Compresor (del lat. compressio - compresión) - una máquina de energía o un dispositivo técnico para aumentar la presión y mover gas o mezclas de gases (medio de trabajo) [1] .
El compresor tiene una cámara de entrada, una cavidad de trabajo y una cámara de salida. El gas del tubo de entrada entra en la cavidad de trabajo en la que aumenta la presión del gas debido a la conversión de energía, luego se descarga en la cámara de salida y entra en el tubo de salida. Una red está conectada a la tubería de salida, para la cual opera el compresor. Se suministra energía al compresor, que se utiliza para aumentar la presión del gas debido a la interacción de este último con la parte móvil del compresor.
La energía mecánica ( par ) del accionamiento se suministra al eje del compresor, que tiene un principio mecánico de funcionamiento que, como resultado de la interacción de fuerza de la cavidad de trabajo de la parte móvil del compresor y el gas, se convierte en energía cinética y luego en energía interna del gas.
En el proceso de aumento de la presión del medio de trabajo desde la inicial hasta la final ( proceso politrópico simplificado ), parte de la energía se convierte en calor, lo que conduce a un aumento de la temperatura final del medio de trabajo.
La composición del gas afecta significativamente los parámetros del compresor debido a sus propiedades termodinámicas descritas por la ecuación de estado del gas .
Los compresores tienen una amplia variedad de diseños, difieren en presión y rendimiento, composición del entorno de trabajo. Según el principio de funcionamiento, los compresores se clasifican en:
En los compresores volumétricos, el proceso de compresión se realiza en cámaras de trabajo que modifican periódicamente su volumen y se comunican alternativamente con la entrada y salida del compresor. La base mecánica de tales compresores puede ser muy diferente: los compresores pueden ser alternativos, scroll y rotativos. Los compresores rotativos, a su vez, son de levas, de tornillo y deslizantes. También son posibles otros diseños únicos. En cualquier caso, la idea de bombeo se basa en el llenado alterno de un determinado volumen con gas y su posterior desplazamiento más allá. La capacidad de los compresores volumétricos está determinada por el número de porciones bombeadas para cualquier período de interés y depende linealmente de la frecuencia de las carreras. La aplicación principal es bombear gas a cualquier receptor y almacenamiento.
Compresor alternativoUn compresor en el que el gas se comprime debido al movimiento alternativo del pistón en el cilindro según el principio de entrada/salida de dos tiempos, el gas se aspira cuando el pistón se mueve al punto muerto inferior y el desplazamiento se produce cuando el pistón se mueve. al punto muerto superior. La distribución de gas generalmente es proporcionada por un par de válvulas de láminas accionadas por presión diferencial. Los diseños de cigüeñal y compresor de cruceta son posibles. Con cierta similitud de este tipo de compresores con un motor de dos tiempos , la diferencia importante aquí es que el compresor no comprime el volumen de aire en el cilindro.
Compresor scrollCompresor de desplazamiento positivo, en el que el movimiento del volumen de gas ocurre a través de la interacción de dos espirales, una de las cuales es estacionaria (estator) y la otra realiza movimientos excéntricos sin rotación, por lo que la transferencia de gas de la cavidad de succión a la cavidad de descarga está asegurada.
Compresor de levaCompresor rotativo de desplazamiento positivo, en el que el movimiento del volumen de gas se produce a través de la interacción sin contacto de dos rotores de levas que giran sincrónicamente en una carcasa especialmente perfilada (estator), mientras que la transferencia de gas desde la cavidad de aspiración a la cavidad de descarga se produce de forma perpendicular. a los ejes de los rotores.
Compresor de tornilloEn 1932, el ingeniero sueco Linsholm pudo dar vida a la idea de un compresor de tornillo. El principio de funcionamiento de dicho compresor era que el aire se bombeaba mediante dos tornillos. El aire se comprimió en el espacio entre las vueltas del par de tornillos y las paredes de la carcasa exterior, por lo que todos los elementos internos de la cámara del compresor de tornillo tenían la máxima precisión. Estos eran compresores "sin aceite", es decir, el aire se comprimía "seco" en la cámara de compresión.
Se requerían los primeros compresores de tornillo para proporcionar un suministro constante de aire comprimido en un volumen mayor durante la perforación. El tamaño de los primeros compresores de tornillo era proporcional a la altura de una persona. Un impulso significativo en el desarrollo de la tecnología de tornillo se recibió en la década de 1950, cuando se diseñó un compresor "lleno de aceite" con aceite suministrado a la cámara de compresión, esta solución técnica hizo posible eliminar eficazmente el calor de la cámara de compresión, que en a su vez permitió aumentar la velocidad de rotación, por lo tanto, aumentar la productividad y reducir el tamaño de las máquinas. Los compresores de tornillo están disponibles para un amplio mercado de consumidores. El suministro de aceite a la cámara de compresión resolvió dos problemas más: lubricar los rodamientos y sellar el medio compresible, lo que aumentó la eficiencia de compresión. Con el desarrollo de lubricantes y sistemas de sellado, los compresores de tornillo han tomado una posición de liderazgo en la industria para presiones medias y bajas. La gama de compresores de tornillo cubre actualmente un rango de potencia de funcionamiento de 3 a 900 kW.
Bloque de tornillosEl diseño del bloque de tornillos consta de dos tornillos macizos y una carcasa. En este caso, los tornillos se encuentran a una cierta distancia entre sí durante el funcionamiento, y este espacio se sella con una película de aceite. No hay elementos móviles. El polvo y otras partículas sólidas e incluso los objetos pequeños no causan ningún daño cuando entran en el bloque del tornillo y solo pueden dañar el sistema de aceite del compresor mismo. Por lo tanto, el recurso del bloque de tornillo es prácticamente ilimitado y alcanza más de 200-300 mil horas. Solo los cojinetes del bloque de tornillo están sujetos a reemplazo de rutina. Según el diseño del compresor y las revoluciones del bloque de tornillo, la frecuencia de reemplazo de los cojinetes es de 20 a 24 mil horas. La eficiencia energética y la fiabilidad de un compresor de tornillo están directamente relacionadas con la frecuencia de sustitución de los rodamientos. Si los cojinetes no se reemplazan a tiempo, el compresor de tornillo pierde significativamente su rendimiento y, en caso de avería, se vuelve irreparable. La tecnología de tornillo opera en una amplia gama de velocidades de rotación, lo que permite ajustar la capacidad. Permite utilizar tanto el sistema estándar de carga/descarga/parada, como la frecuencia de regulación de la productividad. Con la regulación de frecuencia, las revoluciones por minuto del motor cambian en un amplio rango, pero se considera que la operación más eficiente del compresor está en un rango estrecho de 50-75%. Cuando se opera en el rango de menos del 50%, el consumo específico del compresor aumenta en un 20-30%.
Compresor rotativo de paletasUn compresor rotativo de desplazamiento positivo, en el que el movimiento del volumen de gas ocurre al girar el rotor con un conjunto de placas (compuertas) en una carcasa cilíndrica (estator). El diseño incluye un estator en forma de cilindro redondo hueco y un rotor cilíndrico colocado excéntricamente en la cavidad del estator con ranuras longitudinales, dentro de las cuales se colocan placas móviles radialmente. Durante la rotación, la fuerza centrífuga empuja las placas fuera de las ranuras y las presiona contra la superficie interna del estator. La compresión del aire ocurre en varias cavidades que forman el estator, el rotor y cada par de placas adyacentes, las cavidades disminuyen de volumen en la dirección de rotación del rotor. La entrada de aire se produce en la salida máxima de las placas de las ranuras y la formación de rarefacción en la cavidad de volumen máximo. Además, en la etapa de compresión, el volumen de la cavidad se reduce constantemente hasta que se alcanza la máxima compresión, cuando las placas pasan por el canal de salida y se libera el aire comprimido. La presión máxima de funcionamiento del compresor rotativo de paletas es de 15 bar.
La sencillez y fiabilidad de un compresor rotativo de paletas radica en el hecho de que las propias leyes físicas funcionan en este diseño, sin obligar al diseñador a ser particularmente sofisticado. Las placas mismas salen de las ranuras del rotor bajo la influencia de fuerzas centrífugas; el aceite se inyecta en la cámara de compresión bajo la acción de la presión interna en el compresor; una película de aceite en la superficie interna del estator elimina la fricción de metal con metal cuando las placas se presionan firmemente contra la pared del estator y las superficies planas del extremo del rotor contra los extremos del estator. La solución de diseño evita el contacto seco de metal con metal tanto bajo carga como cuando el compresor está parado.
Los compresores rotativos de paletas tienen bajos niveles de vibración. No requiere cimentación para su instalación. El estator, el rotor y las placas del rotor de los compresores están hechos de diferentes grados de hierro fundido maquinado. El hierro fundido es fuerte y retiene bien la película de aceite. El recurso antes de la reparación de la unidad rotor-estator es de 100-120 mil horas, dependiendo de las condiciones de operación. Durante las primeras 1000 horas de funcionamiento, hay una mejora en el rendimiento debido al rodaje de los insertos. Además, durante todo el período de funcionamiento, el rendimiento del compresor rotativo se mantiene estable. Los mayores fabricantes de compresores rotativos de paletas en Europa son Mattei, Hydrovane, Gardner Denver Wittig, Pneumofore, además, hay más de diez fabricantes en China.
Un compresor dinámico es un compresor en el que el proceso de trabajo se lleva a cabo por acción dinámica sobre un flujo continuo de gas comprimible.
Por diseño, los compresores dinámicos son:
El tipo más común de compresor dinámico es el turbocompresor , en el que el impacto sobre el flujo continuo de gas comprimido se realiza mediante conjuntos de álabes giratorios. El impulsor del turbocompresor tiene paletas ubicadas en un disco montado en un eje. El aumento de presión se crea debido a las fuerzas de inercia. El proceso de trabajo en un turbocargador ocurre como resultado del movimiento del gas a través de un sistema de canales giratorios y fijos.
Por diseño, los turbocompresores son:
En los compresores centrífugos, el flujo de gas cambia de dirección y la presión es creada por la fuerza centrífuga y la fuerza de Coriolis . En los compresores axiales, el flujo de gas siempre se mueve a lo largo del eje del rotor y la presión se crea mediante la fuerza de Coriolis. La aplicación principal es ventilación y aire acondicionado , turbocompresores .
Los turbocompresores son de tipo combinado:
Por finalidad, los compresores se clasifican según la industria a la que están destinados ( refrigeración , energía, propósito general, etc.).
Según el tipo de gas comprimido, los compresores se clasifican en:
Según el método de eliminación de calor se clasifican:
Para reducir la temperatura final, se utilizan tanto el enfriamiento interno durante la compresión como la compresión en varias etapas con enfriamiento intermedio.
Según el tipo de motor de accionamiento, los compresores se clasifican:
Los compresores de gas accionados por diesel se utilizan ampliamente en áreas remotas con problemas de suministro de energía . Son ruidosos y requieren ventilación para los gases de escape. Los compresores accionados por un motor eléctrico son ampliamente utilizados para suministrar aire a una red neumática, una planta de separación de aire, para mover gas natural, para comprimir gas de petróleo asociado; Los compresores de baja potencia se utilizan en talleres y garajes con acceso constante a la electricidad. Dichos productos requieren la presencia de una corriente eléctrica con un voltaje de 110-120 voltios (o 230-240 voltios). Los compresores accionados por turbinas de vapor se utilizan ampliamente en la industria química (incluidas las industrias del amoníaco y la urea) y para suministrar aire a los altos hornos.
Por movilidad, los compresores se clasifican:
Según el dispositivo, los compresores se clasifican:
Según la presión final, se distinguen:
La capacidad del compresor es el caudal de gas a la salida del compresor (secciones, etapas).
La capacidad del compresor es:
El rendimiento del compresor también se puede indicar en la entrada, especificando - "capacidad de entrada".
Las capacidades de entrada y salida del compresor son casi iguales a relaciones de presión bajas, pero a relaciones de presión altas, como compresores alternativos y centrífugos, la capacidad de salida siempre es menor que la capacidad de entrada debido a la fuga de gas comprimido.
La agregación es el proceso de instalar el compresor y el motor en el bastidor. Debido a que los compresores de pistón se caracterizan por sacudidas desiguales, lo que resulta en una vibración excesiva en ausencia de una base o soporte adecuado, la agregación debe realizarse teniendo en cuenta una base bien diseñada.
La vibración de los compresores aumenta por los siguientes factores:
Maquinaria de construcción y vial | |
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movimiento de tierras | |
Elevación y montaje | |
Para trabajar con hormigón |
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Para trabajos de pavimentación | |
Auxiliar |