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Compresores

Compresores

El compresor es una máquina que genera una “fuerza” al comprimir un gas o vapor, que se puede explotar de diferentes formas; Tanto es así que el compresor se utiliza en muchos sectores profesionales e industriales. El compresor es capaz de aumentar la presión de un cuerpo aeriforme gracias a un procedimiento totalmente mecánico. Por lo que su principal objetivo es comprimir el aire y producir una presión necesaria para múltiples propósitos.

Aire Comprimido

Es aire atmosférico comprimido; es decir, reducido de volumen con un compresor y almacenado en un tanque o cilindros resistentes a la presión, o utilizado inmediatamente.  El aire comprimido es la cuarta forma de energía utilizada en la industria, ya que tiene fortalezas significativas y características únicas. A diferencia del gas, agua y electricidad, suministrados por empresas externas; el aire comprimido es generado en el sitio directamente por el usuario; por eso la calidad y los costes de producción relativos dependen del usuario y del sistema interior. del complejo industrial.

Cómo funciona un compresor

El principio de funcionamiento de un compresor de aire es relativamente simple. Dependiendo del tipo de máquina, el proceso de compresión requiere un motor; una válvula de entrada de aire y una válvula de salida de aire y; en la mayoría de los casos, un tanque de almacenamiento de aire comprimido. El aire es aspirado por la máquina; comprimidos por los componentes internos de diferentes formas de acuerdo con las tecnologías disponibles, y empujados al tanque. El proceso de compresión provoca un aumento de presión; cuando se alcanza la presión máxima dentro del tanque; el ciclo se completa; y el compresor se detiene y vuelve a arrancar cuando la presión vuelve a caer por debajo de un umbral predefinido. La gama de compresores disponibles comercialmente es realmente amplia. Cada tipo de compresor tiene características y propósitos específicos; por lo que es importante comprender cuál elegir para usarlo correctamente. Los compresores de aire se utilizan en todos los procesos de producción y aplicaciones industriales que requieren aire comprimido.

Compresores de aire industriales

El aire comprimido es “producido” por compresores que pueden tener tamaños y dimensiones muy diferentes; desde un simple compresor para el taller hasta estaciones compresoras muy potentes y complejas.  Para elegir un compresor, primero debe determinar con qué frecuencia lo usa; y definir cuál será el requerimiento de aire comprimido del sistema ya qué presión deberá producirse el aire comprimido. El caudal es la cantidad de aire que el compresor puede suministrar para alimentar varios dispositivos al mismo tiempo. Este valor se puede indicar en litros por segundo (l / s) o metros cúbicos por hora (m3 / h). Por lo general, se elige un compresor que ofrece un margen de seguridad de aproximadamente un 30% más que el requisito estimado. El caudal en metros cúbicos normales por hora (Nmc / h) es una forma convencional de expresar el caudal en condiciones que son estándar para todos. Están definidos para que todos puedan hablar el "mismo idioma" evitando malos entendidos.

Metro Cúbico Normal

El metro cúbico normal es una cantidad que se ha tomado por convención; precisamente porque todos tenemos una forma común de referirnos a este volumen. Por eso se decidió introducir el metro cúbico normal (Nm³) y, por tanto, el caudal normal en Nm³ / h. Este volumen se refiere a condiciones "normales", es decir, aire seco a 0 ° C (por lo tanto, 273 K); presión barométrica igual a 101325 Pa (1,01325 bar) y altitud sobre el nivel del mar. Sin embargo, es un caudal ficticio, no real; que luego debe convertirse en cuál es el caudal real, antes de elegir el compresor que se va a comprar. La transformación de metros cúbicos normales en metros cúbicos efectivos se obtiene a partir de la relación entre las dos densidades diferentes del gas. Donde QN es el caudal normal, Q es el caudal efectivo, ρN es la densidad en condiciones normales; y ρ es aquella en las condiciones en las que se va a hacer funcionar el compresor. La presión dependerá del equipo industrial o circuito neumático que el compresor esté destinado a alimentar. La presión se puede indicar en bar o en pascal (Pa). Dependiendo de este factor, elegiremos un compresor de una etapa (máx. 10 bar); o un compresor multietapa, capaz de aumentar significativamente la presión (hasta 400 bar). La potencia del compresor depende del flujo de aire deseado y la presión de salida.  Los compresores generalmente funcionan con un depósito de aire comprimido; lo que le permite arrancar el motor según sus necesidades. Es necesario dimensionar este tanque correctamente para no estresar constantemente el motor.  La máquina se puede enfriar por aire o por agua.

Compresores refrigerados por aire

La mayoría de las unidades compresoras actuales también están disponibles en una versión refrigerada por aire, donde la ventilación forzada dentro de la unidad compresora de aire; contiene casi el 100% de la energía consumida por el motor eléctrico.

Compresores enfriados por agua

Hay tres métodos de enfriamiento por agua. Veamos las diferentes opciones de enfriamiento para determinar cuál debe usarse en la red de aire comprimido en cuestión. Cuanto más se enfría el aire comprimido dentro del intercooler y el postenfriador de un compresor; cuanto mayor es la eficiencia del compresor y más vapor de agua se condensa. Una instalación con compresores refrigerados por agua impone demandas modestas al sistema de ventilación de la sala de compresores, ya que el agua de refrigeración contiene, en forma de calor; aproximadamente el 90% de la energía absorbida por los motores eléctricos. Los sistemas de refrigeración por agua del compresor pueden basarse en los siguientes tres principios básicos:
  • A Sistemas abiertos sin circulación de agua (conectados a un suministro de agua externo)
  • Sistemas abiertos con circulación de agua (torre de refrigeración)
  • Sistemas cerrados con circulación de agua (incluido un radiador / intercambiador de calor externo )

Sistema abierto sin circulación de agua

En un sistema abierto sin circulación de agua, el agua se suministra de una fuente externa, como un suministro de agua urbano, un lago, un río o un pozo, y luego de pasar por el compresor se descarga como aguas residuales. El sistema debe ser controlado por un termostato para mantener la temperatura deseada del aire y regular el consumo de agua.

Costos

Un sistema abierto suele ser barato y fácil de instalar; pero, costoso en términos de costos operativos, especialmente si el agua de enfriamiento proviene de un suministro de agua municipal. El agua de los lagos o ríos suele ser gratuita; pero debe filtrarse y purificarse para limitar el riesgo de obstruir el sistema de enfriamiento. El agua rica en cal también puede dar lugar a incrustaciones en la caldera dentro de las enfriadoras; provocando un deterioro gradual del enfriamiento. Lo mismo ocurre con el agua salada, que sin embargo se puede utilizar si el sistema está correctamente diseñado y dimensionado en consecuencia.

Sistema abierto con circulación de agua

En un sistema abierto con circulación de agua, el agua de enfriamiento del compresor se enfría nuevamente en una torre de enfriamiento abierta; dejándolo caer por gravedad en una cámara a través de la cual se sopla el aire. En estas condiciones, parte del agua se evapora; y el resto se enfría a 2 ° C por debajo de la temperatura ambiente (este valor puede variar según la temperatura y la humedad relativa). Los sistemas abiertos con circulación de agua se utilizan principalmente cuando la disponibilidad de agua de una fuente externa es limitada. La desventaja de este sistema es que el agua se contamina gradualmente con el aire circundante. El sistema también requiere una dilución constante con agua externa debido a la evaporación. Las sales solubles se depositan sobre superficies metálicas calientes que reducen la capacidad de transferencia de calor de la torre de enfriamiento. El agua debe analizarse periódicamente y tratarse con productos químicos para evitar el crecimiento de algas en su interior. Cuando el compresor no está funcionando, se debe vaciar la torre de enfriamiento o calentar el agua para evitar que se congele.

Sistema cerrado con circulación de agua

En un sistema de refrigeración cerrado, la misma agua circula continuamente entre el compresor y algún tipo de intercambiador de calor externo; que a su vez se enfría mediante un circuito de agua externo o por el aire circundante. Cuando el agua se enfría a través de otro circuito de agua, se utiliza un intercambiador de calor de placa plana. Cuando el agua se enfría usando el aire circundante, se usa una matriz de enfriamiento que consta de tubos y aletas de enfriamiento. El aire circundante se ve obligado a circular a través de los tubos y las aletas mediante uno o más ventiladores.

Cuando se utiliza este método:

Este método es adecuado si la disponibilidad de agua de refrigeración es limitada. Los circuitos abiertos o cerrados tienen una capacidad de enfriamiento comparable; en el sentido de que el agua del compresor se enfría a una temperatura 5 ° C superior a la del refrigerante. Si el agua de refrigeración se enfría con el aire circundante, se requiere la adición de un anticongelante (por ejemplo, glicol). Los sistemas cerrados de agua de refrigeración se llenan con agua pura ablandada. Cuando se agrega glicol, se debe volver a calcular el flujo de agua del sistema de compresión; ya que el tipo y la concentración del glicol afectan la capacidad calorífica y la viscosidad del agua. También es importante que todo el sistema se limpie a fondo antes de volver a llenarlo por primera vez. Un sistema de agua cerrado correctamente construido requiere una supervisión muy limitada y tiene bajos costos de mantenimiento. Para instalaciones donde el agua de refrigeración disponible es potencialmente corrosiva; el diseño del enfriador debe basarse en un material resistente a la corrosión.

Qué tipo de compresor elegir?

Hay dos tipos de compresores: compresores volumétricos o de desplazamiento positivo y compresores centrífugos o dinámicos. La mayoría de los compresores son máquinas volumétricas, lo que significa que la compresión se consigue reduciendo el volumen ocupado por el aire. La mayoría de los compresores volumétricos están equipados con un motor eléctrico.

Los Compresores de Pistón

Pueden ser de un solo cilindro; en cuyo caso pueden alcanzar una presión de 10 bar. Los modelos multietapa, en cambio, son capaces de aumentar la presión en etapas sucesivas hasta 400 bar. Entre los diversos tipos de compresores propuestos por los fabricantes; Los compresores de pistón suelen ser los más baratos y se utilizan cuando se necesita que una máquina se utilice de forma discontinua. Su ciclo de funcionamiento, de hecho, no supera el 60%, lo que significa que no se pueden utilizar durante más de 35 minutos por hora. El aire comprimido almacenado, en cualquier caso, debe ser suficiente con respecto al caudal para reducir el número de pausas durante el uso. Un defecto potencial de este tipo de compresor es que, junto con el aire comprimido; también expulsa algo de aceite. En consecuencia, si necesita aire de salida limpio; Tendrá que equipar el compresor con un sistema de filtración u optar por un compresor sin aceite. Este es el caso de las salas blancas y de diversos sectores, como la electrónica, la farmacéutica y la alimentaria. Además, al ser relativamente ruidosos, los compresores de pistón pueden causar molestias a las personas que trabajan cerca. 

Compresores de Tornillo

Utilizan tornillos helicoidales en lugar de pistones y son el modelo más utilizado en el sector industrial. La presión que pueden alcanzar estos modelos puede variar desde 5 bar para un modelo de una etapa hasta 13 bar en el caso de modelos de varias etapas. Una ventaja de los compresores de tornillo es que, en general, pueden ofrecer un caudal considerable y una alta relación de compresión incluso si son de una sola etapa. En el caso de los modelos de pistón, sin embargo, solo los modelos multietapa, que tienen mayores dimensiones y garantizan un rendimiento equivalente. Otra característica particularmente interesante de los compresores de tornillo es que pueden tener un ciclo de trabajo del 100% y, por lo tanto, funcionar de forma continua. Por último, están los compresores de tornillo de velocidad variable (equipados con inversores); es decir, capaces de adaptar su velocidad de rotación a las necesidades de aire comprimido para optimizar sus necesidades energéticas. 

Compresores de Láminas

Son láminas que se deslizan en un rotor excéntrico, provocando la compresión del aire. La eficiencia energética de estos compresores es buena en general. Con la misma presión y caudal, los compresores de paletas tienen una velocidad de rotación menor que los compresores de tornillo; lo que reduce el desgaste de los componentes y la necesidad de mantenimiento. Estos compresores se utilizan en diversas industrias, como la industria de la impresión y la madera y el embalaje. En sectores donde el aire utilizado debe ser limpio, como el energético o el médico, se utilizan modelos libres de aceite. 

Los compresores centrífugos o dinámicos

Son el segundo tipo de compresores. Estos compresores aspiran el aire gracias al movimiento de una rueda de paletas; es decir, según el mismo principio que los turbocompresores utilizados en la industria del automóvil. Los compresores de aire centrífugos se utilizan principalmente cuando es necesario alcanzar y mantener un caudal y una presión elevados sin interrupción; como en el sector energético y en la industria química. La regulación del caudal y la presión se realiza gracias a un reductor integrado que permite que la máquina funcione a un régimen óptimo del motor. Estos compresores pueden alcanzar al mismo tiempo un caudal de 500.000 m3 / hy una presión de 200 bar. 

Compresores de aire para limpieza

De aire sin aceite Los compresores de aire sin aceite se han desarrollado específicamente para aplicaciones donde la calidad del aire es esencial para el producto final y los procesos de producción. Los compresores sin aceite para embotellado, no utilizan aceite dentro de la cámara de compresión; A continuación, el aire se comprime sin contaminarse nunca y, por tanto, sin necesidad de filtraciones especiales. Estos modelos proporcionan aire limpio y, por lo tanto, son más respetuosos con el medio ambiente. Los compresores exentos de aceite se utilizan principalmente en la industria electrónica, especialmente en la producción de semiconductores; en las industrias farmacéutica y química, en el sector médico; así como en el procesamiento de productos alimenticios y en las operaciones de ensamblaje y acabado de vehículos automotores. Un compresor sin aceite debe cumplir con la norma ISO 8573-1 Clase 0. Solo estos compresores, de hecho, garantizan la ausencia total de aceite. Las clases por encima de 0 definen las cantidades máximas de aceite que se pueden encontrar en el aire comprimido suministrado por estos compresores; el cual, al no estar exento de aceite, deberá ir acompañado de un secador de aire. Estos compresores no ofrecen presiones muy altas.

Sala de compresores

El lugar donde se encuentra la mayor parte de la red de aire comprimido se llama sala de compresores. Puede ser una habitación diseñada y utilizada para otros fines o construida pensando en el compresor. En ambos casos, para aprovechar al máximo la instalación del compresor seleccionada, la sala debe cumplir ciertos requisitos. La regla principal para una instalación consiste ante todo en definir una planta con un compresor central separado. La experiencia indica que la centralización es preferible, independientemente del sector. Entre otras cosas, asegura una mejor economía operativa; mejor diseño de la red de aire comprimido, fácil uso y mantenimiento, protección contra accesos no autorizados; correcto control del ruido y posibilidades más sencillas de ventilación controlada.

Versatilidad de la instalación

Si no hay facilidades disponibles para instalar el compresor en interiores; también se puede instalar al aire libre, bajo una marquesina. En este caso, sin embargo, se deben tener en cuenta algunos problemas, como el riesgo de congelación de las bolsas de condensado y los desagües; la protección contra la lluvia y la nieve de la abertura de entrada de aire, la entrada de aspiración y la abertura de entrada de aire. ventilación, la necesidad de una base plana sólida (asfalto, losa de hormigón o lecho de adoquines nivelado), el riesgo de polvos y sustancias inflamables o agresivas y protección contra el acceso no autorizado. En el caso de grandes instalaciones con tuberías largas; el sistema de aire comprimido debe instalarse para simplificar la disposición del sistema de distribución. El servicio y el mantenimiento se pueden facilitar instalando el sistema de aire comprimido cerca de dispositivos auxiliares como bombas y ventiladores; una posición cercana a la sala de calderas también puede ser ventajosa. El edificio debe tener un equipo de elevación dimensionado para manejar los componentes más pesados ​​de la instalación del compresor (generalmente el motor eléctrico) y / o permitir el acceso a una carretilla elevadora.

Espacio para la instalación

El edificio también debe tener suficiente espacio en el piso para la instalación de un compresor adicional para una posible expansión futura. La altura libre también debe ser suficiente para permitir, si es necesario, la elevación de un motor eléctrico o similar. El sistema de aire comprimido debe contar con un desagüe en el piso u otras instalaciones de gestión de condensados ​​del compresor, postenfriador, depósito de aire, secadores, etc. El desagüe en el piso debe realizarse de acuerdo con la legislación vigente. 

Para Installar

Para instalar un sistema de compresor, generalmente solo se requiere un piso nivelado con suficiente capacidad de carga. En la mayoría de los casos, el equipo antivibraciones está integrado en el sistema. Para instalaciones nuevas; generalmente se usa un zócalo para cada grupo de compresores para permitir la limpieza del piso. Los compresores centrífugos y de pistón grandes pueden requerir una base de hormigón anclada a una roca o una base de tierra sólida. En sistemas equipados con compresores centrífugos, es posible que las vibraciones transmitidas a la base de la sala de compresores deban atenuarse con almohadillas antivibratorias.  Todas las unidades de la sala de compresores producen calor, que se elimina a través de la ventilación de la propia sala. La cantidad de aire de ventilación necesaria está determinada por el tamaño del compresor y si está refrigerado por aire o por agua. Casi el 100% de la energía consumida por el motor eléctrico está presente en el aire de ventilación de los compresores refrigerados por aire en forma de calor. Por otro lado, aproximadamente el 10% de la energía consumida por el motor eléctrico está presente en el aire de ventilación de los compresores refrigerados por agua. Para mantener la temperatura dentro de la sala de compresores a un nivel aceptable, se debe extraer el calor.

Ventilación

El fabricante del compresor debe proporcionar información detallada sobre el flujo de ventilación requerido. Una mejor manera de abordar el problema de la acumulación de calor es recuperar la energía térmica residual y utilizarla en las instalaciones.  El aire de ventilación debe llevarse al exterior, preferiblemente sin utilizar conductos largos. La boca de succión también debe colocarse lo más bajo posible; pero sin correr el riesgo de quedar cubierto por la nieve durante el invierno. También es necesario tener en cuenta el riesgo de que entren polvo y sustancias explosivas o corrosivas en la sala de compresores. Los ventiladores deben colocarse en lo alto de una de las paredes al final de la sala de compresores y la entrada de aire en la pared opuesta. La velocidad del aire en la entrada de ventilación no debe superar los 4 m / s. Si es problemático asegurar una ventilación suficiente dentro de la habitación; Se debe considerar la posibilidad de utilizar compresores refrigerados por agua. 

Secadores

El aire atmosférico aspirado por un compresor, es una mezcla de gas y vapor de agua y la capacidad del aire para contener agua en forma de vapor de agua aumenta; considerablemente con el aumento de temperatura del aire provocado durante la fase de compresión. Posteriormente, cuando el aire comprimido que sale del compresor comienza a expandirse y consecuentemente a enfriarse, el vapor de agua con el que está saturado se transforma en condensado; que deben separarse dentro del tanque o en el separador ciclónico. Pero para eliminar eficazmente todo el vapor de agua del que el aire comprimido sigue saturado; y que comprometería el correcto funcionamiento del equipo, el aire se trata mediante secadores adecuados. El proceso de secado por aire más utilizado es el de los secadores frigoríficos; que explotan la propiedad que vincula el descenso de la temperatura con la condensación de la humedad en el aire. La eficiencia de la eliminación del vapor de agua por los secadores de ciclo de refrigeración se expresa con el valor del punto de rocío a presión (PDP, o Punto de rocío a presión); es decir, la temperatura de condensación del aire con una presión superior a la atmosférica.

Refrigeración

La limitación de los secadores frigoríficos es que solo pueden trabajar con PDP por encima de 0 ° C; de lo contrario, el líquido condensado se congelaría. Por lo tanto, no son adecuados para sistemas con tuberías externas o en entornos con temperaturas por debajo del punto de rocío del secador. En condiciones ambientales críticas y en áreas particulares (por ejemplo en el sector alimentario o farmacéutico) son preferibles los llamados secadores de "adsorción"; que - aprovechando la propiedad química de algunos materiales para absorber (o liberar) humedad - son capaces de garantizar puntos de rocío hasta -70 ° C. Secadores de adsorción de HDT regenerados en frío; por ejemplo, constan de dos cámaras que contienen tamices moleculares con capacidad higroscópica; mientras que en la primera la humedad es absorbida por el aire comprimido; en el segundo se regenera el material desecante saturado.

Drenajes de condensado

En la producción de aire comprimido, se forma inevitablemente condensado; que también contiene partículas de aceite emulsionadas, polvo e impurezas. Para salvaguardar el correcto funcionamiento del sistema de producción y distribución de aire comprimido, es recomendable drenar el condensado en puntos de recogida y expulsarlo por diferentes tipos de desagües; generalmente se coloca en la parte inferior del tanque de aire comprimido. En un simple drenaje flotante, cuando el nivel del líquido acumulado supera un cierto umbral; la válvula de drenaje ubicada en el fondo del contenedor se abre permitiendo que el condensado se descargue al exterior; cerrándose automáticamente antes de que salga el aire comprimido. Los descargadores electrónicos también funcionan de manera similar; en el que, sin embargo; la válvula está controlada por un sensor de nivel electrónico en lugar de por el flotador. Finalmente, los desagües temporizados están equipados con una válvula solenoide que abre el desagüe ubicado en el fondo del tanque a intervalos de tiempo preestablecidos; con posibilidad de ajustar los intervalos y tiempos de drenaje según las necesidades y condiciones ambientales.  Los usuarios de aire comprimido corren el riesgo de fuertes multas por descargar el condensado en las alcantarillas como condensado; como producto de desecho del aire comprimido, es una mezcla nociva. Debido a la creciente contaminación ambiental, además de partículas sólidas; el condensado contiene cada vez más cantidades de hidrocarburos, dióxido de azufre, cobre, plomo, hierro y otras sustancias nocivas.

Filtración

El aire proveniente de la atmósfera que ingresa al compresor contiene de forma natural polvo fino e impurezas; a las que también se agregan partículas de aceite provenientes del sistema de lubricación del propio compresor, además de la presencia de agua en forma de aerosoles. Por otro lado, es importante que el aire comprimido esté seco y limpio, tanto para no comprometer el correcto funcionamiento de la maquinaria y preservar la sofisticada instrumentación; como para garantizar la higiene necesaria en determinadas zonas de uso del aire comprimido. Las diferentes clases de pureza del aire están definidas por la norma ISO 8573-1: 2010, que, según el tipo de uso; determina la calidad del aire requerida, especificando el contenido máximo de contaminantes para cada clase. Como resultado, se han desarrollado diferentes elementos filtrantes, cada uno de ellos específico para eliminar eficazmente partículas sólidas o neblinas de agua y aceite. En un mismo sistema de filtrado se suelen reunir varios elementos filtrantes, con el fin de garantizar la correcta eliminación tanto de las partículas como del agua; aerosoles y vapores aceitosos. Estos elementos pueden incluir filtros de partículas, filtros de desaceitado de aire, filtros coalescentes, filtros de carbón activado. Las industrias alimentaria, farmacéutica y cosmética deben utilizar filtración estéril porque la presencia de microorganismos en el aire comprimido comprometería la calidad y seguridad de los productos. En estos sectores; se utilizarán filtros especiales para suministrar aire comprimido esterilizado.

Tanques y válvulas de seguridad certificados Los tanques de

aire comprimido, generalmente de acero al carbono pintado externamente con polvos epoxi para asegurar una mayor resistencia a la corrosión; pueden ser verticales (más común) u horizontales y deben dimensionarse de acuerdo con la capacidad del compresor; el sistema de regulación y el consumo esperado de aire comprimido. Además de acumular aire comprimido, se utilizan para mantener constante la presión del sistema; compensando los picos de consumo superiores a la capacidad del compresor. Es aconsejable instalar el tanque cerca del compresor, preferiblemente en un ambiente fresco y de tal manera que permita tanto el acceso al dispositivo de drenaje de condensados ​​como el control de la válvula de seguridad. Las válvulas de seguridad se utilizan para evitar que se supere el aumento de presión máximo admisible; incluso si los otros dispositivos de seguridad autónomos instalados aguas arriba están bloqueados. Pueden ser escape libre, escape transportado (es decir, con el orificio de purga conectable a una tubería) o específicos para alta presión. Entre los parámetros fundamentales para dimensionar la válvula de seguridad se encuentran la presión de calibración (que indica la presión a la que la válvula de seguridad comienza a abrirse en condiciones de funcionamiento); el caudal de descarga y la temperatura de funcionamiento. La correspondiente declaración de conformidad se suministra siempre con la válvula de seguridad.