Compresores y Sopladores

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA

FACULTAD: ING. QUÍMICA Y AMBIENTAL ESCUELA: ING. QUÍMICA

COMPRESORES Y SOPLADORES

CURSO:

TRANFERENCIA DE CANT. DE MOVIMIENTO CATEDRÁTICO:

ING. JUAN TOLEDO HUAMAN ALUMNA:

CYNTHIA BENDEZÚ HERNÁNDEZ. SEMESTRE:

VI CICLO

ICA - PERU - AÑO 2010 -

COMPRESORES Se llama compresores a las máquinas que sirven para comprimir los gases. Un compresor es una máquina térmica de fluido que está construida para aumentar la presión de una sustancia y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Ésta energía es adquirida por el fluido en forma de energía cinética y presión (energía de flujo). Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir. Su fluido de trabajo es compresible,

por

ello

sufren

un

cambio

apreciable

de

densidad

y,

generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable. Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable. Se utiliza principalmente en aires acondicionados.

Estructura de los compresores Los elementos principales de esta estructura son: motor, cuerpo, tapas, enfriador y árboles. El cuerpo y las tapas del compresor se enfrían por el agua. Los elementos constructivos tienen ciertas particularidades. Para disminuir las perdidas de energía de la fricción mecánica de los extremos de las placas contra el cuerpo en este se colocan dos anillos de descarga que giran libremente en el cuerpo. A la superficie exterior de estos se envía lubricación. Al girar el motor los extremos de las placas se apoyan en el anillo de descarga y se deslizan parcialmente por la superficie interior de estos; los anillos de descarga giran simultáneamente en el cuerpo. Al fin de disminuir las fuerzas de fricción en las ranuras las placas se colocan no radicalmente sino desviándolas hacia adelante en dirección de la rotación. El ángulo de desviación constituye 7 a 10 grados. En este caso la dirección de la fuerza que actúa sobre las placas por lado del cuerpo y los anillos de descarga se aproxima a la dirección de desplazamiento de la placa en la ranura y la fuerza de fricción disminuye. Para disminuir las fugas de gas a través de los huelgos axiales, en el buje del motor se colocan anillos de empacaduras apretados con resortes contra las superficies de las tapas. Por el lado de salida del árbol a través de la tapa, se ha colocado una junta de prensaestopas con dispositivos tensor de resortes. El compresor esta compuesto por: bielas (barras), pistones, embobinado, bomba de lubricación, anillos de lubricación, anillos de presión, aceite, sedaso o plato, cigüeñal, carter, bobinas, terminales que son siempre en conexiones de tipo estrella o estrella delta. Se suelen clasificar según varios principios. Las 2 clasificaciones presentadas a continuación son complementarias de modo que, por ejemplo: un motor de explosión es un motor térmico -alternativo (de desplazamiento positivo).

CLASIFICACION DE LOS COMPRESORES Pueden clasificarse en dos grupos: 1. Compresores de desplazamiento positivo 2. Compresores de desplazamiento no positivo

CLASIFICACIÓN DE LOS COMPRESORES: •

Compresores de Desplazamiento Positivo:

Los Compresores de Desplazamiento Positivo son capaces de altas razones de compresión por etapa, pero como operan discontinuamente no pueden trabajar con caudales elevados. Ejm: En los compresores de gas donde el incremento de presión se logra introduciendo un volumen de gas en espacio determinado, que posteriormente es reducido por medios mecánicos. Entre los que se incluyen: compresores de pistón, de diafragma y de engranajes.

Los compresores de desplazamiento positivo se dividen a la vez en dos grupos, los reciprocantes y los rotativos. •

Compresores rotatorios / rotativos:

Hay varios tipos de compresores rotatorios pero todos tienen el mismo tipo de curva de rendimiento que el compresor reciprocantes: es decir, son de capacidad fija con contrapresión variable. Los compresores rotatorios se prestan más para las unidades motrices de velocidad variable, como las turbinas de vapor, que los compresores reciprocantes. Por lo general, estos compresores tienen una capacidad máxima de unos 25.000 ft3/min. Los tipos más comunes de compresores rotatorios son los de espiral y de lóbulos rotatorios, que ofrecen la ventaja de que el aire no contiene aceite, porque no hay contacto con ninguna parte en la zona de compresión. Su diseño rotatorio les da una capacidad mucho mayor que la del compresor reciprocante y sin problemas de pulsaciones.

• Compresores reciprocantes: Funcionan con el principio adiabático mediante el cual se introduce el gas en el cilindro por las válvulas de entrada, se retiene y comprime en el cilindro y sale por las válvulas de descarga, en contra de la presión de descarga.

En estos equipos el elemento principal de compresión es un pistón que se mueve alternativamente dentro de un cilindro, lográndose así la reducción del volumen del gas a comprimir. Estos compresores rara vez se emplean como unidades individuales, salvo que el proceso requiera funcionamiento intermitente. Por ejemplo, si hay que regenerar un catalizador cada dos o tres meses o se tiene un suministro de reserva en otra fuente, esto daría tiempo para reparar o reemplazar las válvulas o anillos de los pistones, si es necesario. Los compresores reciprocantes tienen piezas en contacto como los anillos de los pistones con las paredes del cilindro, resortes y placas o discos de válvulas que se acoplan con sus asientos y entre la empaquetadura y la biela. Todas estas partes están sujetas a desgaste por fricción. Los compresores de pistón pueden ser se simple o doble efecto, según si una o ambas caras del pistón realicen compresión sobre el fluido. Los de simple efecto comprimen el aire en la parte superior del cilindro y normalmente son del tipo entroncado. Los de doble efecto requieren una acople mediante crucetas, para procurar que el movimiento de vástago sea lineal, con lo cual puede lograrse una reducción en el largo del pistón, creándose dos cámaras de compresión: una por arriba y otra por abajo del mismo. Los compresores reciprocantes pueden ser además lubricados o no lubricados; estos últimos tienen anillos de politetrafluoretileno (PTFE) autolubricados. Los compresores no lubricados del tipo entroncado tienen carcaza seca, con rodamientos de engrase permanente, mientras que los de cruceta tienen la biela más larga de forma que su parte lubricada no entre en la cámara de compresión. Los compresores reciprocantes normalmente tienen válvula auto-accionadas las cuales abren y cierran según la diferencia de presión que exista a través de ellas. Los compresores alternativos son los equipos de compresión más usados; poseen un alto rango de tamaños y tipos diferentes, su potencia varía desde

fracciones de hp hasta unidades de más de 12.000 hp, con rangos de presión desde menos de uno hasta más de 4000 bar. Otra ventaja de estos equipos, es que son más eficientes para la mayoría para la mayoría de las aplicaciones, pudiendo ser instalados con equipos de control de capacidad para mantener se eficiencia a cargas parciales. Debido al movimiento reciprocante de los pistones y a otras partes rodantes desbalanceadas, las fuerzas de inercia tienden a desbalancear la unidad; por ello es necesario emplear alguna base o función que establece la instalación. La aplicación de este requerimiento depende del tipo y tamaño del compresor. Dadas las características de funcionamiento de este tipo de compresores, el flujo del aire que ellos entregan no es continuo sino pulsante, lo que representa una desventaja. Sin embargo, ello puede minimizarse utilizando un amortiguador de pulsaciones. A continuación daremos un trato especial a algunos compresores reciprocantes debido a sus características muy particulares.

* Compresores de pistón libre: Se trata de un arreglo especial, en donde el compresor se encuentra integrado a un motor diesel de manera tal que no existe conexión mecánica alguna. En principio, se trata de un diseño sencillo, pero en la práctica, el diseño es sumamente complicado debido a la necesidad de sincronismo de los pistones, y de un sistema de arranque. El principio de operación de estos equipos es el siguiente: Haciendo uso del aire comprimido se logra el movimiento hacia adentro de los dos pistones, comprimiéndose el aire contenido en la cámara de

combustión. Cuando los pistones se encuentran cerca del punto muerto inferior, se inyecta el combustible, produciéndose la combustión por efecto de la temperatura. Al incrementarse bruscamente la presión en la cámara de combustión, los pistones son forzados hacia fuera, obteniéndose la compresión del aire en las cámaras de compresión.

* Compresor tipo laberinto: Este es un tipo especial de compresor de desplazamiento positivo que trabaja sin anillos en el pistón y suministra aire excento de aceite. El sello entre el pistón y el cilindro se logra con una serie de laberintos . Los pistones en su superficie llevan mecanizada una rosca cuyas crestas crean remolinos de aires que bloquean las fugas, Estas fugas internas son mucho mayores y las R.P.M. menores que en los compresores que emplean anillos en el pistón, por lo que solo se recomienda este tipo de unidad debido a su capacidad de ofrecer aire absolutamente libre de aceite.

•

Compresores de Desplazamiento no Positivo:

• Compresores centrífugos: Los compresores centrífugos, no son capaces de producir altas razones de compresión por etapa, pero pueden trabajar con grandes volúmenes de flujo, debido a que operan continuamente. La mayoría de las bombas y compresores usados en operaciones normales de procesos son del tipo centrífugo (lo que está de acuerdo con nuestra observación previa de que la mayoría de los procesos tienden a ser de tipo continuo).

Las condiciones que es preciso tomar en cuenta son: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

La presión barométrica mas baja La presión de admisión mas baja La temperatura máxima de admisión La razón mas alta de calores específicos La menor densidad relativa El volumen máximo de admisión La presión máxima de descarga

Los compresores centrífugos son los más usados en las industrias. Se utilizan para desplazar líquidos a través de un sistema de tuberías accionadas principalmente por motores eléctricos y de combustión interna. Estas bombas crean un flujo utilizando la energía cinética de un rodete giratorio para generar el movimiento del fluido. La eficacia de un compresor centrífugo depende del rendimiento de este rodete. Clasificación de los compresores centrífugos:

Debido a la gran variedad, estos pueden clasificarse como:

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Compresor centrífugo voluto: El impulsor descarga en una caja espiral que se expande progresivamente, proporcionada en tal forma que la velocidad del líquido se reduce en forma gradual. Por este medio, parte de la energía de velocidad del líquido se convierte en presión estática.

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Compresor centrífugo difusor: Los álabes (rueda perfilada) direccionales estacionarios rodean al rotor o impulsor en una bomba del tipo de difusor. Estos pasajes con expansión gradual cambian la dirección del flujo del líquido y convierten la energía de velocidad a columna de presión.

•

Compresor centrífugo turbina: En este tipo de compresor se producen remolinos en el líquido por medio de los álabes a velocidades muy altas dentro del canal anular en el que gira el impulsor. Los compresores centrífugos horizontales: Las bombas centrífugas con el eje de giro horizontal tienen el motor a la misma altura. Éste tipo de bombas se utiliza para el funcionamiento en seco. El líquido llega siempre a la bomba por medio de una tubería de aspiración.

Los compresores centrífugos verticales: Las bombas centrífugas con el eje de giro en posición vertical tienen el motor a nivel superior al de la bomba y trabajan siempre rodeadas por el líquido a bombear.

Existen otras clasificaciones de las bombas centrífugas, según el tipo de flujo:

-

Compresor centrífugo de flujo radial: En el caso de flujos bajos y altas

presiones, la acción del rotor de la compresor centrífugo es en gran medida radial.

-

Compresor centrífugo de flujo axial: Las bombas de flujo axial

desarrollan su columna por la acción de su impulso o elevación de las paletas sobre el líquido.

-

Compresor centrífugo de flujo mixto: Las bombas de flujo mixto

desarrollan su columna parcialmente por fuerza centrífuga y parcialmente por el impulsor de los álabes sobre el líquido. El diámetro de descarga de los impulsores es mayor que el de entrada.

• 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. presor axial simple puede estar constituido teóricamente por varias etapas según sea necesario, pero esto puede producir que a determinadas velocidades las ultimas etapas funcionen con bajo rendimiento y las primeras etapas trabajen sobrecargadas. Esto puede ser corregido ya sea con extracción de aire entre etapas o se puede conseguir mucha mayor flexibilidad y rendimiento partiendo el compresor en dos sistemas rotatorios completamente independientes mecánicamente, cada uno arrastrado por su

propia turbina. El compresor de alta tiene paletas más cortos que el de baja y es mas ligero de peso. Puesto que el trabajo de compresión de compresor de alta trabaja a mayor temperatura que el de baja se podrán conseguir velocidades mas altas antes de que las puntas de los paletas alcancen su número de Mach límite, ya que la velocidad del sonido aumento a mayor temperatura. Por consiguiente el compresor de alta podrá rodar a mayor velocidad que el de baja. El aire al salir del compresor pasa a través de un difusor que lo prepara para entrar a la cámara de combustión.

APLICACIONES Los compresores se emplean para aumentar la presión de una gran variedad de gases y vapores para un gran numero de aplicaciones. Un caso común es el compresor de aire, que suministra aire a elevada presión para transporte, pintura a pistola, inflamiento de neumáticos, limpieza, herramientas neumáticas y perforadoras. Otro es el compresor de refrigeración, empleado para comprimir el gas del vaporizador. Otras aplicaciones abarcan procesos químicos, conducción de gases, turbinas de gas y construcción. Las máquinas para comprimir y mover gases tienen tantas apliaciones como necesidades de gases a diferentes presiones, se presentan en todo tipo de actividades industriales. Las aplicaciones más conocidas son las de los sistemas de aire acondicionado en todo tipo de edificios y recintos. Se aplican, también, para el enfriamiento de motores eléctricos, motores de combustión interna, en motores turbo, transformadores, generadores, etc. Se usan para hacer circular los gases de combustión en las calderas y máquinas de vapor. Se aplican en los sistemas de transporte neumático y en muchos procesos industriales, como la criogenia, la siderurgia, en diferentes proess químicos, etc.

SOPLADORES Un soplador es un dispositivo mecánico que consiste de aspas móviles que tiene la función de forzar la circulación del aire a través de un venturí, que es una reducción que causa un incremento den la presión del aire, que se mueve a través del mismo. El soplador en un sistema de calefacción de aire forzado, es el componente que mueve el aire a través del intercambiador de calor o de las resistencias calefactoras y a través de los ductos distribuidores del aire al edificio. En los sistemas con grandes ductos, se usan sopladores de “ida” y “retorno”. Los sopladores usados en los sistemas de aire forzando incluyen ventiladores, sopladores centrífugos y sopladores de flujo axial.

TIPO DE SOPLADORES Los sopladores pueden ser de tipo: •

Centrífugo

•

Axial

•

Aspas Axiales

•

De Desplazamiento Positivo: Reciprocantes: de acción única o doble Rotatorios: lóbulo, paleta, tornillo

1. Los sopladores centrífugos:

Consiste de un arrollamiento o cubierta metálica, la rueda de un soplador y las aletas de entrada. En la medida que el volante gire sobre su eje, se crea un área de baja presión en el centro del volante. El aire pasa a través de las aletas de la rueda del soplador y es jalado por medio de una fuerza centrífuga a través de la descarga del soplador. La mayoría de los sopladores tienen ruedas con aletas para girar en las direcciones de frente y reversa, estas aletas tienen una cierta curvatura. Los sopladores centrífugos, se usan en sistemas de aire forzado de baja presión y algunos de media y alta presión. Los sopladores centrífugos son compresores centrífugos a los que se los denomina Sopladores, por operar en aplicaciones donde se requiera baja presión y alto caudal de funcionamiento.

El aire ingresa por el llamado impulsor, y las aspas giratorias lo lanzan hacia afuera por las aspas giratorias, por lo tanto agrega energía cinética. El gas a alta velocidad se colecta por la voluta que rodea al rotor, donde la energía cinética se convierte en una presión de gas aumentada para entregarse a través de un sistema de ductos para su uso posterior. Para la construcción del rotor existen cuatro diseños básicos. El aspa inclinada hacia atrás se fabrica con frecuencia con simples placas lisas. A medida que el rotor gira, el aire tiende a abandonar en dirección paralela al aspa a lo largo del vector llamado υb. Sin embargo, éste se suma en forma

vectorial a la velocidad tangencial de la misma aspa υr, que proporciona la velocidad resultante que se muestra como υR. Las aspas curvadas hacia delante proporcionan en general una velocidad resultante de aire más alta, debido a que los dos vectores componentes están casi en dirección.

la misma

2. Los sopladores de Flujo Axial:

Estos contienen una rueda con un soplador que trabaja como una turbina de rueda que se encuentra montada sobre un eje con sus ejes paralelos al flujo del aire. El volante o rueda gira a alta velocidad. Los motores de este soplador y de los otros tipos, son eléctricos y son los que proporcionan la potencia mecánica para accionar la rueda.

3. Los sopladores de aspas axiales son similares a los ventiladores de ducto descritos, con la excepción de que en aquellos es común que los sopladores tengan aspas con forma

de aeroplano e incluyan paletas dentro de la carcasa para reencauzar el flujo en forma axial dentro del ducto siguiente. Esto da como resultado una capacidad de presión estática mayor para el soplador, y reduce los remolinos del aire.

4. Los sopladores, de desplazamiento positivo, en los cuales un elemento rotatorio desplaza un volumen fijo con cada revolución. Los sopladores de desplazamiento positivo son requeridos para crear una cantidad predecible de gases químicos de manejo de flujo con varias propiedades, tales como gases inflamables, corrosivos, peligrosos, de alta presión y de alta temperatura.

- Los sopladores de lóbulos van desde muy pequeños, para compresores producidos en serie, desde unos 2ft3/min., hasta los más grandes, para unos 20000 PCMS. Se usan principalmente como sopladores de baja presión, que comprimen el aire o gases desde la presión atmosférica hasta 5 a 7 psig y, algunos hasta 25 psig, en tipos especiales. El más antiguo y conocido es el soplador de lóbulos, en el cual dos o tres rotores en forma de ·8· se acoplan entre sí y se impulsan con engranes de sincronización montados en cada eje.

- Sopladores de paletas de desplazamiento positivo o fijo: Los sopladores de paletas de desplazamiento fijo pueden tener uno o varios elementos de bombeo.

Está formado por un elemento compacto que contiene el rotor, las paletas, el anillo del estator y los discos del cabezal. El conjunto se puede extraer con facilidad sin necesidad de desmontar la bomba del circuito hidráulico. El perfil elíptico del anillo del estator, con dobles cámaras de aspiración e impulsión contrapuestas, anula las fuerzas de empuje radiales sobre el rotor reduciendo el desgaste de la bomba. El empleo de un rotor de paletas múltiples reduce las pulsaciones de la presión de impulsión, y con ellas las vibraciones y el ruido producido por la bomba.

. 1. Estator mecanizado con una forma especial. 2. Paletas monobloque en forma de "U". 3. Cuerpo de bomba. 4. Rotor.

- Sopladores a Tornillo, que permiten trabajar a una mayor presión que los sopladores centrífugos, teniendo la posibilidad de trabajar en altos caudales a una presión máxima de 3.5 bar. Los Sopladores a

Tornillo son dispositivos de desplazamiento

positivo, lo que la diferencian de los sopladores centrífugos. Este tipo

de máquinas usan un tornillo helicoidal excéntrico que se mueve dentro de una camisa y hace fluir el líquido entre el tornillo y la camisa. El fluido que rodea los rotores en la zona de aspiración es atrapado a medida que estos giran, es empujado y forzado a salir por el otro extremo. Pueden operar con flujos fijos a su descarga, aún cuando bombeen contra una red de presión variable, no como en el caso de los sopladores centrífugos, donde el flujo entregado depende de la presión

a su descarga. Debido a sus características, este tipo de sopladores son ideales para fluidos altamente viscosos, con contenidos de sólidos muy altos, que no necesiten removerse o que formen espumas si se agitan.

BIBLIOGRAFIA •

Biblioteca del Ingeniero Químico (Tomo 2) Robert H. Perry Ed. Mc Graw-Hill

•

Compresores. Selección, Uso y Mantenimientos

Richard W. Greene, Cuerpo de redactores Chemical Engineering Magazine Ed. Mc Graw-Hill Tecnología Química

•

L.A. Rubio Felipe Ed. Tecnos S.A. Bombas. Su Seleccion y Aplicación

•

Tyler G. Hicks, BME Companía Editorial Continental S.A. Enciclopedia de Química Industrial (Tomos 3, 8, 13, y 15)

•

Winnacker – Wengarhner Ingeniería Química

•

Brown Ed. Marín •

Bombas. Selección, uso y mantenimiento. Editorial Calypso, S.A., México, D.F. 1989.

•

Mataix C. Mecánica de Fluidos y máquinas hidráulicas. Segunda Edición, Harla. México 1982.

•

Pfleiderer C. Die Kreiselpumpen fuer FluessigKeiten und gase. Springer Verlag. 1955

•

Poradnik Inzyniera Mechanika. W.N.T. Warszawa. 1980

•

Stepanolf A.J. Radial und axialpumpen. Springer Verlag. 1959

•

Tyler G. Bombas, su Selección y aplicación. CECSA, 1981.

•

Techanische Handbuch. Pumpen VEB Verlag Technick, Berlín 1961

•

http://books.google.com.pe/books? id=O9WYXlGJoXwC&pg=PA264&dq=tipos+de+sopladores&hl=es&ei=EyraS7aSEIfUt gPd2eG7AQ&sa=X&oi=book_result&ct=result#v=onepage&q=tipos%20de %20sopladores&f=false

•

www.infomecanica.com\automatismos.htm

•

http://www.logismarket.es/ip/alpesan-elevate-compresor-de-aire-alquiler-decompresores-de-aire-a-presion-358747-FGR.jpg

•

http://webcache.googleusercontent.com/search? q=cache:oPju_7KyQdkJ:www.monografias.com/trabajos23/bombas-ycompresores/bombas-ycompresores.shtml+soplador+de+desplazamiento+positivo+a+tornillo&cd=7&hl=e s&ct=clnk&gl=pe

•

http://books.google.com.pe/books? id=1ShJLuv8IHIC&pg=PA326&dq=compresores+y+sopladores&cd=6#v=onepage&q =compresores%20y%20sopladores&f=false