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Generadores de Aire Comprimido

3.3 Compresores a pistón Los compresores a pistón operan según el principio dedesplazamiento. El pistón succiona aire vía la válvulade succión en su carrera descendente. La válvula secierra durante la carrera ascendente y el aire esforzado a través de la válvula de descarga. El pistón esaccionado desde el cigüeñal por medio de la biela.

Los compresores a pistón están disponibles con uno ovarios cilindros y con una o varias etapas.

Los compresores multi cilindro son para caudalesmayores y los multi etapa son para presiones mayores.

Compresión en una etapa.

.

Fig. 3.23:Compresor a pistón una etapasimple acción, enfriado por aire

Compresión a la presión final en una carrera de pistón

Compresión en dos etapas

El aire comprimido en la primera tapa ( cilindro de bajapresión ) se enfría en el enfriador intermedio y luegocomprime a la presión final en la segunda etapa(cilindro de alta presión )

Compresores de simple acción
Fig. 3.24:Compresor a pistón dos etapasdoble acción, enfriado por aire
Una compresión con una rotación del cigüeñal

Compresores de doble acción

Dos compresiones con una rotación del cigüeñal

Velocidades de pistón

En compresión, la velocidad de compresión o delmotor son de importancia secundaria. El factor másimportante es calcular el desgaste por velocidad delpistón. Por lo tanto, un compresor de baja velocidad ycarrera larga puede tener una alta velocidad de pistón.En contraste compresores con alta velocidad y carreracorta pueden tener baja velocidad de pistón. Lavelocidad de pistón, medida en m/s esextremadamente baja en los compresores modernos.Esto significa desgaste mínimo

Succión Compresión

Fig. 3.25:Principios

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3.3.2 Capacidad de succión - entrega Capacidad de succión - DescargaCaudal de desplazamiento – Caudal volumétrico

La capacidad de succión ( Caudal de desplazamiento )es un tamaño calculado en compresores a pistón. Estees el producto de la capacidad del cilindro, velocidaddel compresor ( cantidad de carreras ) y la cantidad decilindros succionando. Se expresa en l/min, m3/min y

Fig. 3.26:Capacidad de desplazade aire libre

Volumen de trabajoCaudal de succión

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Caudal volumétricoCaudal de descarga

m3/h.

La capacidad real ( de aire libre entregado FAD ) semide de acuerdo a VDMA Unit Sheet 4362, DIN 1945,ISO 1217 o PN2 CPTC2.

La proporción entre la capacidad real y eldesplazamiento es la eficiencia volumétrica.

miento y real

Area muerta

El área muerta es una dimensión específica ubicadaentre el punto muerto superior del pistón y el bordeinferior de la válvula.

Esta abertura o espacio incluye:- Tolerancias de diseño

- Cavidades en la válvulas y sus asientos

- Consideraciones individuales de diseño

Durante la carrera descendente del pistón, el aire en laparte de compresión se expande a la presiónatmosférica. Solo en este punto, al continuar la carreradescendente del pistón, aire nuevo es admitido desdeel exterior.

La diferencia entre la capacidad de desplazamiento ycapacidad real ocurre porque durante la succión la

C = Area muertaS = CarreraR = Re-expansión

presión del aire baja en el filtro de succión, ocurrenfugas, el aire se calienta y re-expande en la parte decompresión debido al espacio muerto.

Fig. 3.27:Area muerta


3.3.3 Enfriamiento En todos los procesos de compresión se genera calor.El grado ce calentamiento depende de la presión finaldel compresor. Mientras más alta sea la presión final,más alta será la temperatura del compresor.

Según reglas de seguridad, la temperatura final encompresores lubricados de una etapa, motor de unmáximo de 20 kW y una presión máxima de 10 barpuede llegar a 220° C.

Con potencias y presiones más altas se permite unatemperatura de 200° C. Con compresión de etapasmúltiples y presiones sobre 10 bar, la temperatura decompresión final máxima es de 160° C.

Por lo tanto se debe expeler la mayor parte del calorde compresión. El aire comprimido caliente puede serpeligroso ya que una pequeña cantidad de aceitelubricante es absorbida por el aire durante lacompresión pudiendo ser inflamable. Fuego en la líneao en el compresor es el peligro menor, pero con altastemperaturas el riesgo de explosión es mayor debido aque el oxígeno contenido es mucho mayor que en el

Fig. 3.28:Compresor a pistón enfriado por aire

aire atmosférico.

Por esto, los compresores tienen un enfriadorintermedio y uno posterior para enfriar el airecomprimido. La cantidad de calor a remover porenfriamiento del aire libre entregado y la presión. Loscompresores de alta presión tienen dos, tres o máscilindros. Los cilindros están colocados en la mejorposición respecto al flujo de aire del ventilador. Paramejorar el enfriamiento, los cilindros y culatas tienengenerosas aletas. Sin embargo todo esto no essuficiente para obtener la mínima temperatura del aire.Este debe ser enfriado en los inter enfriadores.

Para el cliente es beneficioso contar con airecomprimido a baja temperatura ya que mientras másfrío contiene menos humedad. Además, el equipo detratamiento de aire, aguas abajo, es menos costoso sise usará con aire comprimido a bajas temperaturas.

En compresores enfriados por aire, el aire comprimido

.

Fig. 3.29:Post enfriador y drenaje de condensado

sale a aproximadamente 10 - 15° C sobre latemperatura ambiente.

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3.3.4 Medio Refrigerante La mayor parte de los compresores a pistón sonenfriados por aire. El aire frío tiene la ventaja estar encantidad ilimitada en casi todas partes.El aire frío es generado por un ventilador forzando elaire a través de los inter y post enfriadores y luegosobre el compresor.Se forma condensado en el ciclo de compresión yenfriamiento del aire comprimido. Debido a la bajavelocidad de flujo, el condensado queda en el postenfriador, tubería y acumulador.Los compresores a pistón son normalmentecontrolados por presóstato. Estos deben ser colocadosen un área calma del aire comprimido. Ej. En elacumulador, no en la tubería misma. El presóstatopara el compresor al llegar este a la presión máximaajustada (P1) y lo arranca al bajar la presión a unapresión también ajustada (P2). Este diferencial nodebe ser muy pequeño para evitar desgasteinnecesario.La presión P2 puede ser ajustada dejando la P1

3

40

Fig. 3.30:Presóstato

constante. Tiene la ventaja de que el compresorfuncionará y estará detenido por periodos más largos.La presión P” no puede ser menor que la mínimarequerida en la red. Con el presóstato, el compresor nocontinúa funcionando sino que para. (operaciónintermitente)Los compresores a pistón son particularmenteapropiados para máquinas de consumo peak. Elcompresor solo arranca cuando la demanda aumenta ypara cuando se llega a la presión P1, después de untiempo ajustado en un temporizador, lo que ahorraaproximadamente un 30% de energía al trabajar enralentí.

— Compresión de casi todos los gases técnicos

— compresión económica a presiones hasta 40 bar

— Se pueden usar como compresores booster

— Fácil control

— Operación partida – parada económica ( no hay

operación sin carga )

.3.6 Ventajas de los compresores reciprocantes a pistón


3.3.7 Componentes de un compresor a pistón

Fig. 3.31:Disposición de un compresor a pistón

Filtro de succión

Inter y Post enfriador

Culatas

Cárter

Motor eléctrico

Drenaje condensado

Estanque acumulador

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Presóstato

ManómetroVálvula deseguridad

Tapa inspección estanque


3.4 Compresores a tornillos

3.4.1 General El compresor a tornillos es más reciente que elcompresor a pistón. Aunque el principio fuedesarrollado ya en 1979 por Heinrich Krigar enHannover, su construcción no fue perfeccionada hastadespués de la segunda guerra mundial. La compañíasueca "Svenska Rotor Maskiner" ( SRM ) desarrollotécnicamente el compresor a tornillos.

Los compresores a tornillos operan bajo el principio dedesplazamiento. Dos rotores paralelos con diferentesperfiles trabajan dentro de una carcaza en direccionesopuestas.

3.4.2 Proceso de compresión El aire succionado es comprimido hasta la presión finalcámaras que disminuyen de tamaño constantementeal girar los rotores. Al llegar a la presión final, el aire esdescargado vía un orificio de salida. Las cámaras decompresión están formadas por las paredes de lacarcaza y en engrane de los perfiles helicoidales de losrotores.

Succión ( 1 )El aire entra por el orificio de entrada hacia los perfilesabiertos en el lado de succión.

Compresión ( 2 ) + ( 3 )El orificio de entrada queda cerrado por la continuaciónde la rotación de los rotores. El volumen se reduce y lapresión sube. Durante este proceso se inyecta aceite.

Descarga ( 4 )El proceso de compresión ha terminado. Se haalcanzado la presión final y comienza la descarga.

LAD

O D

E SU

CC

ION

LAD

O D

E D

ESC

AR

GA

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Fig. 3.32:Tornillos macho y hembra

Fig. 3.33:El proceso de compresión en la unidadCompresora a tornillos


3.4.2 Método de operación

Fig. 3.34:Esquema de uncompresor a tornilloss

1 – Unidad compresora 2 – Motor eléctrico 3 – Control electrónico MC2 4 – Partidor estrella / triángulo 5 – Secador refrigerado 6 – Convert. frecuencia (Opcional) 7 – Ventilador 8 – Filtro de succión 9 – Filtro separador de aceite10 – Filtro de aceite11 – Válvula de succión12 – Panel pre-filtro13 – Enfriador aire y aceite14 – Tensor automático correas15 – Válvula check y presión mínima

Los compresores a tornillos toman aireatmosférico vía filtro se succión con elementoreemplazable. Luego de pasar por el regulador desucción entra a la unidad compresora donde escomprimido. Recibe inyección de aceite queenfría el aire. Una parte importante de aceite esremovido al entrar en el estanque separador. Elaceite residual es removido por el elementoseparador, quedando 1 a 3 ppm de aceite.El aire comprimido pasa por la válvula de presiónmínima hacia el post enfriador de donde sale a lared. El aceite pasa por el enfriador de aceite, filtrode aceite para ser nuevamente inyectado en launidad compresora.

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3.4.3 Circuito de Aceite El aceite inyectado en el la unidad compresora cumplelas siguientes funciones:– Extracción del calor de compresión (enfría)– Sella los espacios entre rotores y carcaza– Lubrica los descansos

1 = Estanque separador aire comprimido/aceiteEl aceite es separado del aire comprimido reduciendola velocidad de flujo dentro del estanque separador enel que se colecta el aceite. El aceite es forzado a saliry entrar en la unidad compresora por la presión delsistema.

2 = Válvula bypass termostáticaLa válvula bypass termostática dirige el aceite alenfriador de aceite o al bypass (mientras el equipollega a temperatura de trabajo). De esta manera elaceite está siempre a su temperatura de trabajoóptima.

3 = Enfriador de aceite (aire o agua)El enfriador de aceite reduce la temperatura del aceitea su condición óptima antes de su inyección en launidad compresora.

4 = Filtro de aceite

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Fig. 3.35:Componentes del circuito de aceite

El filtro de aceite retiene impurezas del aceite y evitaque entren en el sistema de circulación de lubricante.

5 = Unidad compresoraEl aceite inyectado en la unidad compresora es dirigidonuevamente al estanque separador de aceite donde sesepara del aire comprimido por fuerzas gravitacionalesy el elemento separador.

6 = Línea de barridoLa unidad compresora succiona cualquier aceiteresidual que se ha colectado en el elemento separadorvía la línea de barrido.


3.4.4 Circuito neumático El aire succionado por la unidad compresora escomprimido hasta la presión final por los rotores.

1 = Filtro de succiónEl filtro de succión limpia el aire succionado por launidad compresora.

2 = Regulador de succiónEl regulador de succión abre o cierra la succióndependiendo del status de operación del compresor.

3 = Unidad compresora La unidad compresora comprime el aire succionado.

4 = Estanque separador aire/aceiteDentro de este estanque el aire comprimido es efectúala separación primaria del aceite.

5 = Elemento separador de aceiteEl elemento separador de aceite remueve el aceiteresidual después de la separación primaria.

6 = Válvula de presión mínimaEsta válvula solo abre cuando la presión del sistemaha llegado a 3.5 bar, lo que causa una rápidapresurización del sistema y asegura la lubricacióndurante el arranque del compresor. Cuando elcompresor para, esta válvula también actúa comoválvula check impidiendo el retorno de aire comprimidohacia el compresor.

7 = Post enfriador (enfriado por aire)El aire comprimido es enfriado en el post enfriador.

Fig. 3.36:Componentes del circuito neumático

Durante esta fase, una gran proporción de la humedaden el aire comprimido es removida.

8 = Llave de corteEl compresor a tornillos puede ser aislado de la redmediante una llave de corte ubicada en la descargadel compresor.

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3.4.5 Recuperación de calor El aceite remueve aproximadamente un 85% del calorde compresión de un compresor a tornillos coninyección de aceite. Usando un intercambiador decalor el calor puede ser extraído del aceite y usadopara calefacción o agua caliente.

.El agua pasando a contra flujo por el intercambiadores calentada hasta +70° C. La cantidad de aguacalentada depende de la diferencia de temperatura

Fig. 3.37:Intercambiador de placas

3.4.6 Regulador de succiónEl regulador de succión controla la línea de entrada ala unidad compresora, determinando la carga de esta.

— Totalmente sin carga en el arranque con elregulador cerrado.

— Cerrado durante operación sin carga, al ser paradoo parada de emergencia.

Fig. 3.38:Circuito regulador de succión

3.4.7 Ventajas de compresores — cuando se requiere aire comprimido en forma a tornillos continua

— ideal como equipo base— económica, con 100 % de disponibilidad

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3.4.8 Componentes de un compresor a tornillos

Fig. 3.39:Disposición de un compresor a tornillos

Ventilador, enfriador de aire yenfriador de aceite

Transmisión directa

Filtro y válvulade succión

Unidad compresoraMotor eléctrico develocidad variable, altaeficiencia

Control elede cristal lí

Cartuchos separaciónfina de aceite

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Filtro deaceite

Estanque separaciónprimaria de aceite

ctrónico con pantallaquido AIR CONTROL 3


3.5 Componentes Los motores eléctricos principales son de corrientealterna y operan normalmente a una velocidad de3.000 rpm. La velocidad apropiada del compresor seobtiene mediante transmisión por correas. Los motoresson normalmente blindados, TEFC, con aislación claseF y protección IP 55.

Fig. 3.40:Transmisión por correas en V

3.5.2 Correas de transmisión El compresor es accionado vía transmisión de correasen V. La transmisión en los compresores a tornillos eslibre de mantención y larga vida útil gracias a susistema de tensión automática. Algunos modelosvienen con transmisión directa, lo que minimiza aúnmás la mantención.

.

3.5.3 Tensor de correas En los compresores a pistón, el motor va normalmentecolocado en rieles deslizantes y una placa para latensión y alineación de las correas en las poleas.

Los compresores a tornillos vienen con un sistemaautomático de tensión que asegura tensión constantedurante el arranque, cambios en la demanda yoperación normal.

Fig. 3.41:Tensor de correas en V

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3.5.4 Válvulas succión y descarga Para las válvulas de los compresores a pistón,CompAir usa válvulas de acero inoxidable, sin fricción,cortadas con láser. Esto aumenta la vida útilminimizando los depósitos de carbón en loscompresores lubricados.

En los compresores de mediana y alta presión,CompAir usa monoválvulas que minimizan lastemperaturas de descarga.

Fig. 3.42:Válvulas de compresor a pistón

3.5.5 Válvula de seguridad La válvula de seguridad debe ser capaz de descargarla total capacidad del compresor a 1.1 veces la presiónnominal del aire comprimido.

3.5.6 Filtro de succión Los compresores a tornillos succionan aire atmosféricovía el prefiltro de gabinete y luego el micro filtro desucción que es un cartucho reemplazable, de papel.El filtro de succión separa las partículas sólidas talescomo polvo, minimizando el desgaste del compresor yentregando al cliente un aire limpio. Por lo general, elfiltro tiene el inicio de separación centrífuga departículas gruesas antes del elemento filtrante.

En condiciones polvorientas tales como fábricas decemento, Se usan filtros autolimpiantes para asegurarla separación del polvo.

Algunos compresores vienen con un indicador decolmatación del filtro de succión para proceder a sureemplazo en el momento apropiado.

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Fig. 3.44:Filtro de succión

Fig. 3.43:Válvula de seguridad inter etapa


Los aceites lubricantes para compresores deben tenercualidades que impidan su descomposición por lacompresión y por emulsificación ya que de otramanera pierden sus características como lubricante.

Se usan lubricantes minerales y sintéticos. Estosúltimos en especial en compresores a pistón de altapresión. Los aceites minerales en compresores atornillos tienen una vida de aproximadamente 2.000horas, los sintéticos se cambian a intervalos mayores.

El nivel de aceite de cualquier compresor debe serrevisado en forma regular.

El primer cambio de aceite se efectúa después delperíodo de rodaje de aproximadamente 300 a 500horas de operación.

Ningún compresor debe operar con nivel bajo deaceite. Aún un corto tiempo de operación como paraverificar el sentido de rotación puede causar dañospermanentes.

El filtro de aceite debe ser reemplazado regularmentesegún las recomendaciones en el manual que proveeel fabricante.

El aceite usado y los condensados de los compresoreslubricados no deben ser descartados en elalcantarillado. Se debe disponer de ellos en una formaaceptable y según la Ley para evitar daños al medioambiente.

Compresores a pistón

Los aceites sintéticos permiten períodos de operaciónde hasta 8.000 horas de operación antes de procederal cambio de lubricante.

Compresores a tornillos

Los lubricantes semi-sintéticos permiten tiempo deoperación más prolongados. Cuando el aceite puedaentrar en contacto con alimentos se debe usar ellubricante grado Alimentos.

3.6 Lubricantes y refrigerantes de compresores

Fig. 3.45:Filtro de aceite

Fig. 3.46:Elemento separador de aceite

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