y 20.000m3/h. Son máquinas de alta velocidad, siendo esta un factor fundamental en el funcionamiento ya que está basado en principios dinámicos, siendo la velocidad de rotación del orden de las 15.000 a 20.000 r.p.m.

Fig. 8. Compresor Radial

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Turbocompresores

Son máquinas de flujo continuo en donde se transforma la energía cinética (velocidad) en presión.

Estos componentes están constituidos por uno o más rodetes y un número de pasajes divergentes fijos a la carcasa, denominados difusores, en donde el fluido es desacelerado. El gas a ser comprimido entra por el centro de una rueda giratoria provista con álabes radiales (rodete o impulsor) los cuales lanzan el gas hacia la periferia mediante la fuerza centrifuga. Antes de ser guiado el gas hacia el centro del siguiente impulsor, se le hace pasar por un difusor que transforma la energía cinética en presión. La relación de compresión por etapas se determina en función de los cambios de velocidad y densidad experimentados por el fluido. Los compresores radiales se adaptan bien a la refrigeración intermedia en cada etapa o a cada grupo de ellas, con lo cual el proceso se hace más isotérmico con la consiguiente mejora de rendimiento. Los refrigeradores son más voluminosos debido a que estos compresores son muy sensibles a la caída de presión. Los compresores radiales por debajo de 4 bares de presión efectiva, normalmente no se refrigeran. Las velocidades de funcionamiento son altas en comparación con otros compresores: Las unidades comerciales operan en su mayoría a unas 20.000 revoluciones por minuto con fuerte tendencia a aumentar. 

Compresores axiales

Estos compresores se caracterizan porque el flujo sigue la dirección de su eje. El compresor está formado por filas alternadas de álabes móviles y álabes fijos. Los álabes móviles se encuentran dispuestos radialmente en su rotor, mientras que los fijos son solidarios al estator. Tanto los álabes fijos como los álabes móviles tienen forma aerodinámica el conjunto de una fila de álabes móviles y otra de álabes fijos es denominada “etapa”. El

principio de funcionamiento de estos equipos es el siguiente: los álabes móviles imparten velocidad y presión al fluido al girar el rotor, luego en los álabes fijos la velocidad es convertida en presión por expansión, de manera similar a como ocurre en los compresores radiales. El incremento de presión por etapa es por lo general relativamente pequeño; por ello para obtener relaciones de compresión altas, se requiere de un considerable número de etapas. Mientras que los compresores radiales suministran prácticamente flujo a presión constante dentro de un amplio rango de caudales, los compresores axiales presentan una característica de caudal constante para presiones variables. Los compresores axiales, debido a su pequeño diámetro funcionan a mayor velocidad que los radiales para un mismo trabajo. Generalmente el incremento es de un 25%. Con la excepción de los compresores utilizados en los motores de aviación, la relación de compresión máxima para cada unidad queda limitada a 6

 CAPACIDAD Y PRESION

Tabla 1. Capacidades y Presiones de los Compresores Presión de Trabajo Tipo de Compresor (bar) CFM 1 etapa 6o7 17000 De multietap Émbolo a 200 17000 Alternativo s De Membrana