27 julio 2012

Guía técnica de diseño de sistemas con compresores (1ª PARTE)



Los compresores de aire y otros gases se usan para muchos propósitos en aplicaciones industriales, comerciales y residenciales. Por ejemplo, los compresores de gases en aplicaciones industriales se usan en refrigeración, aire acondicionado, calefacción, transporte de gas natural, cracking catalítico, polimerización y otros procesos químicos. Si bien el compresor de gas puede ser similar en apariencia a un compresor de aire, están especialmente diseñados para cumplir los requerimientos de procesos químicos de presión, temperatura, o caudal, y son capaces de manejar los gases o mezclas específicas.
En esta nueva guía de diseño exponemos una revisión, incluimos la descripción de ciertas características de diseño de las más ampliamente usadas en compresores comercialmente disponibles. Dos aplicaciones principales se consideran: (1) compresores típicamente usados en ciclos de compresión de vapor para aplicaciones de refrigeración y aire-acondicionado, y (2) compresores que son comúnmente usados para comprimir aire.

En los sistemas de refrigeración y aire acondicionado, el compresor es uno de los componentes principales que se usan para implementar el ciclo de compresor de vapor ampliamente usado. Los otros tres componentes son el condensador, evaporador y dispositivos de expansión.
La capacidad de los compresores de gas y aire se especifica de acuerdo con el caudal transmitido, mientras que la capacidad de los compresores de refrigeración se especifican de acuerdo con su capacidad de enfriamiento.
Hay dos tipos básicos de compresores: los compresores de desplazamiento positivo y los compresores dinámicos. Los compresores de desplazamiento positivo incrementan la presión del vapor de refrigerante, aire, u otros gases reduciendo el volumen de la cámara de compresión por medio de un trabajo que usualmente se aplica al mecanismo del eje del compresor. Los compresores dinámicos incrementan la presión por una transferencia continua de momento angular de las partes rotatorias del compresor al fluido, seguido por la conversión de este momento a elevación de presión.

Compresores de desplazamiento positivo y aplicaciones a refrigeración y aire acondicionado

Los compresores de desplazamiento positivo dependen del cambio de volumen para los procesos de compresión, en contraste con los compresores dinámicos, que dependen de la aceleración, deceleración, y conversión de velocidad en presión. Están diseñados para un amplio rango de caudales y presiones de succión y descarga, y pueden ser usadas para muchas aplicaciones. Típicamente, se usan para aplicaciones de refrigeración y aire acondicionado y para aire de compresión y otros gases para virtualmente todos los usos excepto propulsión de aeronaves.
Cuando se usan para enfriamiento y calentamiento, los compresores, ya sea los clasificados como de desplazamiento positivo o compresores dinámicos, se usan en sistemas de aire acondicionado, refrigeración y bombas de calor. La clave de estas aplicaciones de sistemas de compresión de vapor es que el compresor eleva la presión del fluido de trabajo de forma que puede condensarse a líquido a la temperatura del disipador de calor, se expande o estrangula para reducir la presión, y se evapora en vapor para absorber calor de la fuente refrigerada. En estos sistemas, los compresores de refrigeración son un componente en un sistema de bucle cerrado que está estrechamente sellado (a menudo herméticamente) para prevenir la pérdida de refrigerante. Estos sistemas a menudo se sellan por vida sin cambios de servicio o lubricante, operando entre 300 y 8000 horas por año con una esperanza de vida de 5 a 15 años, es decir, operan entre 10.000 y 120.000 horas sin mantenimiento.
Cuando se usan en aire acondicionado, la refrigeración y bombas de calor, deben diseñarse para una gran variedad de refrigerantes y lubricantes compatibles. Los refrigerantes comúnmente usados, incluyen hidroclorofluorocarbonos tales como R-22, o hidrofluorocarbonos tales como R-410a, R-407C, R-404a y R-134a o amoniaco e hidrocarburos varios.
Los compresores de desplazamiento positivo se clasifican de acuerdo con su construcción, es decir, si están o no encerrados en una carcasa hermética. También se clasifican de acuerdo con la disposición cinemática de sus partes para conseguir el cambio en volumen.
Los tipos particulares de los compresores de refrigerante se identifican de acuerdo a como se adaptan a un rango de diagramas de aplicación. En el diagrama con el que abrimos este artículo se muestran las aplicaciones de los compresores, desde a los de uso familiar a los más grandes en plantas de congelación. Típicamente, los compresores se especifican por la potencia en kW necesarios para impulsarlos, o sus capacidades de refrigeración medidas en toneladas de refrigeración, Btu/hr, o kW.

A)    Tipo de compresor por construcción

Compresores herméticos

Los compresores herméticos, usados para muchas aplicaciones de refrigeración, tienen tanto el motor eléctrico como el compresor en el interior de una carcasa de acero soldada, proporcionando un verdadero sello hermético. El eje del motor normalmente se conecta directamente al eje del compresor. La carcasa es de acero con las juntas soldadas para asegurar un sellado hermético. Si el gas en la carcasa es gas de succión, entonces el compresor es llamado compresor del lado de baja debido a la baja presión de succión. Si el gas en la carcasa es gas de descarga, entonces el compresor se llama del lado de alta. Un diseño del lado de alta puede a menudo ser muy ventajoso porque sirve como fuente de aceite de alta presión en el sumidero para lubricar los componentes del compresor. Cuando el aceite se inyecta en o está presente en el proceso de compresión para enfriar o sellar, el diseño del lado de alta proporciona una cavidad donde el aceite puede ser separado del gas de descarga antes de que se transmita del compresor al condensador. Las ventajas del compresor del lado de baja son motor y refrigeración de aceite mejorado y diseño de la carcasa más ligera debido a la presión más baja. Las carcasas herméticas están limitadas a pequeños tamaños debido a los altos costes de producir las más grandes. Por lo tanto los compresores herméticos se usan para capacidades menores.
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