SEMINARIO DE AIRE COMPRIMIDO_CAP2.pdf

Seminario de Aire Comprimido KAESER

2. Produciendo Aire Comprimido

2.1 Tipos de compresores

2.2 Compresores con desplazamiento positivo

2.2.1 2-shaft rotary compressors 2.2.1.1 Compresores de tornillo 2.2.1.2 Ventajas de los compresores KAESER 2.2.1.3 Compresores rotativos interdentados 2.2.1.4 Sopladores Rotativos 2.2.2 Single shaft rotary compressors 2.2.2.1 Compresores Vane 2.2.2.2 Compresores Scroll 2.2.3 Compresores de Piston

2.3 Compresores Dinmicos 2.3.1 Compresores turbo radial 2.3.2 Compresores turbo axial 2.3.3 Caractersticas de compresores turbo


Seminario de Aire Comprimido KAESER 2

2.1 Tipos de Compresores

Si estamos hablando de la produccin de aire comprimido uno debe separar entre los dos principios de compresin; dinmica y desplazamiento positivo.

Compresin dinmica

Compresores dinmicos convierten energa cintica a energa comprimida. Propulsores aceleran el aire y difusores lo retrasan de nuevo, convirtiendo la fuerza centrifuga (peso) del aire a energa en forma de presin. El volumen entrando no esta definido pero depende del peso y de la contrapresin. El comportamiento de los compresores dinmicos es influido por las condiciones ambientales y del origen del gas para comprimir (oxigeno, nitrgeno, helio, hidrgeno). La humedad promedia, temperatura y presin del gas entrando deben ser considerada en el diseo de un compresor dinmico.

Compresores con desplazamiento positivo

En todos los compresores con desplazamiento positivo, el volumen entrante es incrementado al mximo, almacenando el medio a ser comprimido y luego reducindolo nuevamente, extrayendo las molculas del medio creando una presin interna. Cuando en la cmara de compresin, la presin excede a la contrapresin del estanque de aire o red de aire, la vlvula de venteo se abre (en el caso de un compresor de pistn) permitiendo que el aire sea expulsado de la cmara. En otros compresores como tornillos rotativos, el aire comprimido por los tornillos nter dentados es expulsado continuamente y a una presin constante sin la necesidad de una vlvula de venteo.

En este capitulo se describe los tipos de compresores mas importantes en detalle. Se debe recordar que no todos son aptos para todas las aplicaciones y la seleccion debe ser realizada de acuerdo a la necesidad de una tarea especfica, no unicamente desde el punto de vista del tipo de compesor sino tambien de acuerdo a la energa, costos de mantenimiento y confiabilidad de la operacin.

2. Produciendo Aire Comprido



Tipos de Compresores

Compresores Dinmicos Eyector

Axial

Radial

Compresores con desplazamiento positivo

Reciprocativo Trunk

Crosshead

Piston libre

Labyrinth

Diafragma

Rotativos Paleta

1-eje Anillo Liquido

Scroll

2-ejes Tornillo

Lbulos

Meshing tooth

Fig.2-1: Tios de compresores


2.2 Compresores con despalzamiento positivo

2.2.1 Compresores de tornillo con dos ejes 2.2.1.1 Compresores de tornillo

Desarrollo de compresores de tornillo

La idea de utilizar rotores en aire comprimido no es nueva. En 1878 Heinrich Krigar de Hannover, Alemania patent un pequeo compresor de tornillo. La primera produccin de un compresor de tornillo tena un perfil simtrico y no podra lograr un cambio por su mayor costo especfico, en esos tiempos el compresor de pistn era la nica solucin.

En 1962 un perfil asimtrico de dos rotores fue desarrollado, resultando un mejor rendimiento (caudal), un 10%, pero an el consumo en energa y el precio estaban mas alta que un compresor de buena calidad de pistn.

El perfil SIGMA

Ingenieros de KAESER lograron desarrollar un perfil asimtrico, SIGMA con el cual se eliminaron las previas desventajas de generaciones de compresores de tornillo. Incorporando este perfil de rotores en compresores de tornillo en conjunto con otras nuevas mejoras en diseo y un nuevo mtodo de produccin precisa, logran un gran ahorro en energa sobre los de la competencia (15 a 20% *) Compresores rotativos KAESER tienen un menor costo especfico que cualquier otro compresor e incluyen todas las ventajas del principio de rotores conocidos hoy en da.

*) Confirmado por pruebas cientficas de universidades y de la CAGI (Compressed Air and Gas Institut)

Areas de aplicaciones

Compresores rotativos de tornillo modernos se encuentra en dos reas de aplicaciones: Compresores estacionarios para toda la industria o compresores porttiles en aplicaciones de mineras y manufacturas.

Fig. 2-2: Perfil Simtrico

Fig. 2-3: Perfil Asimtrico

Fig. 2-4: perfil SIGMA



Produciendo Aire Comprimido con dos tornillos rotativos

Un rotor macho y un rotor hembra girando en direcciones diferentes, generalmente llamados tornillos estn ubicados en una carcasa; solo uno esta conectada al motor (macho) y el otro gira por la rotacin del macho. Por la razn de diferentes lbulos las velocidades son diferentes entre los dos rotores. El aire entra entre los lbulos y la carcasa y se mueve hacia la salida de aire comprimido. Debido a las diferentes velocidades se reduce el espacio y por lo tanto el volumen del aire. La entrega es continua y sin pulsaciones.

Fig. 2-5: Un rotor macho y un rotor hembra girando en direcciones diferentes son montadas con rodamientos de polines dentro de la carcasa. Se inyecta aceite a la carcasa, disminuyendo el calor de compresin, previniendo contacto metlico entre los tornillos y tambin con la carcasa, y lubricando los rodamientos. Como los tornillos estn girando, el espacio entre ellos y la carcasa cerca del orificio de entrada se abren empujando el aire hacia los espacios formados y estos espacios son sellados por la inyeccion de aceite apenas pasa el puerto de entrada atrapando el aire (en la ilustracin con sombra).

Fig. 2-6: La diferencia entre los ngulos y la velocidad de los tornillos es la razn de la disminucin de volumen, el aire comprimido es transportado hacia la salida, siempre y cuando se ha llegado a la presin diseada. El flujo es empujado en forma continua y libre de pulsaciones hacia la salida. La velocidad del tornillo macho en un compresor directamente acoplado es de 1.500 o 3.000RPM.

Adems de la versin de compresores rotativos mencionadas arriba, hay tambin unidades enfriadas por agua y no lubricadas.


Fig. 2-5: Vista desde arriba

Fig. 2-6: Vista desde abajo

Entrada de aire

Salida aire comprimido


Diagrama de un compresor de tornillo lubricado

La unidad compresora (1) esta conectado al motor elctrico. El aceite (Lubricante para enfriar) inyectado a la unidad compresora y mayormente para enfriar, es direccionado hacia el estanque separador (2) y el filtro separador, asegurando aire limpio en la descarga. El ventilador (3) asegura un enfriamiento del equipo y tambin un flujo de aire fri hacia el enfriador de aceite y el postenfriador de aire (4 y 5). El controlador asegura que el aire esta producido dentro de sus limites (ej. 7 - 7,5bar). Funciones de seguridad protegen el compresor contra fallas importantes apagando el equipo automticamente.

El lubricante del compresor tiene 4 funciones :


1.

2.

3.

4.

Enfriar; temperatura de descarga de la unidad ca. 75 C

Lubricacin de los rodamientos

Sellar lobulos

Limpiar contaminantes en el aire

Aire Comprimido

(4) Filtro de aire

(5)

Aceite frio (3)

(1)

(2)

Aceite Mexcla aire Aceite frio Filtro de aceite Aceite caliente

Vlvula Termostatica

(3)


Fig. 2-8: Compresor lubricado CSDX

10

1 2

5 4

6

7

8

9

11

3 12

13

14

15

16

Partes de un compresor lubricado

1 Unidad Compresora 2 Motor compresor 3 Vlvula de entrada 4 Vlvula Minima Presin/ Vlvula

Check 5 Vlvula combinada 6 Enfriador de aceite con Vlvula

termosttica 7 Post-enfriador 8 Estanque separador con filtro

separador 9 Vlvula de seguridad 10 SIGMA Control 11 Acoplamiento Omega 12 Entrada de Aire 13 Filtro de Aire 14 Ventilador Radial 15 Soporte antivibracin 16 Salida de aire comprimido



Compresor libre de aceite

Compresores de tornillo libre de aceite, ej. donde ningn liquido esta inyectando a la unidad compresora, estn utilizados en ciertas aplicaciones especiales. Los tornillos en esos nombrados compresores libre de aceite no tienen contacto entre ellos, si estn sincronizadas con engranajes lubricadas. Para compensar la desviacin de aire a travs de los espacios entre los tornillos sin sellos, la unidad tiene una velocidad mucho mas alto que los compresores de tornillo lubricados. Equipos ms grandes generalmente son enfriados por agua y generan mucho calor.

Dos etapas para llegar a la presin requerida por la razn que no tiene refrigeracin por un medio de lubricante

Tornillos sincronizados en cajas de engranajes separadas con su propio circuito de aceite

Temperaturas de descarga desde 120 C to 230 C Arrastre de aceite en el aire comprimido hasta 2 mg/m dependiendo de la calidad de

aire entrando al compresor Se requiere un tratamiento de aire adicional para llegar a la clase 3 de la ISO 8573-1

Ilustracin de un compresor de tornillo libre de aceite de 2 etapas,

Fig. 2-9: 2-etapas, compresor de tornillo no lubricado

1. Primera etapa de compresin, 4,000 13,000 rpm 2. Segunda etapa de compresin, 7,000 25,000 rpm 3. Primera etapa con engranajes (lubricado por aceite) 4. Segunda etapa con engranajes (lubricado por aceite) 5. Caja de engranajes principal (lubricado por aceite)


1

5

4

3

2


2.2.1.2 Ventajas de los compresores de tornillos KAESER

El mundialmente renombrado Perfil SIGMA Perfil de SIGMA es el perfil de rotor desarrollado y fabricado por KAESER KOMPRESSOREN GmbH. Compresores con el perfil SIGMA tienen un menor requerimiento de potencia especifica que los convencionales utilizando un perfil asimtrico. El requerimiento especfico de energa se calcula dividiendo la potencia *) en kW por la entrega efectiva en m / min. *) Dependiendo del punto de referencia: potencia consumida en el eje del compresor, potencia en el eje del motor o el consumo total de potencia.

Diseo simple unidad compresora La unidad compresora contiene dos partes rotativas: el rotor macho y el rotor hembra o simplemente tornillos. El rotor macho es conducido y este conduce a la hembra por lo tanto no hay engranajes de sincronizacin y ningn contacto entre metales debido a que es inyectado una pelcula protectora de aceite. No hay una vlvula de entrada o salida en el cual pudiera haber desgaste y la unidad entrega un volumen constante de aire comprimido y prolonga la vida operacional.

Baja temperatura de descarga La temperatura de descarga es solamente de alrededor de 80C, con lo cual no hay una tendencia a quemar el aceite.

Baja temperatura de descarga desde el compresor La alta efectividad del post-enfriador reduce la temperatura del aire comprimido hasta 5-10 K sobre la temperatura de entrada (o sobre la temperatura de entrada del agua de enfriamiento). Esto permite una conexin directa a un secador refrigerativo, sin necesidad de un enfriador intermedio.

Menos arrastre de aceite El confiable separador de multi-etapa remueve aceite del aire comprimido asegurando una alta calidad del aire. Dependiendo del modelo, no mas de 1-3 mg/m de aceite remanente en la descarga de aire comprimido.

Filtracin de aire de enfriamiento (series SX a ASK) Compresores pequeos los cuales estn instalados en talleres con aire contaminado son protegidos del polvo por paneles filtrantes limpiando el aire de enfriamiento, antes de entrar a la maquina.

Bajo nivel de sonido Ductos insonorizados y gabinetes a prueba de ruidos, conllevan a extremadamente bajos niveles de ruido y permiten que esos compresores sean instalados en casi cualquier rea de trabajo. Los niveles de ruido llegan a 64 dB(A).

2. Produciendo aire comprimido

Fig. 2-10: Perfil SIGMA


SIGMA-CONTROL El controlador Sigma est basado sobre un robusto computador industrial con un sistema operativo de tiempo real con la posibilidad de actualizacin. El estado operacional del compresor es rpidamente captado con la ayuda de LEDs con colores del semforo. El display completo est presentado en 30 diferentes idiomas y es fcilmente navegable con botones e iconos. El SIGMA control regula y monitorea el compresor automticamente. Una secuencia de seguridad apaga la maquina automticamente en caso de un evento de alarma. Un modo de control econmico, puede ser seleccionado segn los ciclos de consumos, es posible elegir entre Dual, Quadro y Vario (proporcional). El controlador est equipado con interfases RS 232 para conectar un MODEM o impresora y un RS 485 para conectarse a un Segundo compresor, secuenciando la carga base. El controlador tiene la capacidad de conectarse a una red de datos va Profibus DP y tambin tiene contactos libre secos disponibles para intercambiar seales con un sistema de control central.

Cadena de seguridad La secuencia de la cadena de seguridad, tiene la capacidad de apagar y supervisar:

Temperatura de descarga de la unidad compresora Temperatura de motor y corriente Direccin de rotacin.

Motor Premium de alta eficiencia El motor principal usado son de una eficiencia ptima y cumplen con los estndares de la norma EFF1 (EPACT)

Bajas prdidas de transmisin de potencia 1:1 Potencia es transmitida a travs del acoplamiento directo o va correas mltiples de alta eficiencia con tensionamiento automtico en maquinas pequeas.

Mantenimiento simple El sistema de monitoreo incluye, indicadores que reciben informacin para simplificar el mantenimiento. Caractersticas especiales:

- Indicacin de filtro de aire saturado. - Indicacin de filtro de aceite saturado. - Indicacin de separador de aceite saturado. - Con la presin interna, ayuda a la evacuacin del aceite. - Acoples rpidos simplifican el trabajo de mantenimiento. - Mirillas de aceite muestran el nivel de un vistazo - Engrasadores accesibles permiten el fcil re-engrase de los cojinetes de motor en

movimiento (desde serie BSD)

Potente sistema de ventilacin El ventilador radial tiene la suficiente capacidad para extraer el aire a travs de ductos.

Soportes internos y externos anti-vibracin Componentes especiales antivibratorios en soportes y acoplamientos de tuberas.


Fig. 2-11: SIGMA CONTROL


2.2.1.3 Compresores rotativos dentados

Aplicacin Compresores de dientes rotativos son utilizados para baja y media presin y compresin libre de aceite.

Diseo y funcin Igual que en compresores rotativos y compresores de paleta, los de diente rotativo funcionan bajo el principio de desplazamiento positivo

El elemento de compresin consiste en una carcaza donde 2 perfiles dentados rotativos giran en forma opuesta. Estos rotores pueden ser simples o dobles segn el fabricante. Los rotores no estn en contacto metlico entre ellos en la pared de la carcaza. Al pasar un diente por la cmara interna, esta se llena de aire y posteriormente comprime Durante la rotacin la cmara se contrae comprimiendo el volumen aire atrapado hasta alcanzar el orificio de descarga y el aire comprimido es expedido a la red.

Caractersticas Lubricacin de la cmara de compresin: no es necesaria, contacto es prevenido

engranajes Caudal: 2 a 12 m/min Etapas: 1 a 2 Rango de presin: 1-etapa hasta 3.5 bar, 2-etapas hasta 8 bar Revoluciones: 3,000 a 25,000 rpm Enfriamiento: aire o agua Mas silenciosos comparados con compresores de pistn libres de aceite.

Desventajas Alto consumo elctrico Presin maxima 8 bar Dos etapas necesarias para mxima presin con intercambiador de refrigeracin.


Orificio de Admisin

Orificio de Descarga


Fig.2-15: Funcin del soplador rotativo

2.2.1.4 Sopladores rotativos

Aplicacin

Sopladores Rotativos son encontrados en aplicaciones donde se requiere gran volumen de aire libre de aceite, baja presin, como en el transporte neumtico de polvo o granulado, limpieza de filtros y aireacin de estanques de agua y tratamiento de tanques. Otras aplicaciones son en ingeniera de vacio para limpieza por succin y accionamiento de maquinaria de ordea.

.

Diseo y funcionamiento de sopladores bi-lobulares

Sopladores Rotativos pueden ser de etapa simple o 2-etapas y rotores interconectados en el principio de la compresin externa. Un volumen de aire (u otro medio gaseoso) es atrapado entre los lbulos del rotor y la carcaza y transportado al orificio de descarga sin haber sido internamente comprimido. El orificio de salida el aire es empujado contra cualquier contrapresin en la lnea de descarga, el grado de compresin es el diferencial en presin en el orificio de admisin y descarga, ej. Contra-presin en la lnea de descarga.

Caractersticas Caudal: hasta 1,200 m/min Caractersticas de flujo: 2 pulsaciones por ciclo* de operacin Nmero de etapas: 1 a 2 Rango de presin: 0.5 a 2.0 bar (absoluto) Conveying chamber lubrication: not necessary, as timing gears prevent contact Accionamiento: motor elctrico Revoluciones: 300 a 11,000 rpm Velocidad rotor perifrico: 10 a 50 m/s

(*Aplicable nicamente en rotores bi-lobulares)


Seminario de Aire Comprimido 13

Fig. 2-16: soplador rotativo de 3 lobulos

Fig.2-17: Soplador Compacto Kaeser

Diseo y Funcionamiento de un soplador de 3 lobulos

Los sopladores rotativos de 3 lobulos son un medio til para la produccin de aire comprimido con muy poco efecto de pulsacin. El trabajo de este elemento se basa en el mismo principio de los equipos de 2 lobulos con un consumo de energa adicional.

Sopladores compactos

La eficiencia juega un papel importante en las aplicaciones de sopladores, con la atencin puesta en bajos costos de operacin, baja energa especfica y requisitos bsicos de mantenimiento. La serie compacta de Kaeser requiere de un mnimo espacio y contribuye al ahorro con la reduccin de gastos de instalacin. La reduccin de emisin de ruido en la fuente significa menor gasto de amortiguacin del ruido en la habitacin y los equipos como tal son particularmente seguros y confiables.



Fig 2-18: Principio de compresor de paleta

2.2.2 Compresores rotativos de eje nico

2.2.2.1 Compresores de paleta

Aplicacin Los compresores de paleta son usados en aplicaciones de bajas presiones y vaco.

Diseo y funcionamiento Paletas se insertan en las ranuras longitudinales en un rotor, montado en una carcasa cilndrica. La fuerza centrifuga mantiene las paletas presionado contra la carcasa, que separa las cmaras de todo el rotor. Estas cmaras se expanden y contraen en volumen, la colocacin de la mquina en la categora de los compresores de desplazamiento. El puerto de entrada se encuentra en el punto en que las cmaras, formada por el rotor, paletas y gabinete, se estn expandiendo en volumen. El aire es extrado y llevado por el rotor, siendo comprimido por la contraccin de la cmara, hasta que llegue a la aprobacin de la gestin del puerto en el que se empuja a la red de aire. Compresores de paleta pueden ser de una o varias paletas, de simples o mltiples carcasa y refrigerados por aire o agua. Pueden ser lubricados o inundadas de aceite y las paletas puede ser metlicas o de plstico.

Caractersticas Entrega: 0.2 a 180 m/min Caractersticas del caudal: Relativamente suave en comparacin con el flujo de

compresores de pistn. Nmero de etapas: 1 2, 2 don requeridas para presiones sobre 4 bar Rango de presin: 1 a 10 bar manomtrico y en vaco hasta 1 x 10-3 bar Enfriamiento: Aire, agua o inyeccin de aceite. Conduccin: Motor elctrico o motor diesel en equipos porttiles. Velocidad: 400 a 3,600 rpm Velocidad perimetral de paletas: 12 a 20 m/s

Desventajas Altos costos de mantenimiento debido al desgaste de las paletas. Prdida de eficiencia relativamente alta debido a la sustitucin irregular de Paletas Alto consumo de aceite (con aceite de lubricacin fresco) Limite de presin a 10 bar. Mquinas con aceite de lubricacin fresca y separador aireador, producen aire comprimido

con un alto contenido de aceite. Antieconmico a altas presiones.



2.2.2.2 Compresores de espiral

Aplicacin Los compresores de espiral (Scroll) estn especialmente indicados para bajo volumen, compresin de aire libre de aceite y particularmente en la refrigeracin del enfriamiento de aire comprimido y sistemas de aire acondicionado.

Diseo y funcionamiento

La compresin se produce entre dos discos enfrentados con forma de espiral, en la interaccin entre las costillas; un disco est detenido y el otro con movimiento orbital. El movimiento orbital del espiral interior abre una cavidad en el punto exterior del espiral fijo, Donde el medio a ser comprimido es retirado. Ms movimiento orbital mueve el volumen atrapado alrededor del espiral hacia su centro, comprimiendo en el camino y descargando desde el puerto en el centro del espiral.

Caractersticas: Caudal: Hasta 1.5 m/min Caractersticas de caudal: Ininterrumpido y sin pulsaciones Rango de presin: Hasta 10 bar Lubricacin de la cmara de compresin: Ninguno Velocidad: Hasta 3,100 rpm

Desventajas Alta temperatura media de descarga Considerable deslizamiento a alta presin, lo que conlleva a un alto requerimiento de potencia especfica.

2. Produciendo aire comprimido

Fig. 2-20: Principio compresor Scroll

1 2

3 4


Fig.2-22: Succin Fig.2-23: Compresin

Prdidas

Volumen de entrada se pierde por throttling o filtros tapados.

Prdidas en la salida se producen por gas escapando por los lados del pistn.

2.2.3 Compresor de Pistn

Definicin Compresores de Pistn son maquinas de desplazamiento positivo. Un pistn succiona aire y subsiguientemente lo comprime a travs de un cilindro que esta encerrado en un lado por vlvulas autoactivadas.

Diseo y Funcin El movimiento hacia abajo del pistn crea un vaci en el cilindro, resultando, que se succiona el gas (aire) hacia adentro a travs de la vlvula de admisin (1). En el movimiento hacia arriba, la vlvula de admisin se cierra y el gas contenido en el cilindro se comprime hasta que la presin dentro del cilindro excede la presin de afuera de la vlvula de descarga (2) y la abre por el diferencial de presin.

El movimiento reciprocante es cclico, entregando aire comprimido en pulsos. La torsin sobre el cigeal tambin es cclica, subiendo y bajando de acuerdo a la posicin del pistn.

El swept volume del pistn es el producto de su FACE rea y su stroke. El swept volumen es menor que el volumen del cilindro; la diferencia es el espacio muerto.


2 1


Fig.2-25: Decompresin del gas en el dead space

Diagram 2-26: Composition of the theoretical displacement

Darstellung Schadraum

Espacio Muerto

El espacio muerto representa una potencial prdida de aire entregado y por tal motivo debe ser lo mas chico posible. El tamao del espacio muerto o perdida depende de varios factores:

- Tolerancias de la fabricacin - Clearance necesaria para el funcionamiento de las

vlvulas. - Clearance necesaria para acomodar la expansin

longitudinal termal del pistn y del conecting rod.

Perdidas de entrega causadas por el espacio muerto El aire comprimido en el espacio muerto no sale de la cmara y se descomprime cuando el pistn esta en movimiento hacia abajo, hasta que su presin es menor que la presin fuera de la vlvula de entrada. Eso es cuando se cree un vaci y la vlvula de entrada se abre entrando el gas en el cilindro durante el resto del movimiento del pistn hacia abajo.


Espacio muerto Top dead centre

Bottom dead centre

1 bar (abs) 8 bar

Fig. 2-24: Esapcio Muerto

1 bar 8 bar (abs)

Decompresin TDC

Stroke

BDC

Entrega efectiva

Pedidas de salida

Calentamiento del aire entrante

Espacio Muerto

Perdida de presin de entrada

Stroke


Accin simple de compresin La compresin se genera una vez con cada revolucin del cigeal (vase el ejemplo de una sola etapa de compresin)

Doble accin de compresin La compresin se lleva a cabo dos veces con cada una de las revoluciones del cigeal (ver derecha).

Fig. 2-27: Compresin de una etapa

Fig. 2-29: Compresor de accin doble.

Fig. 2-28: Dos etapas de compresin

Tipos de compresores de pistn

Los distintos tipos de compresores de pistones se distinguen por los siguientes criterios: - Nmero de etapas: simple o mltiple. - Segn su forma de pistn: trunk o reforzado. - Segn si funcionan lubricados o secos (tambin llamada libre de aceite). - Segn sus medios de transmisin: correa o directamente acoplado. - Segn el nmero y disposicin de los cilindros - De acuerdo a si entregan directo el aire comprimido o si se combinan con (montado

sobre) un estanque de aire. - Segn si funciona al aire libre o en un gabinete insonirazador. - Segn el tipo de gas que comprime: aire, nitrgeno o helio.


De una etapa de compresin Presin final de compresin en una carrera

Dos etapas de compresin Gas comprimido desde el primer cilindro pasa a travs de un enfriador intermedio al segundo cilindro donde es comprimido hasta la presin final.

KAESER Compressed Air Seminar 19

Eficiencia volumtrica de compresores de pistn Los compresores de una y dos etapas tienen diferentes eficiencias volumtricas, la razn es que el aire liberado en la primera etapa es enfriado antes de entrar en la segunda estapa lo que reduce la perdida de descompresin de aire en el espacio muerto. El diagrama adjunto muestra las diferencias en la eficiencia volumtrica entre compresores de una y dos etapas. Cabe sealar que los sopladores son ms econmicos para compresin de baja presin. Otro punto es el elevado costo de adquisicin de un compresor de pistn de dos etapas, por lo que suelen ser usados slo para presiones por encima de 10 bares.

La eficiencia volumetrica es calculada con la siguiente formula:

Ventajas del compresor de pistn Capacidad para comprimir todos los gases mas comunes. Eficiente a presiones por encima de 15 bar. Econmico como recompresor (Booster)

Desventajas Mayor consumo de partes de desgaste Entrega de aire con pulsaciones.

Compresores de pistn como recompresores (Boosters) Grandes sistemas de aire comprimido a veces requieren de aire a diferentes presiones. En tales casos, es econmico para configurar el sistema global en el nivel ms bajo de presin y utilizar un recompresor para proporcionar una mayor presin cuando sea necesario.

Fig. 2-32: Sistema de aire comprimido hasta 13 bar con un recompresor hasta 45 bar


Entrega efectiva Eficiencia Volumtrica =

Desplazamiento terico

Fig. 2-31: Compresor de una etapa

Fig. 2-30: Eficiencia volumetrica de un compresor de una y dos etapas

Efic

ien

cia vo

lum

tric

a (%

)

Presin p [bar ()]

1-etapa

2-estapas


2.3 Compresores dinmicos

2.3.1 Turbo compresores radiales

Aplicacin Los turbo compresores radiales proporcionan constantes y grandes caudales a baja presin y se encuentran principalmente en la industria petroqumica, en el acero y la fabricacin de automviles

Diseo y funcionamiento La forma geomtrica de los alabes de la turbina, girando a gran velocidad, causa que el aire sea extrado a lo largo del eje del impulsor. Este aire es acelerado y arrojado hacia el exterior por la fuerza centrfuga. A medida que el aire a alta velocidad sale del impulsor para entrar a la red o en la prxima etapa de compresin, el difusor la torna mas lento y su energa cintica la convierte en energa a presin. El requerimiento de poder especfico de los turbos compresores, como todos los compresores dinmico, depende en gran medida del peso real del aire y su temperatura.


Fig. 2-35: Representacin simple de un turbo compresor radial de un solo eje

Direccin de rotacin y flujo de aire

Fig. 2-34: 3D-depieze de un impeller

Aire

Eje transmisin

Aire

Bild 2-33: Impulsor radial simplificado


Caractersticas de un Turbo Compresor Radial

Entrega: 35 1,200 m / min Caractersticas del flujo: suave y libre de pulsaciones

Numero de etapas: 1 a 6 Rango de presin: 3 40 bar Enfriamiento: normalmente enfriado por agua Lubricacin cmara de compresin: Ninguna Propulsin: motor elctrico o turbina a vapor

Rango de velocidad: 3,000 80,000 rpm Velocidad perifrica del impulsor: 80 300 m / s

Fig. 2-36: Regulacin de un Turbo Compresor

Lmite de bombeo

Bombeo grfico

Regulacin de la curva con P = constante

50% 80% 100% V

P


Seminario de Aire Comrpimido KAESER 22

2.3.2 Compresor Turbo Axial.

Aplicacin. Se usan compresores de Turbo con impulsores axiales para producir volmenes muy grandes de aire a presin baja. Ellos tienen una gama amplia de usos en generacin de poder elctrica, los procesos industriales y en artefactos del aero. Una aplicacin tpica est en la licuefaccin de gas natural.

Diseo y Funcin. Un compresor del turbo axial se compone de una serie de impulsores esparcida con anillos de hojas de la gua estticas. Los impulsores atraen y aceleran el aire que entonces impacta en las hojas estticas y se frena as y comprimi. Cada juego sucesivo de impulsores y hojas acelera y frena el aire. La direccin de flujo es paralela al rbol del paseo.

Caractersticas de Compresor Turbo Axial.

Entrega: 600 30,000m/min Caractersticas de Flujo: Liso y impulso libre Numero de fases: 10 a 25 Rango de Presin: 0 6 bar Refrigerando: Normalmente refrigerado por agua pero es posible

refrigerar va ductos Lubricacin de cmara de condensacin: Ninguno Transmisin: motor elctrico o turbina de vapor Rango de Velocidad. 6,000 20,000 rpm Velocidad perifrica del impulsor: 150 320 m / s


Fig. 2-38: Despieze de un compresor turbo axial compressor


2.3.3 Caracteristicas de turbo compresores

Comparacin de compresores de tornillo y turbo compresores.

Tornillo Turbo Versin normal aire de refrigeracin: libre de costo en refrigeracin,limpieza simple.

Disponible slo cuando es refrigerado por agua: medio de refrigeracin muy caro, la calidad de el agua requiere a menudo un intercambiador de calor, costos de limpieza muy altos.

Necesita slo un enfriador combinado para el aire comprimido y circuito de aceite

Un compresor de tres etapas (8-10 bar) necesita dos etapas de refrigeracin,un postenfriador (para el aire comprimido) y un enfriador de aceite

No requiere base especial de montaje.

Se requiere una basa especial segn el tamao de la mquina.

Mando ptimo por la seleccin de compresores ms pequeos para el manejo de carga,en combinacin con un controlador maestro inteligente..

Rango de control aproximado. 80-100 %: para la entrega debajo de el 80% el aire que ha soplado fuera, de la primera fase, produce perdidas de energa y tiempo-limitado al 10 - 15 veces por hora aproximadamente.

No necesita bomba de aceite de lubricacin adiciona para la maquina.

Necesita bomba de aceite adicional para los rodamientos lisos: consumo de energa ms alto.

Se utilizan motores de tres fase aprox.400V: partes de repuesto baratas y fciles de reemplazar.

El motor necesita un alto voltaje segn la capacidad de la maquina: motores principalmente especiales, largos tiempos de entrega para reemplazo y los costos altos.

Datos de actuacin segn ISO 1217: claramente comprensible debido a la Norma internacional.

Los datos de la actuacin del fabricante normalmente se refiere a temperaturas de la entrada elevadas desde que el aire est ms ligero en la temperatura ms alta y la presin ms baja considerando que la media temperatura anual en Alemania est alrededor de 10 C que dan actuacin ms baja bajo las condiciones operacionales reales: la actuacin ptima slo puede sostenerse a la temperatura de agua de refrigeracin ptima y cualquier elevacin de esto produce un baja eficiencia.

Menos vlvulas se requieren para el control de la maquina.

El control y las tcnicas de monitoreo ms alto lo que la hace ser ms cara (p.e. la temperatura productiva cambia): riesgo ms alto de falla.


Table 2-1: Comparasin de compresores de tornillo y turbo compresores

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