Tipos de compresores.

Compresores. (Tipos).

• Compresores de desplazamiento positivo:

El principio de funcionamiento de estos compresores se basa en la disminución del volumen del aire en la cámara de compresión donde se encuentra confinado, produciéndose el incremento de la presión interna hasta llegar al valor de diseño previsto, momento en el cual el aire es liberado al sistema.

• Compresores dinámicos:

El principio de funcionamiento de estos compresores se basa en la aceleración molecular. El aire es aspirado por el rodete a través de su campana de entrada y acelerado a gran velocidad. Después es descargado directamente a unos difusores situados junto al rodete, donde toda la energía cinética del aire se transforma en presión estática. A partir de este punto es liberado al sistema.

Ambos sistemas pueden trabajar con una o varias etapas, en función de la presión final requerida para el aire comprimido. En el caso de compresores multietápicos, el aire, al ser liberado de la primera etapa, pasa directamente a la segunda, donde el proceso descrito anteriormente se repite. Entre cada etapa, se instala un refrigerador intermedio que reduce la temperatura de compresión hasta el valor requerido por la etapa siguiente.

Cada grupo de compresores usa diferentes diseños para el proceso de compresión. A continuación explicaremos los principales de cada uno de ellos.

COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

-COMPRESOR DE PISTÓN

-COMPRESOR DE TORNILLO

-COMPRESOR DE PALETAS

-COMPRESOR DE LÓBULOS O ÉMBOLOS ROTATIVOS

-COMPRESORES SCROLL

-BOMBAS DE VACÍO

COMPRESORES DINÁMICOS

-COMPRESORES CENTRÍFUGOS RADIALES

-COMPRESORES CENTRÍFUGOS AXIALES

 COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

• COMPRESOR DE PISTÓN:

En este tipo de compresores, el aire es aspirado al interior de un cilindro, por la acción de un pistón accionado por una biela y un cigüeñal. Ese mismo pistón, al realizar el movimiento contrario, comprime el aire en el interior del mencionado cilindro, liberándolo a la red o a la siguiente etapa, una vez alcanzada la presión requerida.

En la foto de la derecha, vemos el esquema de un compresor de pistón con dos cilindros de ATLAS COPCO, donde se puede ver cómo el cilindro de la derecha, en un movimiento descendente, está aspirando el aire del exterior, mientras que el cilindro de la izquierda, con un movimiento ascendente, lo está comprimiendo.

Los compresores de pistón pueden ser lubricados o exentos de aceite. En el caso de los compresores exentos, la cámara de aspiración y compresión queda aislada de cualquier contacto con el lubricante del compresor, trabajando en seco y evitando que el aire comprimido se contamine con los lubricantes del equipo.

• COMPRESOR DE TORNILLO:

La tecnología de los compresores de tornillo se basa en el desplazamiento del aire, a través de las cámaras que se crean con el giro simultáneo y en sentido contrario, de dos tornillos, uno macho y otro hembra. Como se puede ver en el esquema, el aire llena los espacios creados entre ambos tornillos, aumentando la presión según se va reduciendo el volumen en las citadas cámaras.

El sentido del desplazamiento del aire es lineal, desde el lado de aspiración hasta el lado de presión, donde se encuentra la tobera de salida.

En el esquema inferior, se ve la sección de un conjunto rotórico, donde se pueden apreciar los tornillos en el interior de la carcasa.

Este tipo de tecnología se fabrica en dos ejecuciones diferentes, compresores de tornillo lubricado y compresores de tornillo exento. La diferencia entre ambos estriba en el sistema de lubricación.

En el compresor de tornillo lubricado, se inyecta aceite en los rotores para lubricar, sellar y refrigerar el conjunto rotórico. Este tipo de compresor es el más habitual en la industria, debido a que en la mayoría de las aplicaciones, el residual de aceite que queda en la línea de aire comprimido no es un obstáculo para el proceso. En la foto inferior se puede ver un compresor de tornillo lubricado de KAESER.

La ejecución de compresores exentos de aceite requiere de un diseño más complejo que en el caso anterior, debido a que no se puede inyectar aceite en el interior de los rotores. En este tipo de compresores, se busca suministrar aire sin contaminar por el aceite de lubricación.

Esto no quiere decir que no requieran de lubricación, sino que entre los rotores no se inyecta lubricante alguno, haciendo que estos elementos trabajen en seco.

Para el proceso de compresión a presiones superiores a 3 bar, se requiere de la instalación de dos unidades compresoras que trabajen en serie, accionadas por una caja de engranajes común. Como se puede ver en la foto inferior, correspondiente a un compresor de tornillo exento de BOGE, ambos conjuntos rotóricos están conectados a un único motor por la citada caja de engranajes.

En la foto se aprecian los diferentes componentes; el "bloque compresor" comprende la caja de engranajes y las dos unidades compresoras.

• COMPRESOR DE PALETAS:

Otro diseño dentro de los compresores de desplazamiento positivo, es el de los equipos que usan un rotor de paletas. El sistema consiste en la instalación de un rotor de paletas flotantes en el interior de una carcasa, situándolo de forma excéntrica a la misma.

Como se puede ver en este esquema de MATTEI, durante el giro del rotor, las paletas flotantes salen y entran desde su interior, formando unas cámaras entre rotor y carcasa, que se llenan con el aire.

Al estar situado el rotor en una posición excéntrica al eje central de la carcasa, las cámaras van creciendo en la zona de aspiración, llegando a producir una depresión que provoca la entrada del aire. Según se desplazan con el giro del rotor, las cámaras se van reduciendo hacia la zona de impulsión, comprimiendo el aire en el interior.

En la foto de la derecha, se puede ver un rotor con sus paletas en un compresor HYDROVANE.

  

• COMPRESOR DE LÓBULOS O ÉMBOLOS ROTATIVOS:

Otro compresor de desplazamiento positivo es el que usa unos rotores de lóbulos o émbolos rotativos. Para ilustrar con más precisión su funcionamiento, usaremos un esquema de los equipos de MPR.

El principio de funcionamiento está basado en el giro de dos rotores de lóbulos en el interior de la carcasa. Como se puede ver en la ilustración superior, los rotores giran de forma sincronizada y en sentido contrario, formando entre ellos unas cámaras en las que entra el aire. En este caso, los lóbulos se limitan a desplazar el aire, consiguiendo aumentar la presión en función de la contrapresión con la que se encuentran en la salida del equipo. Esta contrapresión viene dada por las pérdidas por rozamiento y las necesidades de presión del sistema con el que trabaja. Estos compresores son muy usados como soplantes, es decir, compresores de baja presión.

En este tipo de compresores, los rotores pueden ser bilobulares o trilobulares. También existe una ejecución similar que utiliza unos rotores de uña, como se puede ver en la imagen de la derecha perteneciente a un compresor de ATLAS COPCO.

El funcionamiento es el mismo que el explicado anteriormente, pero en este caso, por la forma especial de los rotores, la cámara de impulsión reduce su espacio para incrementar la presión del aire. Estos compresores consiguen elevar la presión a valores superiores a 7 barg.

• COMPRESORES SCROLL:

Otra tecnología dentro del grupo de desplazamiento positivo, es la de los compresores tipo scroll. No son equipos muy conocidos, pero tienen una aplicación típica en las aplicaciones exentas de aceite.

Estos compresores tienen un desplazamiento que se denomina orbital. La compresión se realiza por reducción de volumen. El conjunto compresor está formado por dos rotores con forma espiral. Uno de ellos es fijo en la carcasa y el otro es móvil, accionado por el motor. Están montados con un desfase de 180º, lo que permite que en su movimiento se creen cámaras de aire cada vez más pequeñas.

En la foto de la derecha vemos una sección de un compresor scroll de ATLAS COPCO.

• BOMBAS DE VACÍO:

Las bombas de vacío son también equipos de desplazamiento positivo. Muchos de sus diseños son usados indistintamente como compresores o como bombas de vacío. Existen bombas de vacío de pistón, tornillo, paletas o lóbulos.

El funcionamiento de todas ellas es similar al de su compresor homólogo, pero con la característica de que están pensadas para aspirar del interior de un recipiente o red y no para comprimir el aire o gas que aspiran.

Como caso más excepcional, destacamos el diseño de las bombas de vacío de anillo líquido. Como se puede ver en el esquema del lado derecho, correspondiente a una bomba de NASH, en estos equipos hay un rotor de paletas fijas, instalado de forma excéntrica en la carcasa de la bomba. En el interior de la carcasa, hay un fluido que generalmente es agua. Cuando el rotor gira a su velocidad nominal, la fuerza centrífuga que ejerce sobre el fluido, hace que éste se pegue a las paredes internas de la carcasa, formando con las paletas del rotor unas cámaras de aspiración y compresión, cuyo funcionamiento es similar al del compresor de paletas.

En la foto inferior, se muestra una bomba de vacío de anillo líquido de FLOWSERVE SIHI.

  

 COMPRESORES DINÁMICOS

•  COMPRESORES CENTRÍFUGOS RADIALES:

A este grupo pertenecen los compresores centrífugos tradicionales. En estos equipos, el aire entra directamente en la zona central del rotor, guiado por la campana de aspiración. El rotor, girando a gran velocidad, lanza el aire sobre un difusor situado a su espalda y es guiado al cuerpo de impulsión.

En la foto de la derecha, se ve la sección de un compresor centrífugo de levitación neumática de BOGE. En dicha sección, se aprecian con claridad las dos etapas de compresión donde se encuentran alojados los rotores.

En estos compresores, el aire entra directamente por la campana de aspiración (1) hacia el rotor (2) y difusor (3), saliendo a la siguiente etapa o a la red por la voluta (4).

Otro ejemplo se puede ver en la sección de una soplante centrífuga de SULZER, donde se aprecia con detalle el rotor centrífugo instalado en el extremo del eje.

Un turbocompresor tradicional puede ser un equipo con dos o más etapas de compresión. Entre cada etapa, están instalados unos refrigeradores diseñados para reducir la temperatura de compresión antes de que el aire llegue al siguiente rotor. En la foto inferior, podemos ver un turbocompresor de INGERSOLL RAND, montado sobre una bancada común al motor, refrigeradores y cuadro de control.

Los turbocompresores suelen ser equipos pensados para grandes caudales, aunque en los últimos años, los fabricantes se han esforzado para diseñar equipos de tamaños reducidos y caudales más pequeños. Con estas premisas, ha aparecido una nueva generación de compresores centrífugos de levitación magnética o de levitación neumática.

• COMPRESORES CENTRÍFUGOS AXIALES:

Estos equipos son menos comunes en la industria. Se diferencian de los anteriores en que el aire circula en paralelo al eje. Los compresores axiales están formados por varios discos llamados rotores. Entre cada rotor, se instala otro disco denominado estator, donde el aire acelerado por el rotor, incrementa su presión antes de entrar en el disco siguiente. En la aspiración de algunos compresores, se instalan unos álabes guía, que permiten orientar la corriente de aire para que entre con el ángulo adecuado.

En la foto de la derecha, se puede ver un compresor axial de MAN, que trabaja en combinación con una etapa radial, donde se incrementa la presión a valores superiores.

En general, todos los compresores descritos en los diferentes grupos, se pueden adaptar a múltiples aplicaciones o normativas, como API o ATEX. Los fabricantes añaden elementos adicionales para que cada equipo pueda trabajar en diferentes aplicaciones o estar equipados con los accesorios que el usuario final pueda requerir.

La utilización de una tecnología u otra depende de cada aplicación, servicio o presión requerida.

     

    

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Positive displacement compressors:
The operating principle of these compressors is based on the decrease in the volume of air in the compression chamber where it is confined, producing increased internal pressure until the design value provided, at which the air is released to system.

dynamic compressors:
The operating principle of these compressors is based on the molecular acceleration. The air is sucked by the impeller through the inlet bell and accelerated at high speed. After directly is discharged diffusers located next to the impeller, where all the air kinetic energy into static pressure becomes. From this point the system is released.

Both systems can work with one or more stages, depending on the final pressure required for the compressed air. In the case of multistage compressors, air, to be released from the first stage passes directly to the second, where the process described above is repeated. Between each step, an intercooler which reduces the compression temperature to the value required for the next stage is installed.

Each group used different designs of compressors for the compression process. Then we explain the main characteristics of each of them.




Positive displacement compressors

PISTON -Compressor
-Compressor SCREW
VANE -Compressor
-Compressor O ROTARY PISTON LOBE
SCROLL -COMPRESORES
-BOMB OF VOID


DYNAMIC COMPRESSORS

CENTRIFUGAL RADIAL -COMPRESORES
AXIAL CENTRIFUGAL -COMPRESORES





 Positive displacement compressors


PISTON COMPRESSOR:
piston compressors. Compressed air
In these compressors, the air is sucked into a cylinder by the action of a piston driven by a connecting rod and a crankshaft. The same piston, to make the opposite movement, compresses the air inside the said cylinder, releasing it to the network or to the next stage, once the required pressure is reached.

In the photo on the right, we see the outline of a piston compressor with two cylinders ATLAS COPCO, where you can see how the cylinder on the right, in a downward motion, is sucking the outside air, while the cylinder the left, with an upward movement, it being compressed.

Piston compressors can be lubricated or oil-free. In the case of free compressors, the suction and compression chamber is isolated from any contact with the compressor lubricant working in dry and preventing the compressed air is contaminated with lubricating equipment.


SCREW COMPRESSOR:
screw compressors. Air comprimidoLa technology screw compressors is based on the movement of air through the chambers that are created with the simultaneous rotation and counterclockwise, two screws, one male and one female. As seen in the scheme, air fills the space created between both screws, increasing the pressure as the volume is reduced in said chambers.

The direction of movement is linear air from the suction side to the pressure side, where the outlet nozzle is located.

In the diagram below, the section of a rotor assembly, where you can see the screws inside the housing is.

screw compressors. Compressed air

This type of technology is manufactured in two different executions, lubricated screw compressors and screw compressors exempt. The difference lies in the lubrication system.

In lubricated screw compressor, oil is injected on the rotors for lubricating, sealing and cooling the rotor assembly. This type of compressor is the most common in the industry, because in most applications, the residual oil remaining in the compressed air line is not an obstacle to the process. In the lower picture you can see a lubricated screw compressor Kaeser.

screw compressors. Compressed air

The execution of oil-free compressors requires a more complex design than the previous case, because oil can not be injected inside the rotors. In this type of compressors, it seeks to supply air unpolluted by the lubricating oil.

This does not mean that do not require lubrication, but between the rotors no lubricant is injected, making these elements work dry.

For the compression process at pressures above 3 bars, it requires the installation of two compressor units operating in series, driven by a common gear box. As can be seen in the bottom picture, corresponding to a free screw compressor BOGE rotóricos both sets are connected to a single motor by said gearbox.

screw compressors. Compressed air. Types of compressors

Pictured appreciate the different components; the "block compressor" includes the gearbox and two compression units.


VANE COMPRESSOR:
Another design within the positive displacement compressors is that of using equipment rotor blades. The system consists of installing a floating palettes rotor inside a casing, placing eccentrically thereto.
vane compressors. Compressed air

As you can see in this scheme Mattei, during rotation of the rotor, floating palettes leave and enter from the inside, forming chambers between rotor and housing, which are filled with air.
vane compressors. Types of compressors

The rotor being located at a position eccentric to the central axis of the housing, the cameras are growing in the suction zone, to produce a depression that causes the air inlet. According move with the rotation of the rotor, the chambers are reduced toward the discharge side, compressing the air inside.

In the photo on the right, you can see a rotor with blades in a compressor HYDROVANE.

  

COMPRESSOR ROTARY PISTON LOBE O:
Another positive displacement compressor is using lobed rotors or rotary pistons. To illustrate more precisely how it works, we will use a scheme MPR teams.

COMPRESSOR ROTARY LOBES or emboli. comprimidocompresor positive displacement air. Compressed air

The operating principle is based on the rotation two-lobe rotors within the housing. As you can see in the illustration above, the rotors rotate synchronously and in opposite direction, forming between them chambers in which air enters. In this case, the lobes limited to displace air, achieving increased pressure depending on the counterpressure with which are at the equipment output. This counter is given by frictional losses and needs pressure system that works. These compressors are widely used as blowing, ie low pressure compressors.
COMPRESSOR ROTARY LOBES or emboli. Compressed air

In this type of compressors, the rotors can be bilobar or trilobal. There is also a similar implementation using rotors nail, as seen in the image on the right belonging to a compressor ATLAS COPCO.

The operation is the same as explained above, but in this case, the special shape of the rotors, the plenum space reduces to increase the air pressure. These compressors to raise the pressure get higher values ​​to 7 barg.


SCROLL:
types of compressors. scroll compressors
Another technology within the group of positive displacement, is the type of scroll compressors. No teams are well known but have a typical application in oil-free applications.

These compressors have called orbital displacement. Compression is done by volume reduction. The compressor assembly consists of two rotors with spiral. One is fixed in the housing and the other is mobile, driven by the motor. They are mounted with an offset of 180 °, allowing cameras ever smaller air are created in their movement.

In the photo on the right we see a section of a scroll compressor ATLAS COPCO.


BOMB OF VOID:
The vacuum pumps are also positive displacement equipment. Many of his designs are used interchangeably as compressors or vacuum pumps. There piston vacuum pumps, screw, vane or lobes.

vacuum pumps, positive displacement. Air comprimidoEl all operation is similar to its counterpart compressor, but with the characteristic that are designed to suck the interior of a container or network and not to compress air or gas aspiring.

As most exceptional case, we highlight the design of vacuum pumps liquid ring. As can be seen in the diagram on the right side, corresponding to a pump NASH, in these devices is a rotor of fixed blades, installed eccentrically in the pump housing. Inside the housing, there is a fluid that is usually water. When the rotor rotates at its nominal speed, the centrifugal force exerted on the fluid, causes it to stick to the inner walls of the housing forming the rotor blades chambers suction and compression, whose operation is similar to the vane compressor.

In the photo below, a vacuum pump liquid ring FLOWSERVE SIHI shown.

  bomb of void. Types of compressors



 DYNAMIC COMPRESSORS


 RADIAL CENTRIFUGAL COMPRESSORS:
RADIAL CENTRIFUGAL COMPRESSORS. Compressed air
This group includes traditional centrifugal compressors. In these devices, the air enters directly into the central area of ​​the rotor, guided by the suction hood. The rotor rotating at high speed, throwing the air over a diffuser located behind him and is guided to the drive body.

In the photo on the right section of a centrifugal compressor BOGE air levitation looks. In that section, clearly they appreciated the two stages of compression where the rotors are housed.

In these compressors, air enters directly by the suction hood (1) to the rotor (2) and diffuser (3), going to the next stage or to the network by the volute (4).

Another example can be seen in the section of a centrifugal blower SULZER, where one can see in detail the centrifuge rotor installed on the shaft end.
DYNAMIC COMPRESSORS. Types of compressors

A traditional turbocharger can be a computer with two or more stages of compression. Between each step, some refrigerators are installed designed to reduce the compression temperature before the air reaches the next rotor. In the photo below, we can see a turbocharger INGERSOLL RAND, mounted on a common base engine, refrigerators and control panel.
RADIAL CENTRIFUGAL COMPRESSORS. Types of compressors

Turbochargers are usually designed for high flow equipment, although in recent years, manufacturers have struggled to design equipment smaller sizes and smaller flows. With these premises, he has appeared a new generation of magnetic levitation centrifugal compressors or pneumatic levitation.


CENTRIFUGAL COMPRESSOR THRUST:
AXIAL CENTRIFUGAL COMPRESSORS. Types of compressors
These teams are less common in the industry. They differ from previous ones in that the air flows parallel to the axis. Axial compressors are composed of several disks called rotors. Between each rotor, another disc called stator, where the rotor accelerated by the air increases its pressure before entering the next disc is installed. In some compressors aspiration, guide vanes, capable of guiding the airflow to enter the right angle are installed.

In the photo on the right, you can see an axial compressor MAN, which works in combination with a radial stage where the pressure is increased to higher values.



In general, all compressors described in the different groups, can be adapted to multiple applications or standards such as API or ATEX. Manufacturers add additional for each team can work on different applications or be equipped with accessories that the end user may require elements.

The use of one technology or another depends on the application, service or required pressure.

     compressed air compressor types mundocompresor

    
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