TECNO-UDA 04 Compresores
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La Universidad de la Regin de Atacama
Instituto Tecnolgico
Ctedra de Perforacin y Tronadura
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Compresores
Ctedra de Perforacin y Tronadura
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Compresor
Es una maquina que posee diferentes principios de funcionamiento y construccin, la
cual transforma el aire en energa.
Este equipo aspira aire del ambiente y aumenta su presin en una o ms etapas
hasta que alcance un valor adecuado para su utilizacin.
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El compresor de aire suministra aire a elevada presin para diversas aplicaciones
como el transporte, pistola de pintura, inflamiento de neumticos, limpieza,
herramientas neumticas y en la minera en diversos equipos como son las
perforadoras, equipos proyectores de shocrete como el roboshot, cargadores de anfo
como el anol y jet-anol, etc.
Otro es el compresor de refrigeracin, empleado para comprimir el gas del
vaporizador. Otras aplicaciones abarcan procesos qumicos, conduccin de gases,
turbinas de gas y construccin.
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Un compresor se define como un instrumento mecnico que reduce el volumen
ocupado por un gas (aire) a travs de cierta presin ejercida sobre l.
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Tipos de compresores
Segn las exigencias referentes a la presin de trabajo y al caudal de suministro, se
pueden emplear diversos tipos de construccin. Se distinguen dos tipos bsicos de
compresores:
Desplazamiento.
Compresores
Dinmicos
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El primero trabaja segn el principio de desplazamiento. La compresin se obtiene
por la admisin del aire en un recinto hermtico, donde se reduce luego el volumen.
Se utiliza en el compresor de mbolo (oscilante o rotativo).
El otro trabaja segn el principio de la dinmica de los fluidos. El aire es aspirado por
un lado y comprimido como consecuencia de la aceleracin de la masa (turbina).
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Compresores de desplazamiento
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Compresores de desplazamiento
En este tipo de compresores el aire comprimido, tanto su presin como volumen se
efecta confinndolo o comprimindolo dentro de una cmara cerrada, donde el
volumen captado desde la atmsfera se va reduciendo paulatinamente con el
movimiento de los elementos o piezas que componen dicho compresor.
Los compresores de desplazamiento, que son los que se utilizan en los equipos de
perforacin, tambin llamados volumtricos
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Alternativos
Rotativos
Pistn
Tipo Laberinto
Tipo Diafragma
Tornillo paleta
Desplazamiento
Entroncado
Cruseta
roots
Un rotor Dos Rotores.
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Compresores de desplazamiento alternativos
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Compresores de desplazamiento alternativos
Los compresores alternativos funcionan con el principio adiabtico mediante el cual
se introduce el gas en el cilindro por las vlvulas de entrada, se retiene y comprime
en el cilindro y sale por las vlvulas de descarga, en contra de la presin de
descarga.
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Compresor de Pistn
Estos equipos son los ms antiguos y conocidos, ya que han sido empleados en las
minas de interior para el suministro de aire comprimido a travs de las redes de
distribucin instaladas dentro de las mismas. Su aplicacin ha descendido
notablemente como consecuencia del uso masivo de otras fuentes de energa ms
eficientes, como son la electricidad y la hidrulica.
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De acuerdo a la posicin del pistn
a.- Horizontal.
b.- En v.
c.- en L.
d.- Radial.
De acuerdo a la compresin
a.- Simple efecto.
b.- Doble efecto.
De acuerdo al nmero de etapas
a.- Monofsico.
b.- Polifsico.
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Compresor de mbolo oscilante . Este es el tipo de compresor ms difundido
actualmente. Es apropiado para comprimir a baja, media o alta presin. Su campo de
trabajo se extiende desde unos 1 .100 kPa (1 bar) a varios miles de kPa (bar).
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Este compresor funciona en base a un mecanismo de excntrica que controla el
movimiento alternativo de los pistones en el cilindro.
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Cuando el pistn hace la carrera de retroceso aumenta el volumen de la cmara por
lo que aumenta el volumen de la cmara, por lo que disminuye la presin interna,
esto a su vez provoca la apertura de la vlvula de admisin permitiendo la entrada de
aire al cilindro.
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Una vez que el pistn ha llegado al punto muerto inferior inicia su carrera
ascendente, cerrndose la vlvula de aspiracin y disminuyendo el volumen
disponible para el aire, esta situacin origina un aumento de presin que finalmente
abre la vlvula de descarga permitiendo la salida del aire comprimido ya sea a una
segunda etapa o bien al acumulador.
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Es el compresor mas difundido a nivel industrial, dada su capacidad de trabajar en
cualquier rango de presin. Normalmente, se fabrican de una etapa hasta presiones
de 5 bar, de dos etapas para presiones de 5 a 10 bar y para presiones mayores, 3 o
mas etapas.
Algunos fabricantes ya estn usando tecnologa denominada libre de aceite, vale
decir, sus compresores no utilizan aceite lo que los hace muy apetecibles para la
industria qumico farmacutica y hospitales.
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Para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario disponer varias etapas
compresoras. El aire aspirado se somete a una compresin previa por el primer
mbolo, seguidamente se refrigera, para luego ser comprimido por el siguiente
mbolo. El volumen de la segunda cmara de compresin es, en conformidad con la
relacin, ms pequeo. Durante el trabajo de compresin se forma una cantidad de
calor, que tiene que ser evacuada por el sistema refrigeracin.
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Los compresores de mbolo oscilante pueden refrigerarse por aire o por agua, y
segn las prescripciones de trabajo las etapas que se precisan son:
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Compresor de mbolo rotativo
Consiste en un mbolo que est animado de un movimiento rotatorio. El aire es
comprimido por la continua reduccin del volumen en un recinto hermtico.
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Compresores de desplazamiento alternativos
Diafragma
Este tipo forma parte del grupo de compresores de mbolo. Una membrana separa el
mbolo de la cmara de trabajo; el aire no entra en contacto con las piezas mviles.
Por tanto, en todo caso, el aire comprimido estar exento de aceite.
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El movimiento obtenido del motor, acciona una excntrica y por su intermedio el
conjunto biela - pistn. Esta accin somete a la membrana a un vaivn de
desplazamientos cortos e intermitentes que desarrolla el principio de aspiracin y
compresin.
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Debido a que el aire no entra en contacto con elementos lubricados, el aire
comprimido resulta de una mayor pureza, por lo que lo hace especialmente aplicable
en industrias alimenticias, farmacuticas , qumicas y hospitales.
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Compresores de desplazamiento
Rotativos
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Paleta
Estos compresores tienen un solo rotor que monta paletas radiales flotantes y cuyo
eje es excntrico con el de la carcasa cilndrica.
Excntrico = no esta en el centro
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Al girar las paletas se desplazan contra el estator por efecto de la fuerza centrfuga.
La aspiracin del aire se realiza por un orificio de la carcasa, quedando retenido en el
espacio entre cada dos paletas.
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Al girar el rotor el volumen va disminuyendo, aumentando la presin del aire, hasta
llegar a la lumbrera de descarga.
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Las ventajas de este compresor residen en sus dimensiones reducidas, su
funcionamiento silencioso y su caudal prcticamente uniforme y sin sacudidas.
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El rotor est provisto de un cierto nmero de aletas que se deslizan en el interior de
las ranuras y forman las clulas con la pared del crter.
Cuando el rotor gira, las aletas son oprimidas por la fuerza centrfuga contra la pared
del crter, y debido a la excentricidad el volumen de las clulas vara
constantemente.
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Tiene la ventaja de generar grandes cantidades de aire pero con vestigios de aceite,
por lo que en aquellas empresas en que no es indispensable la esterilidad presta un
gran servicio, al mismo tiempo el aceite pulverizado en el aire lubrica las vlvulas y
elementos de control y potencia.
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Tornillo
En estas unidades la presin del aire se consigue por la interaccin de dos rotares
helicoidales que engranan entre s.
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Dos tornillos helicoidales que engranan con sus perfiles cncavo y convexo impulsan
hacia el otro lado el aire aspirado axialmente.
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Los tornillos del tipo helicoidal engranan con sus perfiles y de ese modo se logra
reducir el espacio de que dispone el aire.
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Esta situacin genera un aumento de la presin interna del aire y adems por la
rotacin y el sentido de las hlices es impulsado hacia el extremo opuesto.
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A fin de evitar el desgaste de los tornillos, estos no se tocan entre si, ni tampoco con
la carcasa, lo cual obliga a utilizar un mecanismo de transmisin externo que permita
sincronizar el movimiento de ambos elementos.
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Entrega caudales y presiones medios altos (600 a 40000m/h y 25 bar) pero menos
presencia de aceite que el de paletas. Ampliamente utilizado en la industria de la
madera, por su limpieza y capacidad.
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Roots
En estos compresores, el aire es llevado de un lado a otro sin que el volumen sea
modificado. En el lado de impulsin, la estanqueidad se asegura mediante los bordes
de los mbolos rotativos.
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Como ventaja presenta el hecho que puede proporcionar un gran caudal, lo que lo
hace especial para empresas que requieren soplar, mover gran cantidad de aire, su
uso es muy limitado.
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El accionamiento tambin se asegura exteriormente, ya que por la forma de los
elementos y la accin del roce no es conveniente que los mbolos entren en
contacto.
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Compresores dinmicos
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Su caracterstica mas importante es que son equipos de baja presin y caudales
elevados, en los cuales el aire es impulsado principalmente por elementos de
rotacin, tambin son conocidos como turbocompresores.
Trabajan segn el principio de la dinmica de los fluidos, y son muy apropiados para
grandes caudales. Se fabrican de tipo axial y radial.
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El aire se pone en circulacin por medio de una o varias ruedas de turbina. Esta
energa cintica se convierte en una energa elstica de compresin.
Eyector
Radial
Axial
Dinmicos
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Axial
El compresor axial consiste en un rotor de forma cilndrica que gira dentro de una
carcasa o estator.
El fluido de trabajo circula por el espacio anular entre el rotor y el estator, pasando
por hileras de alabes fijos y mviles
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La rotacin acelera el fluido en el sentido axial comunicndole de esta forma una
gran cantidad de energa cintica a la salida del compresor, y por la forma
constructiva, se le ofrece al aire un mayor espacio de modo que obligan a una
reduccin de la velocidad.
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Esta reduccin de velocidad se traduce en una disminucin de la energa cintica, lo
que se justifica por haberse transformado en energa de presin.
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Con este tipo de compresor se pueden lograr grandes caudales (200.000 a 500.000
m/h) con flujo uniforme pero a presiones relativamente bajas (5 bar).
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La rotacin de los alabes acelera el aire en sentido axial de flujo.
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Un compresor axial simple puede estar constituido tericamente por varias etapas
segn sea necesario, pero esto puede producir que a determinadas velocidades las
ultimas etapas funcionen bajo rendimiento las primeras etapas trabajen
sobrecargadas.
Compresor axial (Kovts)
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El rotor est generalmente compuesto de discos en cuyas periferias se montan los
labes mviles
Rotor de compresor axial tpico (P&WA
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Compresor axial MAN Turbo maschinen 50 000 - 1 400 000 m/h < 20 bar
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Radial o centrifugo
En este caso, el aumento de presin del aire se obtiene utilizando el mismo principio
anterior, con la diferencia de que en este caso el fluido es impulsado una o ms
veces en el sentido radial.
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Una serie de paletas o aspas en un solo eje que gira, chupando el aire/gas
por una entrada amplia y acelerndolo por fuerza centrifuga para botarlo por el otro
lado.
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Por efecto de la rotacin, los labes comunican energa cintica y lo dirigen
radialmente hacia fuera, hasta encontrarse con la pared o carcasa que lo retorna al
centro, cambiando su direccin.
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En esta parte del proceso el aire dispone de un mayor espacio disminuyendo por
tanto la velocidad y la energa cintica, lo que se traduce en la transformacin de
presin.
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Este proceso se realiza tres veces en el caso de la figura, por lo cual el compresor es
de tres etapas. Se logran grandes caudales pero a presiones tambin bajas. El flujo
obtenido es uniforme.
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Aceleracin progresiva de cmara a cmara en sentido radial hacia afuera; el aire en
circulacin regresa de nuevo al eje. Desde aqu se vuelve a acelerar hacia afuera.
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Ventajas de los compresores centrfugos
Menor rea frontal (importante para usos aeronuticos)
mayores relaciones de compresin y eficiencias
Eficiencias mximas debidas al efecto ram que se presenta como consecuencia
de su diseo axial.
Mayores relaciones de presin obtenibles mediante mltiples etapas de
compresin.
Una menor rea frontal y en consecuencia menor resistencia al avance.
Menores prdidas de energa debido a que no existen cambios considerables en
la direccin del flujo de aire.
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Desventajas de los compresores centrfugos
Difcil manufactura y altos costos de produccin.
Peso relativamente mayor al del compresor centrfugo por la necesidad de un
mayor nmero de etapas para la misma relacin de presin.
Alto consumo de potencia durante el arranque.
Bajo incremento de presin por etapa.
Relativamente menor robustez, dada
La fragilidad de los labes
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Actividad
Lectura recomendada MCH Febrero 2010 n 344
