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Obtencion del aire comprimido - tipos de compresores, compresores Centrífugos, diagrama para el almacenamiento correcto de Aire Comprimido
Obtención de aire
comprimido.
Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la
presión del
aire al valor de trabajo deseado. Los mecanismos y mandos
neumaticos se alimentan desde una estación central.
Entonces no es necesario calcular ni proyectar la
transformación de la energía para cada uno de los consumidores. El aire comprimido viene de la estación compresora y llega a
las instalaciones a través de tuberías.
Los compresores móviles se utilizan en el ramo de la
construcción o en maquinas que se desplazan frecuentemente.
En el momento de la planificación es necesario prever un
tamaño superior de la red, con el fin de poder alimentar aparatos
neumaticos nuevos que se adquieran en el futuro. Por
ello, es necesario sobredimensionar la instalación, al objeto de que el
compresor no resulte mas tarde insuficiente, puesto que toda
ampliación ulterior en el equipo generador supone gastos muy
considerables.
Es muy importante que el aire sea puro. Si es puro el generador de aire comprimido tendra una larga
duración. También debería tenerse
en cuenta la aplicación correcta de los diversos tipos de compresores.
Tipos de compresores.
Compresores Reciprocantes.
Los Compresores Reciprocantes de Aire o Compresores de Pistón
(pequeñas o industriales) son maquinas de desplazamiento
positivo, lo que significa que aumentara la presión del
aire mediante la reducción de su volumen. Esto significa que
estan tomando en los volúmenes sucesivos de aire que se encuentra
confinado en un espacio cerrado y elevar el aire a una
presión superior. También cubren unaamplia gama
de capacidad de salida. Normalmente se encuentran en aplicaciones
desde 1 hasta mas de 600 caballos de fuerza (HP). Los
Compresores Reciprocantes logra esto por un
pistón dentro de un cilindro como
la compresión y desplazamiento de un elemento.
En el pasado, los Compresores Reciprocantes de
Aire fueron los mas ampliamente utilizados en plantas industriales de
sistemas de aire. Por ejemplo, los compresores reciprocantes de
Sencilla-actuación (single-acting) sólo utilizan uno de los lados
de sus pistones para extraer el aire en el tanque de compresión,
mientras que los compresores de Doble-actuación (Double-acting) utilizan
ambos lados del
pistón. Los compresores reciprocantes de Sencilla-actuación
son generalmente refrigerados por aire, en los tamaños mas
pequeños de caballos de fuerza (hp) y no requieren bases sustanciales. Sin embargo, estos compresores son menos eficaces que otros tipos.
Los compresores reciprocantes de Doble-actuación aire son
generalmente refrigerados por agua y requieren bases sustanciales. Los Compresores Reciprocantes de Aire son adecuados para aplicaciones como:
Plantas separadoras de aire, aromaticos, Plantas de embotellado para
cilindros de gas, La industria química, Instalaciones criogénica,
Protección del medio ambiente, óxido de etileno / glicol,
Producción de fertilizantes, La industria de alimentos y bebidas, La
inyección de gas combustible para el sistema de propulsión de
combustible doble de ME-GI MAN diesel, La hidrodesulfuración (HDS), El
tratamiento con hidrógeno, Manejo de gases industriales, LNG boil-off
gas, Manejode gas natural, Almacenamiento de gas natural, La industria de petróleo
y gas, Industria petroquímica, Refinación de petróleo,
plantas de polietileno, producción de polietileno, baja densidad,
producciones de polímero, Plantas de polipropileno, Producción de
polipropileno, Tuberías de productos, Industria de acero, Synfuels,
unidades de oxidación húmeda y otros.
Compresores Centrífugos.
Los compresores centrífugos, también llamados compresores
radiales, son un tipo especial de turbomaquinaria que
incluye bombas, ventiladores, o compresores.1
Los modelos mas primitivos de este tipo de maquina2 eran bombas y
ventiladores. Lo que diferencia a estos de los compresores es que el fluido de
trabajo puede ser considerado incompresible, permitiendo así un analisis preciso a través de la
ecuación de Bernoulli. Por contra, cualquier compresor moderno se mueve
a altas velocidades por lo que su analisis debe
asumirse un fluido compresible.
Si se le quiere dar una definición, se puede considerar que los
compresores centrífugos producen un incremento
de densidad mayor que un 5 por ciento. Ademas, la velocidad relativa del
fluido puede alcanzar un número de Mach 0.3 si el fluido de trabajo es
aire o nitrógeno. Por otro lado, los ventiladores
incrementan mucho menos la densidad y operan a Mach mucho mas bajo.
De forma ideal, un compresor dinamico aumenta
la presión del
fluido a base de comunicarle energía
cinética-energía/velocidad con el rotor. Esta energía
cinética se transforma en un incremento de
presión estatica cuando el fluido pasa por un difusor.
Los compresorescentrífugos se usan industrialmente por varias razones:
tienen menos componentes a fricción, también relativamente
eficientes, y proporcionan un caudal mayor que los
compresores reciprocantes (o de desplazamiento positivo) de tamaño
similar. El mayor inconveniente es que no llegan a la
relación de compresión típica de los compresores
alternativos, a menos que se encadenen varios en serie. Los ventiladores
centrífugos son especialmente adecuados para aplicaciones donde se
requiere un trabajo continuo, como el caso de sistemas de ventilación,
unidades de refrigeración, y otras que requieran mover grandes
volúmenes de aire aumentando su presión mínimamente. Por otro lado, una serie de compresores alternativos
típicamente llegan a conseguir presiones de salida de 55 a 70 MPa.
Un ejemplo de aplicación de compresores
centrífugos es la reinyección de gas natural en los pozos de
petróleo para su extracción.
Muchos compresores centrífugos se usan también en pequeñas
turbinas de gas como
APUs (generadores auxiliares) y motores turborreactores de pequeñas
aeronaves (turboejes de helicópteros y algunos turbohélices). Una
razón significativa de ello es que con la tecnología actual, un compresor axial que opere con estos volúmenes de
aire sería menos eficiente por las pérdidas en las tolerancias del rotor y el estator.
Hay muy pocos compresores centrífugos de un
sólo escalón capaces de entregar una relación de
compresión de 10 a 1, principalmente por las cargas mecanicas que
soportan y que limitan su seguridad, fiabilidad y vida del producto.
En el caso específico de los motores paraaeronaves
mencionados anteriormente, una gran ventaja es la simplicidad de los
compresores centrífugos y su precio relativamente bajo. Requiere
menos escalones que un compresor axial para conseguir
el mismo incremento de presión, ya que el cambio de radio desde la
entrada al rotor al borde de salida es tan acusado que la energía del aire aumenta mucho
en un corto espacio.
Compresores Axiales.
El aire en un compresor axial, fluye en la dirección del eje del
compresor a través de una serie de alabes móviles o
alabes del rotor acoplados al eje por medio de un disco y una serie de
alabes fijos o alabes del estator acoplados a la carcasa del
compresor y concéntricos al eje de rotación. Cada conjunto de
alabes móviles y alabes fijos forman una etapa del
compresor. El aire es tomado por el conjunto de alabes móviles e
impulsado hacia atras en sentido axial y entregado al conjunto de
alabes fijos con una mayor velocidad. Los alabes fijos o
alabes del estator actúan como difusor en cada etapa,
transformando la energía cinética del aire en energía
potencial en forma de presión y a su vez, dan al flujo el angulo
adecuado para entrar en los alabes móviles de la siguiente etapa.
Cada etapa de un compresor axial produce un
pequeño incremento en la presión del aire, valores que rara vez superan
relaciones de 1.1:1 a 1.2:1 (4). Un mayor incremento
de presión en un compresor axial se logra instalando varias etapas,
presentandose una reducción en la sección transversal a
medida que el aire es comprimido.
Algunas de las ventajas mas importantes de los
compresores axiales frente a loscompresores centrífugos, especialmente
para aplicaciones aeronauticas.
* Eficiencias maximas debidas al efecto RAM que se presenta como
consecuencia de su diseño axial.
* Mayores relaciones de presión obtenibles mediante múltiples
etapas de compresión.
* Una menor area frontal y en consecuencia menor resistencia al
avance.
* Menores pérdidas de energía debido a que no existen cambios
considerables en la dirección del flujo de aire.
Desventajas mas importantes frente a los compresores
centrífugos
* Difícil manufactura y altos costos de producción.
* Peso relativamente mayor al del compresor centrífugo
por la necesidad de un mayor número de etapas para la misma
relación de presión.
Almacenamiento de Aire Comprimido
El concepto de almacenamiento es simple, pero en muchas ocasiones mal entendido
y mal aplicado en los sistemas de aire comprimido industrial.
Cuando los acumuladores de aire comprimido estan bien diseñados
en un sistema de aire comprimido y su
instalación es adecuada, estos proporcionaran importantes ventajas en
beneficio de los usuarios, reduciendo así las quejas por fallas en el
suministro.
Se considera almacenamiento a la reserva de aire que existe para atender la
demanda y que puede estar en tanques y tubería, sin embargo el concepto
de almacenamiento debera ser considerado con mayor detalle para tomar
todas las ventajas en beneficio de los usuarios.
Diagrama para el almacenamiento correcto de Aire
Comprimido.
Los compresores descargan a un cabezal común, y se cuenta con un brazo
amigo,para poder llevar un compresor de respaldo en
caso de falla en alguno de nuestros equipos.
El tanque húmedo recibe el aire caliente en la parte
inferior, se enfría al girar y subir por el tanque, permitiendo retener
la mayor parte de los condensados y reduciendo la carga a filtros y secadores.
La practica común de poner un filtro directamente en la descarga
del compresor, nos lleva a vida útil muy corta, caída de
presión con el consecuente costo de energía y baja eficiencia en
la colección de condensados.
Descargamos el aire en la parte superior del almacenamiento, que es la
mas limpia y salimos a nuestro equipo de tratamiento.
Posteriormente hablaremos del resto de los componentes que
son, tanque seco y control de demanda.
Grafico de potencia contra flujo y su relación al Almacenamiento
En la grafica podemos ver que a menor almacenamiento el consumo de
potencia BHP se incrementa, y vemos que el comportamiento línea de carga
no carga en consumo de energía existe solo con un almacenamiento mayor a
10 galones por 1 CFM, que es la grafica que publican los fabricantes de
este tipo de compresores.
Efectos del almacenamiento en la carga y flujo del sistema
Almacenamiento Positivo
El concepto de Almacenamiento Positivo es lo que necesitamos explicar en este
punto, es lo que existe en muchas plantas industriales, si el almacenamiento
esta a la misma presión que la tubería o los usuarios, no
existe aire guardado para expandir y atender un pico de demanda, simplemente la
distribución de aire es mayor, ya que este tanque se suma a la
tubería de distribución.
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