Compresores

Tipos de compresores y su elección (Reciprocantes)

Compresores

Un compresor es una 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 específico 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 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.

Estructura de los compresores

Los elementos principales de esta estructura son: motor, cuerpo, tapas, enfriador y árboles. El cuerpo y las tapas del compresor se enfrían por el agua. Los elementos constructivos tienen ciertas particularidades. Para disminuir las pérdidas 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 motor 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 través de los huelgos axiales, en el buje del motor se colocan anillos de empacaduras apretados con resortes contra las superficies de las tapas.

Por el lado de salida del árbol a través de la tapa, se ha colocado una junta de prensaestopas con dispositivos tensor de resortes.

Figura A. Estructura de un compresor de forma externa de un automóvil

Figura A1. Compresor vista de un motor de automóvil

Figura A2. Estructura de un compresor de forma interna de un automóvil

Figura A3. Proceso de la presión vista de un automóvil

Clasificación de los compresores

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. Estos al igual que las bombas se pueden clasificarse en dos grupos:

1. Compresores de desplazamiento positivo

2. Compresores de desplazamiento no positivo

Los tipos de desplazamiento positivo son de dos categorias básicas: reciprocantes y rotatorios. El compresor reciprocante tiene uno ó más cilindros en los cuales hay un pistón ó embolo de movimiento alternativo, que desplaza un volumen positivo con cada carrera. Los rotatorios incluyen los tipos de lóbulos, espiral, aspas ó paletas y anillo de líquido, cada uno con una carcaza, con uno ó más elementos rotatorios que se acoplan entre sí, como los lóbulos o las espirales, ó desplazan un volumen fijo en cada rotación.

Compresores de desplazamiento positivo

Son unidades donde el incremento de presión se logra introduciendo un volumen de gas en espacio determinado, que posteriormente es reducido por medios mecánicos.

Los compresores de desplazamiento positivo se dividen a la vez en dos grupos, los reciprocantes y los rotativos

Compresores reciprocantes

Son los más antiguos y conocidos entre los compresores de desplazamiento positivo.

En estos equipos el elemento principal de compresión es un pistón que se mueve alternativamente dentro de un cilindro, lográndose así la reducción del volumen del gas a comprimir.

Los compresores de pistón pueden ser se simple o doble efecto, según si una o ambas caras del pistón realicen compresión sobre el fluido.

Los de simple efecto comprimen el aire en la parte superior del cilindro y normalmente son del tipo entroncado.

El sistema de compresión de una etapa es aquel en el cual la compresión mecánica de gas refrigerante se realiza directamente desde la presión a la salida del evaporador hasta la presión de condensación del refrigerante. Para dicho cometido se utiliza un también llamado compresor de una etapa.

Compresor reciprocante industrial de una etapa

Aplicaciones

La compresión de una etapa o compresión simple. Es la más utilizada en sistemas de refrigeración de mediana capacidad y en sistemas acondicionadores de aire así como en la mayoría de los equipos de refrigeración debido a la relativa simplicidad de su diseño y elemental circuito de refrigeración, así como el sencillo sistema de control asociado.

Limitaciones

Existen algunos parámetros fundamentales que, al ser excedidos en diseño, obligan a buscar solución en otro tipo de sistema frigorífico. Se mencionan dos de ellos:

• Relación de compresión: Por lo general, los sistemas de una etapa operan bajo valores de 6 á 7. No obstante lo anterior incide de gran manera el tipo de compresor y las relaciones de compresión que este soporte.

• Temperatura de evaporación: Por lo general, los sistemas de una etapa y expansión directa y en gran parte en virtud de la relación de compresión- no alcanzan temperaturas de evaporación inferiores a los -35°C (según el refrigerante) o no lo hacen con gran eficiencia energética.

Los de doble efecto requieren una acople mediante crucetas, para procurar que el movimiento de vástago sea lineal, con lo cual puede lograrse una reducción en el largo del pistón, creándose dos cámaras de compresión: una por arriba y otra por abajo del mismo.

El sistema frigorífico de doble etapa consiste en forzar la circulación del gas refrigerante por dos etapas, denominadas de alta y baja presión por el interior de un compresor especial denominado compresor de doble etapa. Este artificio es necesario a fin de alcanzar menores temperaturas de evaporación con un solo compresor sin aumentar su relación de compresión.

El sistema de doble etapa cumple, primeramente, con la filosofía de los sistemas de compresión múltiple la cual radica en aligerar el trabajo de compresión de los compresores mecánicos a fin de obtener una mejor eficiencia volumétrica. Por su parte, cumple con otra premisa la cual es disminuir considerablemente la temperatura de descarga registrada en la etapa de alta- mientras las disminuidas relaciones de compresión parciales lo hacen un sistema preferente por sobre otros que utilizan más de un compresor para similar tarea a igual capacidad frigorífica. De esto se desprende que es un sistema de alta eficiencia energética.

Descripción

El sistema de doble etapa está diseñado para alcanzar bajas temperaturas las cuales, con un sistema de una etapa requerirían elevadas relaciones de compresión, cercanas a valores de 9.

Para dicho cometido los gases ya comprimidos de la primera etapa -etapa de baja- se mezclarán con los gases provenientes de la vaporización de parte del flujo másico de refrigerante condensado el cual se evapora mediante una válvula de expansión termostática. A este flujo ya vaporizado se le denomina flujo másico intermedio. Ambos flujos de vapor ingresan a menor temperatura y mayor caudal a la segunda etapa o etapa de alta de compresión.

El mencionado vapor de refrigerante vaporizado por la VET circula por el interior de un serpentín de doble tubo a contraflujo el cual opera como intercambiador de calor a fin de enfriar en refrigerante condensado, generando el subenfriamiento del sistema frigorífico. Obviamente este subenfriamiento nunca puede llevar a la temperatura intermedia.

A la entrada de él o los evaporadores se evapora el líquido refrigerante mediante una válvula de expansión para llevar a cabo el fenómeno de refrigeración a baja temperatura. Luego ingresa, después de un determinado sobrecalentamiento (generalmente 5 a 10ºF), el vapor sobrecalentado a la succión del compresor de doble etapa.

De acuerdo con las experiencias que se han tenido en la industria, una buena rentabilidad del equipo se obtiene trabajando en los siguientes rangos de presión, de acuerdo con el número de etapas:

0- 80 PSIG Una etapa

80- 200 PSIG Dos etapas

200 ó más PSIG Tres etapas ó más

Las partes de un compresor de simple efectos con dos etapas y uno de doble efecto y una etapa se muestran en la figura.

Los compresores reciprocantes pueden ser además lubricados o no lubricados; estos últimos tienen anillos de politetrafluoretileno (PTFE) auto-lubricados. Los compresores no lubricados del tipo entroncado tienen carcaza seca, con rodamientos de engrase permanente, mientras que los de cruceta tienen la biela más larga de forma que su parte lubricada no entre en la cámara de compresión.

Itsa: Compresores reciprocantes lubricados de uso rudo

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