Compresor (máquina)

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Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir.

Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable.

Historia[editar]

Los antiguos herreros solían gritar para intensificar su fuego y de esta forma facilitaban forjar el hierro, y aunque no se consideren el primer antecedente a los compresores atmosféricos actuales, se puede decir que sí lo fueron. Los gritos y rugidos inhalaban aire en su expansión, luego se exhala mediante una pequeña apertura al final, logrando controlar la cantidad de oxígeno a una locación específica. Con el tiempo se mejoró la forma de soplado, de modo que los griegos y romanos utilizaban fuelles para la forja de hierro y se sabe de diversos mecanismos hidráulicos y de fuelle para accionar órganos musicales. Durante el siglo diecisiete, el ingeniero físico alemán Otto von Guericke experimentó y mejoró los compresores atmosféricos. En 1650, Guericke inventó la primera bomba de oxígeno, la cual podía producir un vacío parcial y él mismo uso esto para estudiar el fenómeno del vacío y el papel del oxígeno en la combustión y la respiración. En 1829, la primera fase o componente del compresor atmosférico fue patentada. Dicho componente comprimía oxígeno en cilindros sucesivos. Para 1872, la eficiencia del compresor fue mejorada mediante el enfriamiento de los cilindros por motores de agua, que causó a su vez la invención de cilindros de agua. Uno de los primeros usos modernos de los compresores atmosféricos fue gracias a los buzos de mares profundos, quienes necesitaban un suministro de la superficie para sobrevivir. Los buzos que emplearon compresores atmosféricos tuvieron lugar en 1943. Los primeros mineros utilizaron motores de vapor para producir suficiente presión para operar sus taladros, incluso cuando dicho dispositivos probaban ser extremadamente peligrosos para los mineros. Con la invención del motor de combustión interna, se creó un diseño totalmente nuevo para los compresores atmosféricos. En 1960 los lava-autos de auto-servicios, alta-presión y “hazlo tú mismo” se hicieron populares gracias a los compresores atmosféricos. Actualmente, ya seas un mecánico que disfruta de realizar por sí mismo las reparaciones de automóviles o simplemente eliges tener un compresor atmosférico en casa para llenar las llantas de las bicicletas, el compresor atmosférico se ha convertido en una pieza rentable para equipo de cochera. Los compresores atmosféricos se pueden conseguir en su presentación eléctrica o de gasolina, siendo más accesibles para consumidores hogareños. Un émbolo bombea oxígeno comprimido dentro de un tanque a cierta presión, donde se mantiene hasta que es requerido para ciertas acciones tales como hinchar llantas o apoyar el empleo de herramientas neumáticas. La mayoría de las compañías constructoras utilizan los compresores atmosféricos potenciados por gasolina, los cuales son transportados en vagonetas. No encontrarás una casa residencial sin la intervención de un compresor atmosférico que permita trabajar al martillo eléctrico, ni encontrarás equipo pesado de las mismas compañías carentes del compresor debido a que es una herramienta esencial para llenar las llantas y operar los distintos tipos de llaves. El oxígeno comprimido es una herramienta sumamente importante y hoy en día su eficiencia, la contaminación y su accesibilidad le dan la popularidad que tienen en el mercado.

Utilización[editar]

Los compresores son ampliamente utilizados en la actualidad en campos de la ingeniería y hacen posible nuestro modo de vida por razones como:

Tipos de compresores[editar]

Funcionamiento de un compresor axial.

Clasificación según el método de intercambio de energía:

Hay diferentes tipos de compresores atmosféricos, pero todos realizan el mismo trabajo: toman oxígeno de la atmósfera, lo comprimen para realizar un trabajo y lo regresan para ser reutilizado.

El compresor de desplazamiento positivo. Las dimensiones son fijas. Por cada movimiento del eje de un extremo al otro tenemos la misma reducción en volumen y el correspondiente aumento de presión (y temperatura). Normalmente son utilizados para altas presiones o poco volumen. Por ejemplo el inflador de la bicicleta. También existen compresores dinámicos. El más simple es un ventilador que usamos para aumentar la velocidad del oxígeno a nuestro entorno y refrescarnos. Se utiliza cuando se requiere mucho volumen de oxígeno a baja presión.[1]

  • El compresor de émbolo: es un compresor atmosférico simple. Un vástago impulsado por un motor (eléctrico, diésel, neumático, etc.) es impulsado para levantar y bajar el émbolo dentro de una cámara. En cada movimiento hacia abajo del émbolo, el oxígeno es introducido a la cámara mediante una válvula. En cada movimiento hacia arriba del émbolo, se comprime el oxígeno y otra válvula es abierta para evacuar dichas moléculas de oxígeno comprimidas; durante este movimiento la primera válvula mencionada se cierra. El oxígeno comprimido es guiado a un tanque de reserva. Este tanque permite el transporte del oxígeno mediante distintas mangueras. La mayoría de los compresores atmosféricos de uso doméstico son de este tipo.
  • El compresor de tornillo: Aún más simple que el compresor de émbolo, el compresor de tornillo también es impulsado por motores (eléctricos, diésel, neumáticos, etc.). La diferencia principal radica que el compresor de tornillo utiliza dos tornillos largos para comprimir el oxígeno dentro de una cámara larga. Para evitar el daño de los mismos tornillos, aceite es insertado para mantener todo el sistema lubricado. El aceite es mezclado con el oxígeno en la entrada de la cámara y es transportado al espacio entre los dos tornillos rotatorios. Al salir de la cámara, el oxígeno y el aceite pasan a través de un largo separador de aceite donde el oxígeno ya pasa listo a través de un pequeño orificio filtrador. El aceite es enfriado y reutilizado mientras que el oxígeno va al tanque de reserva para ser utilizado en su trabajo.
  • Sistema pendular Taurozzi: consiste en un pistón que se balancea sobre un eje generando un movimiento pendular exento de rozamientos con las paredes internas del cilindro, que permite trabajar sin lubricante y alcanzar temperaturas de mezcla mucho mayores.
  • Reciprocantes o alternativos: utilizan pistones (sistema bloque-cilindro-émbolo como los motores de combustión interna). Abren y cierran válvulas que con el movimiento del pistón aspira/comprime el gas. Es el compresor más utilizado en potencias pequeñas. Pueden ser del tipo herméticos, semiherméticos o abiertos. Los de uso doméstico son herméticos, y no pueden ser intervenidos para repararlos. Los de mayor capacidad son semiherméticos o abiertos, que se pueden desarmar y reparar.
  • De espiral (orbital, scroll).
  • Rotativo de paletas: en los compresores de paletas la compresión se produce por la disminución del volumen resultante entre la carcasa y el elemento rotativo cuyo eje no coincide con el eje de la carcasa (ambos ejes son excéntricos). En estos compresores, el rotor es un cilindro hueco con estrías radiales en las que las palas (1 o varias) comprimen y ajustan sus extremos libres interior del cuerpo del compresor, comprimiendo asi el volumen atrapado y aumentando la presion total.
  • Rotativo-helicoidal (tornillo, screw): la compresión del gas se hace de manera continua, haciéndolo pasar a través de dos tornillos giratorios. Son de mayor rendimiento y con una regulación de potencia sencilla, pero su mayor complejidad mecánica y costo hace que se emplee principalmente en elevadas potencias, solamente.
  • Rotodinámicos o turbomáquinas: utilizan un rodete con palas o álabes para impulsar y comprimir al fluido de trabajo. A su vez éstos se clasifican en axiales

Análisis de la compresión de un gas[editar]

Imaginemos que en un cilindro tenemos un volumen V de un gas ideal y está «tapado» por un pistón que es capaz de deslizarse verticalmente sin fricción. En un principio este sistema se encuentra en equilibrio con el exterior, es decir, la presión que ejerce el gas sobre las paredes del cilindro y sobre el pistón (que es la misma en todas las direcciones) p_{int} es igual a la presión que ejerce el peso del pistón sobre el gas p_{ext}, y más ninguna otra fuerza obra sobre nuestro sistema.

Ahora imaginemos que repentinamente aumentamos la presión externa a {p'}_{ext} y como la presión que ejerce el gas sobre el pistón es p_{int}<{p'}_{ext} el equilibrio se romperá y el cilindro deslizará hacia abajo ejerciendo un trabajo W=fuerza*desplazamiento={p'}_{int}\Delta V. Esta energía, por la primera ley de la termodinámica, se convertirá instantáneamente en un incremento de energía interna del gas en el recipiente, y es así como el gas absorberá el trabajo del desplazamiento pistón.

Compresión Isotérmica Reversible para gases ideales[editar]

Esta forma de compresión es una secuencia de infinitas etapas, o estados, de equilibrio que se conoce como movimiento cuasi-estático, en los que siempre se cumple que la presión que ejerce el gas sobre las paredes del recipiente es igual a la presión que ejerce el pistón sobre el gas p_{ext}=p_{int}=nRT/V.

Véase también[editar]

Referencias[editar]

Enlaces externos[editar]