UNIDAD IV.- COMPRESORES

INSTITUTO TECNOLÓGICO NACIONAL
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE
TUXTLA GUTIÉRREZ
INGENIERÍA MECÁNICA

DEPARTAMENTO DE METAL-MECÁNICA
MÁQUINAS DE FLUIDOS COMPRESIBLES

UNIDAD IV
COMPRESORES

INTEGRANTES:
• CRUZ SANTIAGO IVÁN
• FLORES VÁZQUEZ JORGE ISAÍN
• GIRÓN GÓMEZ AGUSTÍN
• HERNÁNDEZ DÍAZ ITZEL EFIGENIA
• MELCHOR NARCÍA CALEB
• MEZA SORIA GERARDO DANIEL
• PÉREZ GARCÍA MOISÉS

4.1 DEFINICIÓN
COMPRESORES

Es una máquina de fluido que está

construida para aumentar la presión y

desplazar cierto tipo de fluidos

llamados compresibles, tales

como gases y vapores. Esto se realiza

a través de un intercambio

de energía entre la máquina y el

fluido, en el cual el trabajo ejercido

por el compresor es transferido a la

sustancia que pasa por él

convirtiéndose en energía de flujo,

aumentando su presión y energía

cinética impulsándola a fluir.

4.1 CLASIFICACIÓN

Según el método de intercambio de energía:
 Hay diferentes tipos de compresores atmosféricos, pero todos realizan el

mismo trabajo: toman aire de la atmósfera, lo comprimen para realizar un
trabajo y lo regresan para ser reutilizado.

Compresor de
desplazamiento positivo

Las dimensiones son fijas. Por cada
movimiento del eje de un extremo al
otro tenemos la misma reducción en
volumen y el correspondiente
aumento de presión (y temperatura).
Normalmente son utilizados para altas
presiones o poco volumen. Por
ejemplo el inflador de la bicicleta.
También existen compresores
dinámicos. El más simple es un
ventilador que usamos para
aumentar la velocidad del aire a
nuestro entorno y refrescarnos. Se
utiliza cuando se requiere mucho
volumen de aire a baja presión.

Compresor de émbolo

Es un compresor atmosférico simple.

Un vástago impulsado por un motor

(eléctrico, diésel, neumático, etc.) es

impulsado para levantar y bajar el

émbolo dentro de una cámara. En

cada movimiento hacia abajo del

émbolo, el aire es introducido a la

cámara mediante una válvula. En

cada movimiento hacia arriba del

émbolo, se comprime el aire y otra

válvula es abierta para evacuar

dichas moléculas de aire

comprimidas; durante este

movimiento la primera válvula

mencionada se cierra. El aire

comprimido es guiado a un tanque

de reserva. Este tanque permite el

transporte del aire mediante distintas

mangueras.

Compresor de pistón

• Es en esencia una máquina con un
mecanismo pistón-biela-cigüeñal.

• Todos los compresores son
accionados por alguna fuente de
movimiento externa.

• Lo común es que estas fuentes de
movimiento sean motores, lo mismo
de combustión como eléctricos.

• En este caso, cuando el cigüeñal
gira, el pistón desciende y crea vacío
en la cámara superior, este vacío
actúa sobre la válvula de admisión
(izquierda), se vence la fuerza
ejercida por un resorte que la
mantiene apretada a su asiento, y se
abre el paso del aire desde el
exterior para llenar el cilindro. El
propio vacío, mantiene cerrada la
válvula de salida (derecha).

Compresores a membrana

• Son de construcción sencilla y consisten en una membrana accionada por
una biela montada sobre un eje motor excéntrico; de este modo se
obtendrá un movimiento de vaivén de la membrana con la consiguiente
variación de volumen de la cámara de compresión en donde se
encuentran alojadas las válvulas de admisión y descarga, accionadas
automáticamente por la acción del aire.

• Permiten la producción de aire comprimido absolutamente exento de
aceite, puesto que el mismo no entra en contacto con el mecanismo de
accionamiento, y en consecuencia el aire presenta gran pureza.

• Utilizados e medicina y ciertos procesos químicos donde se requiera aire sin
vestigios de aceite y de gran pureza. No utilizados en general para uso
industrial.

Compresores a paletas

• Constan de una carcasa cilíndrica en
cuyo interior va un rotor montado un
excéntricamente de modo de rozar
casi por un lado la pared de la
carcasa formando así del lado
opuesto una cámara de trabajo en
forma de media luna. Esta cámara
queda dividida en secciones por un
conjunto de paletas deslizantes
alojadas en ranuras radiales del rotor.

• Al girar este ultimo, el volumen de las
secciones varía desde un máximo a
un mínimo, produciéndose la
aspiración, compresión y expulsión
del aire sin necesidad de válvula
alguna. Este tipo de compresor es
muy adecuado para casos en que
no es problema la presencia de
aceite en el aire comprimido,
fabricándose unidades de hasta
6.000 m /h de capacidad y hasta
presión de 8 bar en una sola etapa y
de 30 bar en dos etapas

Compresores de tornillo

 La compresión de estas maquinas es efectuada por dos rotores helicoidales, uno macho y
otro hembra que son prácticamente dos tornillos engranados entre sí y contenidos en una
carcasa dentro de la cual giran.

 El macho es un tornillo de 4 entradas y la hembra de 6. El macho cumple prácticamente la
misma función que el pistón en el compresor en el compresor alternativo y la hembra la del
cilindro. En su rotación los lóbulos del macho se introducen en los huecos de la hembra
desplazando el aire axialmente, disminuyendo su volumen y por consiguiente aumentando
su presión. Los lóbulos se “llenan” de aire por un lado y descargan por el otro en sentido axial.

 Los dos rotores no están en contacto entre sí, de modo tal que tanto el desgaste como la
lubricación resultan mínimas. Esto se logra a través de un juego de engranajes que mantiene
el sincronismo de giro de los rotores y evita que estos presionen unos contra otros,
asegurándose la estanqueidad necesaria por la estrecha tolerancia de los juegos que
existen entre ellos y la de estos con la carcasa.

Compresores roots

 Solo transportan el volumen de aire aspirado del lado de aspiración al de
compresión, sin comprimirlo en este recorrido. No hay reducción de volumen y por
lo tanto tampoco aumento de presión. El volumen que llega a la boca de
descarga, todavía con la presión de aspiración, se mezcla con el aire ya
comprimido de la tubería de descarga y se introduce en la cámara llegando este a
la presión máxima siendo luego expulsado.

 Un juego de engranajes accionan los rotores en forma sincrónica y evita que se
rocen entre sí. Resultan apropiados cuando se requiera aire comprimido a bajas
presiones completamente libre de rastros de lubricante.

Turbocompresores

Funcionan bajo el principio de la
dinámica de fluidos, en donde el
aumento de presión no se
obtiene a través del
desplazamiento y reducción de
volumen sino por efectos
dinámicos del aire.

Compresores radiales

Se basan en el principio de la
compresión de aire por fuerza
centrifuga y constan de un rotor
centrifugo que gira dentro de una
cámara espiral, tomando aire en
sentido axial y arrojándolo a gran
velocidad en sentido radial. La fuerza
centrifuga que actúa sobre el aire lo
comprime contra la cámara de
compresión. Pueden ser de una o
varias etapas de compresión
consecutivas, alcanzándose presiones
de 8 bar y caudales entre 10.000 y

20.000 m /h. Son maquinas de alta
velocidad, siendo esta un factor
fundamental en el funcionamiento ya
que esta basado en principios
dinámicos, siendo la velocidad de
rotación del orden de las 15.000 a
20.000 r.p.m., y aun más.

Compresores axiales

Se basan en el principio de la
compresión axial y consisten en una
serie de rodetes consecutivos con
alabes que comprimen el aire. Se
construyen hasta 20 etapas de
compresión (20 rodetes). El campo de
aplicación de este tipo de compresor
alcanza caudales desde los 200.000 a
500.000 m /h y presiones de 5 bar,
raramente usados en neumática
industrial.

4.1 Funcionamiento

 Los compresores son ampliamente utilizados en la actualidad en campos
de la ingeniería y hacen posible nuestro modo de vida por razones como:

 Son una parte importante de muchos sistemas de refrigeración y se
encuentran en cada refrigerador casero.

 Se encuentran en sistemas de generación de energía eléctrica, tal como
lo es el ciclo Brayton.

 Se encuentran en el interior de muchos motores de avión, como lo son
los turborreactores, y hacen posible su funcionamiento.

 Se pueden comprimir gases para la red de alimentación de sistemas
neumáticos.

4.2 SISTEMAS AUXILIARES.

SISTEMA DE LUBRICACION:

Los sistemas de lubricación más comunes para compresores son: Lubricación para salpicadura.
Lubricación por gravedad. Lubricación por presión. Lubricación por eyección.

 Lubricación por salpicadura:

En su forma más simple, la biela lleva un vástago que se sumerge dentro del deposito de aceite.
De esta forma se crea una niebla de aceite que suministra lubricación a las superficies de los
cojinetes y de los cilindros.

 Lubricación por presión.

El mejor sistema para lubricar las partes móviles de un compresor es por medio de la presión
creada por una bomba de lubricación de embolo o de engranajes. La bomba se diseña
siempre con exceso de capacidad de forma que la presión del aceite de lubricación se
pueda mantener siempre, incluso cuando el compresor está ya muy gastado

Lubricación por anillo.

El aceite es transportado por un anillo desde el fondo del deposito hasta una ranura en el
cigüeñal, a través de la cual el aceite se distribuye a los diferentes puntos de lubricación. El
anillo se encuentra montado sobre el cigüeñal de manera tal que su parte inferior queda
sumergida en el aceite depositado en el Carter. Al girar el cigüeñal, este conduce el anillo
por efecto de la fricción. La fuerza centrifuga creada, comunica al aceite la suficiente
presión para que este alcance los puntos de lubricación.

Lubricación por inyección.

Algunos tipos de compresores rotativos emplean inyección de aceite para lubricar las piezas
que sufren desgaste en la cámara de compresión. Normalmente la presión del aire de
descarga se emplea para inyectar el lubricante dentro del compresor. Sin embargo,
frecuentemente se emplee una bomba para el transporte interno del aceite

 SISTEMAS DE REGULACIÓN.

La capacidad de un compresor debe ajustarse a la demanda real del sistema en todo
momento
Existen varios sistemas para controlar el flujo de descarga de los compresores. Ahora bien, el
tipo de control a elegir dependerá de las características del compresor, del motor, y desde
luego del sistema de aire comprimido. Los sistemas de regulación se clasifican:
a. Control a velocidad constante (carga y descarga).
b. Control a velocidad variable.
c. Control por arranque y parada.
d. Control mixto

 SISTEMAS DE SUPERVISIÓN Y PROTECCIÓN:

Una forma de reducir costos de mantenimiento en una instalación de compresores
estacionarios o transportables, es mantener bajo control los puntos críticos y provocara
automaticamente la parada en caso de anormalidad.

 Análisis de la compresión de un gas

 En un cilindro tenemos un volumen {V} de un gas ideal y está «tapado» por un pistón
que es capaz de deslizarse verticalmente sin fricción. En un principio este sistema se
encuentra en equilibrio con el exterior, es decir, la presión que ejerce el gas sobre las
paredes del cilindro y sobre el pistón (que es la misma en todas las
direcciones) {p_int} es igual a la presión que ejerce el peso del pistón sobre el
gas {p_ext}, y más ninguna otra fuerza obra sobre nuestro sistema.

 Ahora imaginemos que repentinamente aumentamos la presión externa a {p'_ext} y
como la presión que ejerce el gas sobre el pistón es {p_int} < p'_ext} el equilibrio se
romperá y el cilindro deslizará hacia abajo ejerciendo
un trabajo {W=fuerza*desplazamiento = {p'_int} *Delta V}. Esta energía, por la primera
ley de la termodinámica, se convertirá instantáneamente en un incremento de energía
interna del gas en el recipiente, y es así como el gas absorberá el trabajo del
desplazamiento pistón.

Variable conjugada (termodinámica)

En termodinámica, la energía interna de un sistema está
expresada en términos de pares de variables
conjugadas como temperatura y entropía o presión y volumen.
De hecho, todos los potenciales termodinámicos están
expresados en términos de pares conjugados.

Las variables termodinámicas conjugadas que se consideran más
comúnmente son:
Parámetros térmicos:
•Temperatura: T (K)
•Entropía: S (J K−1)
Parámetros mecánicos:
•Presión: P (Pa)
•Volumen: V (m3)
De forma más general:
•Volumen × deformación: V × εij (m3)
Parámetros materiales:
•Potencial químico: μ (J)
•Número de partículas: N (partículas o mol)

Boyle, Mariotte y Gay Lussac.

El proceso de compresión del aire, responde a las leyes generales de
compresión y expansión de los gases, fundamentalmente establecidas por
Boyle, Mariotte y Gay Lussac. Responde a la ecuación de estado de gas
ideal. La constante de proporcionalidad R es constante del gas especifico. P
es presión absoluta, T la temperatura absoluta y v es el volumen especifico.
Ley de Boyle y Mariotte A temperatura constante (isotermica), la presión
absoluta de un gas ideal, es inversamente proporcional al volumen.
Ley de Charles-Gay Lussac. A presión constante (isobarica), el volumen de
un gas ideal, es directamente proporcional a la temperatura. De igual manera
a volumen constante (isocórica), las presiones son directamente
proporcionales a las variaciones de las temperaturas absolutas.

Ley de Boyle y Mariotte

•A temperatura constante (isotérmica), la presión absoluta de un gas ideal, es
inversamente proporcional al volumen. constante

Isotérmica -

 El gas permanece a temperatura constante a
través del proceso.

 La energía interna es removida del sistema en
forma de calor a la misma velocidad que es
“añadida” por el trabajo mecánico de compresión.

 La compresión o expansión isotérmica es
favorecida por una gran superficie de intercambio
de calor, un volumen pequeño de gas, o un lapso de
tiempo largo.

 Con dispositivos reales, la compresión
isotérmica generalmente no es posible. Por ejemplo
incluso en una bomba de bicicleta calienta (genera
calor) durante su uso

Ley de Charles-Gay Lussac.

A presión constante (isobárica), el volumen de
un gas ideal, es directamente proporcional ala
temperatura

Adiabática

 En este proceso no hay transferencia de calor entre el
sistema y su entorno, y todo el trabajo añadido es (producido)
agregado (añadido) a la energía interna del gas, resultando
un incremento de temperatura y presión.

 Teóricamente el incremento de temperatura es:

 T2 = T1·Rc((k-1)/k)), con T1 yT2 en grados Rankine o

kelvin,
k.- razón de calores específicos; k=1.4 para el aire estándar

 La compresión o expansión adiabática es favorecida por el
buen aislamiento, un gran volumen de gas, o un lapso corto
de tiempo,

En la práctica siempre habrá una cierta cantidad de flujo de Durante un proceso adiabático,
calor, pues hacer un sistema adiabático perfecto requeriría un la energía interna del fluido que
perfecto aislamiento térmico de todas las partes de una realiza el trabajo debe
máquina. necesariamente decrecer.

Eficiencia Isentropica De Compresores

La eficiencia isotrópica de un compresor se define como la relación entre el
trabajo de entrada requerido para elevar la presión de un gas a un valor
especificado de una manera isentrópica y el trabajo de entrada real

El calor de la eficiencia isentrópica depende en gran
medida del diseño del
compresor. Los compresores mejor diseñados
tienen eficiencias isentrópicas
de 80 a 90%.

4.4 tipos de compresores: reciprocantes y
centrífugos (axial, radial)

Compresor reciprocante (axial)

 Un compresor alternativo, también denominado de pistón, recíprocante (transliteración
demasiado directa del inglés reciprocating), recíproco o de desplazamiento positivo, es
un compresor de gases que funciona por el desplazamiento de un émbolo dentro de un
cilindro (o de varios) movido por un cigüeñal para obtener gases a alta presión.

 El gas a comprimir entra, a presión ambiental, por la válvula de admisión en el cilindro,
aspirado por el movimiento descendente del pistón, que tiene un movimiento alternativo
mediante un cigüeñal y una biela, se comprime cuando el pistón asciende y se descarga,
comprimido, por la válvula de descarga. En estos compresores la capacidad se ve
afectada por la presión de trabajo. Esto significa que una presión de succión baja implica
un caudal menor; para una presión de descarga mayor, también se tiene un caudal
menor.

 Se utiliza en refinerías de petróleo, trasporte de gases (gasoductos), plantas químicas,
plantas de refrigeración. Uno de sus usos es la fabricación, por soplado, de envases de
vidrio o plástico (Tereftalato de polietileno o PET), para líquidos.

PARTES DEL COMPRESOR RECIPROCANTE.

Tipos de compresores reciprocantes

 Simple Etapa: Son compresores con una sola relación de compresión, que
incrementan la presión una vez; solo poseen un depurador interetapa, un
cilindro y un enfriador inter etapa (equipos que conforman una etapa de
compresión) generalmente se utilizan como booster en un sistema de tuberías

 Múltiples etapas: Son compresores que poseen varias etapas de compresión,
en los que cada etapa incrementa progresivamente la presión hasta alcanzar
el nivel requerido. El número máximo de etapas, puede ser 6 y depende del
número de cilindros; no obstante, el número cilindros no es igual al número de
etapas, pueden existir diferentes combinaciones; como por ejemplo, si se
requiere un sistema de tres etapas, puede utilizarse 3, 4 o 6 cilindros,

 Balanceado - Opuesto: Son compresores separables, en los cuales los cilindros
están ubicados a 180º a cada lado del frame.

ventajas Ventajas y desventajas del compresor

reciprocante

deventajas

• Mayor flexibilidad en capacidad de flujo y • Fundaciones más grandes para

rango de presiones. eliminarlas altas vibraciones por el flujo

pulsante.

• Más alta eficiencia y costo de potencia • En servicios continuos se requieren

más bajo. unidades de reserva, para impedir

paradas de planta debido al

• Capacidad de manejar pequeños mantenimiento.

volúmenes de gas. • Los costos de mantenimiento son 2 a 3

veces más altos que los compresores

• Son menos sensitivos a la composición centrífugos.

delos gases y las propiedades cambiantes. • El funcionamiento continuo es más corto

que para los centrífugos

• Presentan menores temperaturas de • Requieren inspección más continua.

descarga por su enfriamiento encamisado • Cambios en la presión de succión pueden

ocasionar grandes cargas en las barras del

• Pueden alcanzar las presiones más altas. pistón

Aplicaciones de los compresores
reciprocantes

 Refinerías y Petroquímica:
Amoniaco, Urea, Metanol, Etileno, Óxido de Etileno, Polipropileno, Gas de Alimentación,
Separación de Componentes de Gas Natura, Almacenamiento de GNL, Craqueo Catalítico•
Destilación

 Petróleo y Gas:
Levantamiento artificial, reinyección, tratamiento de gas, almacenamiento de gas,
transmisión, gas combustible, booster, distribución de gas.

 Sin embargo, existen aplicaciones específicas donde se requiere utilizar compresores
reciprocantes.

Compresor centrífugo (radial)

 En un compresor centrifugo se produce la presión al
aumentar la velocidad del gas que pasa por el impulsor,
después se recupera en forma controlada para producir
el flujo y presión deseada.

A este grupo pertenecen los compresores
centrífugos tradicionales. En estos equipos, el aire
entra directamente en la zona central del rotor,
guiado por la campana de aspiración. El rotor,
girando a gran velocidad, lanza el aire sobre un
difusor situado a su espalda y es guiado al cuerpo
de impulsión.

En la figura de, se ve la sección de un compresor
centrífugo de levitación neumática de BOGE. En
dicha sección, se aprecian con claridad las dos
etapas de compresión donde se encuentran
alojados los rotores.

En estos compresores, el aire entra
directamente por la campana de
aspiración (1) hacia el rotor (2) y
difusor (3), saliendo a la siguiente
etapa o a la red por la voluta (4).

Otro ejemplo se puede ver en la sección de una
soplante centrífuga de SULZER, donde se aprecia
con detalle el rotor centrífugo instalado en el
extremo del eje.

Un turbocompresor tradicional puede ser un equipo con dos o más etapas de
compresión. Entre cada etapa, están instalados unos refrigeradores diseñados para
reducir la temperatura de compresión antes de que el aire llegue al siguiente rotor. En
la figura, podemos ver un turbocompresor, montado sobre una bancada común al
motor, refrigeradores y cuadro de control.

Los turbocompresores suelen ser equipos pensados para
grandes caudales, aunque en los últimos años, los
fabricantes se han esforzado para diseñar equipos de
tamaños reducidos y caudales más pequeños. Con estas
premisas, ha aparecido una nueva generación de
compresores centrífugos de levitación magnética o de
levitación neumática.

COMPRESORES CENTRÍFUGOS AXIALES:

Estos equipos son menos comunes en la industria. Se
diferencian de los anteriores en que el aire circula en
paralelo al eje. Los compresores axiales están formados por
varios discos llamados rotores. Entre cada rotor, se instala
otro disco denominado estator, donde el aire acelerado por
el rotor, incrementa su presión antes de entrar en el disco
siguiente. En la aspiración de algunos compresores, se
instalan unos álabes guía, que permiten orientar la corriente
de aire para que entre con el ángulo adecuado.

En la figura, se puede ver un compresor axial, que trabaja en
combinación con una etapa radial, donde se incrementa la presión a
valores superiores.

En general, todos los compresores descritos en los diferentes grupos, se
pueden adaptar a múltiples aplicaciones o normativas, como API o ATEX. Los
fabricantes añaden elementos adicionales para que cada equipo pueda
trabajar en diferentes aplicaciones o estar equipados con los accesorios que
el usuario final pueda requerir.

Ventajas y desventajas del compresor centrifugo

ventajas desventajas

• Cuando se tiene de 2000 a 200,000 ft/ • Los compresores centrífugos son

min. Según sea la relación de presión, sensibles al peso molecular del gas que

el compresor es más económico, se comprime. ( Los cambios en el peso

porque se puede instalar una sola molecular pueden hacer que las

unidad. presiones de descarga sean altas o

bajas).

• Ofrece una variación bastante amplia

en el flujo con un pequeño cambio en • Se requieren velocidades muy altas,

la carga. por lo tanto hay que tener cuidado de

balancear muy bien los rotores y con

• La ausencia de piezas rosantes permite los materiales empleados en las

trabajar más tiempo entre los intervalos componentes.

de mantenimiento.

• Un aumento en la caída de presión en

• Cuando el terreno es costoso, se el sistema puede ocasionar reducción

pueden obtener mayores volúmenes en el volumen del compresor.

en un lugar pequeño.

• Se requieren sistemas para aceite

lubricante y aceite para sellos.



REFERENCIAS:

http://www.estrucplan.com.ar/Producciones/entrega.asp?IdEntrega=2834
http://html.rincondelvago.com/compresores.html
http://www.monografias.com/trabajos95/compresores-reciprocantes/compresores-
reciprocantes.shtml
https://es.scribd.com/doc/84256115/COMPRESORES-RECIPROCANTES
http://myslide.es/documents/unidad-4-compresores.html#