Simple etapa (25 - 100 psig)

Doble etapa (100 - 250 psig)

Multi etapa para mayores presiones

Doble acción, para trabajo pesado y continuo

Compresor reciprocante

ReciprocantesSimple acción

Doble etapa(dos en serie)

Razones para fraccionar la compresión

Permite enfriamiento intermedio

No exige tener un “super cilindro”:

• Puede disponerse de un compresor de baja (gran caudal volumétrico pero bajas presiones)

• y compresores de alta (mayores presiones pero menores caudales).

FD_2016

FD_2016

Doble acción y doble etapa

Diagrama PV para Ciclo Ideal

Compresión en dos etapas

V

P

BP

Presión intermedia

AP

Enfriador

Cilindro de bajaCilindro de alta

VPa

�

��

Pd �

Ciclo ideal

Donde: VD = cilindrada c = fracción de vol. muerto

rC = relación de compresión k = coef. de la politrópica

P V T v

� Pa (1 + c) VD T1 v1 = T1 R /(P1 PM)

� Pd = rc Pa (1 + c) VD rc-1/k T2 = T1 rc

1 – 1/k v2 = v1 rc-1/k

� Pd c VD T2 = T1 rc1 – 1/k v2

� Pa c VD rc1/k T1 v1

VEASE QUE DADOS VD rC k y c BASTA

CONOCER UNA DE LAS PRESIONES Y UNA

DE LAS TEMPERATURAS PARA TENER

DEFINIDOS TODOS LOS PUNTOS DEL CICLO

V

P

BP (P1)

AP (P2)

SI LA RELACION DE COMPRESION ES MUY

ALTA, SE PREFIERE UN MULTI ETAPAS…

V

P

BP (P1)

AP (P2)

Presión intermedia (Pi)

V

P

BP (P1)

AP (P2)

Presión intermedia (Pi)

V

P

BP (P1)

AP (P2)

Presión intermedia (Pi)

V

P

BP (P1)

AP (P2)

Presión intermedia (Pi)��

�

�

��

�

�

CICLO IDEAL

CICLO IDEAL

V

BP (P1)

Presión intermedia (Pi)��

� �

CICLO IDEAL

RELACIONES ENTRE LAS PROPIEDADES DE LOS

PUNTOS 1 – 4 DEL CICLO DE BAJA PRESION

V

P

BP (P1)

AP (P2)

Presión intermedia (Pi)��

� �

CICLO IDEAL

P V T v

� P1 (1 + c) VD T1 v1 = T1 R /(P1 PM)

� Pi = rc P1 (1 + c) VD rc-1/k T2 = T1 rc

1 – 1/k v2 = v1 rc-1/k

� Pi c VD T2 = T1 rc1 – 1/k v2

� P1 c VD rc1/k T1 v1

Donde: VD = cilindrada c = fracción de vol. muerto rC = relación de compresión k = coef. de la politróp.corresponden al cilindro de Baja Presión

V

P

BP (P1)

AP (P2)

Presión intermedia (Pi)��

�

�

��

�

�

CICLO IDEAL

CICLO IDEAL

PAP (P2)

Presión intermedia (Pi)�

��

�

CICLO IDEAL

RELACIONES ENTRE LAS PROPIEDADES DE LOS

PUNTOS 5 - 8 DEL CICLO DE ALTA PRESION

PAP (P2)

Presión intermedia (Pi)�

��

�

CICLO IDEAL

PAP (P2)

P V T v

� Pi (1 + c) VD T5 v5 = T5 R /(Pi PM)

� P6 = rc P5 (1 + c) VD rc-1/k T6 = T5 rc

1 – 1/k v6 = v5 rc-1/k

� P6 c VD T6 = T5 rc1 – 1/k v6

� Pi c VD rc1/k T5 v5

Donde: VD = cilindrada c = fracción de vol. muerto rC = relación de compresión k = coef. de la politróp.corresponden al cilindro de Alta Presión

V

P

BP (P1)

AP (P2)

Presión intermedia (Pi)��

�

�

��

�

�

CICLO IDEAL

CICLO IDEAL

PERO ADEMAS, SI EL ENFRIAMIENTO

INTERMEDIO ES PERFECTO:

T5 = T1

V

P

BP (P1)

AP (P2)

Presión intermedia (Pi)��

�

�

��

�

�

CICLO IDEAL

CICLO IDEAL

A SU VEZ, LA MASA QUE SALE DEL CILINDRO DE BAJA

PRESION ES IGUAL A LA QUE ENTRA AL DE ALTA

NBP (V2 – V3)/v2 = NAP (V5 – V8)/v5

donde N son los ciclos por unidad de tiempo

V

P

BP (P1)

AP (P2)

Presión intermedia (Pi)��

�

�

��

�

�

CICLO IDEAL

CICLO IDEAL

El trabajo requerido

para comprimir el gas

(por unidad de masa de

gas) es la suma de los

trabajos de cada etapa.

V

P

BP (P1)

Presión intermedia (Pi)

AP (P2)

Enfriamiento perfecto entre etapas Tintermedia= T1

Diagrama ideal – Dos etapas

49

V

P

BP (P1)

Presión intermedia (Pi)

AP (P2)

isoterma

Enfriamiento perfecto entre etapas Tintermedia= T1

Diagrama ideal – Dos etapasLa presión intermedia que

minimiza el trabajo requerido para la compresión es:

(P2 P1) 1/2

50

Diagrama real – Dos etapas

51

Regulación de la carga

servicio

ωdemanda

compresor

ω

Como en generalω y ωdemanda no coinciden, se necesita un tanque pulmón intermedio

52

Regulación de la carga

compresor servicioTanque pulmón

ω ωdemanda

… y comoω y ωdemanda no coinciden, la presión en el tanque pulmón varía.

53

ω > ωdemanda

Regulación de la carga

tiempo

presión en el tanque pulmón

54

Regulación de la carga

tiempo

ω < ωdemanda

presión en el tanque pulmón

55

tiempo

presión en el tanque pulmón límite máximo de presión

(requisito del sistema)

límite mínimo de presión (requisito del servicio)

Dimensionamiento del tanque pulmón

56

Dimensionamiento del tanque pulmón

El volumen del tanque pulmón se elige de tal modo que con la demanda normal y sin

alimentación, la presión demore cierto tiempo en caer entre los límites máximo y mínimo

PMáx Pmín V P0 Q- =

TtkM Ttkm t T0

V = volumen tanque pulmónQ = caudal demandado a P0 y T0

t = tiempo de alimentación cortadaTtk = temperatura del gas dentro del tanque

57

tiempo

presión en el tanque pulmón límite máximo de presión

(requisito del sistema)

límite mínimo de presión (requisito del servicio)

Dimensionamiento del tanque pulmón

Tiempo prudencial

58

P

Regulación de la carga

compresor servicioTanque pulmón

ω ωdemanda

sistema para regular la carga del compresor

actuador sist. control

59

Sistemas para regulación de la carga

• Arranque – parada (ON-OFF para compresores pequeños)

• Ajustando la velocidad del motor (no siempre posible)

• Cerrando una válvula en la aspiración (reduce P1)

• Bloqueando las válvulas de admisión en posición abierta

• Regulando el volumen de espacio muerto

• Usando un by-pass entre descarga y succión

En cada caso la regulación puede ser manual o automática

60

tiempo

presión en el

tanque pulmónPresión de corte

Presión de arranque

OFF

ON

Control del volumen de espacio muerto 62

Bolsillo ”de volumen fijo

“Bolsillo” de volumen regulable

Control del volumen de espacio muerto

63

64https://www.youtube.com/watch?v=pSSULWTKgy4

Regulación por medio de un by-pass

65

Componentes del sistema• Compresor• Bomba para el aceite (ej. Bomba engranajes)• Enfriador del aceite• Filtros para el aceite• Enfriadores intermedios o finales• Tanques de acumulación• Agua de enfriamiento para los cilindros• Separadores de agua/aceite• Instrumentos (manómetros, termómetros)• Válvulas de alivio, válvula reguladora de succión

Motor, trasmisión, sistema de alimentación de energía, controles, protecciones,etc... 66

Impulsores

Flujo continuo

Desplazamiento positivo

Centrífugos Flujo axial Reciprocantes Rotatorios

Impulsores

Flujo continuo

Desplazamiento positivo

Centrífugos Flujo axial Reciprocantes Rotatorios

Compresores Rotatorios

– Simple o multi etapa

– 80 - 150 psig (hasta 10 bar man)

– 5 - 600 cfm (hasta 1000 m3/h)

– No pulsante

Compresor de paletas deslizantes

Compresor de paletas deslizantes

Compresor rotatorio de pistón líquido

Compresor cicloidal de dos lóbulos

Compresor cicloidal de dos lóbulos

Compresor helicoidal (tornillo)

Compresor “tornillo” de dos rotores

Rotor hembra

Rotor macho

Cada una de las cavidades helicoidales confinadas entre un tornillo y la carcazason encerradas sucesivamente por el contacto con el segundo tornillo y comprimidas a medida que el contacto avanza axialmente, hasta que el extremo de la cavidad coincide con la abertura de salida.

http://www.hitachi.com/businesses/infrastructure/product_site/compressor/products/screw/kind.

V1

P1

Pa

Pd

La cavidad se llena con gas a la presión

de admisión Pa

P1 = Pa

V2

P1

P2

Pd

Se cumple que

P1V1k = P2V2

k

P2 no depende de la presión en la línea de descarga !!

En los compresores de desplazamiento positivo sin válvulas, la relación de compresión es fija para un determinado gas.

rc = P2 / P1 = V1k / V2

k = (V1/V2)k

rc depende de propiedades geométricas y del índice de la compresión politrópica

El cociente V1/V2 se lo denomina relación de compresión volumétrica (y se simboliza Vi)

VVPa= P1�

V1

Cuando la cámara en cuestión se comunica con la admisión, se llena con gas a la presión Pa. El volumen de la cámara en ese punto es V1

P

Diagrama P V

Ciclo Ideal

VVPa= P1

PVk = constante

�

V1

Al rotar el tornillo, la cámara en cuestión se va “achicando”, el volumen encerrado se va reduciendo y la presión aumentando.

Ciclo Ideal

VVPa= P1

PVk = constante

�

�

V1V2

P2 = P1 (V1/V2) k

Cuando la cámara de trabajo está a punto de conectarse con la descarga, el volumen de la cámara es V2 y la presión en su interior es P2.

Ciclo Ideal

VVPa= P1

PVk = constante

�

�

V1V2

P2 = P1 (V1/V2) k

Cuando la cámara de trabajo está a punto de conectarse con la descarga, la presión en la cámara es P2.

Ciclo Ideal

VVPa= P1

PVk = constante

�

�

V1V2

Pd = P2Caso P2 = Pd

Cuando la cámara se “abre” a la descarga, el gas en la cámara “se enfrenta” a la presión Pd .

Ciclo Ideal

VVPa= P1

PVk = constante

�

�

V1V2

Pd = P2Caso P2 = Pd

Cuando la cámara se “abre” a la descarga, el gas en la cámara “se enfrenta” a la presión Pd .Al seguir rotando, la cámara se vacía hasta que el volumen encerrado es nulo.

el área es el trabajo por ciclo

Ciclo Ideal

VVPa= P1

PVk = constante

�

�

V1V2

Pd < P2

Caso P2 > Pd

si no hubiera

irreversibilidades

Si la presión de la línea de descarga es diferente de P2, se producen irreversibilidades que disminuyen la eficiencia.

Ciclo Ideal

VVPa= P1

PVk = constante

�

�

V1V2

Pd < P2

Caso P2 > Pd

Si la presión de la línea de descarga es diferente de P2, se producen irreversibilidades que disminuyen la eficiencia.

caso límite: la presión cae

“instantáneamente” al valor Pd

Ciclo Ideal

VVPa= P1

PVk = constante

�

�

V1V2

Pd < P2

Caso P2 > Pd

Si la presión de la línea de descarga es diferente de P2, se producen irreversibilidades que disminuyen la eficiencia.

caso límite: la presión cae

“instantáneamente” al valor Pd

Ciclo Ideal

VVPa= P1

PVk = constante

�

�

V1V2

Pd > P2

Caso P2 < Pd

si no hubiera

irreversibilidades

Si la presión de la línea de descarga es diferente de P2, se producen irreversibilidades que disminuyen la eficiencia.

Ciclo Ideal

VVPa= P1

PVk = constante

�

�

V1V2

Pd > P2

Caso P2 < Pd

Si la presión de la línea de descarga es diferente de P2, se producen irreversibilidades que disminuyen la eficiencia.

caso límite: la presión sube

“instantáneamente” al valor Pd

Ciclo Ideal

VVPa= P1

PVk = constante

�

�

V1V2

Pd > P2

Caso P2 < Pd

Si la presión de la línea de descarga es diferente de P2, se producen irreversibilidades que disminuyen la eficiencia.

caso límite: la presión sube

“instantáneamente” al valor Pd

Ciclo Ideal

Capacidades: hasta 25.000 cfm(42.500 m3/h)

Presión de descarga:hasta 125 psi (860 kpa) en una etapa y hasta 300 psi (2.070 kpa) en dos etapas

Velocidades de rotación pueden oscilar entre 1.500 y 12.000 rpm.

Engrane entre rotores puede ser indirecto (cámara de compresión seca) o directo (cámara de compresión húmeda).

CAMARA DE COMPRESIÓN SECA

• Gas exento de aceite• Los tornillos no engranan directamente sino a través

de engranajes helicoidales exteriores a la cámara de compresión.

• No hay aceite de sello entre los rotores y la carcaza.• Velocidades relativamente altas (8.000 rpmo más).• Como no hay aceite para refrigerar, las carcazas

suelen estar refrigeradas por agua. • Son posibles menores relaciones de compresión por la

limitada capacidad de enfriamiento

CAMARA DE COMPRESIÓN HUMEDA

• Engrane directo entre los lóbulos del rotor macho y las entradas del rotor hembra.

• Se atomiza una flujo controlado de aceite en la cámara de compresión.

• Niebla de aceite lubrica los lóbulos y las entradas de los rotores, obturando (sellando) el espacio entre ellos y la carcaza (además, el aceite evacúa parte del calor generado).

• Mayor eficiencia con respecto a los de cámara de compresión seca

Regulación de capacidad mediante válvula deslizante (compresor a tornillo)

V1

P1

Pa

Pd

La cavidad se llena con gas a la presión

de admisión Pa

P1 = Pa

V2

P1

P2

Pd

Se cumple que P1V1k = P2V2

k

La cavidad a punto de descargar

V2

P1

Pd

Se cumple que P1V1k = P2V2

k

Pero si cambia la geometría del orificio

de descarga…

V2’

P1

Pd

Se cumple que P1V1k = P2’V 2’

k

P2’

V2’ > V2

P2’ < P2

Principio de funcionamiento de la regulación de capacidad mediante válvula deslizante

Filtro de aire

Válvula

aspiración

Compresor

Transmisión Motor Filtro de

aceite

Radiador

aire

Separador

aire aceite

Válvula termo.

Radiador

aceite

Componentes del sistema

Comparación de compresores de

desplazamiento positivo

Recips Tornillo Paletas Eficiencia Alta Baja Baja Vida Larga Media Larga Mantenimiento Fácil Moderado Fácil Costo inicial Alto Bajo Bajo Costo manten. Alto Bajo Bajo