El proceso de compresión Viernes 13 de Enero de 2012 10:39

Índice de Artículos
El proceso de compresión
Página 2
Todas las páginas

Es fundamental reconocer las diferencias que existen entre los distintos equipos de compresión, de ello depende parte del buen funcionamiento de cualquier sistema que lo utilice, sobre todo cuando se trata de refrigeración industrial.

por Germán Robledo*

 

Éste es el primer artículo de una serie en la que abordaré el tema de los compresores de tornillo. Aquí abriré un espacio para comparar estos equipos con otras variedades existentes en el mercado, por ejemplo los compresores recíprocos y los de doble tornillo.

Con esto quiero proporcionar información básica sobre la teoría y el funcionamiento de los compresores de tornillo, analizar el proceso de compresión y ofrecer una comparación entre los equipos que ofrece la industria actualmente, pues son muchas las diferencias entre ellos.

Una excelente ayuda para comprender por qué los distintos compresores funcionan de determinada manera es el diagrama P-V que representa la presión y el volumen en el interior del cilindro de un compresor reciprocante o la hélice en el caso de un compresor de tornillo.

El área encerrada por el diagrama P-V representa el trabajo que se requiere para la compresión siguiendo la expresión W= ∫Pdv. Las pérdidas mecánicas y por fricción no se tienen en cuenta en el diagrama, sólo las pérdidas de compresión y caudal. Los puntos que se enumeran en el diagrama son:

1.comienzo de succión
2.fin de succión, comienzo de compresión
3.fin de compresión, comienzo de descarga
4.fin de descarga



Diferencias básicas
Una diferencia importante entre los equipos de tornillo y los reciprocantes es que estos últimos usan válvulas de succión y descarga para cada cilindro. Funcionan como válvulas de retención de una dirección. La válvula de succión permite el flujo del gas hacia el cilindro durante la carrera de admisión, mientras que la válvula de descarga permite que el gas comprimido salga del cilindro durante la carrera de descarga.

Las válvulas se abren por la presión del gas que introduce una caída de presión a lo largo de la válvula. La presión del gas debe superar la fuerza del resorte de la válvula, fuerza que se debe al área de la placa de la válvula diferencial y a pérdidas de caudal.

Esta caída de presión se muestra en el diagrama P-V (Figura 1a) como un área sobre la presión de descarga para la válvula de descarga y el área de presión por debajo de la succión para la válvula de succión. Estas áreas representan las pérdidas de potencia asociadas con el funcionamiento de las válvulas. Además de generar una pérdida de potencia, las válvulas son componentes que requieren mucho mantenimiento.

Los compresores de tornillo no tienen válvulas, en cambio, tienen puertos. Veamos una hélice en particular. En un compresor de doble tornillo, una hélice es el volumen encerrado entre una ranura de cada rotor y la carcasa externa. Durante la admisión, la hélice queda expuesta a la succión y se llena de gas. Cuando se ha alcanzado el máximo volumen de la hélice, el rotor gira más allá de la apertura del puerto y el gas queda atrapado en la hélice.

A medida que los rotores siguen girando, el volumen de la hélice disminuye y se produce la compresión. Después de cierta cantidad de compresión, la hélice se abre al puerto de descarga y el giro adicional reduce el volumen a cero, expulsando el gas de los rotores.



Como se observa en el diagrama P-V (Figura 1b), las pérdidas de flujo asociadas con el puerto de succión son insignificantes. Se produce una pequeña pérdida de energía durante la descarga cuando el puerto de descarga se comienza a abrir y el área de flujo es pequeña.

El tamaño y la posición del puerto de descarga determinan la relación de volumen (índice de volumen) integrado del compresor. La definición real de relación de volumen integrado es el máximo volumen de la hélice en la succión (volumen barrido) dividido por el volumen de la hélice cuando la hélice se abre al puerto de descarga.

La relación de volumen se relaciona con la relación de compresión por la expresión termodinámica:

P₂/P₁ = (V1,/V₂)^k

donde:

P₂ = presión de descarga, psia (presión absoluta)
P₁ = presión de admisión, psia (presión absoluta)
V₂ = volumen de descarga, pies³/min. o pies³/rev.
V₁ = volumen de admisión, pies³/min. o pies³/rev.
k = exponente isentrópico (1,28 para NH₃)

Siguiente >