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Obtencion del aire comprimido - tipos de compresores, compresores Centrífugos, diagrama para el almacenamiento correcto de Aire Comprimido



Obtención de aire comprimido.
Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión del aire al valor de trabajo deseado. Los mecanismos y mandos neumaticos se alimentan desde una estación central. Entonces no es necesario calcular ni proyectar la transformación de la energía para cada uno de los consumidores. El aire comprimido viene de la estación compresora y llega a las instalaciones a través de tuberías.
Los compresores móviles se utilizan en el ramo de la construcción o en maquinas que se desplazan frecuentemente.
En el momento de la planificación es necesario prever un tamaño superior de la red, con el fin de poder alimentar aparatos neumaticos nuevos que se adquieran en el futuro. Por ello, es necesario sobredimensionar la instalación, al objeto de que el compresor no resulte mas tarde insuficiente, puesto que toda ampliación ulterior en el equipo generador supone gastos muy considerables.


Es muy importante que el aire sea puro. Si es puro el generador de aire comprimido tendra una larga duración. También debería tenerse en cuenta la aplicación correcta de los diversos tipos de compresores.

Tipos de compresores.
Compresores Reciprocantes.
Los Compresores Reciprocantes de Aire o Compresores de Pistón (pequeñas o industriales) son maquinas de desplazamiento positivo, lo que significa que aumentara la presión del aire mediante la reducción de su volumen. Esto significa que estan tomando en los volúmenes sucesivos de aire que se encuentra confinado en un espacio cerrado y elevar el aire a una presión superior. También cubren unaamplia gama de capacidad de salida. Normalmente se encuentran en aplicaciones  desde 1 hasta mas de 600 caballos de fuerza (HP). Los Compresores Reciprocantes logra esto por un pistón dentro de un cilindro como la compresión y desplazamiento de un elemento.
En el pasado, los  Compresores Reciprocantes de Aire fueron los mas ampliamente utilizados en plantas industriales de sistemas de aire.  Por ejemplo, los compresores reciprocantes de Sencilla-actuación (single-acting) sólo utilizan uno de los lados de sus pistones para extraer el aire en el tanque de compresión, mientras que los compresores de Doble-actuación (Double-acting) utilizan ambos lados del pistón.  Los compresores reciprocantes de Sencilla-actuación son generalmente refrigerados por aire, en los tamaños mas pequeños de caballos de fuerza (hp) y no requieren bases sustanciales. Sin embargo, estos compresores son menos eficaces que otros tipos.  Los compresores reciprocantes de Doble-actuación aire son generalmente refrigerados por agua y requieren bases sustanciales.
Los Compresores Reciprocantes de Aire son adecuados para aplicaciones como: Plantas separadoras de aire, aromaticos, Plantas de embotellado para cilindros de gas, La industria química, Instalaciones criogénica, Protección del medio ambiente, óxido de etileno / glicol, Producción de fertilizantes, La industria de alimentos y bebidas, La inyección de gas combustible para el sistema de propulsión de combustible doble de ME-GI MAN diesel, La hidrodesulfuración (HDS), El tratamiento con hidrógeno, Manejo de gases industriales, LNG boil-off gas, Manejode gas natural, Almacenamiento de gas natural, La industria de petróleo y gas, Industria petroquímica, Refinación de petróleo, plantas de polietileno, producción de polietileno, baja densidad, producciones de polímero, Plantas de polipropileno, Producción de polipropileno, Tuberías de productos, Industria de acero, Synfuels, unidades de oxidación húmeda y otros.

Compresores Centrífugos.
Los compresores centrífugos, también llamados compresores radiales, son un tipo especial de turbomaquinaria que incluye bombas, ventiladores, o compresores.1
Los modelos mas primitivos de este tipo de maquina2 eran bombas y ventiladores. Lo que diferencia a estos de los compresores es que el fluido de trabajo puede ser considerado incompresible, permitiendo así un analisis preciso a través de la ecuación de Bernoulli. Por contra, cualquier compresor moderno se mueve a altas velocidades por lo que su analisis debe asumirse un fluido compresible.
Si se le quiere dar una definición, se puede considerar que los compresores centrífugos producen un incremento de densidad mayor que un 5 por ciento. Ademas, la velocidad relativa del fluido puede alcanzar un número de Mach 0.3 si el fluido de trabajo es aire o nitrógeno. Por otro lado, los ventiladores incrementan mucho menos la densidad y operan a Mach mucho mas bajo.
De forma ideal, un compresor dinamico aumenta la presión del fluido a base de comunicarle energía cinética-energía/velocidad con el rotor. Esta energía cinética se transforma en un incremento de presión estatica cuando el fluido pasa por un difusor.
Los compresorescentrífugos se usan industrialmente por varias razones: tienen menos componentes a fricción, también relativamente eficientes, y proporcionan un caudal mayor que los compresores reciprocantes (o de desplazamiento positivo) de tamaño similar. El mayor inconveniente es que no llegan a la relación de compresión típica de los compresores alternativos, a menos que se encadenen varios en serie. Los ventiladores centrífugos son especialmente adecuados para aplicaciones donde se requiere un trabajo continuo, como el caso de sistemas de ventilación, unidades de refrigeración, y otras que requieran mover grandes volúmenes de aire aumentando su presión mínimamente. Por otro lado, una serie de compresores alternativos típicamente llegan a conseguir presiones de salida de 55 a 70 MPa. Un ejemplo de aplicación de compresores centrífugos es la reinyección de gas natural en los pozos de petróleo para su extracción.
Muchos compresores centrífugos se usan también en pequeñas turbinas de gas como APUs (generadores auxiliares) y motores turborreactores de pequeñas aeronaves (turboejes de helicópteros y algunos turbohélices). Una razón significativa de ello es que con la tecnología actual, un compresor axial que opere con estos volúmenes de aire sería menos eficiente por las pérdidas en las tolerancias del rotor y el estator. Hay muy pocos compresores centrífugos de un sólo escalón capaces de entregar una relación de compresión de 10 a 1, principalmente por las cargas mecanicas que soportan y que limitan su seguridad, fiabilidad y vida del producto.
En el caso específico de los motores paraaeronaves mencionados anteriormente, una gran ventaja es la simplicidad de los compresores centrífugos y su precio relativamente bajo. Requiere menos escalones que un compresor axial para conseguir el mismo incremento de presión, ya que el cambio de radio desde la entrada al rotor al borde de salida es tan acusado que la energía del aire aumenta mucho en un corto espacio.
Compresores Axiales.
El aire en un compresor axial, fluye en la dirección del eje del compresor a través de una serie de alabes móviles o alabes del rotor acoplados al eje por medio de un disco y una serie de alabes fijos o alabes del estator acoplados a la carcasa del compresor y concéntricos al eje de rotación. Cada conjunto de alabes móviles y alabes fijos forman una etapa del compresor. El aire es tomado por el conjunto de alabes móviles e impulsado hacia atras en sentido axial y entregado al conjunto de alabes fijos con una mayor velocidad. Los alabes fijos o alabes del estator actúan como difusor en cada etapa, transformando la energía cinética del aire en energía potencial en forma de presión y a su vez, dan al flujo el angulo adecuado para entrar en los alabes móviles de la siguiente etapa. Cada etapa de un compresor axial produce un pequeño incremento en la presión del aire, valores que rara vez superan relaciones de 1.1:1 a 1.2:1 (4). Un mayor incremento de presión en un compresor axial se logra instalando varias etapas, presentandose una reducción en la sección transversal a medida que el aire es comprimido.
Algunas de las ventajas mas importantes de los compresores axiales frente a loscompresores centrífugos, especialmente para aplicaciones aeronauticas.  
* Eficiencias maximas debidas al efecto RAM que se presenta como consecuencia de su diseño axial.    
* Mayores relaciones de presión obtenibles mediante múltiples etapas de compresión.    
* Una menor area frontal y en consecuencia menor resistencia al avance.    
* Menores pérdidas de energía debido a que no existen cambios considerables en la dirección del flujo de aire.

Desventajas mas importantes frente a los compresores centrífugos    
* Difícil manufactura y altos costos de producción.
   
* Peso relativamente mayor al del compresor centrífugo por la necesidad de un mayor número de etapas para la misma relación de presión.

Almacenamiento de Aire Comprimido
El concepto de almacenamiento es simple, pero en muchas ocasiones mal entendido y mal aplicado en los sistemas de aire comprimido industrial.

Cuando los acumuladores de aire comprimido estan bien diseñados en un sistema de aire comprimido y su instalación es adecuada, estos proporcionaran importantes ventajas en beneficio de los usuarios, reduciendo así las quejas por fallas en el suministro.
Se considera almacenamiento a la reserva de aire que existe para atender la demanda y que puede estar en tanques y tubería, sin embargo el concepto de almacenamiento debera ser considerado con mayor detalle para tomar todas las ventajas en beneficio de los usuarios.
 

 Diagrama para el almacenamiento correcto de Aire Comprimido.

Los compresores descargan a un cabezal común, y se cuenta con un brazo amigo,para poder llevar un compresor de respaldo en caso de falla en alguno de nuestros equipos.
El tanque húmedo recibe el aire caliente en la parte inferior, se enfría al girar y subir por el tanque, permitiendo retener la mayor parte de los condensados y reduciendo la carga a filtros y secadores.
La practica común de poner un filtro directamente en la descarga del compresor, nos lleva a vida útil muy corta, caída de presión con el consecuente costo de energía y baja eficiencia en la colección de condensados.
Descargamos el aire en la parte superior del almacenamiento, que es la mas limpia y salimos a nuestro equipo de tratamiento.
Posteriormente hablaremos del resto de los componentes que son, tanque seco y control de demanda.
 

Grafico de potencia contra flujo y su relación al Almacenamiento
En la grafica podemos ver que a menor almacenamiento el consumo de potencia BHP se incrementa, y vemos que el comportamiento línea de carga no carga en consumo de energía existe solo con un almacenamiento mayor a 10 galones por 1 CFM, que es la grafica que publican los fabricantes de este tipo de compresores.
 
Efectos del almacenamiento en la carga y flujo del sistema

Almacenamiento Positivo
El concepto de Almacenamiento Positivo es lo que necesitamos explicar en este punto, es lo que existe en muchas plantas industriales, si el almacenamiento esta a la misma presión que la tubería o los usuarios, no existe aire guardado para expandir y atender un pico de demanda, simplemente la distribución de aire es mayor, ya que este tanque se suma a la tubería de distribución.


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