.::Tecnología Mecánica::.

.:.La mejor web para la ingeniería electromecánica, técnico industrial y sus aplicaciones.:.

Búsqueda personalizada

COMPRESORES VOLUMÉTRICOS

COMPRESORES HELICOIDALES
Los compresores helicoidales utilizados en técnicas frigoríficas pueden ser de dos tipos:
a) De dos rotores, (Lysholm), que comenzaron a utilizarse en los años 30 y están compuestos de dos husillos roscados (rotores), uno motor y otro conducido.
b) De rotor único, (Zimmern), que comenzaron a utilizarse en los años 60 y están compuestos por un rotor o husillo roscado único, que engrana con un par de ruedas satélites dentadas idénticas.

COMPRESOR HELICOIDAL DE DOS ROTORES
El compresor helicoidal de dos rotores, es una máquina rotativa de desplazamiento positivo, en la que la compresión del vapor se efectúa mediante dos rotores (husillos roscados).
El rotor conductor tiene cuatro o cinco dientes helicoidales, y engrana con seis celdas o cámaras de trabajo, igualmente helicoidales, del rotor conducido, alojados ambos dentro del estator.
Para asegurar el cierre hermético de las cámaras de trabajo y, por lo tanto, la separación de las cavidades de aspiración e impulsión del compresor, la sección transversal de los dientes ha evolucionado desde un perfil circular, hasta perfiles cicloidales, en orden a mejorar el funcionamiento mecánico y dinámica de los rotores.
El perfil del tornillo conductor es convexo, mientras que el del conducido es cóncavo; el rotor conductor, conectado al eje motor, gira más rápido que el conducido en una relación, 6/4 = 1,5 ó 6/5 = 1,2.
El vapor que penetra por la cavidad de aspiración, situada en uno de los extremos del compresor, llena por completo cada una de las cámaras de trabajo helicoidales del rotor conducido.
Durante el giro de los rotores, las cámaras de trabajo limitadas entre los filetes de los rotores y las superficies internas del estator, dejan de estar en comunicación directa con la cavidad de aspiración y se desplazan junto con el vapor a lo largo de los ejes de rotación.

En un momento determinado, cada cámara de trabajo se cierra por uno de sus extremos mediante uno de los cuatro dientes del rotor conductor, quedando así atrapado un volumen de vapor V1, que queda desconectado de la aspiración a la presión p1 (fin de la fase de admisión), comenzando la etapa de compresión; al proseguir la rotación, el volumen se va reduciendo hasta que se pone en comunicación con la lumbrera de escape, alcanzando un valor V2 a la presión p2, momento en que se produce el fin de la fase de compresión y comienzo de la de escape.

Tornillos de un compresor helicoidal de dos rotores

El perfil de los rotores helicoidales es tal que los conducidos se descargan completamente; el husillo conductor es el que realiza el trabajo de desplazamiento, actuando al mismo tiempo como rotor y como desplazador. El husillo conducido tiene la misión de separar las cavidades de admisión e impulsión, pero sin desalojar al vapor.
Cada una de las cámaras de trabajo se comporta como si el cilindro fuese un compresor alternativo, en donde cada diente del rotor conductor hace las veces de pistón, que primero cierra y después comprime el volumen inicialmente atrapado V1, por lo que un compresor helicoidal no es sino un compresor alternativo de seis cilindros helicoidales, en el que se han eliminado el cigüeñal, el espacio nocivo y las válvulas de admisión y escape.

Funcionamiento.- El proceso se puede descomponer en cuatro partes:

a) Aspiración, que consiste en el llenado progresivo de una cámara de trabajo de volumen V1

b) Desplazamiento a presión constante, de forma que al continuar la rotación, la cámara de trabajo que contiene el volumen de vapor V1 se mueve circunferencialmente sin variar el volumen.

c) Compresión, en la que cada diente del rotor conductor engrana con el extremo de cada cámara de trabajo en cuestión, decreciendo progresivamente su tamaño hasta que, cuando su valor es V2, se pone en comunicación con la cavidad de escape.

d) Escape, en el que al proseguir el giro, el volumen disminuye desde V2 a cero, produciéndose la expulsión del vapor a la presión de salida p2.

COMPRESOR HELICOIDAL DE ROTOR UNICO:

El compresor helicoidal de rotor único consta de un rotor conductor con seis cámaras de trabajo helicoidales de perfil globoidal, que acciona dos ruedas dentadas satélite que tienen once dientes cada una, de perfil idéntico al de las cámaras de trabajo, y situadas a ambos flancos del rotor conductor; la velocidad de las ruedas dentadas es (6/11) de la del rotor principal.
La potencia de compresión se transfiere directamente desde el rotor principal al vapor; las ruedas dentadas no disponen de ningún tipo de energía, salvo pérdidas por rozamiento.

Compresor helicoidal de rotor único

Las holguras entre los perfiles en movimiento tienen que ser pequeñas, (las óptimas para cada tipo de máquina), con el fin de evitar fugas o filtraciones de vapor desde la cavidad de escape hacia regiones donde las presiones sean más bajas. La inexistencia de juntas y segmentos hace que las pérdidas por rozamiento mecánico sean más bajas en comparación con las que se producen en los compresores alternativos.
Las holguras relativas son mayores en las máquinas pequeñas, en las que predominan las pérdidas por fugas, que en las máquinas grandes, en las que dominan las pérdidas debidas a la caída de presión por rozamiento del fluido.

Lubricación
Para asegurar el sellado de las holguras entre los perfiles en contacto se utiliza aceite lubricante en exceso, lográndose así un desgaste despreciable de las partes móviles, por no existir contacto entre ellas.

El rotor y las ruedas dentadas se diseñan con holguras tan pequeñas que eviten por completo la necesidad del aceite sellador, con la ventaja de que el fluido refrigerante circula libre de aceite por todo el circuito frigorífico y, en particular, por la línea de aspiración, pudiéndose incrementar la presión en la aspiración del compresor y simplificando la instalación al eliminar la bomba y el circuito del aceite. En estos compresores el desgaste de las partes móviles se convierte en un problema de importancia que se ha solventado utilizando materiales de fibra de carbono y teflón.

FUNCIONAMIENTO-. El proceso se puede descomponer en las fases siguientes:

Aspiración
El rotor encerrado en una camisa cilíndrica, tiene todas las cámaras de trabajo en comunicación con la cavidad de aspiración por uno de sus extremos.Un diente de una de las ruedas dentadas engrana con cada cámara, efectuándose la aspiración del vapor conforme se desplaza dentro de la cámara.

Compresión
Al proseguir la rotación, las cámaras (c) una vez se han llenado completamente, se cierran y separan de la cavidad de aspiración mediante un diente perteneciente a la otra rueda dentada, reduciendo progresivamente su volumen, comprimiendo así el vapor.

Escape
En un momento determinado, cada una de las cámaras de trabajo, con volúmenes decrecientes y presiones crecientes, se pone en comunicación con la lumbrera de escape, cesando la compresión y produciéndose la expulsión del vapor hasta que el volumen V2 queda reducido a cero.
De lo expuesto se deduce que las cámaras de trabajo del rotor, se comportan a todos los efectos como seis cilindros de doble efecto, en los que los dientes actúan como pistones; mientras que por uno de sus lados se efectúa la aspiración del vapor, por el otro se realiza simultáneamente su compresión y escape.

La velocidad del fluido a la entrada y salida del compresor helicoidal se incrementa según el cuadrado de sus dimensiones, mientras que el flujo de fluido frigorígeno se incrementa con el cubo de sus dimensiones.
Si por ejemplo se doblan las dimensiones del compresor, las áreas de entrada y salida se multiplicarían por un factor 4 y el flujo por 8; como las pérdidas de carga son proporcionales al cuadrado de la velocidad, duplicar el tamaño de un compresor helicoidal supone multiplicar por 4 las pérdidas de carga.
Los esfuerzos axiales y radiales que el vapor ejerce en los compresores helicoidales de rotor único, están equilibrados y compensados, cosa que no sucede en los de dos rotores, por lo que la vida de los rodamientos se convierte en un aspecto crítico de su diseño.
Los compresores helicoidales pueden ser de tipo abierto en el caso de utilizar amoníaco como refrigerante, y tanto abiertos como herméticos si se emplean halocarburos.
En la Figura se observan las sucesivas etapas por las que atraviesa una cámara de trabajo.

a) Aspiración; b) Compresión; c) Descarga
Fases del funcionamiento de un compresor helicoidal de rotor único

en orden creciente de volúmenes y en la imagen muestra el funcionamiento del compresor de tornillo de rotor único.

Funcionamiento del compresor de tornillo de rotor único

COMPRESORES FRIGORIFICOS ROTATIVOS DE PALAS DESLIZANTES

Los compresores rotativos de rotor único cilíndricos, pueden ser: compresores de rodillo y compresores de palas.

COMPRESOR DE RODILLO
En los compresores de rodillo el eje motor y el eje del estator son concéntricos, mientras que el eje del rotor es excéntrico una distancia e respecto a ellos. Al deslizar el rotor sobre el estator se establece entre ellos un contacto, que en el estator tiene lugar a lo largo de todas y cada una de sus generatrices, mientras que en el rotor sólo a lo largo de una A, la correspondiente a la máxima distancia al eje motor.
El pistón deslizante, alojado en el estator, se aprieta y ajusta contra el rotor mediante un muelle antagonista ubicado en el estator. La admisión del vapor se efectúa a través de la lumbrera de admisión y el escape a través de la válvula de escape.
El vapor aspirado en el compresor, que llena el espacio comprendido entre el rotor y el estator, se comprime de forma que, al girar, disminuye progresivamente su espacio físico (cámara de trabajo), hasta que alcanza la presión reinante en la válvula de escape, que en ese momento se abre, teniendo lugar a continuación la expulsión o descarga del vapor.

Compresor rotativo de pala deslizante

COMPRESOR DE PALAS
En este compresor el eje motor es excéntrico respecto al eje del estator y concéntrico respecto al eje del rotor. El rotor gira deslizando sobre el estator, con cinemática plana (radial), en forma excéntrica respecto a la superficie cilíndrica interior del estator, estableciéndose un contacto que, en el estator tiene lugar sobre una única generatriz, mientras que en el rotor tiene lugar a lo largo de todas sus generatrices; el rotor es un cilindro hueco con ranuras radiales en las que las palas están sometidas a un movimiento de vaivén, (desplazadores). Bajo la acción de la fuerza centrífuga, las palas (1 ó más) aprietan y ajustan sus extremos libres deslizantes a la superficie interior del estator, al tiempo que los extremos interiores de dichas palas se desplazan respecto al eje de giro.

<<Anterior