compresor centrÍfugo
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COMPRESOR CENTRÍFUGO
Los compresores centrífugos, también llamados compresores
radiales, son un tipo especial de turbomaquinaria que incluye bombas,
ventiladores, o compresores.
Los modelos más primitivos de este tipo de máquina2 eran bombas y
ventiladores. Lo que diferencia a estos de los compresores es que el
fluido de trabajo puede ser considerado incompresible, permitiendo así un
análisis preciso a través de laecuación de Bernouilli. Por contra, cualquier
compresor moderno se mueve a altas velocidades por lo que su análisis
debe asumirse un fluido compresible.
Si se le quiere dar una definición, se puede considerar que los
compresores centrífugos producen un incremento de densidad mayor que
un 5 por ciento. Además, la velocidad relativa del fluido puede alcanzar
un número de Mach 0.3 si el fluido de trabajo es aire o nitrógeno. Por otro
lado, los ventiladores incrementan mucho menos la densidad y operan a
Mach mucho más bajo.
Ventajas
Los compresores centrífugos se usan industrialmente por varias razones:
tienen menos componentes a fricción, también relativamente eficientes, y
proporcionan un caudal mayor que los compresores reciprocantes (o de
desplazamiento positivo) de tamaño similar. El mayor inconveniente es
que no llegan a la relación de compresión típica de los compresores
alternativos, a menos que se encadenen varios en serie. Los ventiladores
centrífugos son especialmente adecuados para aplicaciones donde se
requiere un trabajo continuo, como el caso de sistemas de ventilación,
unidades de refrigeración, y otras que requieran mover grandes
volúmenes de aire aumentando su presión mínimamente. Por otro lado,
una serie de compresores alternativos típicamente llegan a conseguir
presiones de salida de 55 a 70 MPa. Un ejemplo de aplicación de
compresores centrífugos es la reinyección de gas natural en los pozos de
petróleo para su extracción.
Muchos compresores centrífugos se usan también en pequeñas turbinas
de gas como APUs (generadores auxiliares) y motores turborreactores de
pequeñas aeronaves (turboejes de helicópteros y algunos turbohélices).
Una razón significativa de ello es que con la tecnología actual,
un compresor axial que opere con estos volúmenes de aire sería menos
eficiente por las pérdidas en las tolerancias del rotor y el estátor. Hay muy
pocos compresores centrífugos de un sólo escalón capaces de entregar
una relación de compresión de 10 a 1, principalmente por las cargas
mecánicas que soportan y que limitan su seguridad, fiabilidad y vida del
producto.
En el caso específico de los motores para aeronaves mencionados
anteriormente, una gran ventaja es la simplicidad de los compresores
centrífugos y su precio relativamente bajo. Requiere menos escalones
que un compresor axial para conseguir el mismo incremento de presión,
ya que el cambio de radio desde la entrada al rotor al borde de salida es
tan acusado que la energía del aire aumenta mucho en un corto espacio.
COMPRESOR AXIAL
El compresor axial se desarrollo para utilizarse con turbinas de gas y
posee diversas ventajas para servicios en motores de reacción de la
aviación. Su aceptación por la industria para instalaciones estacionarias
fue lenta; pero se construyeron varias unidades de gran capacidad para
altos hornos, elevadores de la presión de gas y servicios en túneles
aerodinámicos.
En los compresores de este tipo (Fig. 33), la corriente de aire fluye en
dirección axial, a través de una serie de paletas giratorios de un motor y
de los fijos de un estator, que están concéntricos respecto al eje de
rotación. A diferencia de la turbina, que también emplea los paletas de un
motor y los de un estator, el recorrido de la corriente de un compresor
axial va disminuyendo de área de su sección transversal, en la dirección
de la corriente en proporción a la reducción de volumen del aire según
progresa la compresión de escalón a escalón.
Una vez suministrado el aire al compresor por el conducto de admisión,
pasa la corriente a través de un juego de paletas directores de entrara,
que preparan la corriente para el primer escalón de del compresor. Al
entrar en el grupo de paletas giratorios, la corriente de aire, que tiene una
dirección general axial se defecta en la dirección de la rotación.
Este cambio de dirección de la corriente viene acompañado de una
disminución de la velocidad, con la consiguiente elevación de presión por
efecto de difusión. Al pasar la corriente a través del otro grupo de paletas
del estator se lo para y endereza, después de lo cual es recogida por el
escalón siguiente de paletas rotatorios, donde continúa el proceso de
presurización.
VENTAJAS
La alta eficiencia y la capacidad mas elevada son las únicas ventajas
importantes que tienen los compresores de flujo axial sobre las maquinas
centrífugas, para las instalaciones estacionarias. Su tamaño y su peso
menores no tienen mucha valor, tomando en cuenta, sobre todo, el hecho
de que los precios son comparables a los de las maquinas centrífugas
diseñadas para las mismas condiciones. Las desventajas incluyen una
gama operacional limitada, mayor vulnerabilidad a la corrosión y la
erosión y propensión a las deposiciones.
COMPRESORES RECIPROCANTES O ALTERNATIVOS
Los compresores reciprocantes abarcan desde una capacidad muy
pequeña hasta unos 3000 PCMS. Para equipo de procesos, por lo
general, no se utilizan mucho los tamaños grandes y se prefieren los
centrífugos. Si hay alta presión y un gasto más bien bajo, se necesitan los
reciprocantes. El número de etapas o cilindros se debe seleccionar con
relación a las o temperaturas de descarga, tamaño disponible para los
cilindros y carga en el cuerpo o biela del compresor.
Los tamaños más bien pequeños, hasta unos 100 hp, pueden tener
cilindros de acción sencilla, enfriamiento con aire, y se pueden permitir
que los valores de aceite en el deposito se mezclen con el aire o gas
comprimidos. Estos tipos sólo son deseables en diseños especiales
modificados.
Los tipos pequeños para procesos, de un cilindro y 25 o 200 hp, tienen
enfriamiento por agua, pitón de doble acción, prensaestopas separado
que permite fugas controladas y pueden ser del tipo no lubricado, en el
cual el lubricante no toca el aire o gas comprimido. Se utilizan para aire
para instrumentos o en aplicaciones pequeñas para gas de proceso.
Los compresores más grandes para aire o gas son de dos o más
cilindros. En casi todas las instalaciones, los cilindros se disponen en
forma horizontal y en serie de modo que presenten dos o más etapas de
compresión