Análisis de los diferentes tipos de compresores y explicación de su funcionamiento general, para facilitar el conocimiento de sus características y aplicaciones.
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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.
Los compresores o las bombas de vacío tienen su aplicación en cientos de industrias y procesos, por lo que las alternativas y la capacidad de adaptación de los diseños de los fabricantes, son múltiples. Lo que se conoce habitualmente como un compresor de gases, comprende una serie de máquinas con diferentes estructuras y diseños. Por su aplicación principal se podrían dividir en cinco grupos: Compresores: 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. Ventiladores: 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. Soplantes: 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. Bombas de vacío: 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. Compresores booster: 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: Compresores 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 aire es liberado al sistema. Compresores dinámicos: 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. Ambos sistemas pueden trabajar con una o varias etapas, en función de la presión final requerida para el aire comprimido. En el caso de compresores multietápicos, el aire, al ser liberado de la primera etapa, pasa directamente a la segunda, donde el proceso descrito anteriormente se repite. Entre cada etapa, se instala un refrigerador intermedio que reduce la temperatura de compresión hasta el valor requerido por la etapa siguiente. Cada grupo de compresores usa diferentes diseños para el proceso de compresión. A continuación explicaremos los principales de cada uno de ellos. COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO COMPRESOR DE PISTÓN COMPRESOR DE TORNILLO COMPRESOR DE PALETAS COMPRESOR DE LÓBULOS O ÉMBOLOS ROTATIVOS COMPRESORES SCROLL BOMBAS DE VACÍO COMPRESORES DINÁMICOS COMPRESORES CENTRÍFUGOS RADIALES COMPRESORES CENTRÍFUGOS AXIALES COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO COMPRESOR DE PISTÓN compresores de piston. Aire comprimidoEn 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. COMPRESOR DE TORNILLO compresores de tornillo. Aire comprimidoLa 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. El sentido del desplazamiento del aire es lineal, desde el lado de aspiración hasta el lado de presión, donde se encuentra la tobera de salida. En el esquema inferior, se ve la sección de un conjunto rotórico, donde se pueden apreciar los tornillos en el interior de la carcasa. compresores de tornillo. Aire comprimido Este tipo de tecnología se fabrica en dos ejecuciones diferentes, compresores de tornillo lubricado y compresores de tornillo exento. La diferencia entre ambos estriba en el sistema de lubricación. En el compresor de tornillo lubricado, se inyecta aceite en los rotores para lubricar, sellar y refrigerar el conjunto rotórico. Este tipo de compresor es el más habitual en la industria, debido a que en la mayoría de las aplicaciones, el residual de aceite que queda en la línea de aire comprimido no es un obstáculo para el proceso. En la foto inferior se puede ver un compresor de tornillo lubricado de KAESER.
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