PROFESORADO

COMPRESION Y DISTRIBUCION DEL AIRE

COMRESORES

  • Compresor alternativo
  • Compresor rotativo
  • Capacidad normal del compresor

ACCESORIOS DEL COMPRESOR

  • Depósito
  • Filtro de entrada

DESHIDRATACIÓN DEL AIRE

  • Post-enfriadores
  • Secadores

DISTRIBUCIÓN DEL AIRE

  • Final en línea abierta y conducto principal en anillo
  • Líneas secundarias
  • Selección del tamaño de los conductos principales de aire
  • Materiales para la tubería


COMPRESIÓN Y DISTRIBUCIÓN DEL AIRE

COMPRESORES

Un compresor convierte la energía mecánica de un motor eléctrico o de combustión en energía potencial de aire comprimido.

Los compresores de aire se dividen en dos categorías principales: alternativos y rotativos.

Los tipos principales de compresores incluidos en estas categorías se indican en la figura 4.1


Figura 4.1 Tipos principales de compresores utilizados en los sistemas neumáticos

COMPRESORES ALTERNATIVOS

Compresor de émbolo de una etapa

El aire recogido a presión atmosférica se comprime a la presión deseada con una sola compresión.

El movimiento hacia abajo del émbolo aumenta el volumen para crear una presión más baja que la de la atmósfera, lo que hace entrar el aire en el cilindro por la válvula de entrada.

Al final de la carrera, el émbolo se mueve hacia arriba, la válvula de entrada se cierra cuando el aire se comprime, obligando a la válvula de salida a abrirse para descargar el aire en el depósito de recogida.

Este tipo de compresor se utiliza generalmente en sistemas que requieran aire en la gama de 3-7 bares.


Figura 4.2 Compresor de émbolo de una sola etapa

Compresor de émbolo de dos etapas

En un compresor de una sola compresión, cuando se comprime el aire por encima de 6 bares, el calor excesivo que se crea reduce en gran medida su eficacia. Debido a esto, los compresores de émbolo utilizados en los sistemas industriales de aire comprimido son generalmente de dos etapas.


Figura 4.3 Compresor de émbolo de dos etapas

El aire recogido a presión atmosférica se comprime en dos etapas hasta la presión final.

Si la presión final es de 7 bares, la primera compresión normalmente comprime el aire hasta aproximadamente 3 bares, tras lo cual se enfría. Se alimenta entonces el cilindro de la segunda compresión que comprime el aire hasta 7 bares.

El aire comprimido entra en el cilindro de segunda compresión a una temperatura muy reducida, tras pasar por el refrigerador intermedio, mejorando el rendimiento en comparación con una unidad de una sola compresión. La temperatura final puede estar alrededor de 120 oC.


Compresor de diafragma.

Los compresores de diafragma suministran aire comprimido seco hasta 5 bares y totalmente libre de aceite, por lo tanto se utilizan ampliamente en la industria alimenticia, farmacéutica y similares.

El diafragma proporciona un cambio en el volumen de la cámara, lo que permite la entrada del aire en la carrera hacia abajo y la compresión en la carrera hacia arriba.


Figura 4.4 Compresor de diafragma

COMPRESORES ROTATIVOS

Compresor rotativo de paleta deslizante

Este compresor tiene un rotor montado excéntricamente con una serie de paletas que se deslizan dentro de ranuras radiales.

Al girar el rotor, la fuerza centrifuga mantiene las paletas en contacto con la pared del estator y el espacio entre las paletas adyacentes disminuye desde la entrada de aire hasta la salida, comprimiendo así el aire.


Figura 4.5 Compresor de paleta

La lubricación y la estanqueidad se obtienen inyectando aceite en la corriente de aire cerca de la entrada. El aceite actúa también como refrigerante para eliminar parte del calor generado por la compresión, para limitar la temperatura alrededor de 190 ºC.

Compresor de tornillo

Dos motores helicoidales engranan girando en sentidos contrarios. El espacio libre entre ellos disminuye axialmente en volumen, lo que comprime el aire atrapado entre los rotores (figura 4.6).

El aire lubrica y cierra herméticamente los dos tornillos rotativos. Los separadores de aceite eliminan el mismo del aire de salida.

Con estas máquinas se pueden obtener caudales unitarios continuos y elevados, de más de 400 m3/min a presiones superiores a 10 bares.

Este tipo de compresor, más que el compresor de paletas, ofrece un suministro continuo libre de altibajos.


Figura 4.6 Principio del compresor de Tornillo

El tipo industrial de compresor de aire más común sigue siendo la máquina alternativa, aunque los tipos de tornillo y paletas se están usando cada vez mas.

CAPACIDAD NORMAL DEL COMPRESOR

La capacidad o salida de un compresor se indica como gasto volumétrico estándar, en m3n/s o m3n/min, dm3n/s o litros/min. La capacidad puede describirse también como volumen desplazado o “volumen teórico de entrada“, un concepto teórico. Para un compresor de émbolo, se basa en:

Q (l/min) = área del émbolo en dm2 x longitud de carrera en dm x número de cilindro de primera etapa x rpm.

En el caso de un compresor de dos etapas, se considera sólo el cilindro de primera etapa.

El suministro efectivo es siempre inferior debido a las pérdidas volumétricas y térmicas.

La pérdida volumétrica es inevitable, puesto que no es posible descargar la totalidad del aire comprimido del cilindro al final de la carrera de compresión: queda algo de espacio, el llamado “volumen muerto“.

La pérdida térmica se produce debido al hecho de que durante la compresión el aire adquiere una temperatura muy elevada, por lo tanto su volumen aumenta y disminuye cuando se enfría a temperatura ambiente (ver la ley de Charles en el apartado 3).

Rendimiento volumétrico

expresado como porcentaje, se conoce como rendimiento volumétrico y varía según el tamaño, tipo y fabricación de la máquina, número de etapas y presión final. El rendimiento volumétrico de un compresor de dos etapas es inferior a la del compresor de una sola etapa, puesto que tanto los cilindros de la primera como los de la segunda etapa, tienen volúmenes muertos.

Rendimientos térmico y global

Aparte de las pérdidas descritas anteriormente, existen también efectos térmicos que bajan el rendimiento de la compresión del aire. Estas pérdidas reducen aún más el rendimiento global dependiente del coeficiente de compresión y de la carga. Un compresor, que trabaja a capacidad casi total, acumula una gran cantidad de calor y pierde rendimiento. En un compresor de dos etapas, el coeficiente de compresión por etapa es inferior y el aire, comprimido parcialmente en el cilindro de primera etapa, se enfría en un refrigerador intermedio antes de ser comprimido a la presión final en el cilindro de segunda etapa.

Ejemplo: Si se comprime el aire atmosférico absorbido por un cilindro de la primera etapa a un tercio de su volumen, la presión absoluta a la salida es de 3 bares. El calor desarrollado por esta compresión relativamente baja es consiguientemente bajo. El aire comprimido pasa al cilindro de segunda etapa, a través del refrigerador intermedio, y nuevamente su volumen se reduce a un tercio. La presión final es entonces de 9 bares abs.

El calor desarrollado al comprimir el mismo volumen de aire en una sola compresión, directamente de la presión atmosférica a 9 bares abs, sería mucho más elevado y se reduciría considerablemente el rendimiento global.

El diagrama de la figura 4.7 compara los rendimientos globales típicos de compresores de una y dos etapas, para varias presiones finales.

Para presiones finales bajas, es mejor un compresor de una etapa, puesto que su rendimiento volumétrico es más elevado. Sin embargo, con una presión final en aumento, las pérdidas térmicas son cada vez más importantes y son preferibles los compresores de dos etapas, con un rendimiento térmico más elevado.


Figura 4.7 Diagrama del rendimiento global

El consumo específico de energía es una medida del rendimiento global y se puede utilizar para estimar el costo de producción del aire comprimido. Como promedio, se puede estimar que se necesita un kW de energía eléctrica para producir 120-150 l/min. ( = 0.12 ... 0.15 m3n/min/kW ) para una presión de trabajo de 7 bares.

Las cifras exactas deben de establecerse según el tipo y el tamaño del compresor.



Carlos Contreras

Administrador

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