Compresores Industriales: Funcionamiento, Aplicaciones y Principios Termodinámicos

Compresores: Concepto y Fundamentos

Un compresor es una máquina diseñada para elevar la presión de un gas, un vapor o una mezcla de gases y vapores. La presión del fluido se incrementa al reducir su volumen específico durante su paso a través del compresor. En comparación con turbosoplantes y ventiladores centrífugos o axiales, los compresores se clasifican generalmente como máquinas de alta presión en cuanto a su presión de salida, mientras que los ventiladores y soplantes se consideran de baja presión.

Aplicaciones de los Compresores

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

Distinción entre Compresores, Soplantes y Ventiladores

Los compresores son máquinas cuya finalidad es aportar energía a los fluidos compresibles (gases y vapores) sobre los que operan, para hacerlos fluir y, al mismo tiempo, aumentar su presión. Precisamente en esta última característica se distinguen de los soplantes y los ventiladores, que manejan grandes cantidades de fluidos compresibles (aire, por ejemplo) sin modificar sensiblemente su presión, con funciones similares a las bombas de fluidos incompresibles.

Un compresor admite gas o vapor a una presión P1 dada, descargándolo a una presión P2 superior. La energía necesaria para efectuar este trabajo la proporciona un motor eléctrico o una turbina de vapor.

Compresión en Etapas

El grado de compresión es el cociente entre la presión absoluta de descarga (P2) y la presión absoluta de admisión o entrada (P1). Puede tener cualquier valor, pero en la práctica, en compresores de una sola etapa no suele superarse una relación de compresión de 3,5-4. Esto se debe a que relaciones de compresión más altas requieren un compresor más voluminoso, lo que encarece el equipo. Además, como toda compresión conlleva un aumento de temperatura de los gases procesados, existe el riesgo de que estos salgan excesivamente calientes, lo que podría perjudicar tanto el equipo mecánico como la lubricación de la máquina.

Cuando la relación de compresión es muy grande, se aconseja el empleo de compresores de varias etapas escalonadas con o sin refrigeración intermedia, cada una de las cuales tiene una relación de compresión del orden de 3,5-4.

Ciclos de Compresión

Ciclo Teórico

Teniendo en cuenta el esquema que se presenta, el aire se puede expansionar en una máquina de pistón o en una turbina (de 3 a 4); el calor q2 se extrae del medio a refrigerar según (41) a la presión P1 y después el aire se comprime isotrópicamente hasta la presión P2 que reina en el intercambiador de calor; finalmente el aire se refrigera según (23) a presión constante.

Balance Energético del Ciclo Teórico

El balance energético de este ciclo es:

Treal = Tcompresor – Texpansor = qcond – qvap = (i2 – i4) = (i2 – i1) – (i3 – i4)

Coeficiente de Efecto Frigorífico Teórico

El coeficiente de efecto frigorífico teórico es:

Ciclo Real

En un ciclo real existe un incremento de entropía y las entalpías finales, tanto en la compresión como en la expansión, son más elevadas que en el ciclo ideal. El trabajo necesario para la compresión es mayor debido al rendimiento interno del compresor y el obtenido en la expansión es menor. Los rendimientos internos del compresor y del expansor permiten introducir en los cálculos el concepto de irreversibilidad.