2 en el lugar en que se muestran en el croquis
4.2.3 Compresores rotativos
Los compresores rotativos se diferencian de los alternativos en que el movimiento del elemento impulsor es giratorio en vez de ser lineal. En los rotativos el papel del pistón o émbolo lo desempeña el rotor. Existen muchos diseños mecánicos de este tipo de compresor, que no podemos describir en detalle por razones de espacio. Nos limitaremos a mencionar las tres grandes clases de compresores rotativos.
1. Compresores de desplazamiento positivo. Incluyen los de paletas, engranajes, lóbulos, tornillos, y otros parecidos. En esta clase la diversidad de diseños mecánicos es mucho mayor que en las otras dos clases.
2. Compresores centrífugos.
3. Compresores de flujo axial o turbocompresores.
Aunque no podemos describir en detalle el funcionamiento de todos los tipos, al menos vamos a dar a grandes rasgos la operación de algunos. Comenzaremos con los de desplazamiento positivo. Como ejem- plo tomamos un compresor de paletas rectas.
En el compresor de paletas rectas que se observa en el croquis el gas ingresa por la tubería de admisión 4 al recinto de succión si- tuado a la izquierda, donde es tomado por las paletas 3 que giran en el sentido horario. Las paletas están insertas en el cuerpo del rotor excéntrico 2 y se deslizan en sus alojamientos, lo que permite un buen contacto con la envoltura 1 por la acción de resortes en los alojamientos. La porción de gas que se encuentra entre dos pa- letas vecinas se comprime a medida que avanza hacia la salida 5 debido a que el espacio entre las paletas y el cuerpo disminuye hacia la derecha. El diagrama P-V de la evolución del gas es idén- tico al de un compresor alternativo.
Otro caso de compresor de desplazamiento positivo que encuentra gran aplicación es el de lóbulos rotati- vos, también llamado compresor Roots. Es un compresor de la clase de los compresores de doble rotor o de doble impulsor, que son aquellos que trabajan con dos rotores acoplados, montados sobre ejes parale- los, para una misma etapa de compresión. El compresor Roots encuentra gran aplicación como sobreali- mentador de los motores diesel o sopladores de gases a presión moderada. Los rotores, que por lo general son de dos o tres lóbulos, están conectados mediante engranajes exteriores. El gas que entra al compresor queda atrapado entre los lóbulos y la envoltura. Con el movimiento de los rotores resulta comprimido debido al estrecho juego existente entre los lóbulos que se desplazan en el interior de la envoltura.
Otro compresor de desplazamiento positivo muy usado hoy en diversas aplicaciones es el compresor a tor- nillo. En este tipo la compresión se produce en el sentido axial por el uso de rotores en espiral a la manera de un tornillo sin fin. Acoplando dos rotores de este tipo, uno convexo y otro cóncavo, y haciéndolos girar en sentidos opuestos se logra desplazar el gas, paralelamente a los dos ejes, entre los rotores y la envoltura. Los compresores centrífugos operan según un principio diferen-
te. En este caso lo que produce la compresión es la fuerza cen- trífuga que imprimen las paletas al gas. Este tipo de compresor funciona mejor con gases de mayor peso molecular, debido a que la fuerza centrífuga es proporcional a la masa de las molé- culas. El movimiento del gas es puramente radial, entrando al compresor por su parte central y saliendo por la periferia. El ro- tor provisto de paletas móviles 2 está sujeto al árbol 1, que al gi- rar produce la fuerza centrífuga impulsando al gas hacia la peri- feria, donde se encuentra con las paletas fijas 3 que están suje- tas al cuerpo del compresor 4, que disminuyen la velocidad del gas y, a expensas de la disminución de energía cinética, aumen- tan la presión.
En los turbocompresores el gas se mueve en dirección axial (es decir paralelo al eje del compresor) en vez de tener una dirección radial como sucede en los compresores centrífugos. A medida que avanza a lo largo del compresor encuentra a su paso una gran cantidad de ruedas que giran a muy alta velocidad, cada una
de las cuales tiene una gran cantidad de paletas o alabes. Entre cada par de ruedas hay un conjunto de pa- letas fijas, que imprimen un cambio de dirección y retardan al gas, produciendo una disminución de energía cinética, con aumento de presión.
Constructivamente los turbocompresores son muy similares a las turbinas, de ahí su nombre. De hecho, al- gunos llaman turboexpansores a las turbinas.
La foto ilustra el rotor de un turbocompresor. A la derecha vemos el corte de un turbocompresor como el de la foto. El ingreso de gas se hace por el extremo izquierdo, y sale comprimido por el extremo derecho.
Además de los compresores rotativos y alternativos, se suele a veces incluir entre los compresores a los eyectores e inductores, que se usan para comprimir gases y para producir vacío. Se basan en la transfe- rencia de cantidad de movimiento al fluido comprimido desde otro fluido llamado fluido motor, generalmente vapor. En la siguiente figura se ilustra la estructura de estos equipos.
de alta presión y tiene la misión de arrastrar y comprimir el vapor que ingresa por el costado de la cámara de succión. Los eyectores se usan principalmente para producir vacío. Se suelen encontrar en plantas de energía eléctrica en los condensadores de turbinas de vapor, y también se usan para ayudar la evaporación de soluciones acuosas, en aplicaciones de desaireación, empaquetado al vacío, desodorización, secado, refrigeración, y destilación.
4.2.4 Aplicaciones de los compresores
Los compresores tienen distintos usos según su diseño mecánico y las condiciones de operación. Se los encuentra en una gran cantidad de aplicaciones cuya lista sería demasiado larga para exponerla aquí. Bas- te decir que los compresores son una de las clases de equipo mas frecuente en la industria y los servicios. Por ejemplo, prácticamente no hay hogar ni comercio que no tenga instalado un refrigerador eléctrico o un acondicionador de aire, y en cada uno de ellos hay un compresor.
Como ya hemos explicado antes, un compresor puede operar comprimiendo un gas o vapor o produciendo vacío. La siguiente tabla muestra los límites aproximados usuales para distintos tipos de compresores.
Tipo de compresor Máxima presión de descarga aproximada, Psia Máxima relación de compresión por etapa Máxima relación de compresión para el compresor Alternativos 35000 10 --- Centrífugos 4200 4 10 Rotativos 125 4 4 De flujo axial 90 1.2 6
Prácticamente todos los diseños de compresor pueden funcionar como equipos de vacío y en ese caso re- ciben la denominación de bombas de vacío. Los límites usuales de aplicación de las bombas de vacío se pueden observar en la siguiente tabla.
Tipo de bomba de vacío Presión de succión aproximada, Torr Centrífugos 6 Alternativos 0.3 Eyectores 0.005 Rotativos 1×10-5 De difusión de aceite 1×10-7
El ingeniero que debe elegir un compresor suele consultar un “mapa” de prestaciones, en el que se repre- sentan las distintas zonas de aplicación de las distintas clases de compresores. Este mapa suele ser un diagrama en el que se pone el flujo en el eje horizontal y la presión de descarga en el vertical. El siguiente es un ejemplo representativo del aspecto que tiene un mapa de este tipo. La guía que se obtiene mediante un mapa como éste es sólo indicativa, ya que los distintos tipos de compresor pueden variar ampliamente en los límites de aplicación.
Los turbocompresores pueden tener aumentos de entalpía en el orden de 100 KJ/Kg. Por lo general se venden en versiones multietapa, con hasta 20 etapas. Son capaces de manejar grandes caudales, hasta
los 10 bar. Los compresores radiales se pueden obtener en una gran variedad de diseños y capacidades, con elevaciones de entalpía del orden de 200 KJ/Kg por etapa. Muchos están diseñados para presiones de salida mayores de 2 bar, con límites superiores muy altos en las versiones multietapa, y caudales de hasta 70 m3/seg medidos en condiciones normales. Los compresores de tornillo se diseñan para presiones mayo- res de 2 bar en la salida, pudiendo entregar hasta 45 bar. Por lo general están limitados en caudal a unos 12 m3/seg, dependiendo del tamaño. Suelen tener relaciones de compresión r del orden de 7 a 1.
Los datos mencionados son valores medios indicativos. Existe una gran dispersión de datos, y se pueden encontrar unidades que operan fuera de estos límites. Además, el comportamiento en algunos tipos difiere según que el compresor haya sido diseñado para comprimir gases livianos (aire, vapor de agua) o mas pe- sados como los hidrocarburos.