COMPRESORES DE AIRE

INTRODUCCION

La práctica industrial moderna requiere, para múltiples usos, la compresión de gases y vapores. El accionamiento de herramientas neumáticas y mecanismos de potencia, el enfriamiento intenso y concentrado, la limpieza, etc. son aplicaciones corrientes que demandan aire comprimido. Otros gases deben ser comprimidos para usos médicos (O2), extinción de incendios (CO2 y otros), soldadura (O2, argón, acetileno, butano, etc.), domésticos (G.L.P). Por otra parte, los equipos de refrigeración requieren la compresión de vapores.

Cuando las elevaciones de presión son reducidas (por ejemplo, que las presiones absolutas de admisión y descarga de la máquina cumplan pdesc/padmis < 1,1), las máquinas utilizadas son llamadas ventiladores. En esos casos, la densidad del gas suele no variar más de de un 5%, por lo que a muchos efectos puede ser supuesto incompresible.

Cuando es relación es del orden de 1,5 a 2, es frecuente llamarlas sopladores o soplantes.

Para relaciones mayores, se llaman compresores. Se supondrá, en lo sucesivo, que el proceso es tal que el fluido debe considerarse compresible, es decir, que su densidad varía más de un 5 %. En las aplicaciones industriales más extendidas, variará más de 4 ó 6 veces su valor inicial.

El aire comprimido es una herramienta esencial para la industria. Esta permite el transporte de energía a través de distancias para convertirlo en trabajo en su destino o punto final. Una de las fuentes más conocidas de aire comprimido son los compresores portátiles, cuya aplicación es en la construcción de calles, en la construcción, en minas, y en talleres. En estas aplicaciones los compresores portátiles proveen el poder para herramientas de rompe pavimentos, aplicaciones de pinturas, y otras herramientas de aire.

Aire comprimido es indispensable en casi todos los procesos de fabricación industrial. Normalmente industria mantiene una sala de compresores donde se encuentran los compresores y todos los elementos de tratamiento. Normalmente el aire comprimido es secado, filtrado, y almacenado en un estanque de presión. De este estanque de presión se alimenta la red de aire comprimido. A través de esta red se provee aire comprimido en una forma eficiente a las herramientas, maquinas y estaciones de trabajo que requieren aire comprimido.

DESARROLLO

El compresor tiene dos funciones en el ciclo de refrigeración: en primer lugar succiona le vapor refrigerante y reduce la presión en el evaporador a un punto en el que puede ser mantenida la temperatura de evaporación deseada. En segundo lugar, el compresor eleva la presión del vapor refrigerante a un nivel lo suficientemente alto, de modo que la temperatura de saturación sea superior a la temperatura del medio enfriante disponible para la condensación del vapor refrigerante.

Existen tres tipos básicos de compresores: Reciprocantes, Rotativos y Centrífugos.

Los compresores centrífugos son utilizados ampliamente en grandes sistemas centrales de acondicionamiento de aire y los compresores giratorios se utilizan en el campo de los refrigeradores domésticos. Sin embargo, la mayoría de compresores utilizados en tamaños de menor caballaje para las aplicaciones comerciales, domésticas e industriales son reciprocantes.

Compresores Reciprocantes.

El diseño de este tipo de compresores es similar a un motor de automóvil moderno, con un pistón accionado por un cigüeñal que realiza carreras alternas de succión y compresión en un cilindro provisto con válvulas de succión y descarga. Debido a que el compresor reciprocante es una bomba de desplazamiento positivo, resulta apropiado para volúmenes de desplazamiento reducido, y es muy eficaz a presiones de condensación elevada y en altas relaciones de compresión.

Ventajas:

• Adaptabilidad a diferentes refrigerantes

• Facilidad con que permite el desplazamiento de líquido a través de tuberias dada la alta presión creada por el compresor.

• Durabilidad

• Sencillez de su diseño

• Costo relativamente bajo

Compresores de tipo abierto

Los primeros modelos de compresores de refrigeración fueron de este tipo. Con los pistones y cilindros sellados en el interior de un Cárter y un cigüeñal extendiéndose a través del cuerpo hacia afuera para ser accionado por alguna fuerza externa. Tiene un sello en torno del cigüeñal que evita la pérdida de refrigerante y aceite del comprsor.

Desventajas:

• Mayor peso

• Costo superior

• Mayor tamaño

• Vulnerabilidad a fallas de los sellos

• Difícil alineación del cigüeñal

• Ruido excesivo

• Corta vida de las bandas o componentes de acción directa

Este compresor ha sido reemplazado por el moto-compresor de tipo semihermético y hermético, y su uso continua disminuyendo a excepción de aplicaciones especializadas como es el acondicionamiento de aire para automóviles.

Moto-compresores semiherméticos

Este tipo de compresores fue iniciado por Copeland y es utilizado ampliamente en los populares modelos Copelametic. El compresor es accionado por un motor eléctrico montado directamente en el cigüeñal del compresor, con todas sus partes, tanto del motor como del compresor, herméticamente selladas en el interior de una cubierta común.

Se eliminan los trastornos del sello, los motores pueden calcularse específicamente para la carga que han de accionar, y el diseño resultante es compacto, económico, eficiente y básicamente no requiere mantenimiento. Las cabezas cubiertas del estator, placas del fondo y cubiertas de Carter son desmontables permitiendo el acceso para sencillas reparaciones en el caso de que se deteriore el compresor.

Moto-compresor hermético.

Este fue desarrollado en un esfuerzo para lograr una disminución de tamaño y costo y es ampliamente utilizado en equipo unitario de escasa potencia. Como en el caso del moto-compresor semihermético, el motor eléctrico se encuentra montado directamente en el cigüeñal del compresor, pero el cuerpo es una carcaza metálica sellada con soldadura. En esti tipo de compresores no pueden llevarse acabo reparaciones interiores puesto que la única manera de abrirlos es cortar la carcaza del compresor.

Velocidad del compresor.

Los primeros modelos de compresores de diseñaron para funcionar a una velocidad relativamente reducida, bastante inferiores a 1000 rpm. Para utilizar los motores eléctricos estándar de cuatro polos se introdujo el funcionamiento de los moto-compresores herméticos y semiherméticos a 1750 rpm (1450 rpm en 50 ciclos).

La creciente demanda de equipo de acondicionamiento de aire mas compacto y menor peso ha forzado el desarrollo de moto-compresores herméticos con motores de dos polos que funcionan a 3500 rpm (2900 rpm en 50 ciclos).

Las aplicaciones especializadas para acondicionamiento de aire en aviones, automóviles y equipo militar, utilizan compresores de mayor velocidad, aunque para la aplicación comercial normal y doméstica el suministro de energía eléctrica existente de 60 ciclos limita generalmente la velocidad de los compresores a la actualmente disponible de 1750 y 3500 rpm.

Las velocidades superiores producen problemas de lubricación y duración. Y estos factores, así como el costo, tamaño y peso deben ser considerados en el diseño y aplicación del compresor.

Funcionamiento Básico

Cuando el pistón se mueve hacia abajo en la carrera de succión se reduce la presión en el cilindro. Y cuando la presión del cilindro es menor que el de la línea de succión del compresor la diferencia de presión motiva la apertura de las válvulas de succión y fuerza al vapor refrigerante a que fluya al interior del cilindro.

Cuando el pistón alcanza el fin de su carrera de succión e inicia la subida ( carrera de compresión), se crea una presión en el cilindro forzando el cierre de la válvulas de succión. La presión en el cilindro continua elevándose a medida que el cilindro se desplaza hacia arriba comprimiendo el vapor atrapado en el cilindro. Una vez que la presión en el cilindro es mayor a la presión existente en la línea de descarga del compresor, las válvulas de descarga se abren y el gas comprimido fluye hacia la tubería de descarga y al condensador.

Cuando el pistón inicia su carrera hacia abajo la reducción de la presión permite que se cierren la válvulas de descarga, dada la elevada presión del condensador y del conducto de descarga, y se repite el ciclo.

Durante cada revolución del cigüeñal se produce una carrera de succión y otra de compresión de cada pistón. De modo que en los moto-compresores de 1750 rpm tienen lugar a 1750 ciclos completos de succión y compresión en cada cilindro durante cada minuto. En los compresores de 3500 rpm se tiene 3500 ciclos completos en cada minuto.

Válvulas en el compresor

La mayoría de las válvulas del compresor reciprocante son del tipo de lengueta y deben posicionarse adecuadamente para evitar fugas. El mas pequeño fragmento de materia extraña o corrosión bajo la válvula producirá fugas y deberá tenerse el máximo cuidado para proteger el compresor contra contaminación.

Desplazamiento del compresor

El Desplazamiento de un compresor reciprocante es el volumen desplazado por los pistones. La medida de desplazamiento depende del fabricante, por ejemplo: Copeland lo publica en metros cúbicos por hora y pies cúbicos por hora pero algunos fabricantes lo publican en pulgadas cubicas por revolución o en pies cúbicos por minuto.

El desplazamiento del compresor lo podemos calcular mediante las formulas siguientes:

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