Conociendo los compresores recíprocos

Los compresores recíprocos son los únicos cuyo ciclo termodinámico puede analizarse exactamente y con gran detalle usando los equipos de análisis disponibles en el mercado.  Los avances en los analizadores de compresión recíproca portátiles son capaces de recolectar, almacenar y analizar los puntos de estado P –V.  Se genera un diagrama de presión-volumen mediante la medición de datos dinámicos de presión dentro de los cilindros del compresor y se representan gráficamente respecto al volumen desplazado de los cilindros.  El volumen desplazado se calcula mediante la correlación del ángulo del cigüeñal a la posición del pistón y multiplicando este valor por el área del pistón.

Los diagramas PV, al ser evaluados junto con los datos de vibración, son de inmenso valor para detectar malfuncionamientos internos.

Como los compresores recíprocos son algunos de los sistemas más críticos y costosos en un centro de producción, merecen una atención especial. Las tuberías de transporte de gas, plantas petroquímicas, refinerías y otras muchas industrias dependen de este tipo de equipos.  Debido a muchos factores, incluyendo pero no limitado a la calidad de las especificaciones iniciales, a las prácticas de mantenimiento y a los factores operativos; en las instalaciones industriales se puede esperar muchas variaciones en los costes del ciclo de vida y la fiabilidad de sus propias instalaciones.

 Varios tipos de compresores se encuentran en casi todas las instalaciones industriales.  Tipos de gases comprimidos son:

·         Aire comprimido para herramientas e instrumentos.

·         Hidrógeno, oxígeno, etc. para procesos químicos.

·         Fracciones de hidrocarburos ligeros en las refinerías

·         Varios gases para almacenamiento o transmisión.

·         Otras aplicaciones.

Hay dos clases principales de compresores industriales: caudal intermitente (desplazamiento positivo), incluyendo los tipos alternativos y rotativos, y de caudal continuo, incluyendo centrífugos y axiales.

Los Compresores recíprocos se utilizan normalmente cuando se requieren las altas tasas de compresión (ratio de descarga a las presiones de succión) por etapa sin grandes caudales, y el fluido de proceso es relativamente seco.  Los compresores de gases húmedos tienden a ser de tipo de centrífugo.  Las aplicaciones de ratio de compresión bajo y alto caudal son mejor servidas por compresores de flujo axial. Los compresores de tipo rotatorio son principalmente especificados en aplicaciones de aire comprimido, aunque otros tipos de compresores se encuentran también en servicios de transporte aéreo.

Diseño Básico

Un diseño típico de un compresor recíproco puede tener de uno a seis o más cilindros de compresión, también conocidos como etapas, que proporcionan el confinamiento de los gases de proceso durante la compresión.  Un pistón es impulsado en una acción alternativa para comprimir el gas.  La configuración puede ser de diseño simple o doble acción.  (En el diseño de doble acción, se produce la compresión a ambos lados del pistón, tanto en los golpes de durante el avance y retroceso de golpes.)

Algunos cilindros de doble acción en aplicaciones de alta presión tendrán un vástago en ambos lados del pistón para proporcionar igual superficie y equilibrar las cargas. Las disposiciones de cilindros en tandem ayudan a minimizar las cargas dinámicas mediante la localización de los cilindros por pares, conectado a un cigüeñal común, de modo que los movimientos de los pistones se oponen entre sí.

La presión del gas está sellada y el desgaste de los componentes caros se minimiza con anillas de pistón desechables y bandas rider, respectivamente.  Estos se forman a partir comparativamente metales blandos en relación con la metalurgia del pistón y el cilindro/camisa o materiales como el politetrafluoroetileno (PTFE).

El gas de proceso se introduce en el cilindro, comprimido, y luego se libera por las válvulas mecánicas que generalmente funcionan de forma automática por la presión diferencial.  Dependiendo del diseño del sistema, los cilindros pueden tener una o múltiples válvulas de succión y descarga.

El tren de rodadura, que se encuentra dentro de la carcasa del compresor, consiste en una cruceta y la biela, que conectan la barra del pistón al cigüeñal, convirtiendo su movimiento rotatorio en un movimiento lineal alternativo.  El cigüeñal está equipado con contrapesos para equilibrar las fuerzas dinámicas creadas por el movimiento de los pistones pesados. También se proporciona un volante para almacenar la inercia de rotación y proporcionar una ventaja mecánica de la rotación manual del ensamblaje.

Mediante un intercooler (Intercambiador aire-aire o aire-agua) se proporciona la oportunidad de eliminar el calor del gas de proceso entre las etapas de compresión.  Estos intercambiadores de calor pueden ser parte del aceite del compresor y/o sistema de enfriamiento del cilindro(s), o pueden ser conectados al sistema del agua de refrigeración de la planta.  Por el lado de descarga, los recipientes a presión sirven como amortiguadores de pulsaciones, proporcionando la capacidad del sistema para equilibrar el caudal y la presión correspondiente a carreras de compresión del pistón.

Por lo general, los compresores alternativos son dispositivos de baja velocidad relativa, con transmisión directa o por correa por un motor eléctrico, ya sea con o sin un controlador de velocidad variable.  A menudo, el motor se fabrica para ser parte integral del compresor, y el eje del motor y el cigüeñal del compresor son de una sola pieza, eliminando la necesidad de un acoplamiento.  Tipo de caja de cambios, reductores de velocidad se utilizan en diversas instalaciones.  A veces, aunque con menor frecuencia, estos compresores son impulsados por turbinas de vapor u otras fuentes de energía como el gas natural o diesel.  El diseño general del sistema y el tipo de controlador seleccionado influirá en la lubricación de los sistemas periféricos.

Bibliografía: Reciprocating Compressor Basics. Pumps & Systems.