| Los diferentes tipos de compresores |
| Análisis de los diferentes tipos de compresores y explicación de su funcionamiento general, para facilitar el conocimiento de sus características y aplicaciones. |
La tecnología del aire comprimido y gases, por muy estática que parezca, se encuentra en constante evolución. Los fabricantes llevan muchos años investigando sobre nuevos diseños que se adapten a las diferentes exigencias del mercado.
Por su aplicación principal se podrían dividir en cinco grupos:
Máquinas diseñadas para comprimir gases a cualquier presión, por encima de la presión atmosférica. En general, se habla de compresor cuando se trabaja con presiones superiores a los 3 barg.
Máquinas diseñadas para comprimir gases a presiones muy bajas, cercanas a la presión atmosférica. De hecho, los ventiladores apenas incrementan la presión unos gramos sobre la atmosférica.
Compresores que trabajan a baja presión. Deberían estar incluidos dentro del mismo grupo que los compresores, pero se diferencian para evitar confusiones. Las presiones de estos equipos son superiores a las de los ventiladores, pero se considera que están por debajo de los 3 barg.
Son también compresores, pero su trabajo no está pensado para comprimir el aire, sino para aspirarlo de un recipiente o sistema, bajando la presión a valores por debajo de 1 atmósfera. Las bombas de vacío también se pueden usar como un compresor, pero en aplicaciones muy específicas y con valores de presión muy bajos.
Son un tipo de compresores que trabajan con una presión en la aspiración, superior a la atmosférica. Suelen instalarse en combinación con un compresor tradicional, para elevar la presión final de éste.
Sin embargo, la principal clasificación de los diferentes tipos de compresores se realiza por su principio de funcionamiento básico. En este caso, los compresores quedan divididos en dos grandes grupos:
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 aire es liberado al sistema.
El principio de funcionamiento de estos compresores se basa en la aceleración molecular. El aire es aspirado por el rodete a través de su campana de entrada y acelerado a gran velocidad. Después es descargado directamente a unos difusores situados junto al rodete, donde toda la energía cinética del aire se transforma en presión estática. A partir de este punto es liberado al sistema.
COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
En este tipo de compresores, el aire es aspirado al interior de un cilindro, por la acción de un pistón accionado por una biela y un cigüeñal. Ese mismo pistón, al realizar el movimiento contrario, comprime el aire en el interior del mencionado cilindro, liberándolo a la red o a la siguiente etapa, una vez alcanzada la presión requerida.
En la foto de la derecha, vemos el esquema de un compresor de pistón con dos cilindros de ATLAS COPCO, donde se puede ver cómo el cilindro de la derecha, en un movimiento descendente, está aspirando el aire del exterior, mientras que el cilindro de la izquierda, con un movimiento ascendente, lo está comprimiendo.
Los compresores de pistón pueden ser lubricados o exentos de aceite. En el caso de los compresores exentos, la cámara de aspiración y compresión queda aislada de cualquier contacto con el lubricante del compresor, trabajando en seco y evitando que el aire comprimido se contamine con los lubricantes del equipo.
Otro diseño dentro de los compresores de desplazamiento positivo, es el de los equipos que usan un rotor de paletas. 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.
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.
Otro compresor de desplazamiento positivo es el que usa unos rotores de lóbulos o émbolos rotativos. Para ilustrar con más precisión su funcionamiento, usaremos un esquema de los equipos de MPR.
El principio de funcionamiento está basado en el giro de dos rotores de lóbulos en el interior de la carcasa. Como se puede ver en la ilustración superior, los rotores giran de forma sincronizada y en sentido contrario, formando entre ellos unas cámaras en las que entra el aire. En este caso, los lóbulos se limitan a desplazar el aire, consiguiendo aumentar la presión en función de la contrapresión con la que se encuentran en la salida del equipo. Esta contrapresión viene dada por las pérdidas por rozamiento y las necesidades de presión del sistema con el que trabaja. Estos compresores son muy usados como soplantes, es decir, compresores de baja presión. En este tipo de compresores, los rotores pueden ser bilobulares o trilobulares. También existe una ejecución similar que utiliza unos rotores de uña, como se puede ver en la imagen inferior perteneciente a un compresor de ATLAS COPCO.
El funcionamiento es el mismo que el explicado anteriormente, pero en este caso, por la forma especial de los rotores, la cámara de impulsión reduce su espacio para incrementar la presión del aire. Estos compresores consiguen elevar la presión a valores superiores a 7 barg.
Otra tecnología dentro del grupo de desplazamiento positivo, es la de los compresores tipo scroll. No son equipos muy conocidos, pero tienen una aplicación típica en las aplicaciones exentas de aceite.
Las bombas de vacío son también equipos de desplazamiento positivo. Muchos de sus diseños son usados indistintamente como compresores o como bombas de vacío. Existen bombas de vacío de pistón, tornillo, paletas o lóbulos.
Como caso más excepcional, destacamos el diseño de las bombas de vacío de anillo líquido. Como se puede ver en el esquema inferior izquierdo, correspondiente a una bomba de NASH, en estos equipos hay un rotor de paletas fijas, instalado de forma excéntrica en la carcasa de la bomba. En el interior de la carcasa, hay un fluido que generalmente es agua. Cuando el rotor gira a su velocidad nominal, la fuerza centrífuga que ejerce sobre el fluido, hace que éste se pegue a las paredes internas de la carcasa, formando con las paletas del rotor unas cámaras de aspiración y compresión, cuyo funcionamiento es similar al del compresor de paletas. En la foto inferior derecha, se muestra una bomba de vacío de anillo líquido de FLOWSERVE SIHI.
A este grupo pertenecen los compresores centrífugos tradicionales. En estos equipos, el aire 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 y es guiado al cuerpo de impulsión.
En estos compresores, el aire entra directamente por la campana de aspiración (1) hacia el rotor (2) y difusor (3), saliendo a la siguiente etapa o a la red por la voluta (4).
Estos equipos son menos comunes en la industria. Se diferencian de los anteriores en que el aire circula en paralelo al eje. Los compresores axiales están formados por varios discos llamados rotores. Entre cada rotor, se instala otro disco denominado estator, donde el aire acelerado por el rotor, incrementa su presión antes de entrar en el disco siguiente. En la aspiración de algunos compresores, se instalan unos álabes guía, que permiten orientar la corriente de aire para que entre con el ángulo adecuado.
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La tecnología de los compresores de tornillo se basa en el desplazamiento del aire, a través de las cámaras que se crean con el giro simultáneo y en sentido contrario, de dos tornillos, uno macho y otro hembra. Como se puede ver en el esquema, el aire llena los espacios creados entre ambos tornillos, aumentando la presión según se va reduciendo el volumen en las citadas cámaras.
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