1. Compresores

Son máquinas de flujo continuo donde se transforma la energía cinética (velocidad) en presión.

La capacidad real de un compresor es menor que el volumen desplazado del mismo, debido a razones como las siguientes:

1. Caída de presión en la succión.
2. Calentamiento del aire de entrada.
3. Expansión del gas retenido en el volumen muerto.
4. Fugas internas y externas.

2. Tipos de Compresores

2.1. Compresores de Desplazamiento Positivo

1. Compresores de Émbolo
2. Ventiladores Compresores
3. Ventiladores No Compresores

2.2. Compresores de Desplazamiento No Positivo (Dinámicos)

1. Ventiladores Centrífugos de Flujo Radial.
2. Compresores de Flujo Axial.
3. Compresores de Flujo Mixto.

3. Compresores de Desplazamiento Positivo: Detalles

Los tipos de desplazamiento positivo se dividen en dos categorías básicas: reciprocantes y rotatorios. El compresor reciprocante tiene uno o más cilindros en los cuales hay un pistón o émbolo de movimiento alternativo que desplaza un volumen positivo en cada carrera. Los rotatorios incluyen los tipos de lóbulos, espiral, aspas o paletas, y anillo de líquido. Cada uno cuenta con una carcasa y elementos rotatorios que se acoplan entre sí (como los lóbulos o las espirales) o desplazan un volumen fijo en cada rotación.

3.1. Compresores Reciprocantes o Alternativos

Los compresores reciprocantes abarcan desde una capacidad muy pequeña hasta unos 3000 PCMS. Para equipos de procesos, por lo general, no se utilizan mucho los tamaños grandes; se prefieren los centrífugos. Si se requiere alta presión y un caudal más bien bajo, los reciprocantes son necesarios. El número de etapas o cilindros se debe seleccionar en relación con las temperaturas de descarga, el tamaño disponible para los cilindros y la 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 permiten que los valores de aceite en el depósito se mezclen con el aire o gas comprimidos. Estos tipos solo son deseables en diseños especiales modificados.

Los tipos pequeños para procesos, de un cilindro y 25 o 200 hp, tienen enfriamiento por agua, pistón de doble acción, prensaestopas separado que permite fugas controladas, y pueden ser del tipo no lubricado, en el cual el lubricante no entra en contacto con el aire o gas comprimido. Se utilizan para aire de 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 de forma horizontal y en serie, presentando dos o más etapas de compresión.

3.2. Compresores Rotatorios

Sopladores, bombas de vacío y compresores rotatorios son todos de desplazamiento positivo, en los cuales un elemento rotatorio desplaza un volumen fijo con cada revolución.

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 engranajes de sincronización montados en cada eje. Los sopladores de lóbulos van desde muy pequeños, para compresores producidos en serie (desde unos 2 ft³/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. También se utilizan mucho como bombas de vacío, que son en realidad compresores que funcionan con presiones de succión inferiores a la atmosférica y con presiones de descarga iguales o ligeramente superiores a la atmosférica.

El segundo estilo es el de aspas o paletas deslizantes, que tiene un rotor con ranuras, dentro de las cuales las aspas se deslizan hacia dentro y hacia afuera en cada revolución. Las aspas atrapan el aire o gas y de forma gradual reducen su volumen y aumentan la presión hasta que el gas escapa por orificios en la carcasa. En las industrias de procesos químicos, los tipos de lóbulos y de aspas tienen aplicación limitada porque producen presiones bajas y, en general, solo se pueden obtener con carcasa de hierro fundido, lo que los hace inadecuados para ciertos gases corrosivos o peligrosos.

Un tercer tipo es el compresor de espiral rotatorio, que se utiliza para altas presiones y está disponible en tamaños grandes. Están disponibles en estructuras enfriadas por aceite y secas. Sus capacidades van desde unos 50 hasta 3500 PCMS en el tipo inundado por aceite, y de 1000 a 20000 PCMS en los de tipo seco. Estos pueden funcionar a velocidades de 10000 a 12000 rpm y con presiones de descarga de 200 a 400 psig, lo que representa un aumento de 50 psig por carcasa.

4. Compresores Dinámicos y Centrífugos

Los compresores centrífugos son el tipo que más se emplea en la industria de procesos químicos porque su construcción sencilla y libre de mantenimiento permite un funcionamiento continuo durante largos períodos.

El compresor centrífugo más sencillo es el suspendido, de una sola etapa. Están disponibles para flujos desde 3000 hasta 150000 PCMS. El impulsor convencional, cerrado o con placas, se utilizaría para cargas adiabáticas de hasta unas 12000 (ft·lb)/lb. El impulsor abierto, de álabes radiales, producirá más carga con los mismos diámetros y velocidad. Sus variantes, con inductor o álabes tridimensionales, producirán hasta 20000 (ft·lb)/lb de carga.

Se utilizan diseños similares, hechos con materiales más resistentes y a velocidades más altas, en aplicaciones especiales como compresores de aire con engranajes integrales, para aplicaciones aeroespaciales, en los turbocargadores para motores de combustión, compresores de carga, etc.

4.1. Compresores de Flujo Axial

En estos compresores, el flujo del gas es paralelo al eje o al árbol del compresor y no cambia de sentido, como en los centrífugos de flujo radial. La carga por etapa del axial es mucho menor (menos de la mitad) que la de un tipo centrífugo; por ello, la mayor parte de los axiales constan de un cierto número de etapas en serie. Cada etapa consta de aspas rotatorias y fijas. En un diseño de reacción del 50 %, la mitad del aumento de la presión ocurre en las aspas del rotor, y la otra mitad en las del estator.

Los compresores de flujo axial están disponibles desde unos 20000 PCMS hasta más de 40000 PCMS y producen presiones de hasta 65 psig en un compresor industrial típico de 12 etapas, o de un poco más de 100 psig con los turbocompresores de 15 etapas. Estos tipos se emplean en turbinas de gas y motores de reacción (jet) para aviones, excepto los muy pequeños. También se emplean mucho en aplicaciones que requieren flujos de gas superiores a 75000 o 100000 PCMS, especialmente porque son más eficientes que los centrífugos de etapas múltiples de tamaño comparable. El axial suele costar más que el centrífugo y, en tamaños más pequeños, solo se justifica por su mayor eficiencia.

5. Usos de los Compresores

El aire comprimido se utiliza para la operación de máquinas y herramientas (taladrar, pintar, soplar hollín), en transportadores neumáticos, en la preparación de alimentos, en la operación de instrumentos y para operaciones in situ (por ejemplo, combustión subterránea). Las presiones van desde 25 psig (172 kPa) hasta 60000 psig (413,8 kPa). El empleo más frecuente es a presiones de 90 a 110 psig, que son los límites de la presión normal en casi todas las fábricas.

Los compresores para gas se emplean para refrigeración, acondicionamiento de aire, calefacción, transporte por tuberías, acopio de gas natural, craqueo catalítico, polimerización y en otros procesos químicos.