COMPRESORES CENTRIFUGOS

El compresor centrífugo es una turbo máquina que consiste en un rotor que gira dentro de

una carcasa provista de aberturas para el ingreso y egreso del fluido. El rotor es el

elemento que convierte la energía mecánica del eje en cantidad de movimiento y por tanto

energía cinética del fluido. En la carcasa se encuentra incorporado el elemento que

convierte la EC en energía potencial de presión (el difusor) completando así la escala de

conversión de energía

También llamados compresores radiales, los modelos más primitivos de este tipo de

máquina eran bombas y ventiladores. Lo que diferencia a estos de los compresores es

que el fluido de trabajo puede ser considerado incompresible, permitiendo así un análisis

preciso a través de la ecuación de Bernouilli. Por contra, cualquier compresor moderno se

mueve a altas velocidades por lo que su análisis debe asumirse un fluido compresible.

Si se le quiere dar una definición, se puede considerar que los compresores centrífugos

producen un incremento de densidad mayor que un 5 por ciento. Además, la velocidad

relativa del fluido puede alcanzar un número de Mach 0.3 si el fluido de trabajo es aire o

nitrógeno. Por otro lado, los ventiladores incrementan mucho menos la densidad y operan

a Mach mucho más bajo.

De forma ideal, un compresor dinámico aumenta la presión del fluido a base de

comunicarle energía cinética-energía/velocidad con el rotor. Esta energía cinética se

transforma en un incremento de presión estática cuando el fluido pasa por un difusor.

El difusor puede ser del tipo de paletas sustancialmente radiales, o de caracol. Las

Figuras 3.1 y 3.2 ilustran un compresor radial con ambos tipos de difusores:

Los compresores centrífugos se usan industrialmente por varias razones: tienen menos

componentes a fricción, también relativamente eficientes, y proporcionan un caudal mayor

que los compresores alternativos (o de desplazamiento positivo) de tamaño similar. El

mayor inconveniente es que no llegan a la relación de compresión típica de los

compresores alternativos, a menos que se encadenen varios en serie. Los ventiladores

centrífugos son especialmente adecuados para aplicaciones donde se requiere un trabajo

continuo, como el caso de sistemas de ventilación, unidades de refrigeración, y otras que

requieran mover grandes volúmenes de aire aumentando su presión mínimamente. Por

otro lado, una serie de compresores alternativos típicamente llegan a conseguir presiones

de salida de 55 a 70 MPa. Un ejemplo de aplicación de compresores centrífugos es la

reinyección de gas natural en los pozos de petróleo para su extracción.

Muchos compresores centrífugos se usan también en pequeñas turbinas de gas como

APUs (generadores auxiliares) y motores turborreactores de pequeñas aeronaves

(turboejes de helicópteros y algunos turbohélices). Una razón significativa de ello es que

con la tecnología actual, un compresor axial que opere con estos volúmenes de aire sería

menos eficiente por las pérdidas en las tolerancias del rotor y el estátor. Hay muy pocos

compresores centrífugos de un sólo escalón capaces de entregar una relación de

compresión de 10 a 1, principalmente por las cargas mecánicas que soportan y que

limitan su seguridad, fiabilidad y vida del producto.

En el caso específico de los motores para aeronaves mencionados anteriormente, una

gran ventaja es la simplicidad de los compresores centrífugos y su precio relativamente

bajo. Requiere menos escalones que un compresor axial para conseguir el mismo

incremento de presión, ya que el cambio de radio desde la entrada al rotor al borde de

salida es tan acusado que la energía del aire aumenta mucho en un corto espacio.

PARTES:

Carcaza

Ésta es la cubierta en forma de espiral que rodea a las hojas del impulsor del compresor,

y constituye la mayor parte de su masa. La carcasa tiene un orificio circular en el frente a

través del cual pasa el aire de entrada, una zona interior en la cual el aire es comprimido,

y un puerto de salida por el cual escapa el aire presurizado.

Rotor

Recibe la energía mecánica a través del acople y la transfiere al gas por medio de los

impulsores. Se encuentra apoyado en dos cojinetes radiales. Contiene un plato de empuje

(extremo de succión) y un pistón de balance (extremo de descarga).

Impulsor

Éste compuesto parecido a un ventilador gira en el interior de la carcasa del compresor.

Cuando se aplica potencia en su eje, el impulsor rota (en general se lo conecta a un motor

en la mayoría de los casos o a la salida de una turbina en el caso de los

turbocompresores), sus hojas curvas empujan el aire y lo hacen girar dentro de la

carcasa. El impulsor puede estar hecho de hierro, acero, bronce, aluminio o plástico,

dependiendo de la aplicación, y la mayoría son cilíndricos. Las aplicaciones de poco

volumen usan impulsores tipo plato con una serie de hojas curvas unidas al plato por

detrás.

Plato o collar de empuje

Se encuentra instalado directamente en el eje. transferir la carga axial del rotor hacia la

fundación, vía soportes y carcasa del compresor. La superficie debe estar protegida por la

punta de pruebas de desplazamiento axial.

Alimentación

Los compresores pueden ser alimentados de distintas maneras, pero la mayoría

funcionan a través de un motor eléctrico. Algunos son alimentados con un motor de

combustión interna, y otros con una correspondiente turbina conectada al impulsor

mediante un eje. Las aplicaciones en las que se usa una turbina como fuente de potencia

incluyen los turbocompresores, los motores de aeroplanos y las centrales eléctricas de

vapor.

Válvulas de derivación

La mayoría de los compresores tienen algún tipo de válvula de derivación incorporada. En

los compresores alimentados con un motor, estas válvulas ventilan aire para prevenir una

sobre presión del sistema. Las válvulas pueden tener actuadores eléctricos, pero la

mayoría son controladas mediante la presión de un resorte. Los turbocompresores a

menudo tienen una ventilación incorporada que permite la salida de gases para derivar el

escape de la turbina, controlando su velocidad y mejorando su salida.

Separador de agua

Estos dispositivos varían en su diseño, pero su propósito principal es quitar la humedad

del aire comprimido. El agua tiende a condensar en el sistema como resultado de la

compresión, lo cual significa esencialmente que el vapor en aerosol se comprime

nuevamente a su estado líquido. El agua líquida debe ser removida de un sistema

compresor de aire para prevenir la corrosión, las inconsistencias en la presión y el

congelamiento de las herramientas cuando se libera la presión. Los separadores de agua

funcionan a la inversa del radiador de un auto, proveyendo de un lugar frío para que las

gotas de agua condensen antes de que puedan llegar al flujo de aire. Los separadores

también pueden colocarse en línea entre el compresor y el motor de alimentación.