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COMPRESOR: (Máquina)

Los compresores son máquinas que tienen por finalidad aportar una energía a los fluidos compresibles (gases y vapores) sobre los que operan, para hacerlos fluir aumentando al mismo tiempo su presión.En esta última característica precisamente, se distinguen de las soplantes y ventiladores que
manejan grandes cantidades de fluidos compresibles (aire por ejemplo) sin modificar sensiblemente su presión, con funciones similares a las bombas de fluidos incompresibles.
Un compresor admite gas o vapor a una presión p1 dada, descargándolo a una presión p2 superior.

Esquema del funcionamiento de un compresor alternativo, y partes de un compresor hermético

La energía necesaria para efectuar este trabajo la proporciona un motor eléctrico o una turbina de vapor.
Campo de utilización.- Los compresores alternativos tienen una amplia gama de volúmenes desplazados en el intervalo, 0 ÷ 1000 m3/h, entrando en competencia con los de paletas, tornillo, etc.

FACTORES INCLUIDOS EN EL RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO REAL
El ciclo teórico de trabajo de un compresor ideal se entiende fácilmente mediante el estudio de un compresor monofásico de pistón funcionando sin pérdidas y que el gas comprimido sea perfecto,

Ciclo de trabajo teórico de un compresor ideal,
sin pérdidas, con espacio muerto nulo y con un gas perfecto

Con ésto se da por hecho que el pistón se mueve ajustado herméticamente al cilindro, e incluso se considera que el paso del aire hacia y desde el cilindro tiene lugar sin resistencias en válvulas y conductos, es decir, sin cambio de presión.
El volumen de desplazamiento de un compresor es el volumen barrido en la unidad de tiempo por la cara o caras del pistón de la primera etapa

Volumen barrido en un compresor alternativo

en el caso de doble efecto, hay que tener en cuenta el vástago del pistón.
El volumen desplazado VD por un compresor es el volumen de la cilindrada de la máquina multiplicado por el número de revoluciones de la misma.
En el caso de ser un compresor de más de una etapa, el volumen engendrado viene indicado por la primera etapa.

El espacio muerto o volumen nocivo V0 corresponde al volumen residual entre el pistón y el fondo del cilindro y las lumbreras de las válvulas, cuando el pistón está en su punto muerto, estimándose entre un 3% ¸ 10% de la carrera, de acuerdo con el modelo de compresor.
Esto provoca un retraso en la aspiración debido a que el aire almacenado en el volumen residual a la presión p2 debe expansionarse hasta la presión p1 antes de permitir la entrada de aire en el cilindro.
Sin embargo, su efecto es doble en razón a que si por un lado disminuye el volumen de aspiración, por otro ahorra energía, ya que la expansión produce un efecto motor sobre el pistón; se puede considerar que ambos efectos se compensan bajo el punto de vista energético.
Si el compresor no tuviese espacio muerto, el volumen residual entre el punto muerto superior PMS y las válvulas de aspiración y escape sería 0; esta salvedad se hace en virtud de que la compresión del aire no se puede llevar, por razones físicas, hasta un volumen nulo, existiendo al extremo de la carrera del compresor un espacio muerto, que se corresponde con el menor volumen ocupado por el gas en el proceso de compresión.
La causa principal de la disminución del volumen de vapor efectivamente desplazado por un compresor es el espacio muerto o perjudicial. En el ciclo interno teórico del compresor

Diagrama de un compresor alternativo ideal

al término de la compresión la presión es p2; el vapor comprimido pasa en-tonces a la línea de escape, recta (2-3), pero en el punto 3, punto muerto superior, queda todavía un volumen V0, espacio muerto.
En la posterior carrera de retroceso (aspiración), este volumen V0 de gas se expansiona hasta el punto 4, presión pa, y es solamente entonces, al ser alcanzada la presión de la aspiración, cuando comienza la admisión de vapor dentro del cilindro.

COMPRESORES DE AIRE A PISTÓN
Los compresores son máquinas que aspiran el aire ambiente (a presión atmosférica) y lo comprimen hasta lograr una presión superior. Existen varios tipos de compresores y vamos a exponer someramente algunos modelos, resaltando las prestaciones más interesantes.
La gama de compresores a pistón conocidos en el mercado se puede resumir atendiendo al caudal que se dispone y al rendimiento del mismo en CV necesarios para comprimir 1 m3/min a 7 bars de presión efectiva.

a) Compresores de simple efecto y una etapa de compresión,refrigerados por aire.- Se emplean hasta una capacidad de 1 m3/min y su rendimiento no supera los 10 CV/m3/min

b) Compresores de simple efecto, de dos etapas de compresión, refrigerados por aire.- A partir de 2 m3/min y hasta 10 m3/min, siendo su rendimiento del orden de 7,6 / 8,5 CV/m3/min

c) Compresores de doble efecto, dos etapas de compresión, y refrigeración por agua.- Comienzan con 10 m3/min, y llegan hasta 100 m3/min, estando su rendimiento entre 6,6 / 7 CV/m3/min.

d) Compresores de simple efecto, dos etapas de compresión, refrigeración por aire, sin engrase de cilindros.- Se inician con 2 m3/min y terminan en 10 m3/min acusando un rendimiento que varía de, 8,2 / 9 CV/m3/min.

e) Compresores de doble efecto, dos etapas de compresión, refrigeración por agua, sin engrase de cilindros.- Parten de 10 m3/min y llega llegan hasta los 100 m3/min teniendo un rendimiento fluctuante dentro de los, 7,1 / 7,5 CV/m3/min.

CLASIFICACIÓN DE LOS COMPRESORES ALTERNATIVOS:

POR EL NUMERO DE ETAPAS.
Los compresores se pueden clasificar, atendiendo al estilo de actuar la compresión, de una o dos etapas.

Compresores de una etapa
Se componen básicamente de un cárter con cigüeñal, pistón y cilindro. Para su refrigeración llevan, en la parte exterior, aletas que evacúan el calor por radiación y convección; se utilizan en aplicaciones en donde el caudal está limitado y en condiciones de servicio intermitente, ya que son compresores de pequeñas potencias.
En estos compresores, la temperatura de salida del aire comprimido se sitúa alrededor de los 180ºC con una posible variación de ±20ºC.

Compresores de dos etapas
El aire se comprime en dos etapas; en la primera (de baja presión BP) se comprime hasta una presión intermedia pi = 2 a 3 bars, y en la segunda (de alta presión AP), se comprime hasta una presión de 8 bars.
Estos compresores son los más empleados en la industria cubriendo sus caudales una extensa gama de necesidades.
Pueden ser refrigerados por aire o por agua, es decir, el refrigerador intermedio (entre etapas) puede actuar a base de un ventilador o una corriente de agua a través del mismo. El aire comprimido sale a unos 130ºC con una variación de ± 15ºC.

POR EL MODO DE TRABAJAR EL PISTÓN

De simple efecto
Cuando un pistón es de simple efecto, trabaja sobre una sola cara del mismo, que está dirigida hacia la cabeza del cilindro.
La cantidad de aire desplazado es igual a la carrera por la sección del pistón.

Formas de trabajar el pistón

De doble efecto
El pistón de doble efecto trabaja sobre sus dos caras y delimita dos cámaras de compresión en el cilindro. El volumen engendrado es igual a dos veces el producto de la sección del pistón por la carrera.
Hay que tener en cuenta el vástago, que ocupa un espacio obviamente no disponible para el aire y, en consecuencia, los volúmenes creados por las dos caras del pistón no son iguales.

De etapas múltiples
Un pistón es de etapas múltiples, si tiene elementos superpuestos de diámetros diferentes, que se desplazan en cilindros concéntricos.
El pistón de mayor diámetro puede trabajar en simple o doble efecto, no así los otros pistones, que lo harán en simple efecto.
Esta disposición es muy utilizada por los compresores de alta presión.

De pistón diferencial.
El pistón diferencial es aquel que trabaja a doble efecto, pero con diámetros diferentes, para conseguir la compresión en dos etapas.
Su utilidad viene limitada y dada la posición de los pistones está cayendo en desuso.

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