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.
Ver 2ª PARTE
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