31 julio 2012

Guía técnica de diseño de sistemas con compresores (5ª PARTE)



Ver 4ª PARTE

Compresores de tornillo

Los compresores de tornillo están disponibles en dos configuraciones básicas: el tipo Lysholm con tornillos gemelos, o el tipo de tornillo simple con rotores de puerta.
El tipo de compresor de tornillo gemelo es el más común. Utiliza dos rotores helicoidales entrelazados, uno macho y otro hembra, para alcanzar el proceso de compresión. El motor macho, que generalmente es el motor de impulsión, generalmente tiene cuatro lobes, mientras que el motor hembra tiene seis lobes. Los procesos de succión y descarga están controlados por puertos que se abren y cierran por el rotor sin el uso de válvulas. El diseño del puerto ayuda a reducir las pérdidas de caudal y proporciona un ratio de volumen integrado que da un rendimiento pico al ratio de presión correspondiente.
Las cargas de rodamientos del compresor de tornillo gemelo son relativamente altas y el espacio pequeño entre los ejes limita el diámetro del rodamiento que puede ser utilizado. Normalmente, se usan rodamientos antifricción en los tornillos gemelos, que da como resultado una vida finita bajo cargas altas y a menudo requiere sustitución durante la vida del compresor. El nivel de ruido total del compresor de tornillo gemelo tiende a ser alto y está a una frecuencia más alta que los compresores de desplazamiento positivo. Con sólo dos partes móviles principales, el tornillo gemelo tiene alta fiabilidad.
Las dificultades que surgen para proporcionar un buen sello entre los rotores y carcasa usualmente se subsanan usando una gran cantidad de aceite durante el proceso de compresión. El aceite también sirve como refrigerante durante el proceso de compresión. Dependiendo del diseño del rotor y de la aplicación, la cantidad de aceite puede ser sustancial y debe ser separado del caudal de gas en la mayoría de las aplicaciones, usualmente mediante el uso de separadores de aceite. Así, la circulación de aceite puede tener un gran efecto en la eficiencia y el sobrecalentamiento del compresor en aplicaciones de refrigeración y aire acondicionado. En capacidades más bajas es difícil mantener un buen sellado. El resultado es un rendimiento más pobre a bajas capacidades y que tiene limitaciones en las aplicaciones de aire acondicionado y refrigeración por debajo de 50 toneladas (175 kW).
Durante la operación, la capacidad del compresor de tornillo gemelo varía para acoplarse a los requerimientos de carga por una válvula deslizante que extiende el puerto de succión, demorando el comienzo del proceso de compresión y así reduciendo la cantidad de gas de entrada disponible para la compresión. Algunos compresores de tornillo están equipados con válvulas capaces de variar el tamaño del puerto de descarga y, así, tener la capacidad para variar el ratio de volumen.
El compresor de tornillo simple utiliza un rotor helicoidal y dos rotores de puerta. Los dientes del rotor de puerta barren las ranuras de tornillo para alcanzar la compresión. Esta única interface diferencia el compresor de tornillo simple del compresor de tornillo gemelo. El tornillo metálico está en contacto con los rotores de puerta de plástico de tal manera que el proceso de compresión, aunque requiere enfriamiento, no necesariamente requiere inundación de aceite para sellado. Así, el compresor de tornillo simple no requiere cantidades significativas de aceite y enfriamiento que puedan ser llevadas a cabo por la inyección de un refrigerante líquido.
El rotor helicoidal de tornillo simple tiene carga equilibrada para los dos espacios de compresión, y, por lo tanto, no tienen grandes limitaciones de carga de los rodamientos del compresor de tornillo gemelo. Las cargas de rodamiento más bajas contribuyen a niveles de ruido más bajos que los compresores de tornillo gemelos. La variación de la capacidad del tornillo simple requiere dos válvulas deslizantes, uno para cada espacio de compresión.
Los compresores de tornillo están hechos como compresores semi-herméticos, y como compresores de impulsión abiertos. Ambos compresores de tornillo simple y gemelo pueden ser utilizados para comprimir una variedad de gases. Ambos diseños son adecuados para gestionar la capacidad variando la velocidad del eje usando además válvulas deslizantes para demorar el arranque de compresión, reduciendo por tanto la cantidad de gas de entrada disponible para la compresión.
Cuando se usan en aplicaciones de aire acondicionado y refrigeración, los compresores de tornillo, similar a los compresores scroll, pueden diseñarse de forma que el vapor o líquido pueda ser inyectado en medio de la compresión, haciendo posible el ciclo de refrigeración compuesto con el concepto de economizador. Esto se consigue con un puerto en la carcasa que proporciona acceso a un punto en el proceso de compresión.
Los compresores scroll varían en capacidad entre 15 y 400 toneladas de refrigeración (53 a más de 1400 kW). La mayoría de los compresores de tornillo trabajan en un rango de 50 a 300 toneladas de refrigeración (175 a 1050 kW). Una ventaja de los compresores de tornillo con respecto a los compresores recíprocos por encima de 15 toneladas de refrigeración (53 kW) es el menor número de piezas y su pequeño tamaño relativo. Los compresores de tornillo son ya competitivos con los compresores centrífugos de hasta 400 toneladas de refrigeración (1400 kW) debido a su rendimiento de carga superior parcial. El rendimiento en carga parcial de los compresores de tornillo es generalmente como un 8 – 10 % más eficiente que la tecnología centrífugo. Asimismo, los compresores de tornillo no tienen el problema surge inherente a los compresores centrífugos.
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