COMPRESORESClasificación.Aplicaciones.Selección .

Máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo

de fluidos llamados compresibles, tal como gases y los vapores.

COMPRESORES

FLUJO DE GAS DE UN COMPRESOR CENTRIFUGO

CLASIFICACIÓN DE COMPRESORES

Dinámicos:

Centrífugo

•Flujo radial.•Flujo axial.

Desplazamiento positivo •Reciprocantes.

•Rotatorios

COMPRESORES DINÁMICOS CENTRÍFUGOS

Produce presión al aumentar la del flujo de vapor o gas. Consta de:• Impulsor.• Difusor.• Carcaza.

• Radial Abierto• Con inductor abierto

• Cerrado

COMPRESORES CENTRÍFUGOS:

Tipos de impulsores

•

Donde:Z: Límite de vibración permisible (milésimas de pulgada)máx. 2 milsn: Velocidad en rpm.

COMPRESORES CENTRÍFUGOS: Limite de vibración permisible en el eje o en el árbol del compresor

COMPRESORES DINÁMICOS:FLUJO AXIAL

• El flujo de gas es paralelo al eje del compresor y no cambia de sentido

• Están disponibles desde unos 20000PCMS hasta mas de 400000PCMS.

• Producen presiones hasta 65 psig en un compresor industrial típico de 12 etapas.

COMPRESORES DINÁMICOS:FLUJO AXIAL

COMPRESORES DINÁMICOS:

FLUJO RADIAL• Utiliza aletas

rotativas, lo que provoca una expulsión del flujo de aire en sentido radial desde sus extremos.

• La velocidad va de 800-900 ft/s

• RADIAL: https://www.youtube.com/watch?v=zeWAjWSDX1E:

COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO: RECIPROCANTES O ALTERNATIVOS

• Funcionan con el principio adiabático mediante el cual se introduce el gas en el cilindro por las válvulas de entrada, se retiene y comprime en el cilindro y sale por las válvulas de descarga.

• Existen dos tipos: de émbolo y de diafragma.

• Se clasifican como simple y doble efecto.

• Abarcan desde una capacidad muy pequeña hasta unos 3000 PCMS.

ÉMBOLO: Aire de

3-7 Bar

Diafragma: Aire hasta 5 Bar

COMPRESORES RECIPROCANTES : simple y doble efecto:

COMPRESORES RECIPROCANTES DE ÉMBOLO: Mecanismo

Atrapa un gas dentro

del compresor

Lo fuerza a ocupar un

volumen menor

Mientras el gas se comprime aumenta la

presión

• RECIPROCANTE: EMBOLO: https://www.youtube.com/watch?v=DfhclR6_KKg

COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO:

ROTATORIOS• Se desplaza en volumen fijo con

cada revolución.• Solo para necesidades especiales.• Tienen capacidad máxima de 25000

ft3/min• Se necesitan velocidades de giro

muy altas• Se usan principalmente como

sopladores de baja presión, que comprimen el aire o gases hasta 5 a 7 psig y algunos hasta 25 psig.

• Se pueden agrupar en 4 tipos básicos: soplador de lóbulos, aspas o paletas deslizables, espiral rotatorio y bomba de anillo de liquido.

SOPLADOR DE LÓBULOS• Dos o tres rotores en forma de «8» se

acoplan entre si y se impulsan engranajes de sincronización montados en cada eje.

• Van desde los muy pequeños: 2ft/s hasta 20000 pcms

ASPAS O PALETAS DESLIZABLES• Tiene un rotor con ranuras , dentro de las cuales

se deslizan las aspas hacia dentro y afuera en cada revolución.

• Sus capacidades son de 1500 – 2000 ft3/min• Se pueden emplear como bomba de vacío

ESPIRAL ROTATORIO• Se utiliza para altas

presiones.• Viene en tamaños

grandes: 50-3500 PCMS

ANILLO LÍQUIDO• La fuerza centrifuga hace

que forme un anillo liquido en la periferia de la carcaza

• Se utiliza para gases difíciles: Cloro, gas acido, dióxido de carbono y otros.

• Se utilizan como sopladores de baja presión

VENTAJAS Y DESVENTAJASTIPO VENTAJAS DESVENTAJAS

RECIPROCANTES

• Gran flexibilidad en rango operacional.

• Menos sensible a cambios en la composición del gas.

• Menos sensibles a cambios en la composición del gas.

• Alto costo inicial.• Alto costo de

mantenimiento.• Tamaño y peso

elevado.• Motores de baja

velocidad y alto mantenimiento.

CENTRÍFUGOS

• Menor costo inicial.• Menos costo de

mantenimiento.• Menor tamaño y

masa.• Motores de alta

velocidad y bajo mantenimiento.

• Alto costo de potencia del motor.

• Sensible a cambios en la composición y densidad del gas.

• Rango operativo limitado por golpe de ariete.

TIPO VENTAJAS DESVENTAJAS

AXIALES

• Alta capacidad de flujo.

• Mayor eficiencia.• Menor tamaño

físico y menor peso.

• Mas fáciles de manejar en paralelo.

• Sistemas de control de flujo mas complejos y costosos.

• Limites de presión más bajos.

• Principalmente diseñado para manejo de aire o gases limpios no corrosivos.

CENTRÍFUGOS

• El control de flujo es simple, continuo y eficiente en un alto rango.

• Menos costosos.• Pueden manejar

suciedad, erosión y gases corrosivos.

• Menos capacidad de flujo.

• Menor eficiencia.• Mayor tamaño y

peso.

VENTAJAS Y DESVENTAJASTIPO VENTAJAS DESVENTAJAS

ROTATIVOS

• En el rango de 1 a 100 m3/s (según cual sea la razón de compresión).

• Ocupan relativamente poco espacio.

• Flujo continuo y sin pulsaciones.

• Se pueden conectar directamente bien a un motor eléctrico o a una turbina movida por vapor.

• Largos periodos de tiempo entre reparaciones u operaciones de mantenimiento.

• No hay contaminación del gas por aceite lubricante.

• La presión de descarga depende del peso molecular del gas.

• Aumentos relativamente pequeños de la pérdida de carga en la tubería de impulsión.

• Se necesitan velocidades de giro muy altas.

• Se necesita un sistema complicado para evitar las fugas y para la lubricación.

• Son muy ruidosos y no suelen tener protección como silenciadores de succión y descarga.

• Compresores de aire: para servicios e instrumentos en casi cualquier planta.

• Compresores de refrigeración de baja temperatura: en unidades para etileno, polietileno o p-xileno.

• Sopladores sencillos (rotatorios): en plantas de recuperación de azufre.

• Sopladores grandes: en unidades de craqueo catalítico.

• Compresores de espiral rotatorio (alta presión): para gas de alimentación reforzadores y para gas recirculado en plantas de hidrocarburos, amoniaco y síntesis de metanol.

APLICACIONES

• Industria cervecera.• Refrigeración.• Viticultura .• Soplado de recipientes de aluminio. • Arranque de motores y turbinas de gas.• Procesos de pintado y aplicación

de adhesivos.• Hogar.• Industria militar.• Industria de la construcción.

APLICACIONES

APLICACIONES

• Plantas químicas. • Industrias de procesamiento. • Producción y aplicación de gases inertes.• Industria Aeronáutica.• Compresión de biogás.• Sistemas de aire a presión para

disyuntores eléctricos de alta potencia. • Pruebas de presión de componentes.• Industria mueblería.

PROCESO DE SELECCIÓN ¿Que compresor

necesito?

¿PARA QUÉ SE VA A USAR EL AIRE?

¿Dónde se va a colocar el compresor?

¿Cuánta presión PSI (Libras/pulgada2) se necesita?

Compresores neumáticos requieren cerca de 90 PSI funcionar correctamente. Sin embargo, es posible que usted necesite trabajar con un compresor de mayor presión. La mayoría de los compresores industriales son de doble etapa, que quiere decir que el compresor aumenta la presión en dos etapas. Las estructuras de la primera etapa genera una presión de 90 PSI y las estructuras de la segunda etapa la aumenta a 175 PSI lo cual le permite tener una presión elevada que alimentara su herramienta neumática, con una unidad de mantenimiento previamente instalada.

¿Cuánto flujo de aire se necesita?

• Los PCM (pies cúbicos por minuto) son la medida del flujo de aire que puede crear el compresor. Los PCM se pueden determinar de dos maneras diferentes:

El desplazamiento del pistón (DP)Los pies cúbicos por minuto reales (PCMR).

¿Cuánto caballaje se requiere?

• El caballaje es directamente proporcional a la especificación de los PCM del compresor.

• Mientras mayor es el caballaje, más aire (PCM) puede suministrar el compresor.

¿Qué tipo y tamaño de tanque se necesita?

• El tanque proporciona una reserva de aire para atender a las demandas pico de flujo y presión. Mientras mayor es el receptor, mayor la reserva disponible. Los tanques están disponibles en diseño vertical y horizontal. La configuración depende del espacio de piso disponible.

¿Cuáles son los requerimientos de

electricidad?• El rendimiento de un compresor se calcula basándose

en las condiciones del aire medidas en la entrada y la salida, y el caudal medido a la salida.

Las tablas de rendimiento del fabricante.Puede ser necesario contactar con el fabricante.Pueden estimarse usando los datos medidos, las leyes

de los gases y las ecuaciones de rendimiento de compresores.

La relación básica es:Notación:

(HP)et : potencia por etapa, hp(BHP)/(MMPCDE): Potencia requerida para una relación de compresión (MMPCDE): Capacidad requerida.Fge : factor de gravedad especifica del gas.Zs - Zd : factores de comprensibilidad del gas en condiciones de succión y descarga.

¿Cuáles son los requerimientos de

electricidad?

Compresor centrífugo de etapas múltiples

Para evaluar las características de rendimiento• Se necesitan los datos del fabricante en cuanto a

rendimiento; para la aplicación original, los cuales deben ser las curvas de carga contra volumen y de potencia contra volumen o sus equivalentes y, de preferencia, varias curvas para diferentes velocidades.

• También se necesitará información sobre las propiedades del gas para el servicio original.

Ejercicio:• Se hará la selección preliminar de un compresor para

manejar 90000 PCMS de aire cuando las condiciones en la succión son 14.3 psia, 90°F y 70% de humedad relativa. La presión de descarga será de 22.3 psia, el peso molecular = 28.59, k =1.395. Se supondrá un impulsor con diámetro D de 55 in y velocidad de rotación N de 3550 rpm.

Nota: los factores de compresibilidad son unitarios para estas condiciones (ideal)

Notación:

D= Diámetro del impulsor (ft)PCMS= Flujo en volumen en la succión (Had= Carga Adiabática (ft-lbf/lbm)n= Eficiencia politrópicaZ= Factor de compresibilidadSubíndice= s= Succiónd= Descarga

rc= Relación de compresión del compresorMW= Peso molecularT= Temperatura absoluta °R

1. Calculamos el flujo de aire a la entrada. Q = 90 000/60 = 1 500 ft3/s

2. Calculamos la carga con la ecuación:

Ejercicio:

Diámetro (D) y velocidad especifica (N)

COMPRESORES CENTRÍFUGOS• En los compresores y sopladores

(ventiladores) centrífugos se aplican las “leyes de los ventiladores ” o “leyes de afinidad” referentes a la variación en la capacidad y la carga, como función de la velocidad.

en donde N es la velocidad, Q es la capacidad en la entrada y H es la carga.

• Para unidades motrices de velocidad constante, como los motores eléctricos, el compresor se debe controlar en una de tres formas:

1. Aspas de guía de admisión .

2. Estrangulación de la presión de succión.

3. Estrangulación de la presión de descarga.

1. Aspas o paletas de guía de admisiónSon aspas fijas de ajuste manual o automático en la entrada a la primera etapa que hacen que cambie el ángulo de aproximación del gas con relación al impulsor giratorio.

Aunque las aspas son las mas eficientes, son costosas, complejas en algunos tipos de maquinas y un componente adicional que requiere mantenimiento y ajuste.

Produce una presión de succión ligeramente mas baja que la del diseño y produce una carga total mas eleva si la presión de la descarga permanece constante; cuando se estrangula la succión, se reduce la densidad del gas y se tiene correspondencia entre el flujo de peso requerido con la capacidad de volumen.

2. Estrangulación por succión

Con un flujo reducido, el compresor produce carga (y presión) mayores que las que necesita el proceso; éstas se estrangulan antes de que lleguen al equipo.

3. Estrangulación de la descarga

• Un método rápido y exactitud razonable para determinar el caballaje requerido para cada etapa de un compresor reciprocante, es el empleo de la grafica “caballaje por millón ”.

• Para obtener resultados mas exactos con gases mas ligeros o pesados que el aire, se debe aplicar el factor de corrección.

La relación básica es:

Notación:

(HP)et : potencia por etapa, hp(BHP)/(MMPCDE): Potencia requerida para una relación de compresión (MMPCDE): Capacidad requerida.Fge : factor de gravedad especifica del gas.Zs - Zd : factores de comprensibilidad del gas en condiciones de succión y descarga.

COMPRESORES RECIPROCANTES

Ejercicio:• Se hará la selección preliminar de un

compresor reciprocante de etapas múltiples,

típico, para manejar 413 MMPCDE de una mezcla de hidrógeno y gas hidrocarburo con peso molecular de 2.925. En la tabla VI se presentan los datos pertinentes y los cálculos necesarios.

Método del

caballaje por millón