Los compresores dinámicos, a menudo llamados turbocompresores, utilizan impulsores de alta velocidad para convertir la energía mecánica en presión de gas. Los tipos principales son centrífugos y axiales. A diferencia de los compresores de desplazamiento positivo, funcionan a una presión constante, por lo que el rendimiento depende de las condiciones de entrada. En este artículo, compararemos ambos tipos, sus aplicaciones y cómo elegir el adecuado para aplicaciones de gran volumen.
En la compresión dinámica, se aspira aire entre las palas de un impulsor que gira rápidamente. Esto acelera el aire a una velocidad muy alta antes de que se descargue a través de un difusor. En el difusor, la energía cinética, o velocidad, del aire se transforma en presión estática. Este proceso se basa en el principio de Bernoulli, que establece que a medida que aumenta la velocidad de un fluido, la presión disminuye. El difusor invierte este efecto ralentizando el aire para aumentar la presión.
Aunque ambas máquinas son dinámicas, manejan el flujo de gas de forma diferente. Los compresores axiales mueven el aire en paralelo al vástago para pisón, mientras que los compresores centrífugos empujan el aire radialmente hacia el exterior desde el centro.
| Característica | Compresor axial | Compresor centrífugo |
| Sentido del flujo | Paralelo al vástago para pisón a través de varias filas de cuchillas | Entra axialmente, gira hacia fuera para descargar radialmente |
| Relación de presión (por etapa) | Típicamente 1,2: 1 a 1,6: 1 | Normalmente 2,2: 1 a 3,0: 1 |
| Rango de reducción | Región de funcionamiento estable más estrecha | Rango de funcionamiento estable más amplio |
| Dimensiones y peso | Fino, largo, más ligero para caudales muy altos | Mayor diámetro, mayor caudal másico por unidad |
| Rendimientos | Excelente con un caudal másico muy alto | Alto en diseños de una o varias etapas |
| Mantenimiento | Demandante (sensible a la erosión y la suciedad) | Resistente a la contaminación, menos componentes |
Un compresor centrífugo se define por su flujo de descarga radial. El aire entra en el centro de un impulsor giratorio y es expulsado hacia afuera por las fuerzas centrífugas. Este movimiento radial aumenta tanto la presión como la energía cinética. Antes de pasar a la siguiente etapa, el aire pasa por un difusor y una voluta, donde la velocidad se convierte en presión estática.
en maquinaria industrial, una sola etapa centrífuga suele estar limitada a una relación de presión de 2,2 a 3,0 para mantener la máxima eficiencia. Aunque la tecnología puede alcanzar relaciones más altas, superar este rango a menudo aumenta la tensión del impulsor y reduce la eficiencia de la etapa.
La mayoría de los compresores centrífugos para aplicaciones de aire utilizan impulsores de diseño abierto. Están fabricados con aleaciones de acero inoxidable o aluminio de alta resistencia para soportar velocidades de rotación entre 15.000 y 100.000 rpm. A estas velocidades, se utilizan rodamientos lisos de película de aceite en el vástago para pisones de alta velocidad, ya que los rodamientos de rodillos estándar no pueden soportar el calor.
los compresores centrífugos exentos de aceite utilizan cojinetes de película de aire o cojinetes magnéticos activos para evitar el contacto y el desgaste. Estos sistemas eliminan la necesidad de lubricantes tradicionales en la cámara de compresión. Los motores eléctricos de accionamiento directo se utilizan a menudo para mejorar la eficiencia mecánica hasta en un 5 % eliminando la caja de engranajes y los sistemas de aceite asociados.
Una junta eficaz es vital para la seguridad. En función de la aplicación, se utilizan diferentes tipos de juntas:
Un compresor centrífugo se define por su flujo de descarga radial. El aire entra en el centro de un impulsor giratorio y es expulsado hacia afuera por las fuerzas centrífugas. Este movimiento radial aumenta tanto la presión como la energía cinética. Antes de pasar a la siguiente etapa, el aire pasa por un difusor y una voluta, donde la velocidad se convierte en presión estática.
En maquinaria industrial, una sola etapa centrífuga suele estar limitada a una relación de presión de 3 a 4 para mantener la eficiencia. Para alcanzar presiones más altas, se utiliza la conexión por etapas con interenfriamiento, que puede reducir los requisitos de potencia totales en aproximadamente un 15 % a un 20 %, dependiendo de la configuración.
La elección entre estas tecnologías se basa principalmente en los requisitos de caudal másico. Los compresores centrífugos son el estándar para caudales bajos a medios, que suelen oscilar entre 5000 y 150 000 Nm3/h (aproximadamente entre 2943 y 88 287 CFM). Por el contrario, los compresores axiales son la solución preferida para aplicaciones de caudal muy alto que superan los 150 000 Nm3/h (88 287 CFM). Mientras que las unidades axiales ofrecen un rango de funcionamiento estable más estrecho, su capacidad para manejar volúmenes masivos con un diámetro más pequeño los hace ideales para la propulsión de aeronaves y las entradas de centrales eléctricas a gran escala.
Aplicaciones:
Están especializados en:
Los compresores dinámicos tienen un rango de estabilidad específico. El límite de sobretensión es el punto en el que el caudal es demasiado bajo para superar la presión de descarga, lo que provoca una inversión del caudal que puede provocar daños mecánicos.
El límite del estrangulador, o pared de piedra, se produce cuando la velocidad del gas alcanza la velocidad sónica, evitando cualquier aumento adicional del flujo. El control de estos límites a través de sistemas de control de sobretensión es un factor de selección crítico para la seguridad de la planta.
Los parámetros ambientales influyen significativamente en las curvas de rendimiento. Una humedad relativa alta reduce la densidad del aire, lo que disminuye la presión de descarga en caso de sobretensión y disminuye el flujo de peso. La altitud también afecta a la densidad, lo que requiere que el compresor trabaje más duro para lograr la misma presión de salida. Para las máquinas de varias etapas, la temperatura del agua de refrigeración es vital, ya que el agua más fría mejora el flujo y la eficiencia energética, mientras que el agua más caliente la reduce.
Comprender la norma ISO 8573-1:2010 es clave para seleccionar la pureza del aire correcta para cualquier aplicación o industria. Define clases de calidad del aire basadas en tres contaminantes: partículas, agua y aceite. Consulte la siguiente tabla para obtener una visión general rápida de las clases de pureza.
En la terminología de Atlas Copco, la Clase 0 siempre se refiere al aire producido por un compresor exentode aceite, no a lograr un menor contenido de aceite a través de etapas de filtración adicionales. Esta distinción garantiza un verdadero aire exento de aceite en origen, lo que reduce las necesidades de mantenimiento y el riesgo de contaminación en aplicaciones sensibles.
La selección del compresor centrífugo o axial óptimo requiere un análisis detallado de los perfiles de carga, las condiciones ambientales y los objetivos de eficiencia energética a largo plazo. Los especialistas de Atlas Copco proporcionan auditorías técnicas exhaustivas y mapeo del rendimiento para identificar la configuración de turbomaquinaria más eficaz para procesos industriales específicos.
La principal diferencia entre los compresores axiales y los compresores centrífugos es cómo mueven y comprimen el aire. Un compresor centrífugo utiliza un impulsor giratorio para acelerar el aire hacia el exterior y convertir esa velocidad en presión. Un compresor axial mueve el aire en paralelo al vástago para pisón a través de filas de paletas giratorias y estacionarias. En términos sencillos, los compresores centrífugos suelen elegirse para un funcionamiento estable y una presión más alta, mientras que los compresores axiales son más adecuados para caudales muy altos.
Los compresores axiales suelen ser más eficientes para aplicaciones que requieren un caudal másico extremadamente alto, especialmente aquellos que superan los 150 000 Nm3/h (88 287 CFM). Ofrecen una eficiencia excelente en su punto de diseño, aunque son más sensibles a la suciedad y al desgaste de las palas que los modelos centrífugos.
Los compresores dinámicos pueden lograr una amplia gama de relaciones de presión dependiendo de su diseño y del número de etapas. Los compresores centrífugos monofásicos suelen proporcionar un aumento moderado de la presión, mientras que los diseños multifásicos pueden alcanzar relaciones de presión mucho más altas. Los compresores axiales suelen utilizarse cuando se necesita un caudal muy alto, con una presión acumulada gradualmente en varias etapas.
Los compresores dinámicos requieren un mantenimiento regular para mantener un rendimiento estable y evitar tiempos de inactividad no planificados. El mantenimiento típico incluye la comprobación de cojinetes, juntas, sistemas de lubricación y filtros, y los componentes de refrigeración, junto con la supervisión de la vibración, la temperatura y las condiciones generales de funcionamiento. El control rutinario es importante porque las condiciones de entrada y los cambios de carga pueden afectar al rendimiento con el tiempo.
26 febrero, 2025
Existen dos principios genéricos de compresión de aire (o gas): compresión de desplazamiento positivo y compresión dinámica. En esta guía se tratan ambos.
30 junio, 2022
Hay muchos aspectos que considerar al elegir un compresor de aire para su negocio. En este artículo explicaremos qué compresor es el más adecuado para usted, teniendo en cuenta su aplicación y sus necesidades.
22 abril, 2022
Obtenga más información acerca de otros tipos de compresores: la bomba de vacío, el compresor booster y el intensificador de presión.
