Sistemas Neumáticos

Sistemas Neumáticos Compresores Introducción

Los circuitos neumáticos están formados por una serie de elementos que tienen por misión la creación de aire comprimido, su distribución y control para efectuar un trabajo útil por medio de unos elementos actuadores llamados "cilindros". El elemento fundamental de un sistema neumático es el aire comprimido, que acumula energía en la compresión y la libera para efectuar trabajo. En esta oportunidad te presentaremos a los compresores quienes dentro del sistema tienen la misión de tomar el aire de la atmosfera aumentando su presión. Como se comentó, los compresores tienen por misión tomar aire de la atmósfera y acumular energía en forma de presión sobre él para convertirla con posterioridad en energía útil como consecuencia de la expansión de ese aire.

El sistema está formado por un motor, alimentado normalmente por electricidad, o combustibles líquidos (Nafta o Gasoil), según el tipo de motor que acciona el compresor, y dependiendo del sistema utilizado para comprimir el aire, los compresores pueden ser rotativos y alternos. La utilización de un tipo u otro depende de las necesidades de caudal y presión requeridas por la instalación. Al igual que en los circuitos eléctricos, en neumática se utiliza una serie de símbolos para simplificar su representación y los compresores se identifican como puedes ver en la siguiente ilustración.

Existen distintos tipos de compresores de aire y se clasifican por funcionamiento, podemos encontrar dos categorías:

Los COMPRESORES DINÁMICOS se utilizan para grandes caudales y podemos encontrar dos tipos diferentes, los compresores centrífugos axiales y los radiales.

Compresor Axial

En este tipo de compresor la turbina al girar aspira el aire y genera una mayor presión en su salida. El camino del flujo de aire disminuye en área de sección transversal en la dirección del flujo disminuyendo el volumen de aire. El flujo se genera en dirección axial.

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”.

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.

Normalmente, los compresores axiales son más pequeños y ligeros que sus compresores centrífugos equivalentes y suelen funcionar a velocidades más altas. Se utilizan para flujos constantes y de alto caudal volumétrico a una presión relativamente moderada, por ejemplo, en sistemas de ventilación. Dada su elevada velocidad de rotación, están perfectamente acoplados a las turbinas de gas para generar electricidad y propulsar aeronaves.

Ventajas:

• Alta eficiencia

• Capacidad más elevada

Desventajas:

• Gama operacional limitada

• Vulnerabilidad a la corrosión y erosión

Observa el siguiente video para ampliar tus conocimientos sobre esta tecnología

Compresor Radial

Básicamente su principio de funcionamiento es similar al del compresor axial, la diferencia es que este está construido de una manera diferente para generar la presión de manera radial o mejor dicho hacia la misma dirección que el sentido de giro de la rotación del eje.

El aire aspirado entra directamente en la zona central del rotor, guiado por la campana de aspiración. El rotor, girando a gran velocidad, lanza el aire sobre un difusor situado a su espalda, donde la energía cinética imprimida a las moléculas del aire se transforma en presión estática.

Ventajas

• Según sea la relación de presión, el compresor es más económico, porque se puede instalar una sola unidad.

• Ofrece una variación bastante amplia en el flujo con un pequeño cambio en la carga.

• La ausencia de piezas rozantes permite trabajar más tiempo entre los intervalos de mantenimiento.

Desventajas

• Se requieren velocidades muy altas, por lo tanto hay que tener cuidado de balancear muy bien los rotores

y con los materiales empleados en las componentes.

• Un aumento en la caída de presión en el sistema puede ocasionar reducción en el volumen del compresor.

Observa el siguiente video para ampliar tus conocimientos sobre esta tecnología :

Los COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO se caracterizan por tener una cámara de compresión en la cual se va disminuyendo el volumen del gas, cuando este alcanza el valor máximo de compresión dado por el diseño, lo expulsa hacia el sistema.

Compresores Rotativos

El eje del motor está acoplado a un elemento giratorio que provoca la compresión de un determinado volumen de aire de forma intermitente. Según el elemento giratorio, pueden ser de paletas o de husillo.

Compresores de paletas

En los compresores de paletas, a compresión se efectúa como consecuencia de la disminución de volumen provocada por el giro de una excéntrica provista de paletas radiales extensibles que se ajustan sobre el cuerpo del compresor. Estos compresores suministran un caudal discontinuo a presiones medias.

Tiene un rotor con ranuras, dentro de las cuales se deslizan las aspas o paletas hacia adentro y afuera en cada revolución. Las aspas atrapan el aire y en forma gradual reducen su volumen y aumentan la presión, hasta que escapa por orificios en la carcasa.

Básicamente el sistema consiste en la instalación de un rotor de paletas flotantes en el interior de una carcasa, situándolo de forma excéntrica a la misma. Cuando gira el rotor, las paletas flotantes salen y entran desde su interior, formando unas cámaras entre rotor y carcasa, que se llenan con el aire. Al estar situado el rotor en una posición excéntrica al eje central de la carcasa, las cámaras van creciendo en la zona de aspiración, llegando a producir una depresión que provoca la entrada del aire. Según se desplazan con el giro del rotor, las cámaras se van reduciendo hacia la zona de impulsión, comprimiendo el aire en el interior.

Algunas ventajas

• Máquinas poco ruidosas.

• No necesitan válvula de admisión por lo que el vapor aspirado entra de manera continua.

• No existen espacios muertos perjudiciales.

• Rendimientos volumétricos muy altos.

Algunas desventajas

• Su fabricación exige una gran precisión.

Observa el siguiente video para ampliar tus conocimientos sobre esta tecnología:

Compresores de husillo o lobular

Los compresores de husillo o lobular, también llamados ROOTS, emplean husillos de forma que toman el aire de la zona de aspiración y comprimido al reducirse el volumen de la cámara creada entre ellos y el cuerpo del compresor. El suministro de aire es intermitente, como los anteriores, pero la presión es mucho mayor, aunque, debido al elevado coste de este sistema, su utilización está muy restringida.

Un compresor tipo Roots se compone, principalmente, de dos rotores idénticos engranados entre sí que giran a la misma velocidad, pero en sentidos opuestos. Estos rotores están situados dentro de una carcasa, lo que implica que se generen bolsas de aire en los huecos formados por esta y los propios rotores. Las bolsas de aire se desplazan hacia la salida del compresor y salen a presión.

Algunas ventajas

• Ausencia de fricción entre los rotores

• Innecesaria la lubricación en la cámara de compresión, lo cual permite la entrega de un aire totalmente exento

de aceite que pudiera contaminarlo.

• Tiene pocas piezas en movimiento.

Algunas desventajas

• Se necesitan velocidades de giro muy altas.

Observa el siguiente video para ampliar tus conocimientos sobre esta tecnología:

Compresor tipo SCROLL

El Scroll es un tipo de compresor de desplazamiento orbital normalmente exento de aceite, es decir, comprime una cantidad determinada de aire en un volumen que disminuye de manera continua. Las espirales están montadas con un desfase de 180º para formar bolsas de aire con un volumen que varía gradualmente.

Este tipo de compresores utilizan dos espirales para realizar la compresión del gas. Las espirales se disponen cara contra cara. Siendo la superior fija y la que incorpora el puerto de descarga. La inferior es la espiral motriz. Las espirales disponen de sellos a lo largo del perfil en las cargas opuestas. Éstos actúan como segmentos de los cilindros proporcionando un sello de refrigerante entre ambas superficies; el centro del cojinete de la espiral y el centro del eje del cigüeñal del conjunto motriz están desalineados. Esto produce una excentricidad o movimiento orbital de la espira móvil, que permite a las espirales crear bolsas de gas o aire, y, como la acción orbital continúa, el movimiento relativo entre ambas espirales, fija y móvil, obliga a las bolsas de refrigerante a desplazarse hacia la puerta de descarga en el centro del conjunto disminuyendo progresivamente el volumen.

Compresor de tornillo

Su funcionamiento se basa en el giro de dos tornillos helicoidales uno macho y el otro hembra, que giran en conjunto para ir arrastrando los gases dentro de los huecos que se forman a lo largo de los tornillos. Estos huecos se van haciendo más pequeños conforme avanza el gas para ejercer una fuerza mayor y así poder se comprimido.

Los compresores de tornillo son equipos de desplazamiento positivo. El principio de funcionamiento de estos compresores se basa en la disminución del volumen del aire en la cámara de compresión donde se encuentra confinado, produciéndose el incremento de la presión interna hasta llegar al valor de diseño previsto, momento en el cual el gas es liberado al sistema.

Algunas ventajas

• Menos piezas y menos piezas de desgaste, tiene una larga vida útil.

• Fácil mantenimiento.

• Buen equilibrio dinámico.

• Buena calidad de aire.

Algunas desventajas

• Alto ruido en su funcionamiento.

• Consumo alto de energía.

Observa los siguientes videos para ampliar tus conocimientos sobre esta tecnología:

Compresores alternativos

Son los compresores que funcionan por el desplazamiento de un émbolo dentro de un cilindro (o de varios) movido por un cigüeñal para obtener gases a alta presión.

Compresor de Pistón

El funcionamiento de este compresor es bastante fácil de entender ya que cuenta con un cigüeñal accionado por un motor eléctrico que hace mover al pistón, cuando este hace su carrera hacia abajo el sistema absorbe el gas, para después comprimirlo cuando la carrera es hacia arriba. Este proceso se repite cuantas veces sea necesario y cuando la presión llega a su máximo nivel, un sensor desactiva el motor para reducir el consumo eléctrico.

En este tipo de compresor los pistones suben y bajan dentro de los cilindros succionando el gas por medio de las válvulas de succión, localizadas en la cabeza del compresor. El objetivo es empujar el volumen del gas succionado y comprimirlo aumentando su presión.

Válvula de admisión: Se encarga de absorber el gas que se va a comprimir.

Válvula de expulsión: Expulsa el gas comprimido, ya sea a una nueva etapa del compresor o hacia el exterior.

Pistón: Este componente trabaja junto con una biela y se encarga de hacer la compresión.

Cámara de compresión o cilindro: Es el espacio que se utiliza para alojar el gas y para ser comprimido.

Cigüeñal: sirve para que el mecanismo biela-pistón haga un movimiento de vaivén.

Motor: su función es transmitir el movimiento rotatorio hacia el cigüeñal.

El principio de funcionamiento de este tipo de compresor es bastante sencillo, ya que se basa en el movimiento de vaivén (hacia atrás y hacia adelante de un pistón). Aunque cabe recalcar que entender el funcionamiento de un compresor completo es bastante más complicado ya que incorpora componentes como: sensores, válvulas para otras operaciones, sistema de lubricación, silenciadores, amortiguadores, etc.

Estas maquinas de compresión están compuestas por cuatro etapas principales.

Compresión

Esta etapa surge cuando las válvulas de admisión y expulsión están cerradas y la carrera del pistón va hacia arriba para disminuir el volumen de la cámara de compresión y así comprimir el aire.

Descarga

Cuando el gas de la cámara de compresión genera una presión mayor que en la tubería de descarga se origina la apertura de válvula de expulsión liberando así el contenido de la cámara. Cuando surge la descarga se queda un pequeño espacio entre la cabeza del pistón y el extremo de la cámara de compresión, entre este espacio queda un poco de aire y a este fenómeno se le conoce volumen muerto.

Expansión

Conforme el cilindro va retrocediendo el volumen muerto se va expandiendo y por ende la presión disminuye y se origina el siguiente paso.

Admisión

En esta etapa la presión dentro de la cámara de compresión es menor que en la tubería de la válvula de admisión, esto origina que se abra permitiendo el acceso del aire. Cuando la cámara alcanza la misma presión que la tubería de admisión la válvula se cierra.

Algunas ventajas

• Mayor flexibilidad en capacidad de flujo y rango de presiones.

• Alta eficiencia y bajo costo de potencia.

• Capacidad de manejar pequeños volúmenes de aire.

• Menores temperaturas de descarga por su enfriamiento encamisado.

• Fácil de transportar.

• Funcionamiento sencillo.

Algunas desventajas

• En servicios continuos se requieren unidades de reserva.

• Requieren inspección continua.

• Alto nivel de ruido.

• Altos costos de producción de aire comprimido.

Observa los siguientes videos para ampliar tus conocimientos sobre esta tecnología

Compresor de Diafragma

Este tipo de equipo se caracteriza por que el aire no está en contacto con las piezas mecánicas del compresor, ya que cuenta con un diafragma en donde el aire se concentra. El método de compresión se hace a través de un pistón que empuja al diafragma para que este saque a presión el aire concentrado.

Los compresores alternativos son muy similares a los motores alternativos ya que el fluido refrigerante se comprime en el interior de los cilindros por el movimiento alternativo de los pistones. En este caso, el cigüeñal está accionado por un motor eléctrico. El compresor alternativo puede transformar, también, el movimiento circular del eje un movimiento alternativo gracias a la acción de una excéntrica.

Algunas ventajas

• Relativo menor consumo de corriente eléctrica los hay de 1/20 HP hasta de 2 HP.

• Puede soportar mejo la acción corrosiva.

• Al no permitir el contacto del aire con elementos lubricados, este posee mayor pureza.

• Menor Tamaño.

Algunas desventajas

• Algunos modelos producen ruido.

• En algunos equipos la presión de trabajo es relativamente baja.

Observa los siguientes videos para ampliar tus conocimientos.