COMPRESORES ROTATIVOS
ó CENTRÍFUGOS

Los compresores centrífugos impulsan y comprimen los gases mediante ruedas de
paletas.
Los ventiladores son compresores centrífugos de baja presión con una rueda de
paletas de poca velocidad periférica (de 10 a 500 mm de columna de agua; tipos
especiales hasta 1000 mm). Las máquinas soplantes rotativas son compresores
centrífugos de gran velocidad tangencial (120 a 300 m/seg.) y una relación de
presiones por escalón p2/p1 = 1,1 a 1,7. Montando en serie hasta 12 ó 13 rotores
en una caja puede alcanzarse una presión final de » 12kg/cm2, comprimiendo aire
con refrigeración repetida.
Compresores de paletas deslizantes
Este tipo de compresores consiste basicamente de una cavidad cilindrica dentro de
la cual esta ubicado en forma excentrica un rotor con ranuras profundas, unas
paletas rectangulares se deslizan libremente dentro de las ranuras de forma que al
girar el rotor la fuerza centrifuga empuja las paletas contra la pared del cilindro. El
gas al entrar, es atrapado en los espacios que forman las paletas y la pared de la
cavidad cilindrica es comprimidad al disminuir el volumen de estos espacios durante
la rotacion.
Compresores de pistón liquido
El compresor rotatorio de piston de liquido es una maquina con rotor de aletas
multiple girando en una caja que no es redonda. La caja se llena, en parte de agua
y a medida que el rotor da vueltas, lleva el liquido con las paletas formando una
serie de bolsas. Como el liquido, alternamente sale y vuelve a las bolsas entre las
paletas(dos veces por cada revolucion). A medida que el liquido sale de la bolsa la
paleta se llena de aire. Cuando el liquido vuelve a la bolsa, el aire se comprime.
Compresores de lóbulos (Roots)
Se conocen como compresores de doble rotor o de doble impulsor aquellos que
trabajan con dos rotores acoplados, montados sobre ejes paralelos, para una
misma etapa de compresión. Una máquina de este tipo muy difundida es el
compresor de lóbulos mayor conocida como "Roots", de gran ampliación como
sobre alimentador de los motores diese¡ o sopladores de gases a presión
moderada. Los rotores, por lo general, de dos o tres lóbulos están conectados
mediante engranajes exteriores. El gas que entra al soplador queda atrapado entre
los lóbulos y la carcaza; con el movimiento de los rotores de la máquina, por donde
sale, no pudieron regresarse debido al estrecho juego existente entre los lóbulos
que se desplazan por el lado interno.
Compresores de tornillo
La compresión por rotores paralelos puede producirse también en el sentido axial
con el uso de lóbulos en espira a la manera de un tornillo sin fin. Acoplando dos
rotores de este tipo, uno convexo y otro cóncavo, y haciéndolos girar en sentidos
opuestos se logra desplazar el gas, paralelamente a los dos ejes, entre los lobulos
y la carcaza.
Las revoluciones sucesivas de los lobulos reducen progresivamente el volumen de
gas atrapado y por consiguiente su presion, el gas asi comprimido es forzado
axialmente por la rotacion de los lobulos helicoidales hasta 1ª descarga.
Principio de funcionamiento - Caudal
Los compresores rotativos pertenecen a la clase de maquinas volumétricas; por su
principio de funcionamiento son análogos a las bombas rotativas. Los mas
difundidos son los compresores rotativos de placas; últimamente hallan aplicación
los cornpresores helicoidales.
Al girar el rotor, situado excéntricarnente en el cuerpo, las placas forman espacios
cerrados, que trasladan el gas de la cavidad de aspiración a al cavidad de
impulsión. Con esto se efectúa la compresión del gas. Tal esquema del compresor,
teniendo buen equilibrio de las masas en movimiento, permito comunicar al rotor la
alta frecuencia de rotación y unir la rnaquina directamente con motor eléctrico.
Al funcionar el compresor de placas se desprende una gran cantidad de calor a
causa de la presión mayores de 1,5 el cuerpo del compresor se fabrica con
enfriamiento por agua.
Los compresores de placas pueden utilizarse para aspirar gases y vapores de los
espacios con presión menor que la atmosférica. En tales casos el compresor es
una bomba de vacío. El vacío creado por las bombas de vacío de placas alcanza
el95%.
El caudal del compresor de placas depende de sus dimensiones geornétricas y de
la frecuencia de rotación. Si se considera que las placas son radiales el volumen
del gas encerrado entre dos de estas donde f es la superficie máxima de la sección
transversal entre las placas, 1 la longitud de la placa.
Las piezas de trabajo principales del compresor son los visinfmes(tomillo) de perfil
especial; la disposición recíproca de los tornillos esta fijada estrictamente por las
ruedas dentadas que se encuentran en engrane, encajadas sobre los arboles. El
huelgo en el engranaje en estas ruedas dentadas sincronizadas es menor que los
tomillos, por lo cual la fricción mecánica en los últimos esta excluida. El tornillo con
cavidades es el órgano distributivo del cierre, por eso la potencia transmitida por
las ruedas por las ruedas dentadas sincronizadas no es grande, por consiguiente,
es pequeño su desgaste. Esta circunstancia es muy importante debido a la
necesidad de conservar huelgos suficientes en el par de tornillos.
Regulacion del caudal
De la ecuación para determinar el caudal de los compresores de rotor se ve que el
caudal es proporciona¡ a la frecuencia de rotación del árbol del compresor. De esto
se deduce el procedimiento de regulación de Q cambiando n.
Los compresores de placas se unen con los electromotores en la mayoría de los
casos directamente y la frecuencia de rotación de estos constituyen 1540, 960, 735
rpm. Para regular el caudal en este caso es necesario empatar entre los arboles
de¡ motor y el compresor un vareador de velocidad.
La frecuencia de rotación de los compresores helicoidales es muy alta, alcanza en
el caso de accionamiento por turbina de gas, 15000 r.p.m. Los compresores
helicoidales grandes de fabricación habitual funcionan con una frecuencia de
rotación de 3000 rpm.
Para ambos tipos de compresores rotativos se emplean en los procedimientos de
regulación del caudal por estrangulación en la aspiración, el trasiego del gas
comprimido en la tubería de aspiración y las paradas periódicas.
Estructura de los Compresores
Los compresores de placas se fabrican para caudales de hasta 5OOm3
nin y con dos etapas de compresión con enfriamiento intermedio crean presiones
de hasta 1.5Mpa.
Los elementos principales de esta estructura son: rotor, cuerpo, tapas, enfriador y
arboles. El cuerpo y las tapas del compresor se enfrían por el agua. Los elementos
constructivos tienen ciertas particularidades. Para disminuir las perdidas de energía
de la fricción mecánica de los extremos de las placas contra el cuerpo en este se
colocan dos anillos de descarga que giran libremente en el cuerpo. A la superficie
exterior de estos se' envía lubricación. Al girar el rotor los extremos de las placas se
apoyan en el anillo de descarga y se deslizan parcialmente por la superficie interior
de estos; los anillos de descarga giran simultáneamente en el cuerpo.
Al fin de disminuir las fuerzas de fricción en las ranuras las placas se colocan no
radicalmente sino desviándolas hacia adelante en dirección de la rotación. El
ángulo de desviación constituye 7 a 10 grados. En este caso la dirección de la
fuerza que actúa sobre las placas por lado del cuerpo y los anillos de descarga se
aproxima a la dirección de desplazamiento de la placa en la ranura y la fuerza de
fricción disminuye.
Para disminuir las fugas de gas a traves de los huelgos axiales, en el buje del rotor
se colocan anillos de empacaduras apretados con resortes contra las superficies
de las tapas.
Por el lado de salida del arbol a traves de la tapa, se ha colocado una junta de
prensaestopas con dispositivos tensor de resortes.
Espacio Muerto
Los cilindros de los compresores siempre se fabrican con espacio muerto; esto es
necesario para evitar el golpe del embolo contra la tapa al llegar este a la posicion
extrema.
El volumen del espacio muerto habitualmente se aprecia en proporciones o
porcentajes de volumen de trabajo del cilindro y se llama volumen relativo del
espacio muerto:
A=Vm/Vtr
En los compresores monoetapicos modernos,en el caso cuando las valvulas se
encuentran en la etapa de los cilindros A=0.025 0.06
Distribución y Regulación
Los órganos de cierre de la entrada y la salida del gas en el cilindro son en general
válvulas automáticas de plancha de acero esmerilada por ambas caras y de 2 a 3
mm de espesor, corrientemente con forma anular y cargadas por resorte de presión
para seguridad del cierre.
La carrera de la válvula (normalmente de 2 a 4 mm; para gran número de
revoluciones 1 a 1,5 mm) está limitada por un tope atornillado al asiento de válvula.
Las válvulas, dispuestas a un costado del cilindro o en la culata del mismo, son
fáciles de montar y desmontar. Para que las válvulas se conserven mejor y
ocasionen poca pérdida de carga debe exceder de 30 m/seg. Y con presiones
superiores a 100 kg/cm2 sólo a 15 m/seg. Material para los platos de válvula
altamente fatigados, acero especial poco aleado.
Las instalaciones de compresores trabajan en general con toma irregular y
necesitan, por lo tanto, una regulación. Sistemas usuales de regulación:
Arranque y paro. Para pequeñas instalaciones con impulsión eléctrica. Según sea
la presión del acumulador de aire, se conectan y desconectan automáticamente el
motor y el agua de refrigeración. El acumulador debe tener suficiente capacidad
para que no se realicen más de 8 a 10 conmutaciones por hora.
Ajuste del número de revoluciones en el accionamiento por máquinas de
émbolo. Con número constante de revoluciones:
a. Regulación por marcha en vacío. El regulador de presión cargado con peso o
resorte conecta el compresor a marcha en vacío en cuanto la presión del
acumulador excede de la ajustada y conecta de nuevo a plena carga en cuanto la
presión baja un 10%. La marca en vacío se verifica por cierre del tubo de
aspiración o manteniendo abierta la válvula de aspiración con ayuda de un
descompresor.
b. Regulación escalonada. La potencia se disminuye escalonadamente al 75%, al
50%, al 25% y a vacío, por intercalación de espacios perjudiciales fijos y conexión a
marcha en vacío de las distintas caras de émbolo en los escalones de múltiple
efecto.
c. Regulación progresiva del gasto (sin escalonar). En general se realiza
manteniendo abierta durante un tiempo graduable (mayor o menor) las válvulas de
aspiración durante las carreras de compresión mediante descompresores
accionados por gas o aceite a presión o por resortes.
Si en el compresor de varios escalones se regula sólo el primer escalón, es decir se
disminuye su grado de aprovechamiento, baja en éste nada más la relación de
presiones y aumenta su grado de aprovechamiento, baja en éste nada más la
relación de presiones y aumenta en el último, permaneciendo casi constante la
relación de presiones y aumenta en el último, permaneciendo casi constante la
relación de presiones en todos los escalones intermedios.
Para arrancar se descargará el compresor lo más completamente posible.
Normalmente manteniendo abierta la válvula de aspiración. Los compresores
grandes tienen para esto conductos especiales de by-pass. En las máquinas
pequeñas que aspiran a través del émbolo, la marcha en vacío se realiza por cierre
del conducto de aspiración, abriendo al mismo tiempo un by-pass que establece la
comunicación entre las caras de aspiración y de impulsión.
Engrase
Para la lubricación de los compresores de émbolo se emplean los mismos métodos
que para las máquinas de vapor, salvo las altas exigencias de los aceites de
engrase a causa del gran calor radiado por los cilindros de vapor.
Para el engrase de los cilindros, como para las máquinas de vapor, se emplean
bombas de émbolo buzo de funcionamiento obligado por la transmisión.
Aún con altas presiones de gas deben procurarse aceites de poca viscosidad. Un
aceite viscoso exige una potencia innecesariamente grande y hace que las válvulas
tengan más tendencia a pegarse y romperse. Para muy altas presiones, se
emplean, sin embargo, algunas veces los aceites viscosos para mejora la
hermeticidad, aunque la temperatura del gas sea más baja. A ser posible se
utilizara el aceite para el engrase del cilindro y de la transmisión, pues ello facilita la
recuperación y nuevo empleo del aceite. Los aceites para cilindros con 7 a 28
grados Engler son también buenos aceites para la transmisión.
Conducción del aceite como en las máquinas de vapor. El consumo de aceite de los
compresores es tan sólo la tercera parte de los que se indico para las máquinas de
vapor.