qué es un compresor, descripcion

7/25/2019 Qué Es Un Compresor, descripcion

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¿QUÉ ES UN COMPRESOR?

El compresor es una máquina que sirve para hacer ganar una energía a un fluido

compresible, generalmente bajo la forma de presión.

Aplicaciones e Historia.

El compresor es parte esencial de los motores de turbina de gas. Este tipo de

motor se trató de impulsar a principios del presente siglo, pero se abandonó por el bajo

rendimiento de los compresores. En la década de los treinta, progreso en el diseño y

construcción logrando rendimientos que le permitieron encontrar etensa aplicación

hoy día en los turborreactores de los modernos aviones, así como en la generación de

energía, también se está usando en la industria automotri! y como fuente de

energética de ciertos sistemas mecánicos.

• "on vitales en refinerías para manejar hidrógeno, etano, propano, propileno,

butano, etc.

• En las plantas petroquímicas, donde operan con etileno, butileno, ben!eno, etc.

• "e usan en la industria química en los procesos de síntesis del gas amoníaco,

metanol, etc.

• En plantas de separación de aire.

• #ratamiento de gas h$medo para convertirlo en gas seco, como en la

fabricación del gas %& o del %'(.

TURBOCOMPRESORES.

)n turbocompresor es un sistema de sobrealimentación que usa una turbina

centrífuga para accionar mediante su eje, un compresor centrífugo para comprimir

gases. Este tipo de sistemas se suele utili!ar en motores de combustión interna

alternativos, especialmente en los motores diésel.

"u objetivo es introducir más aire fresco, denso y a mayores presiones

que la atmosférica en la cámara de combustión.



FUNCONAMENTO.

En los motores sobrealimentados, el turbocompresor consiste en una turbina

accionada por los gases de escape del motor de eplosión, en cuyo eje se fija un

compresor centrífugo que toma el aire a presión atmosférica después de pasar por el

filtro de aire y luego lo comprime para introducirlo en los cilindros a mayor presión.

%os gases de escape ceden gran parte de su energía interna *mecánica

+ térmica a la turbina.



-unque

los motores

diesel y los

motores de

gasolina son muy

similares, la

diferencia es

debido a la forma

que se produce

la ignición, por

eso los motores

diesel son más

adecuados para

la

turbocompresión.

En un motor de

gasolina, el aire y

el combustible se me!clan entre sí *ya sea con un carburador o a través de la

inyección de combustible y la me!cla comprimida es entonces encendida por una

bujía. %os motores diesel operan por compresión y calentamiento del aire y luego

inyectan el combustible en donde es encendido por el calor del aire. Esto hace a los

turbocompresores, que condensan aire, compañeros naturales para un motor diesel.

-unque los motores de gasolina también eperimentan potencia añadida por la

compresión adicional de aire, las ganancias son menores que aquellas en un motor

diesel del mismo tamaño.

omo la energía utili!ada para comprimir el aire de admisión proviene de losgases de escape, que se desecharía en un motor atmosférico, no resta potencia al

motor cuando el turbocompresor está trabajando, tampoco provoca pérdidas fuera del

rango de trabajo del turbo, a diferencia de otros, como los sistemas con compresor

mecánico *sistemas en los que el compresor es accionado por una polea conectada al

cig/eñal.

Clasi!icaci"n

%a dirección del flujo puede ser radial o aial y se tiene0

• #urbocompresores 1adiales o entrífugos.

• #urbocompresores -iales.

uando el flujo es mito, o sea en parte radial y aial. "e incluye dentro de los

centrífugos.

TURBOCOMPRESORES A#A$ES.

%os primeros turbocompresores aiales se construyeron alrededor de 2344 por "ir

harles &arsons. 1elación de compresión y rendimientos muy bajos del orden del

556.



7ientras que en la actualidad los rendimientos son del orden de 85 a 346. )n

turbocompresor aial tiene que ser muy reducido si se quiere mantener un rendimiento

elevado, siendo inferior a 95:, mientras que en las #urbinas de vapor o de gas es

mucho mayor.

B% T&r'oco(presores centr)!&*os

%os turbocompresores radiales y diagonales se denominan turbocompresores

centrífugos.

El turbocompresor es el más utili!ado porque no consume potencia del motor y puede

girar a más de 244 444 rpm. "e pueden clasificar en0

#urbocompresores de geometría fija.

#urbocompresores de geometría variable.

2. T&r'oco(presor +e *eo(etr)a !i,a

El conjunto turbocompresor está formado principalmente por una turbina *; y

un compresor *2 *figura 3.9 que se encuentran introducidos en sus

respectivas carcasas de formas opuestas y unidas ambas por un eje com$n

*<. #anto la turbina como el compresor contienen álabes para conseguir

aumentar la presión de alimentación. En una parte anea al turbo también se

encuentra la válvula de descarga *9 =astegate, que se encarga de limitar la

presión de sobrealimentación del turbo desviando una cantidad de gases de

escape directamente al escape sin pasar por la turbina.

%a carcasa de la turbina tiene forma de caracol para aumentar la velocidad de

los gases haciéndolos incidir con mayor fuer!a sobre sus álabes.



%a carcasa del compresor tiene el mismo aspecto que la turbina, pero sus

condiciones de utili!ación son menos etremas en cuanto a temperaturas, pero

son iguales en cuanto a la presión que se produce en ellas.

>e forma resumida se puede decir que al aceite que pasa por el turbo se le

asignan dos principales tareas0

Establecer una pantalla de estanqueidad entre los gases de escape, el aire

introducido y las partes internas del turbocompresor.

#ransportar una parte muy elevada del calor cedido por los gases de escape a

la turbina. 1ebaja en unos ;44 o las partes del turbo que están en contacto con el

aceite

Siste(a +e re*&laci"n +e la presi"n +el t&r'o

%a regulación de la presión de sobrealimentación permite suministrar al motor

una presión límite variable de sobrealimentación, la cual está acorde con las

condiciones de trabajo, tanto de solicitud de carga como a las climatológicas,

temperatura del aire y presión atmosférica. &ara ello, el turbocompresor dispone de

una válvula mecánica =astegate *figura 3.? encargada de regular la presión de

soplado del mismo.

Esta válvula está situada en derivación *by@pass con el conducto de escape

*figura 3.A. Está constituida por una cápsula sometida a la presión desobrealimentación, una membrana y una cámara de presión con un muelle tarado. El

accionamiento de esta válvula puede ser de tipo neumático o eléctrico.



Re*&laci"n +e la presi"n por acciona(iento ne&(-tico.

>urante el funcionamiento del motor en ralentí o carga parcial la velocidad de

los gases de escape es moderada creando una presión de sobrealimentación

en el tubo *2 que es incapa! de abrir la válvula *9 *figura 3.8.

uando el motor gira a plena carga *elevadas revoluciones la presión en el

colector de admisión supera unos valores preestablecidos. Esta presión de

soplado se transmite del colector de admisión a la válvula =astegate a través

del tubo de coneión, que hace despla!ar la membrana *; y esta, a su ve!,comprime el muelle *< de la válvula *9 despla!ándola de su asiento.



En esta situación parte de los gases de escape dejan de fluir por la turbina del

turbocompresor, reduciéndose el efecto del compresor y disminuyendo la

presión de alimentación en el lado de admisión.

Re*&laci"n +e la presi"n por acciona(iento elctrico.

%a $nica diferencia con el sistema neumático es que se ha instalado una electroválvula

de regulación *figura 3.3 intercalada en el tubo de unión entre el colector y la válvula

mecánica. Esta electroválvula para limitación de la presión de sobrealimentación es

ecitada por la unidad de control del motor y la señal que reciba va a variar en función

de las señales que llegan a la unidad de control, como las revoluciones del motor,

temperatura del aire aspirado, presión en el colector de admisión, posición del pedal

del acelerador y transmisor altimétrico.



Está compuesta *figura 3.24 por un bobinado eléctrico *< que controla la posición de

un inducido constituido por un émbolo *; que, al despla!arse, puede cerrar el paso

permanente que se establece entre - *colector de admisión y B *conducto hacia la

=astegate. "eg$n el valor de la corriente recibida en el bobinado, el émbolo pasa a

cerrar el conducto - y a establecer el paso directo entre *presión atmosférica y B.

%a presión de control con que se acciona la válvula =astegate viene determinada por

la proporción de periodo de la señal. >e esta forma se gestiona la cantidad de caudal

de gases de escape que pasa a accionar la turbina del turbocompresor. %a presión de

control se obtiene por medio de la combinación de la presión atmosférica y la presión

de sobrealimentación.



#ambién puede ocurrir que la unidad de control considere que la presión en el colector

puede sobrepasar ciertos límites de funcionamiento *circulación en altitud, elevada

temperatura ambiente o aceleraciones fuertes sin que esto sea un riesgo para el

motor. &ara ello actuará sobre la electroválvula y comunicará el conducto de presión

atmosférica situado antes del compresor *colector de admisión con el de la válvula

=astegate, manteniéndose está cerrada por no vencerse la presión del muelle, y

provocando un aumento de la sobrealimentación al entrar en contacto todos los gases

con la turbina.



Te(perat&ras +e &n t&r'o

%as diferencias de temperaturas que se alcan!an a un lado y otro del turbo sonmuy notables *figura 3.2;. En la turbina se pueden alcan!ar temperaturas de 844 a 2

444 o, mientras que en el compresor como máimo se alcan!an unos 84 o. Esto

hace que el eje com$n al que se unen tanto la turbina como el compresor esté

sometido a temperaturas muy diferentes en sus etremos, lo cual dificulta el diseño y

sobre todo la elección de materiales para su construcción.

El turbo se refrigera principalmente por el aceite de engrase, y además por el

aire de entrada del colector de admisión que recoge parte del calor que contiene el

rodete compresor. Cay que destacar que esto $ltimo no es nada beneficioso para el

motor, ya que el aire caliente hace dilatar el aire de admisión y descender su densidad,

con lo que el rendimiento volumétrico del motor se ve seriamente perjudicado.



nterca('ia+or +e calor o intercooler

Es un sistema compuesto por un intercambiador de calor en el que se introduce

el aire calentado que sale del rodete compresor para enfriarlo antes de introducirlo enlos cilindros del motor. El aire que incide sobre este intercambiador o radiador proviene

del eterior durante la marcha del vehículo y consigue rebajar la temperatura del aire

que pasa por el interior del intercooler unos 94 o *el aire de admisión en motores

turboalimentados puede alcan!ar hasta 244 o .

&or tanto, se trata de un intercambiador de calor aireDaire. on él se consigue

aumentar la potencia y el par del motor debido al aumento de la masa de aire que

entra en el cilindro como consecuencia de la subida de densidad del aire cuando este

enfría. tros efectos positivos resultantes de la utili!ación del intercooler son la

disminución del consumo y de las emisiones contaminantes.

En ciertos motores el intercambiador es de tipo aireDagua, es decir, al aire se le

fuer!a a pasar por un radiador por el que circula el agua del sistema de refrigeración.

/enta,as e incon0enientes +el t&r'oco(presor +e *eo(etr)a !i,a

- continuación se detallan de forma resumida las ventajas e inconvenientes

que ofrece la utili!ación de un turbocompresor en un vehículo0



1. T&r'oco(presor +e *eo(etr)a 0aria'le

%os turbocompresores de geometría variable tienen la característica de que a

bajas revoluciones del motor se nota su efecto, eliminando el gran inconveniente de

los turbocompresores de geometría fija.

"on los más implantados en vehículos modernos. "u funcionamiento es similar a los

de geometría fija, pero con la salvedad de que estos no necesitan de una válvula de

descarga, puesto que el sistema puede hacer disminuir el giro de la turbina y, por

tanto, rebajar la presión a los valores preestablecidos en determinados modos de

funcionamiento del motor.



F&nciona(iento con 'a,os re*)(enes +e rotaci"n +el (otor *figura 3.29.

En un turbocompresor convencional, en este estado de funcionamiento la

presión que ejercerían los gases de escape sería baja, produciendo un giro

lento de la turbina de escape y, como consecuencia, una presión de

sobrealimentación mínima. "in embargo, en un turbo de geometría variable, los

álabes móviles se encuentran cerrados en su totalidad de forma que la sección

de paso entre ellos es mínima. Esto hace aumentar la velocidad de los gases a

su paso por ellos, creando una mayor velocidad de giro de la turbina y, por

tanto, del compresor, aumentando la sobrealimentación en estos regímenes

bajos.



F&nciona(iento con re*)(enes altos +e rotaci"n +el (otor 2 figura 3.25.

-l aumentar la velocidad de giro aumenta de igual forma la velocidad de losgases de escape y, por tanto, su energía cinética. En esta situación, del mismo

modo se eleva la velocidad del rotor del turbocompresor, aumentando la

presión de sobrealimentación y actuando esta a través de un tubo de coneión

sobre la membrana de la cápsula neumática, que hacer variar por medio del

conjunto de varillas la posición de los álabes móviles. %a posición final de los

álabes móviles dependerá de la presión de sobrealimentación, estando estos

totalmente abiertos *mayor sección de paso de gases cuando se alcancen los

valores máimos de presión establecidos. on este aumento de la sección de

paso de los gases de escape va a disminuir la velocidad con la que van a

incidir en el rotor de la turbina, obteniéndose velocidades de giro del compresor

iguales o inferiores a las conseguidas con regímenes bajos.

Electro0-l0&la re*&la+ora +e presi"n +e so'reali(entaci"n

En los turbos de geometría variable la presión de sobrealimentación es

regulada en función de un mapa de curvas características programadas en la unidad



de control del motor, la cual ecita correspondientemente la válvula electromagnética

*2 para la limitación de la presión de sobrealimentación *figura 3.2?.

%a presión de control, con la que el depresor *; acciona las varillas que act$an sobre

los álabes móviles *<, se determina en función de la proporción de periodo de la

señal. - través de los álabes móviles se influye sobre el caudal de los gases de

escape que act$an contra la turbina. %a presión de control se constituye por una

combinación de presión atmosférica y depresión.

uando el motor se encuentra en bajas revoluciones, la electroválvula de

control es activada cuando recibe la señal de voltaje, cerrando el conducto que

proviene de la admisión *presión atmosférica y abriendo el de depresión *bomba de

vacío, con lo que la membrana de la cápsula neumática es absorbida, actuando esta

sobre el sistema de varillas y palancas despla!ándolas hacia su i!quierda *figura

3.2A.-. En esta posición los álabes están dispuestos de forma que entre ellos eista

la menor sección de paso que hace aumentar las revoluciones de giro de la turbina.



uando el motor está en altas revoluciones la unidad de control deja de activar

la electroválvula y hace despla!ar el émbolo de la misma hacia la derecha cerrando el

conducto de depresión y abriendo el conducto de presión del colector de admisión. En

esta situación la propia presión hace despla!ar en sentido de compresión a la

membrana de la cápsula, despla!ando esta hacia la derecha el sistema de varillas ypalancas. En esta posición se despla!a al conjunto de aletas móviles a la posición de

mayor sección de paso *figura 3.2A.B. on esto se reduce la velocidad de los gases

de escape que pasan por la turbina de escape y, como consecuencia, se minimi!a la

presión de sobrealimentación de la rueda compresora.

Eiste una posición intermedia de la electroválvula en la cual se obtiene

igualmente una posición equilibrada de sección de paso de los gases de escape entre

los álabes móviles, correspondiendo esta situación a la de carga parcial del motor

*figura 3.2A..

$as 0enta,as +el t&r'oco(presor +e *eo(etr)a 0aria'le con respecto al

turbocompresor convencional se pueden resumir en la siguiente tabla0

qué es un compresor, descripcion

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