Basics of Air Pressure: Displacement Compression and Dynamic Compression
16 March, 2023
There are two generic principles for the compression of air (or gas): Positive displacement compression and dynamic compression. This guide covers both.
Guía de tipos de compresores dinámicos: centrífugos y axiales
Si necesita una gran potencia, un compresor dinámico es la elección ideal. Están disponibles en diseños axiales y radiales, y suelen llamarse turbocompresores. Aquellos con diseño radial se denominan compresores centrífugos.
Un compresor dinámico funciona a una presión constante, a diferencia de, por ejemplo, un compresor de desplazamiento, que funciona con un caudal constante. El rendimiento de un compresor dinámico se ve afectado por las condiciones externas. Por ejemplo, un cambio en la temperatura de entrada provoca un cambio en la capacidad.
¿Qué son los compresores centrífugos?
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.
Diseño abierto
Los rodetes de diseño abierto se utilizan con más frecuencia para aplicaciones de aire de alta velocidad. Con esto, el rodete normalmente está hecho de una aleación especial de acero inoxidable o aluminio. La velocidad del eje del rodete es muy alta en comparación con la de otros tipos de compresores. Las velocidades de 15 000-100 000 rpm son comunes. Esto significa que el apoyo en el eje o piñón del compresor de alta velocidad se realiza utilizando rodamientos planos de película de aceite en lugar de rodamientos de rodillos.
Exento de lubricación
Como alternativa, se pueden utilizar rodamientos de película de aire o rodamientos magnéticos activos para una máquina completamente exenta de aceite. Hay dos rodetes montados en cada extremo del mismo eje para contrarrestar las cargas axiales causadas por las diferencias de presión. Normalmente, se utilizan 2 o 3 etapas con refrigeradores intermedios para aplicaciones de aire comprimido estándar.
En una configuración moderna del compresor de aire centrífugo, se utilizan motores eléctricos de velocidad ultraalta para accionar los rodetes directamente. Esta tecnología crea un compresor compacto sin caja de engranajes y sistema de lubricación de aceite asociado, lo que lo convierte en un compresor completamente exento de aceite.
Juntas
Cada compresor centrífugo debe estar sellado de forma adecuada para reducir las fugas a lo largo del eje por donde pasa a través de la carcasa del compresor. Se utilizan muchos tipos de juntas y las más avanzadas se pueden encontrar en compresores de alta velocidad diseñados para altas presiones. Los tipos más comunes son las juntas laberínticas, las juntas anulares o las juntas de separación controlada (generalmente juntas de grafito) y las juntas mecánicas.
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.
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