Compresores. Parte 2 – Compresores Centrífugos y Rotativos

Compresores dinámicos. Centrífugos y axiales

El compresor centrífugo es una máquina en la que el gas es comprimido por la acción dinámica de las paletas giratorias de uno o más rodetes. El rodete logra esta transmisión de energía variando el momento y la presión del gas. El momento (relativo a la energía cinética) se convierte en energía de presión útil al perder velocidad el gas en el difusor del compresor u otro rodete.

Un compresor de este tipo está constituido esencialmente por dos partes:

• El rodete, el cual impulsa el gas.
• La carcasa, que primero conduce el gas hasta el rodete y después lo recibe de él a una presión mayor.

Según el flujo interno de gas dentro del compresor clasificaremos los compresores en:

• Compresores centrífugos. En ellos el flujo de gas es radial y la transferencia de energía se debe predominantemente a un cambio en las fuerzas centrifugas actuantes sobre el gas.

Compresores axiales

En ellos el flujo de gas es paralelo al eje del compresor. En ellos el gas es comprimido en pasos sucesivos. Cada paso está compuesto por una corona móvil solidaria al rotor y otra fija perteneciente a la carcasa. La energía se transfiere al gas en forma de momento cinético por la corona móvil, para pasar a continuación a la fija donde transforma su velocidad en presión.

Debido al hecho de que en la industria los compresores axiales no son de uso extendido, referiremos toda la explicación hacia los compresores centrífugos.

Las características de funcionamiento de un compresor centrifugo pueden expresarse, como en el caso de las bombas centrífugas, mediante curvas características que muestran la variación de la carga desarrollada (y del rendimiento) frente al caudal volumétrico, para cada velocidad de giro, tal y como aparece en la figura.

El único punto de trabajo en el que el compresor puede actuar de forma que suministra la presión necesaria es el punto de intersección con la curva característica del sistema.

En la figura también se indica que existe una capacidad mínima para cada velocidad por debajo de la cual la operación es inestable. Esta inestabilidad viene acompañada por un ruido característico denominado “surge”, por lo que la capacidad mínima se llama “límite de surge”. La inestabilidad se debe a la forma de la curva presión-capacidad, que alcanza un máximo para un valor de la capacidad que corresponde aproximadamente al 50% de la capacidad para el rendimiento máximo y después disminuye rápidamente al tender la capacidad a cero. Si en un momento dado la capacidad disminuye de forma que la presión cae por debajo del máximo, la presión en la tubería de descarga superará la desarrollada por el compresor en ese instante y el flujo se invertirá momentáneamente. Al disminuir aún más la capacidad la presión en la tubería de descarga descenderá y el compresor volverá a descargar, produciéndose así la oscilación característica de la operación por debajo del límite de bombeo.

Características del compresor rotativo

Ventajas del compresor rotativo:

• En el rango de 1 a 100 m3/s (según cual sea la razón de compresión) es el más conveniente desde el punto de vista económico, pues basta una sola unidad. Se le pueden conseguir variaciones relativamente grandes de la capacidad sin que varíe mucho la presión de descarga.
• Ocupan relativamente poco espacio.
• Flujo continuo y sin pulsaciones.
• Se pueden conectar directamente bien a un motor eléctrico o a una turbina movida por vapor.
• Largos periodos de tiempo entre reparaciones u operaciones de mantenimiento.
• No hay contaminación del gas por aceite lubricante.

Desventajas:

• La presión de descarga depende del peso molecular del gas: un cambio imprevisto de a composición puede modificar grandemente la presión de descarga (demasiado baja o demasiado alta).
• Se necesitan velocidades de giro muy altas.
• Aumentos relativamente pequeños de la pérdida de carga en la tubería de impulsión pueden provocar grandes reducciones de la capacidad.
• Se necesita un sistema complicado para evitar las fugas y para la lubricación.

Compresores centrífugos

Un método común de clasificar los compresores centrífugos es por su número de rotores y el diseño de la carcasa.

Carcasa dividida en partes

Carcasa dividida horizontalmente

Compresores de tornillo o helicoidales

Este tipo de compresor consiste básicamente en dos rotores helicoidales situados dentro de la carcasa de la bomba. Por su movimiento absorben gas que posteriormente se comprime dentro de la cámara helicoidal formada entre los rotores y la carcasa. Como se ve en la figura, los rotores difieren en su forma de manera que ajusten entre sí formando un cierre hermético por el cual no pueda escapar el gas al ser comprimido.

Características de los compresores de tornillo

La principal característica de este tipo de compresores es que pueden trabajar con corrientes gaseosas que contengan una cierta cantidad de líquido.

Este tipo de bombas requieren el uso de aceite de lubricación, sirviendo adicionalmente como líquido de sello.

Esquema constructivo de un compresor de tornillo

A continuación presentamos la vista exterior, el alzado y la planta de un compresor helicoidal tipo.