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Tema:
Compresores centrífugos
Expositor:
Ing. Serapio Quillos Ruiz
Escuela de Ingeniería Mecánica
CLASIFICACIÓN DE LOS COMPRESORES
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
COMPRESORES CENTRÍFUGOS
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
Los compresores utilizados en las turbinas de gas
pertenecen al grupo de las máquinas rotatorias, pudiendo
estas ser a su vez del tipo centrífugo o axial.
El principio de funcionamiento de los compresores
rotativos se funda en que, cuando un fluido compresible
pasa por un conducto de sección variable, se produce en
el fluido variaciones de presión, volumen específico y
velocidad.
Los compresores rotativos están constituidos por el
estator o parte fija y el rotor o elemento móvil.
COMPRESORES CENTRÍFUGOS
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
En el compresor el fluido entra a una presión
relativamente baja y experimenta en su interior una
disminución de volumen específico que da lugar a un
aumento de la presión del fluido.
La forma de cómo se produce esta variación, determina el
tipo de compresor y el principio de funcionamiento.
Los compresores utilizados en las instalaciones de
turbinas de gas pueden dividirse en compresores
centrífugos y axiales.
COMPRESORES CENTRÍFUGOS
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
COMPRESORES CENTRÍFUGOS
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
COMPRESORES CENTRÍFUGOS
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
Marca: Siemens
Modelo: STC-SP
Datos técnicos
Caudales de 200 a 130.000 m3/h
Relación de compresión de 1,01 a 1,45 según las
características del gas y la velocidad del accionamiento.
Presión operativa de la carcasa hasta 50 bar.
Accionamiento a su elección
COMPRESORES CENTRÍFUGOS
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
En condiciones de funcionamiento, se produce en la zona
A una depresión que da lugar a que el aire penetre por la
abertura de aspiración.
El aire que ha penetrado en las paletas del rotor es
impulsado bajo la acción de la fuerza centrífuga hacia los
conductos del difusor B, en donde experimenta a su paso
de A a B un aumento de presión y velocidad.
El aire a su paso por el difusor sufre una caída de
velocidad que se traduce en un aumento de su presión.
COMPRESORES CENTRÍFUGOS
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
Con objeto de obtener presiones más elevadas se
disponen varias unidades en serie sobre el mismo eje,
con lo que se obtiene el compresor centrífugo de
escalonamiento múltiple.
El aire comprimido tiene una infinidad de aplicaciones
debido a su adaptabilidad y facilidad de transporte en
comparación con el vapor.
La compresión del aire constituye un factor capital en el
funcionamiento de los motores de combustión interna y
turbina de gas.
COMPRESORES CENTRÍFUGOS
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
Para el transporte del gas natural y otros gases mediante
tuberías se utilizan compresores muy parecidos a los
empleados por el aire.
TURBO COMPRESORES CENTRÍFUGOS
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
La compresión de grandes volúmenes de aire es esencial
para el buen funcionamiento de una turbina de gas, para
producir aire a bajas presiones, inferiores a 385 mm. De
agua, se utilizan generalmente ventiladores, por encima de
este valor se emplean varios tipos de compresores y
ventiladores los cuales pueden clasificarse como siguen:
DE DEPLAZAMIENTO POSITIVO:
Compresores de émbolo.
Ventiladores-compresores.
Ventiladores no compresores.
TURBO COMPRESORES CENTRÍFUGOS
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO O DINAMICOS:
Ventiladores centrífugos de flujo radial.
Compresores de flujo axial.
Compresores de flujo mixto.
Cada tipo posee sus características peculiares es que lo
hacen apropiado para determinar aplicaciones. Así por
ejemplo la característica de velocidad, la relación entre
capacidad y peso o el rendimiento, pueden señalar a un
compresor como indicado para un uso e impropio para otro.
TURBO COMPRESORES RADIAL
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
TURBO COMPRESORES DIAGONAL
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
TURBO COMPRESORES AXIAL
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
TURBO COMPRESORES CENTRÍFUGOS
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
Los compresores centrífugos son máquinas de elevada
velocidad (3 000 a 40 000 rpm) y frecuentemente son
accionadas por turbinas de características de
velocidades similares así como también en gran número
de aplicaciones en que se requieren grandes cantidades
de aire o gas a presiones relativamente bajas.
TURBO COMPRESORES CENTRÍFUGOS
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
Pueden clasificarse según su relación de compresión en:
Soplantes: relación de compresión entre 1,1 y 3,5.
Turbocompresores propiamente dichos: relación de
compresión > 3,5.
Pueden clasificarse, según la dirección del flujo, en:
Radiales.
Diagonales, semiaxiales o de flujo mixto.
TURBO COMPRESORES CENTRÍFUGOS
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
Un compresor centrífugo consiste esencialmente en un
rodete" que gira, seguido de un difusor.
u2
c2 α2 β2 w2
TURBO COMPRESORES CENTRÍFUGOS
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
La función del rodete consiste en aumentar el nivel de
energía del fluido desviándolo hacia la periferia,
incrementado de ese modo el momento cinético del
fluido. En el rodete se aumenta tanto la presión estática
como la velocidad absoluta del fluido.
A la salida del rodete, el fluido entra en el difusor cuya
misión es convertir la energía cinética del mismo en
energía de presión.
Este proceso, como ya se verá, puede realizarse
mediante una difusión libre en el espacio anular que
rodea el rotor o incorporando una corona de álabes fijos
que permite reducir el tamaño del difusor.
TURBO COMPRESORES CENTRÍFUGOS
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
En el exterior del difusor hay un caracol o voluta cuya
función es recoger el flujo del difusor y dirigirlo hacia el
conducto de salida.
El tambor es la superficie curvada de revolución del rotor
(línea a-b) y la envolvente la superficie c-d que forma la
frontera externa del flujo.
Los rodetes pueden ser cerrados (envolvente unida a los
extremos de los álabes) o abiertos luego entre borde de
álabes y envolvente).
TURBO COMPRESORES CENTRÍFUGOS
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
Con los rodetes cerrados se eliminan las pérdidas
intersticiales en los bordes de los álabes y se compensan
los empujes axiales sobre el rodete, pero aumentan las
pérdidas de fricción y de ventilación (entre envolvente y
superficie de cierre de álabes).
Diferentes ensayos realizados por la NASA han
demostrado que los rodetes cerrados son más
convenientes para bajas velocidades pero así tan altas.
Por último, en el rodete se distingue un tramo a la
entrada en que los álabes están curvados, conocido
como zona inductora, que tiene por objeto desviar la
velocidad relativa hacia dirección axial.
TURBO COMPRESORES CENTRÍFUGOS
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
Esta zona inductora normalmente acaba en la región en
que el flujo está comenzando a desviarse hacia la
dirección radial, pero en algunos compresores de diseño
avanzado se amplía hasta muy dentro de la región de
flujo radial, a fin de que la difusión del flujo relativo sea
menor.
DIFUSOR
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
La función del difusor es convertir la energía cinética del
fluido que sale del rodete en presión estática.
La influencia del difusor en el rendimiento del compresor
es importante puesto que aproximadamente la mitad de
la energía del fluido a la salida del rodete es energía
cinética.
DIFUSOR
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
DIFUSOR SIN ALABES
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
Los difusores sin alabes tienen usualmente una altura
constante, en general igual a la de los alabes del rodete
en la salida.
En su forma mas simple tienen paredes paralelas, son
muy utilizados en los grupos sobrealimentados de los
motores alternativos de combustión interna, debido a las
características siguientes:
Bajo costo.
Rango de funcionamiento amplio.
Buena tolerancia a la erosión y al ensuciamiento.
Desventaja:
Mayor tamaño para la misma relación de difusión que un
difusor con álabes.
DIFUSOR CON ALABES
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
Los difusores sin alabes tienen usualmente una altura
constante, en general igual a la de los alabes del rodete
en la salida.
En el difusor con álabes la relación de difusión es más
alta que la que se obtendría en un difusor sin álabes, lo
que posibilita reducir el tamaño del mismo.
Un espacio sin álabes precede al difusor con álabes para
ayudar a reducir la inestabilidad del flujo, los niveles de
ruido y el número de Mach antes de entrar en los álabes.
Este espacio es del orden del 10 al 20% del diámetro del
rodete.
DIFUSOR CON ALABES
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
En un análisis unidimensional como el que se está
haciendo, el espacio desde la salida del rodete hasta la
garganta de los álabes del difusor puede ser tratado de la
misma que el difusor sin álabes.
Se puede calcular un área teórica de garganta del difusor
con álabes determinando la velocidad y la densidad
medias para el radio medio de la garganta.
El área de la garganta es la obtenida de la ecuación de la
continuidad para un flujo que sigue una espiral
logarítmica en el radio considerado. El área real debe
tomarse de un 5 a un 12% mayor que la teórica debido al
bloqueo ocasionado por la capa límite.
DIFUSOR CON ALABES
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
La parte conductora del álabe del difusor generalmente
sigue la trayectoria en espiral logarítmica
correspondiente hasta la garganta.
Desde la garganta, el canal formado por dos álabes
consecutivos forma un difusor con un ángulo de
conicidad equivalente no superior a 8°' o 12° a fin de
controlar el desprendimiento. La relación entre el área de
salida y la de garganta generalmente está entre 2 y 3,5.
DIFUSORES
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
DIFUSOR SIN ALABES DIFUSOR CON ALABES
DIFUSOR CON ALABES
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
El número de álabes del difusor tiene una relación directa
con el tamaño y con el rendimiento del difusor.
Con un gran número de álabes, el ángulo de divergencia
es menor y el rendimiento del difusor aumenta hasta un
punto en que el incremento de la fricción y la mayor
tendencia al bloqueo superan la ventaja de una difusión
más gradual.
Un gran número de álabes reduce considerablemente el
rango de buen comportamiento del difusor, ya que
medida que el número de álabes es mayor el punto de
máximo rendimiento se acerca más al punto de bombeo
en la curva rendimiento-gasto másico a velocidad de giro
constante.
DIFUSOR CON ALABES
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
m
ηTT
Dd1 >Zd2: Nº álabes
Dd1 Zd2
Variación del rendimiento del difusor con álabes al variar el
gasto másico, para distinto número de álabes.
DIFUSOR CON CARACOL
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
Ventilador centrífugo Ingersoll-Rand, de un rodete.
DIFUSOR CON CARACOL
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
DIFUSOR CON CARACOL
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
COMPARACIÓN DE ÁLABES TURBINA -COMPRESOR
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
FUNCIONAMIENTO DEL COMPRESOR CENTRÍFUGO
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
COMPRESOR CENTRÍFUGO MULTIETÁPICO
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
COMPRESOR CENTRÍFUGO MULTIETÁPICO
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
27/10/2015 Ing. Serapio Quillos Ruiz
Tomás Sánchez lencero, Antonio Muñoz Blanco, Francisco J.
Jiménez y Espadafor Aguilar. (2004). Turbomáquinas
térmicas. Editorial síntesis. Universidad de Sevilla. Madrid-
España. Pag s 243-275.
27/10/2015
Muchas gracias
