Compresores

Capitulo I

Reseña histórica

El compresor axial se desarrollo para utilizarse con turbinas de gas y posee diversas ventajas para servicios en motores de reacción de la aviación. Su aceptación por la industria para instalaciones estacionarias fue lenta; pero se construyeron varias unidades de gran capacidad para altos hornos, elevadores de presión de gas y servicios en túneles aerodinámicos.

El 16 de enero de 1930, en Inglaterra, Whittle pidió su primea patente (otorgada en 1932). La patente mostraba un compresor axial de dos etapas alimentando a un compresor centrífugo de un único lado. Whittle posteriormente se concentro en un compresor centrífugo más simple por varias razones prácticas. En 1935, Hans von Ohain comenzó trabajar en un diseño similar en Alemania, aparentemente sin estar informado del trabajo de Whittle.

Whittle tuvo su primer motor listo en abril de 1937. Estaba alimentado por combustible líquido e incluía una bomba autocontenida. El motor de Von Ohain, con cinco meses de retraso respecto al de whittle, utilizaba gas que se proporcionaba bajo una presión externa, por tanto no era autocontenido. El equipo de Whittle experimentó casi un fracaso cuando el motor no se pudo parar, incluso después de cortar el combustible. El combustible se había filtrado en el motor y se acumuló por lo que el motor no se pararía hasta que se quemase todo el combustible.

Un problema con los primeros diseños, que se denominaban motores de flujo centrífugo, era que el compresor trabajaba lanzando (acelerando) el aire desde la entrada de aire central a la periferia del motor, donde el aire era comprimido, convirtiendo su velocidad en presión. Una ventaja de este diseño fue que ya era bien conocido, siendo implementado en supercompresores centrífugos. Sin embargo, dadas las limitaciones tecnológicas, el compresor necesitaba ser de un gran diámetro para producir la potencia requerida.

El austriaco Anselm Franz de la división de motores de Junkers (junkers motoren o jumo) soluciono estos problemas con la introducción del compresor de flujo axial, que era esencialmente una turbina en reversa. El aire venía del frente del motor y era impulsado hacia la parte posterior por una etapa de hélices, donde chocaba contra un grupo de hélices que no rotaban. El proceso no se acercaba en potencia al del compresor centrífugo, por lo que se añadía varios grupos de hélices para conseguir la compresión necesaria. Incluso con toda la complejidad añadida, el motor era de un diámetro mucho menor. Jumo fue asignado para el siguiente motor y el resultado fue el Jumo 004. Tras algunos problemas menores, la producción en serie de este motor comenzó en1944 como planta motris para el primer caza a reacción, el Messerschmitt Me 262 (y posteriormente el primer bombardero reactor, el Arado Ar 234). Tras la segunda guerra mundial, los aliados estudiaron el Me 262 y su tecnología contribuyó a los primeros cazas a reacción estadounidenses y soviéticos.

Compresores: un compresor es una máquina que eleva la presión de un gas, un vapor o una mezcla de gases y vapores. Comparados con turbo soplantes y ventiladores centrífugos o de circulación axial, en cuanto a la presión de salida, los compresores se clasifican generalmente como máquinas de alta presión, mientras que los ventiladores y soplantes se consideran de baja presión.

Los compresores se emplean para aumentar la presión de una gran variedad de gases y vapores para un gran número de aplicaciones. Un caso común es el compresor de aire, que suministra aire a elevada presión para transporte, pintura a pistola, inflamiento de neumáticos, limpieza, herramientas neumáticas y perforadoras. Otro es el compresor de refrigeración, empleado para comprimir el gas del vaporizador. Otras aplicaciones abarcan procesos químicos, conducción de gases, turbinas de gas y construcción.

Clasificación de los compresores:

Al clasificarse según el indicio los compresores volumétricos se subdividen en los de émbolo y de motor y los de paletas en centrífugos y axiales. Es posible la división de los compresores en grupos de acuerdo con el género de gas que se desplaza, del tipo de transmisión y de la destinación del compresor. Estos al igual que las bombas mencionadas anteriormente pueden clasificarse en dos grupos:

1. Compresores de desplazamiento positivo

2. Compresores de desplazamiento no positivo

Compresores 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. 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. 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.

La alta eficiencia y la capacidad más elevada son las únicas ventajas importantes que tienen los compresores de flujo axial sobre las máquinas centrífugas, para las instalaciones estacionarias. Su tamaño y su peso menores no tienen mucho valor, tomando en cuenta, sobre todo, el hecho de que los precios son comparables a los de las máquinas centrífugas diseñadas para las mismas condiciones. Las desventajas incluyen una gama operacional limitada, mayor vulnerabilidad a la corrosión y la erosión y propensión a las deposiciones

Términos básicos

Alabes: es un sistema de enfriamiento de las propias turbinas tanto del rotor como estator, cuya función es permitir temperatura de entradas muy altas, con fuertes incrementos en el rendimiento.

Ciclo: es cualquier masa o sustancia, la cual hace recorrido y a través de él, surge una serie de transformaciones, regresando nuevamente a su sitio de origen.

Combustión: es una reacción química exotérmica, donde los elementos combustibles son fundamentalmente de carbono e hidrogeno, ya que el hidrocarburo que sirve de combustible es de forma general.

Compresor: tiene como función aspirar el aire de la atmosfera, comprimirlo y enviarlo a la cámara de combustión.

Confiabilidad: Probabilidad de que un equipo este disponible para su uso durante un periodo dado de tiempo.

Disponibilidad: Probabilidad de que un equipo sea usado durante un periodo calendario dado.

Energía termodinámica: es un intercambio de calor gas y aire que produce una energía para dar una función dinámica al rotor de la turbina.

Equipos: es un conjunto de elementos que se involucran para participar un fin común.

Escobillas: es examinar el estado de uso de las escobillas del generador, excitatriz y de tierra.

Falla: es cuando se origina la terminación de la capacidad de un equipo para realizar la función en condiciones adecuadas.

Fallas externas: comprende las fallas no asignables al equipo, pudiendo ser de elemento externo como por ejemplo la atmósfera, fallas de electricidad, rotura de líneas, mala operación o falla humana, etc.

Fallas internas: comprende la interrupción causada por desajustes mecánicos y de instrumentos, inherente o asignables al equipo.

Fallas súbitas: es cuando la falla ocurre repentinamente.

Instrumentos: revisar todas las indicaciones, mediciones y registros para asegurarse que su operación sea correctamente.

Mantenimiento: es una operación que se planifica con la finalidad de mantener un equipo o instalación en condiciones satisfactorias de operación.

Mantenimiento preventivo: es planear y programar con el fin de ajustar, reparar o cambiar ciertas partes de un equipo antes de que ocurra una falla.

Mantenibilidad: probabilidad de que un equipo no falle mientras este en servicio durante un tiempo dado, bajo ciertas condiciones operacionales.

Programa: es una serie de operaciones para llevar a cabo un proyecto.

Protección de motor de arranque: consiste de un relés térmico que reaccionan a la temperatura excesiva en los arrollamientos del motor y provoca la parada del grupo.

Tobera: están adheridas a la carcasa y son elementos mas críticos en la turbina de gas, su función es convertir la energía a presión transformándolas en energía cinética a alta velocidad para ser introducida en los alabes móviles

Capitulo II

(Información técnico operacional)

Característica típica de operación:

Compresores centrífugos: el principio de funcionamiento de un compresor centrífugo es el mismo que el de una bomba centrífuga, su diferencial principal es que el aire o el gas manejado en un compresor es comprensible, mientras que los líquidos con los que trabaja una bomba, son prácticamente incomprensibles. Los compresores centrífugos pueden desarrollar una presión en su interior, que depende la naturaleza y las condiciones del gas que manejan y es virtualmente independiente de la carga del procesamiento. Las condiciones que es preciso

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