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Bombas y compresores




Enviado por dj_cappu



    1. Bombas
    2. Descripción de bombas de
      desplazamiento positivo
    3. Bombas
      alternativas
    4. Descripción de
      bombas de desplazamiento no positivo
    5. Problemas de funcionamiento de
      las bombas
    6. Compresores
    7. Descripción de
      compresores de desplazamiento positivo
    8. Descripción de
      compresores de desplazamiento no positivo
    9. Ventajas y desventajas de los
      compresores
    10. Bibliografía

    INTRODUCCIÓN

    Toda máquina que realiza trabajo con la
    finalidad de mantener un fluido en movimiento o
    provocar el desplazamiento o el flujo del mismo se podría
    ajustar al nombre de bomba o compresor, los que suelen evaluarse
    por cuatro
    características:

    1. Cantidad de fluido descargado por unidad de
      tiempo
    2. Aumento de la presión
    3. Potencia
    4. Rendimiento

    El efecto conseguido por la mayoría de los
    dispositivos de bombeo es el de aumentar la presión
    del fluido, si bien algunos de ellos comunican al fluido un
    aumento de su energía cinética o una
    elevación de su nivel geodésico.

    Las bombas en general
    son utilizadas parea líquidos. Estas trabajan
    simultáneamente con la presión atmosférica
    de forma que esta impulse el liquido hacia el interior de la
    bomba por la depresión
    que tiene lugar en el centro de la misma.

    Las bombas empleadas para gases y
    vapores suelen llamarse compresores. Los
    compresores poseen una tubería de succión por donde
    es aspirado el gas que dentro
    del compresor reduce su volumen y aumenta
    su presión.

    BOMBAS

    Siempre que tratemos temas como procesos
    químicos, y de cualquier circulación de fluidos
    estamos, de alguna manera entrando en el tema de
    bombas.

    El funcionamiento en si de la bomba será el de un
    convertidor de energía, o sea, transformara la
    energía mecánica en energía cinética,
    generando presión y velocidad en
    el fluido.

    Existen muchos tipos de bombas para diferentes
    aplicaciones.

    Los factores más importantes que permiten escoger
    un sistema de bombeo
    adecuado son: presión última, presión de
    proceso,
    velocidad de bombeo, tipo de gases a bombear (la eficiencia de
    cada bomba varía según el tipo de gas).

    Las bombas se clasifican en tres tipos
    principales:

    1. De émbolo alternativo
    2. De émbolo rotativo
    3. Rotodinámicas

    Los dos primeros operan sobre el principio de
    desplazamiento positivo y el tercer tipo debe su nombre a un
    elemento rotativo, llamado rodete, que comunica velocidad al
    líquido y genera presión, estas son de
    desplazamiento no positivo.

    Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo,
    cuando su órgano propulsor contiene elementos
    móviles de modo tal que por cada revolución
    se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada,
    independientemente de la contrapresión a la salida. En
    este tipo de bombas la energía mecánica recibida se transforma
    directamente en energía de presión que se transmite
    hidrostáticamente en el sistema
    hidráulico.

    En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe
    permanecer la descarga abierta, pues a medida que la misma se
    obstruya, aumenta la presión en el circuito  hasta
    alcanzar valores que
    pueden ocasionar la rotura de la bomba; por tal causal
    siempre  se debe colocar inmediatamente a la salida de la
    bomba una válvula de alivio o de seguridad. con
    una descarga a tanque y con registro de
    presión.

    Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo
    cuando su órgano propulsar no contiene elementos
    móviles; es decir, que es de una sola pieza, o de varias
    ensambladas en una sola.

    A este caso pertenecen las bombas centrífugas,
    cuyo elemento propulsor es el rodete giratorio. En este tipo de
    bombas, se transforma la energía mecánica recibida
    en energía hidro-cinética  imprimiendo a las
    partículas cambios en la proyección de sus
    trayectorias y en la dirección de sus velocidades. Es muy
    importante en este tipo de bombas que la descarga de las mismas
    no tenga contrapresión pues si la hubiera, dado que la
    misma regula la descarga  , en el caso límite que la
    descarga de la bomba estuviera totalmente cerrada, la misma
    seguiría en movimiento no generando caudal alguno
    trabajando no obstante a plena carga con el máximo
    consumo de
    fuerza
    matriz.

    Por las características señaladas, en los
    sistemas
    hidráulicos de transmisión hidrostática de potencia
    hidráulica  nunca se emplean bombas de desplazamiento
    NO positivo.

    DESCRIPCIÓN DE BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO
    POSITIVO

    BOMBAS ROTATORIAS

    Las bombas rotatorias, que generalmente son unidades de
    desplazamiento positivo, consisten de una caja fija que contiene
    engranajes, aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, etc.,
    que operan con un claro mínimo. En lugar de "arrojar" el
    liquido, como en una bomba centrífuga, una bomba rotatoria
    lo atrapa, lo empuja contra la caja fija. La bomba rotatoria
    descarga un flujo continuo. Aunque generalmente se les considera
    como bombas para líquidos viscosos, las bombas rotatorias
    no se limitan a este servicio solo,
    pueden manejar casi cualquier liquido que este libre de
    sólidos abrasivos.

    Tipos de bombas rotatorias:

    Bombas de Leva y Pistón

    También llamadas "Bombas de émbolo
    rotatorio", consisten de un excéntrico con un brazo
    ranurado en la parte superior (Fig. 1). La rotación
    de la flecha hace que el excéntrico atrape el liquido
    contra la caja. Conforme continúa la rotación, el
    liquido se fuerza de la caja a través de la ranura a la
    salida de la bomba.

    Fig. 1

    Bombas de engranajes externos

    Estas constituyen el tipo rotatorio mas simple. Conforme
    los dientes de los engranajes se separan en el lado de
    succión de la bomba (Fig. 2), el liquido llena el
    espacio entre ellos. Este se conduce en trayectoria circular
    hacia fuera y es exprimido al engranar nuevamente los
    dientes.

    Fig. 2

    Bombas de engranajes internos

    Este tipo (Fig. 3) tiene un motor con dientes
    cortados internamente y que encajan en un engrane loco, cortado
    externamente. Puede usarse una partición en forma de luna
    creciente para evitar que el liquido pase de nuevo al lado de
    succión de la bomba.

    Fig. 3

    Bombas lobulares

    Éstas se asemejan a las bombas del tipo de
    engranajes en su forma de acción,
    tienen dos o mas motores cortados
    con tres, cuatro, o mas lóbulos en

    cada motor (Fig. 4, 5 y 6). Los motores se
    sincronizan para obtener una rotación positiva por medio
    de engranajes externos. Debido al que el liquido se descarga en
    un numero mas reducido de cantidades mayores que en el caso de la
    bomba de engranajes, el flujo del tipo lobular no es tan
    constante como en la bomba del tipo de engranajes.

     Bombas de tornillo

    Estas bombas tienen de uno a tres tornillos roscados
    convenientemente que giran en una caja fija. Las bombas de un
    solo tornillo (Fig. 7) tienen un motor en forma de espiral
    que gira excéntricamente en un estator de hélice
    interna o cubierta. Las bombas de dos y tres tornillos (Fig. 8
    y 9)
    tienen uno o dos engranajes locos, respectivamente, el
    flujo se establece entre las roscas de los tornillos, y a lo
    largo del eje de los mismos.

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    Bombas de aspas

    Las bombas de aspas oscilantes (Fig. 10) tienen
    una serie de aspas articuladas que se balancean conforme gira el
    motor, atrapando al liquido y forzándolo en el tubo de
    descarga de la bomba. Las bombas de aspas deslizantes (Fig.
    11)
    usan aspas que se presionan contra la carcaza por la
    fuerza centrífuga cuando gira el motor. El liquido
    atrapado entre las dos aspas se conduce y fuerza hacia la
    descarga de bomba.

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     BOMBAS
    ALTERNATIVAS

    Las bombas alternativas o reciprocantes son
    también unidades de desplazamiento positivo descargan una
    cantidad definida de liquido durante el movimiento del
    pistón o émbolo a través de la distancia de
    carrera.

    Tipos de bombas alternativas

    El flujo de descarga de las bombas centrífugas y
    de la mayor parte de las bombas rotatorias es continuo. Pero en
    las bombas alternativas el flujo pulsa, dependiendo del carácter de la pulsación del tipo de
    bomba y de que esta tenga o no una cámara de
    colchón.

    Igual que otras bombas, las bombas alternativas no
    succionan los líquidos. Reducen solamente la
    presión en la cámara de succión y la
    presión externa, generalmente la atmosférica,
    empuja el liquido en la bomba. Para cualquier bomba con una
    línea de succión de tamaño dado, la
    capacidad o velocidad máxima viene fijada por la columna
    de succión neta positiva.

    Existen básicamente dos tipos de bombas
    alternativas: las de acción directa, movidas por vapor y
    las bombas de potencia.

    Bombas de acción directa

    En este tipo, una varilla común de pistón
    conecta un pistón de vapor y uno de liquido (Fig.
    12)
    o émbolo (Fig. 13). Las bombas de
    acción directa se construyen, simplex (un
    pistón de vapor y un pistón de liquido
    respectivamente) y duplex (dos pistones de vapor y dos de
    liquido).

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    Fig. 12

    Las bombas de acción directa horizontales
    simples y duplex, han sido por mucho tiempo muy
    usadas para diferentes servicios,
    incluyendo alimentación de calderas en
    presiones de bajas a medianas, manejo de lodos, bombeo de
    aceite y
    agua, etc. Se
    caracterizan por la facilidad de ajuste de columna, velocidad y
    capacidad. Al igual que todas las bombas alternativas, las
    unidades de acción directa tienen un flujo de descarga
    pulsante.

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    Bombas de potencia

    Estas (Fig. 14 a 17) tienen un
    cigüeñal movido por una fuente externa (generalmente
    un motor eléctrico), banda o cadena. Frecuentemente se
    usan engranajes entre el motor y el cigüeñal para
    reducir la velocidad de salida del elemento motor.

    El extremo liquido que puede ser del tipo de
    pistón o émbolo desarrollara una presión
    elevada cuando se cierra la válvula de descarga. Por esta
    razón es común el proporcionar una válvula
    de alivio para descarga, con objeto de proteger la bomba y su
    tubería. Las bombas de acción directa se detienen
    cuando la fuerza total en el pistón del agua iguala a la
    del pistón de vapor; las bombas de potencia desarrollan
    una presión muy elevada antes de detenerse. Esta es varias
    veces la presión de descarga normal de las bombas de
    potencia.

    Las bombas de potencia se encuentran particularmente
    bien adaptadas para servicios de alta presión y tienen
    algunos usos en la alimentación de calderas, bombeo en
    líneas de tuberías, procesos de obtención de
    petróleos y aplicaciones similares.

    Las bombas de potencia en los primeros diseños
    eran generalmente movidas por vapor. En el presente, sin embargo,
    es mas común el movimiento por motor eléctrico o de
    combustión interna debido a que este
    arreglo da una instalación mas económica compacta y
    requiere menos mantenimiento.
    Las bombas de potencias del tipo émbolo de alta
    presión pueden ser horizontales o verticales (Fig. 15 y
    17).

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    Bombas de potencia de baja capacidad

    Estas unidades se conocen también como bombas de
    capacidad variable, volumen controlado y de proporción. Su
    uso principal es para controlar el flujo de pequeñas
    cantidades de liquido para alimentar calderas, equipos de
    procesos y unidades similares. Como tales ocupan un lugar muy
    importante en muchas operaciones
    industriales en todo tipo de plantas.

    Fig. 18

    La capacidad de estas bombas puede variarse cambiando la
    longitud de la carrera. La unidad en la figura 18 usa un
    diafragma para bombear el liquido que se maneja, pero el
    diafragma esta accionado por un émbolo que desplaza aceite
    dentro de la cámara de la bomba. Cambiando la longitud de
    la carrera del émbolo se varia el desplazamiento del
    diafragma.

    Bombas de diafragma

    La bomba combinada de diafragma y pistón (Fig.
    18)
    generalmente se usa solo para capacidades
    pequeñas. Un diafragma de material flexible no
    metálico puede soportar mejor la acción corrosiva o
    erosiva que las partes metálicas de algunas bombas
    alternativas. Las bombas de diafragma (Fig. 19 y 20) se
    usan para gastos elevados
    de líquidos, ya sea claros o conteniendo sólidos.
    También son apropiados para pulpas gruesas, drenajes,
    lodos, soluciones
    ácidas y alcalinas, así como mezclas de
    agua con sólidos que pueden ocasionar erosión.
    La bomba de rocío de diafragma de alta velocidad y
    pequeño desplazamiento (Fig. 21) esta provista de
    una succión del tipo discoidal y válvulas
    de descarga. Ha sido diseñada para manejar productos
    químicos.

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    Fig. 20 Fig. 21

    Otros diseños

    Existen también un gran numero de otros tipos de
    bombas alternativas, diseñadas para servicios
    especializados. Muchas se usan en sistemas hidráulicos
    industriales, de lubricación, de manejo de
    químicos, y similares.

    DESCRIPCIÓN DE BOMBAS DE
    DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO

    Bombas
    centrífugas

    Las industrias
    químicas son usuarios principales de bombas de todos los
    tipos, pero en particular de las centrífugas.

    Las bombas centrífugas, también
    denominadas rotativas, tienen un motor de paletas giratorio
    sumergido en el liquido. El liquido entra en la bomba cerca del
    eje del motor, y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a
    alta presión. El motor también proporciona al
    liquido una velocidad relativamente alta, que puede transformarse
    en presión en una parte estacionaria de la bomba, conocida
    como difusor. En bombas de alta presión pueden emplearse
    varios motores en serie, y los difusores posteriores a cada motor
    pueden contener aletas de guía para reducir poco a poco la
    velocidad del liquido. En las bombas de baja presión, el
    difusor suele ser un canal en espiral cuya superficie transversal
    aumente de forma gradual para reducir la velocidad. El motor debe
    ser cebado antes de empezar a funcionar, es decir, debe estar
    rodeado de liquido cuando se arranca la bomba.

    La gran holgura ofrecida en este tipo de bombas al paso
    de los fluidos, hace que estas resulten adecuadas para la
    manipulación de fluidos que lleven en suspensión
    partículas sólidas, y además permiten el
    estrangulado o aun el cierre temporal de la válvula de la
    tubería de descarga (de impulsión). En este caso
    extremo, el fluido simplemente gira en el interior de la caja y
    absorbe la energía cedida por el motor. La
    absorción total de la energía eleva
    rápidamente la temperatura
    del fluido y la de la bomba lo suficiente para poder causar
    el desajuste de las partes móviles en poco tiempo. En
    general las bombas centrífugas son mas fáciles de
    construir que las bombas alternativa de desplazamiento positivo,
    o las rotatorias. La bomba centrífuga resulta
    especialmente mas apta para la manipulación de
    líquidos viscosos que la bomba alternativa, aunque es
    menos adecuada que la bomba rotatoria.

    Las ventajas primordiales de una bomba centrífuga
    son la simplicidad, el bajo costo inicial, el
    flujo uniforme ( sin pulsaciones), el pequeño espacio
    necesario para su instalación, los costos bajos de
    mantenimiento, el funcionamiento silencioso y su capacidad de
    adaptación para su uso con impulsos por motor o turbina.
    Además tiene gran capacidad por el poco rendimiento a bajo
    flujo, y por eso su empleo esta
    limitado a las grandes plantas. No exigen gran espacio, y para
    líquidos no viscosos los rendimientos son comparables a
    los de otros tipos para mayores capacidades.

    Tipos de bomba centrífugas

    Bombas voluta

    (Fig. 22) aquí 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 liquido se convierte en presión estática.

    Bombas difusor

    (Fig. 23) los paletas direccionales estacionarios
    rodean el motor

    o impulsor en una bomba del tipo difusor. Esos pasajes
    con expansión gradual cambian la dirección del
    flujo del liquido y convierten la energía de velocidad a
    columna de presión.

    Bombas turbina

    También se conocen como bombas de vórtice,
    periféricas y regenerativas; en este tipo se producen
    remolinos en el liquido por medio de los paletas a velocidades
    muy altas dentro del canal anular en el que gira el impulsor. El
    liquido va recibiendo impulsos de energía (Fig.
    24)
    . La bomba del tipo difusor de pozo profundo, se llaman
    frecuentemente bombas turbinas.

    Bombas de flujo mixto y axial

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    Las bombas de flujo mixto (Fig. 25) desarrollan
    su columna parcialmente por fuerzas centrífugas y
    parcialmente por el impulsor de los paletas sobre el liquido. El
    diámetro de descarga de los impulsores es mayor que el de
    entrada. Las bombas de flujo axial (Fig. 26) desarrollan
    su columna por la acción de impulso o elevación de
    las paletas sobre el liquido. El diámetro del impulsor es
    el mismo en el lado de succión y en el de descarga. Una
    bomba de impulsor es un tipo de bomba axial.

    Clasificación según
    aplicación

    Aun cuando no todas las bombas centrífugas
    están clasificadas por un nombre genérico que
    designa su aplicación final, un gran numero de ellas
    incluyen este termino relacionado con su servicio. Así,
    las bombas centrífugas pueden llamarse de
    alimentación de calde4ra, de propósito general, de
    sumidero, pozo profundo, de refinería, de
    circulación, etc. En general, cada una tiene
    características especificas de diseño,
    así como los materiales que
    el constructor recomienda para el servicio particular.

    Hay aun otra subdivisión basada en las
    características estructurales y generales; tales como
    unidades horizontales y verticales, diseños de
    acoplamiento directo, impulsores de succión simple y
    doble, carcasas divididas horizontalmente, etc.

    Diseños normales típicos de
    bombas

    Bombas de propósito general: estas (Fig.
    27)
    están construidas generalmente para manejar
    líquidos frescos y limpios a temperaturas ambiente o
    moderadas. Generalmente de un solo paso, estas unidades pueden
    ser de carcasa divida y aditamentos normales; igualmente buenas
    para un gran numero de servicios. Algunas son de varios
    impulsores, mientras que otras manejan líquidos que
    contienen sólidos en suspensión.

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    Bombas múltiples

    Las unidades horizontales de este diseño (Fig.
    28)
    , están construidas con carcasa ya sea del tipo
    barril o del tipo horizontalmente dividido. La carcasa del tipo
    barril se usa mas comúnmente en diseños de alta
    presión con cuatro o mas pasos, mientras que la carcasa
    dividida se usa para presiones que varían desde bajas
    hasta moderadamente altas con cualquier numero de
    pasos.

    Bombas acopladas directamente

    Estas (Fig. 29) combinan la bomba y su motor en
    una sola unidad, proporcionando una bomba compacta, maciza y
    eficiente.

    Bombas inatascables

    Pueden o no tener impulsores de paleta, y estas unidades
    manejan líquidos de drenaje, de proceso en fabricas de
    papel, líquidos viscosos y otros similares que contengan
    sólidos.

    Bombas turbinas regenerativas

    Estas tienen limitaciones perfectamente definidas en
    cuanto a columna y capacidad mas allá de las cuales no
    puede competir económicamente con la bomba
    centrífuga usual. Sin embargo, dentro de su margen de
    aplicación tienen ventajas apreciables, incluyendo buenas
    características de succión, capacidad muy elevada y
    buena eficiencia.

    PROBLEMAS DE FUNCIONAMIENTO DE LAS
    BOMBAS

    Para obtener los resultados deseados, las
    características de las bombas deben ser compatibles con
    las condiciones reales de funcionamiento. Antes de aplicar una
    bomba, conviene hacer un análisis de las características del
    sistema de funcionamiento, en el cual deben tenerse en cuenta los
    siguientes factores:

    1. Capacidad con descripción de las posibles
      variaciones
    2. Presiones máxima y mínima,
      pulsaciones y variaciones
    3. Plan completo de las condiciones de
      succión
    4. Margen de la temperatura de
      funcionamiento
    5. Propiedades del liquido: densidad,
      viscosidad,
      corrosión, abrasión y
      comprensibilidad
    6. Accionamiento y control
    7. Clasificación del servicio en continuo o
      intermitente

    Los caracteres mecánicos de las bombas son
    impuestos por
    las condiciones de la operación, como presiones,
    temperaturas, condiciones de succión y liquido bombeado.
    Los caracteres hidráulicos son inherentes a cada tipo de
    bomba y están influidos por la densidad, viscosidad, tipo
    de accionamiento y tipo de control.

    El diseño mecánico se basa en la
    presión que ha de manejarse y es importante la
    revisión de los valores
    máximos, cargas de choque y variaciones de presión
    antes de elegir la bomba. Los materiales utilizados para las
    partes componentes deben determinarse de acuerdo con las
    exigencias de resistencia
    mecánica, resistencia a la corrosión y a la
    erosión o a la combinación de estas. Las
    velocidades en los pasajes de la bomba son mucho mas altas que
    las que se dan en las tuberías y vasijas de
    presión, con la consecuencia de que los efectos corrosivos
    o abrasivos del liquido. Es posible que la duración de la
    bomba sea muy limitada a causa del alto grado de corrosión
    y erosión, y a veces esta justificado el empleo de
    materiales resistentes en las zonas criticas. También las
    temperaturas por encima de 120º C o por debajo de
    –18º C pueden afectar a la construcción. Las temperaturas elevadas
    exigen el enfriamiento por agua de los cojinetes y las cajas de
    empaquetadura; las bajas temperaturas requieren materiales de
    resistencia adecuados a la temperatura de
    funcionamiento.

    La mayor parte de las dificultades en las bombas
    provienen de las incorrectas condiciones de succión mas
    que de otra causa. La perdida de succión, la
    vaporización, el relleno parcial o la cavitación,
    llevan consigo una carga normal sobre la bomba y ocasionan alto
    costo de mantenimiento poca duración y funcionamiento
    irregular.

    Los líquidos limpios fríos y no corrosivos
    con acción lubricante no presentan problemas. Los
    líquidos no lubricantes, como el propano, y las mezclas
    abrasivas, como los catalizadores pulverizados, deben mantenerse
    fuera del contacto con las empaquetaduras por un liquido aislante
    inyectado en el anillo de engrase o dentro de un casquillo de
    inyección para lubricar la empaquetadura y evitar que los
    sólidos se incrusten en ella.

    La viscosidad del liquido que se bombea afecta
    igualmente a la potencia requerida y a la velocidad de bombeo.
    Las bombas de vaivén trabajan muy bien los líquidos
    viscosos pero pueden ser necesarias válvulas extra de
    succión para reducir las perdidas y la bomba puede
    funcionar a una velocidad mas baja. Las bombas rotatorias de alta
    presión no son económicas para líquidos
    extremadamente viscosos. La capacidad y el diseño de las
    bombas centrífugas se basan en una viscosidad igual a la
    del agua y son muy sensibles al aumento de viscosidad.

    Las velocidades relativamente altas conducen a perdidas
    por turbulencia.

    COMPRESORES

    Un compresor es una máquina que eleva la
    presión de un gas, un vapor o una mezcla de gases y
    vapores. La presión del fluido se eleva reduciendo el
    volumen especifico del mismo durante su paso a través del
    compresor. Comparados con turbo soplantes y ventiladores
    centrífugos o de circulación axial, en cuanto a la
    presión de salida, los compresores se clasifican
    generalmente como maquinas de alta presión, mientras que
    los ventiladores y soplantes se consideran de baja
    presión.

    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.

    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.

    Clasificación de los
    compresores

    Al clasificarse según el indicio constructivo los
    compresores volumétricos se subdividen en los de
    émbolo y de motor y los de paletas en centrífugos y
    axiales. Es posible la división de los compresores en
    grupos de
    acuerdo con el género de
    gas que se desplaza, del tipo de transmisión y de la
    destinación del compresor. Estos al igual que las bombas
    mencionadas anteriormente pueden clasificarse en dos
    grupos:

    1. Compresores de desplazamiento positivo
    2. Compresores de desplazamiento no
      positivo

    DESCRIPCIÓN DE COMPRESORES DE
    DESPLAZAMIENTO POSITIVO

    COMPRESORES ALTERNATIVOS O DE EMBOLO

    El compresor de embolo, de vaivén o de movimiento
    alternativo, es una maquina de desplazamiento positivo que
    aumenta la presión de un volumen determinado de gas
    mediante la reducción de su volumen inicial. La
    compresión se verifica por el movimiento de vaivén
    de un embolo encerrado en un cilindro. Generalmente, el cilindro
    es de dobla efecto y esta accionado por un mecanismo de biela y
    manivela. La compresión tiene lugar en ambos extremos del
    cilindro, el cual suele llevar una camisa de agua para disparar
    el calor
    engendrado por la fricción de los anillos del embolo y por
    la empaquetadura del vástago y parte del calor de
    compresión. La salida del vástago en el cilindro se
    cierra con una empaquetadura sin escapes. Se regula la oportuna
    salida y entrada del gas en el cilindro mediante válvulas
    que se abren según cambia la presión diferencial
    entre el interior del cilindro y el sistema gaseoso.

    El proceso de compresión puede verificarse en una
    sola etapa termodinámica (compresión de una
    fase) o dividirse en varias etapas con enfriamiento intermedio
    del gas (compresión de varias etapas o multigradual). La
    compresión multigradual requiere una maquina mas costosa
    que la compresión unifase, pero se utiliza con mas
    frecuencia por varias razones: menor consumo de energía,
    menor elevación de temperatura del gas dentro del cilindro
    y menor diámetro del cilindro.

    Los compresores que se utilizan mas comúnmente
    para comprimir gases tienen una cruceta a la que se conectan la
    biela y la varilla del pistón. Esto proporciona un
    movimiento en línea recta para la varilla del
    pistón y permite que se utilice un embalaje simple, en la
    figura 30 se muestra una
    maquina sencilla, de etapa simple, con un pistón de
    acción doble. Se pueden utilizar pistones de acción
    simple o doble, dependiendo del tamaño de la maquina y el
    numero de etapas. En alguna maquinas, se usan pistones de
    acción doble, en la primera etapa y de acción
    simple, en las posteriores.

    En las maquinas de etapas múltiples, hay
    enfriadores intermedios entre capa una de estas. Esos
    intercambiadores de calor eliminan el calor de la
    compresión del gas y reducen su temperatura a
    aproximadamente la que existe a la entrada del compresor. Ese
    enfriamiento reduce el volumen de gas que va a los cilindros a
    alta presión, hace disminuir la energía necesaria
    para la compresión y, a presiones elevadas, mantiene la
    temperatura dentro de limites de operación seguros.

    En la figura 31 se muestra un extremo del
    compresor de dos etapas.

    Para ver los gráficos seleccione
    la opción "Descargar" del menú superior

    Los compresores con cilindro horizontales (Fig.
    31)
    son los que mas se utilizan, por su capacidad de acceso.
    Sin embargo, se construyen también maquinas con cilindros
    verticales y otras disposiciones, tales como las de ángulo
    recto (uno horizontal y el otro vertical) y en ángulo en
    V. Los compresores alternativos, pueden ser del tipo lubricado o
    sin lubricar.

    Lubricación de compresores

    Para la lubricación de los compresores de
    émbolo se emplean los mismos métodos
    que para las máquinas
    de vapor, salvo las altas exigencias de los aceites de engrase a
    causa del gran calor radiado por los cilindros de
    vapor.

    Para el engrase de los cilindros, como para las
    máquinas de vapor, se emplean bombas de émbolo buzo
    de funcionamiento obligado por la transmisión.

    Aún con altas presiones de gas deben procurarse
    aceites de poca viscosidad. Un aceite viscoso exige una potencia
    innecesariamente grande y hace que las válvulas tengan
    más tendencia a pegarse y romperse. Para muy altas
    presiones, se emplean, sin embargo, algunas veces los aceites
    viscosos para mejora la hermeticidad, aunque la temperatura del
    gas sea más baja. A ser posible se utilizara el aceite
    para el engrase del cilindro y de la transmisión, pues
    ello facilita la recuperación y nuevo empleo del
    aceite.

    Tipos de compresores Alternativos o de
    Émbolo

    Compresor de émbolo oscilante

    Este es el tipo de compresor más difundido
    actualmente. Es apropiado para comprimir a baja, media o alta
    presión.

    Para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario
    disponer varias etapas compresoras. El aire aspirado se somete a
    una compresión previa por el primer émbolo,
    seguidamente se refrigera, para luego ser comprimido por el
    siguiente émbolo. El volumen de la segunda cámara
    de compresión es, en conformidad con la relación,
    más pequeño. Durante el trabajo de
    compresión se forma una cantidad de calor, que tiene que
    ser evacuada por el sistema refrigeración.

    Compresor de membrana

    Una membrana separa el émbolo de la cámara
    de trabajo; el aire no entra en contacto con las piezas
    móviles. Por tanto, en todo caso, el aire comprimido
    estará exento de aceite. Estos, compresores se emplean con
    preferencia en las industrias alimenticias farmacéuticas y
    químicas.

    Compresor de émbolo rotativo

    Consiste en un émbolo que está animado de
    un movimiento rotatorio. El aire es comprimido por la continua
    reducción del volumen en un recinto
    hermético.

    COMPRESORES ROTATORIOS

    Se denominan compresores rotatorios a aquellos grupos
    que producen aire comprimido por un sistema rotatorio y continuo,
    es decir, que empujan el aire desde la aspiración hacia la
    salida, comprimiéndolo.

    Se distinguen los siguientes tipos:

    Compresores de tornillo

    Esencialmente se componen de un par de motores que
    tienen lóbulos helicoidales de engrane
    constante.

    La compresión por motores paralelos puede
    producirse también en el sentido axial con el uso de
    lóbulos en espira a la manera de un tornillo sin fin.
    Acoplando dos motores de este tipo, uno convexo y otro
    cóncavo, y haciéndolos girar en sentidos opuestos
    se logra desplazar el gas, paralelamente a los dos ejes, entre
    los lóbulos y la carcaza.

    Las revoluciones sucesivas de los lóbulos reducen
    progresivamente el volumen de gas atrapado y por consiguiente su
    presión, el gas así comprimido es forzado
    axialmente por la rotación de los lóbulos
    helicoidales hasta 1ª descarga.

    Compresores de paletas deslizantes

    El motor es excéntrico en relación a la
    carcasa o el cilindro, y lleva una serie de aletas que se ajustan
    contra las paredes de la carcasa debido a la fuerza
    centrífuga.

    Este tipo de compresores consiste básicamente de
    una cavidad cilíndrica dentro de la cual esta ubicado en
    forma excéntrica un motor con ranuras profundas, unas
    paletas rectangulares se deslizan libremente dentro de las
    ranuras de forma que al girar el motor la fuerza centrifuga
    empuja las paletas contra la pared del cilindro. El gas al
    entrar, es atrapado en los espacios que forman las paletas y la
    pared de la cavidad cilíndrica es comprimida al disminuir
    el volumen de estos espacios durante la
    rotación.

    Compresores soplantes

    Se conocen como compresores de doble motor o de doble
    impulsor aquellos que trabajan con dos motores acoplados,
    montados sobre ejes paralelos, para una misma etapa de
    compresión. Una máquina de este tipo muy difundida
    es el compresor de lóbulos mayor conocida como "Roots", de
    gran ampliación como alimentador de los motores diesel o
    compresores de gases a presión moderada. Los motores, por
    lo general, de dos o tres lóbulos están conectados
    mediante engranajes exteriores. El gas que entra al soplador
    queda atrapado entre los lóbulos y la carcaza; con el
    movimiento de los motores de la máquina, por donde sale,
    no pudieron regresarse debido al estrecho juego
    existente entre los lóbulos que se desplazan por el lado
    interno.

    DESCRIPCIÓN DE COMPRESORES DE
    DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO

    COMPRESORES CENTRÍFUGOS

    El principio de funcionamiento de un compresor
    centrífugo (Fig. 32) es el mismo que el de una
    bomba centrífuga, su diferencial principal es que el aire
    o el gas manejado en un compresor es compresible, mientras que
    los líquidos con los que trabaja una bomba, son
    prácticamente incompresibles. Los compresores
    centrífugos pueden desarrollar una presión en su
    interior, que depende de la naturaleza y
    las condiciones del gas que manejan y es virtualmente
    independiente de la carga del procesamiento. Las condiciones que
    es preciso tomar en cuenta son:

    1. La presión barométrica mas
      baja
    2. La presión de admisión mas
      baja
    3. La temperatura máxima de
      admisión
    4. La razón mas alta de calores
      específicos
    5. La menor densidad relativa
    6. El volumen máximo de
      admisión
    7. La presión máxima de
      descarga

    Para ver el gráfico seleccione la
    opción "Descargar" del menú superior

    La mayoría de los compresores centrífugos
    funcionan a velocidades de 3.500 RPM (revoluciones por minuto) o
    superiores y uno de los factores limitantes es el de la fatiga
    del impulsor. Los impulsores de los compresores
    centrífugos son por lo común motores
    eléctricos o turbinas de vapor o gas, con o sin
    engranajes de aumento de velocidad.

    En un compresor, como en una bomba centrífuga, la
    carga es independiente del fluido que se maneje.

    Los compresores centrífugos constan esencialmente
    de: caja, volutas, rodetes impulsores, un eje y un sistema de
    lubricación.

    Las volutas convierten la energía cinética
    del gas desarrollada por los impulsores en energía
    potencial o presión. La caja es la cubierta en que van
    ajustadas las volutas y esta proyectada para la presión a
    la que se ha de comprimir el gas.

    La caja se construye adaptándola a la
    aplicación particular y puede ser de hierro colado,
    acero estructural
    o fundición de acero.

    La compresión de un gas en un compresor
    centrífugo requiere con frecuencia un medio de ocluir el
    gas para evitar su fuga a la atmósfera o su
    contaminación. Existen varios tipos de
    oclusores:

    1. el de cierre mecánico con anillo de
      carbón
    2. el gas inerte
    3. el directo de aceite en el cojinete del compresor y
      los de gasto de aceite

    Todos están diseñados principalmente como
    cierre de funcionamiento y no de paro.

    Los compresores centrífugos se utilizan para una
    gran variedad de servicios, incluyendo

    1. enfriamiento y desecación,
    2. suministro de aire de combustión a hornos y
      calderas,
    3. sopladores de altos hornos, cúpulas y
      convertidores,
    4. transporte de materiales sólidos,
    5. procesos de flotación,
    6. por agitación y aereación, por
      ventilación,
    7. como eliminadores y para comprimir gases o
      vapor

    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.

    En los compresores de este tipo (Fig. 33), la
    corriente de aire fluye en dirección axial, a
    través de una serie de paletas giratorios de un motor y de
    los fijos de un estator, que están concéntricos
    respecto al eje de rotación. A diferencia de la turbina,
    que también emplea los paletas de un motor y los de un
    estator, el recorrido de la corriente de un compresor axial va
    disminuyendo de área de su sección transversal, en
    la dirección de la corriente en proporción a la
    reducción de volumen del aire según progresa la
    compresión de escalón a escalón.

    Una vez suministrado el aire al compresor por el
    conducto de admisión, pasa la corriente a través de
    un juego de paletas directores de entrara, que preparan la
    corriente para el primer escalón de del compresor. Al
    entrar en el grupo de
    paletas giratorios, la corriente de aire, que tiene una
    dirección general axial se defecta en la dirección
    de la rotación. Este cambio de
    dirección de la corriente viene acompañado de una
    disminución de la velocidad, con la consiguiente
    elevación de presión por efecto de difusión.
    Al pasar la corriente a través del otro grupo de paletas
    del estator se lo para y endereza, después de lo cual es
    recogida por el escalón siguiente de paletas rotatorios,
    donde continúa el proceso de
    presurización.

    Un compresor 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.

    Para ver el gráfico seleccione la
    opción "Descargar" del menú superior

    VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS
    COMPRESORES

    Compresores Alternativos

    El uso de lubricantes en los compresores alternativos el
    causante de sus principales ventajas y desventajas.

    Un compresor lubricado durara mas que uno que no lo
    esta. Hay que tener cuidado de no lubricar en exceso, porque la
    carbonización del aceite en las válvulas puede
    ocasionar adherencias y sobrecalentamiento. Además, los
    tubos de descarga saturados con aceite son un riesgo potencial
    de incendio, por lo que se debe colocar corriente abajo un
    separador para eliminar el aceite. Los problemas mas grandes en
    los compresores con cilindro lubricado son la suciedad y la
    humedad, pues destruyen la película de aceite dentro del
    cilindro.

    En los compresores sin lubricación la suciedad
    suele ser el problemas mas serio, y hay otros problemas que puede
    ocasionar el gas en si. Por ejemplo, un gas absolutamente seco
    puede ocasionar un severo desgaste de los anillos.

    Compresores Rotatorios

    El diseño de anillo de agua tiene la ventaja de
    que el gas no hace contacto con las partes rotatorias
    metálicas. Los aspectos críticos son la
    presión de vapor del gas de entrada, comparada con la
    presión de vapor del liquido que forma el anillo de agua y
    el aumento de temperatura en el mismo. La presión de vapor
    del fluido para sellos debe ser muy inferior al punto de
    ebullición, porque de otra forma se evaporara el anillo de
    agua, ocasionara perdida de capacidad y quizás serios
    daños por sobrecalentamiento.

    Compresores
    Centrífugos

    Ventajas:

    1. En el intervalo de 2.000 a 200.000
      ft3/min., y según sea la relación de
      presión, este compresor es económico porque se
      puede instalar en una sola unidad.
    2. Ofrece una variación bastante amplia en el
      flujo con un cambio pequeño en la carga.
    3. La ausencia de piezas rozantes en la corriente de
      compresión permite trabajar un largo tiempo entre
      intervalos de mantenimiento, siempre y cuando los sistemas
      auxiliares de aceites lubricantes y aceites de sellos
      estén correctos.
    4. Se pueden obtener grandes volúmenes en un
      lugar de tamaño pequeño. Esto puede ser una
      ventaja cuando el terreno es muy costoso.
    5. Su característica es un flujo suave y libre de
      pulsaciones.

    Desventajas:

    1. Los compresores centrífugos son sensibles al
      peso molecular del gas que se comprime. Los cambios imprevistos
      en el peso molecular pueden hacer que las presiones de descarga
      sean muy altas o muy bajas.
    2. Se necesitan velocidades muy altas en las puntas para
      producir la presión. Con la tendencia a reducir el
      tamaño y a aumentar el flujo, hay que tener mucho mas
      cuidado al balancear los motores y con los materiales empleados
      en componentes sometidos a grandes esfuerzos.
    3. Un aumento pequeño en la caída de
      presión en el sistema de proceso puede ocasionar
      reducciones muy grandes en el volumen del
      compresor.
    4. Se requiere un complicado sistema para aceite
      lubricante y aceite para sellos.

    Compresores Axiales

    La alta eficiencia y la capacidad mas elevada son las
    únicas ventajas importantes que tienen los compresores de
    flujo axial sobre las maquinas centrífugas, para las
    instalaciones estacionarias. Su tamaño y su peso menores
    no tienen mucha valor, tomando
    en cuenta, sobre todo, el hecho de que los precios son
    comparables a los de las maquinas centrífugas
    diseñadas para las mismas condiciones. Las desventajas
    incluyen una gama operacional limitada, mayor vulnerabilidad a la
    corrosión y la erosión y propensión a las
    deposiciones.

    Bibliografía:

    • Biblioteca del Ingeniero Químico (Tomo
      2)

    Robert H. Perry

    Ed. Mc Graw-Hill

    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

    • Microsoft Encarta 2002
    • Microsoft Encarta 2003
    • Monografías.com
    • www.monografias.com
    • www.infomecanica.comautomatismos.htm
    • www.fenk.com.ar

    Gabriela M. Cambiasso

    Darío G. Medrano

    Agosto 2004

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