Guía de tipos de compresores dinámicos: centrífugos y axiales

Un compresor centrífugo se caracteriza por su flujo de descarga radial. El aire se aspira al centro de un rodete giratorio con hojas radiales y las fuerzas centrífugas lo empujan hacia el perímetro del rodete. El movimiento radial del aire produce de manera simultánea un aumento de presión y genera energía cinética. Antes de dirigir el aire hacia el centro del rodete de la siguiente etapa del compresor, pasa a través de un difusor y una voluta, donde la energía cinética se convierte en presión.

Cada etapa ocupa una parte del aumento de presión general de la unidad del compresor. En la maquinaria industrial, la relación de presiones máxima de una etapa de compresor centrífugo no suele ser superior a 3. Las relaciones de presión más altas reducen la eficiencia de la etapa. Las aplicaciones multietapa ofrecen la posibilidad de refrigeración intermedia para reducir los requisitos de potencia. Se pueden organizar varias etapas en serie sobre un único eje de baja velocidad. Este concepto se utiliza a menudo en el sector del petróleo y el gas o en el de procesos.

Aunque la relación de presiones por etapa es baja, se utilizan numerosas etapas o conjuntos de múltiples compresores para alcanzar la presión deseada. Para aplicaciones de compresión de aire, se integra una caja de engranajes de alta velocidad con las etapas del compresor para girar los rodetes de piñones de alta velocidad. El rodete puede tener un diseño abierto o cerrado.

Un compresor axial tiene un flujo axial, por el que el aire o el gas pasan a lo largo del eje del compresor a través de filas de palas giratorias y fijas. De esta manera, la velocidad del aire aumenta gradualmente al mismo tiempo que las palas fijas convierten la energía cinética en presión. El compresor suele incorporar un tambor compensador para contrarrestar el empuje axial.

Los compresores axiales son generalmente más pequeños y ligeros que los compresores centrífugos equivalentes, y suelen funcionar a velocidades más altas. Se utilizan para caudales volumétricos altos y constantes a una presión relativamente moderada, por ejemplo, en sistemas de ventilación. Dada su alta velocidad de rotación, se acoplan perfectamente a turbinas de gas para la generación de electricidad y la propulsión de aviones.

Un compresor centrífugo se caracteriza por su caudal de descarga radial. El aire es atraído hacia el centro de un impulsor giratorio con paletas radiales y es empujado hacia el perímetro del impulsor por fuerzas centrífugas. El movimiento radial del aire da como resultado simultáneamente un aumento de presión y una generación de energía cinética. Antes de que el aire llegue al centro del impulsor de la siguiente etapa del compresor, pasa a través de un difusor y una voluta donde la energía cinética se convierte en presión.

 

Cada etapa ocupa una parte del aumento de presión total de la unidad compresora. En maquinaria industrial, la relación de presión máxima de una etapa de compresor centrífugo a menudo no es más de 3. Las relaciones de presión más altas reducen la eficiencia de la etapa. Las aplicaciones de una etapa y baja presión se utilizan, por ejemplo, en plantas de tratamiento de aguas residuales. Las aplicaciones de etapas múltiples permiten la posibilidad de refrigeración intermedia para reducir el requisito de energía. Se pueden organizar varias etapas en serie en un solo eje de baja velocidad. Este concepto se utiliza a menudo en la industria del petróleo y el gas o de procesos.

La relación de presión por etapa es baja, pero se utiliza una gran cantidad de etapas y/o conjuntos de compresores múltiples en serie para lograr la presión de salida deseada. Para aplicaciones de compresión de aire, se integra una caja de engranajes de alta velocidad con las etapas del compresor para hacer girar los impulsores en piñones de alta velocidad. El impulsor puede tener un diseño abierto o cerrado.

El diseño abierto del compresor centrífugo se usa más comúnmente para aplicaciones de aire de alta velocidad. El impulsor normalmente está hecho de una aleación especial de acero inoxidable o aluminio. La velocidad del eje del impulsor es muy alta en comparación con otros tipos de compresores. Las velocidades de 15.000 a 100.000 rpm son comunes. Esto significa que el eje o piñón del compresor de alta velocidad se lleva a cabo utilizando cojinetes lisos de película de aceite en lugar de cojinetes de rodillos. Alternativamente, se pueden usar cojinetes de película de aire o cojinetes magnéticos activos para una máquina completamente libre de aceite. Se montan dos impulsores en cada extremo del mismo eje para contrarrestar las cargas axiales causadas por las diferencias de presión. Por lo general, se utilizan 2 o 3 etapas con intercoolers para aplicaciones de aire comprimido estándar.

En una configuración moderna del compresor de aire centrífugo, se utilizan motores eléctricos de ultra alta velocidad para accionar los impulsores directamente. Esta tecnología crea un compresor compacto sin caja de cambios y el sistema de lubricación de aceite asociado, lo que lo convierte en un diseño de compresor completamente libre de aceite . Cada compresor centrífugo debe sellarse de manera adecuada para reducir las fugas a lo largo del eje donde pasa a través de la carcasa del compresor. Se utilizan muchos tipos de sellos y los más avanzados se pueden encontrar en compresores de alta velocidad destinados a altas presiones. Los tipos más comunes son los sellos de laberinto, los sellos de anillo o los sellos de espacio controlado (generalmente sellos de grafito) y los sellos mecánicos.

An axial compressor has axial flow, whereby the air or gas passes along the compressor shaft through rows of rotating and stationary blades. In this way, the velocity of the air is gradually increased at the same time that the stationary blades convert the kinetic energy to pressure. A balancing drum is usually built into the compressor to counterbalance axial thrust. Axial compressors are generally smaller and lighter than their equivalent centrifugal compressors and normally operate at higher speeds. They are used for constant and high volume flow rates at a relatively moderate pressure, for instance, in ventilation systems. Given their high rotational speed, they are ideally coupled to gas turbines for electricity generation and aircraft propulsion.