Guía de tipos de compresores dinámicos: centrífugos y axiales

Un compresor centrífugo se caracteriza por su flujo de descarga radial. El aire se aspira al centro de un rodete giratorio con hojas radiales y las fuerzas centrífugas lo empujan hacia el perímetro del rodete. El movimiento radial del aire produce de manera simultánea un aumento de presión y genera energía cinética. Antes de dirigir el aire hacia el centro del rodete de la siguiente etapa del compresor, pasa a través de un difusor y una voluta, donde la energía cinética se convierte en presión.

Cada etapa ocupa una parte del aumento de presión general de la unidad del compresor. En la maquinaria industrial, la relación de presiones máxima de una etapa de compresor centrífugo no suele ser superior a 3. Las relaciones de presión más altas reducen la eficiencia de la etapa. Las aplicaciones multietapa ofrecen la posibilidad de refrigeración intermedia para reducir los requisitos de potencia. Se pueden organizar varias etapas en serie sobre un único eje de baja velocidad. Este concepto se utiliza a menudo en el sector del petróleo y el gas o en el de procesos.

Aunque la relación de presiones por etapa es baja, se utilizan numerosas etapas o conjuntos de múltiples compresores para alcanzar la presión deseada. Para aplicaciones de compresión de aire, se integra una caja de engranajes de alta velocidad con las etapas del compresor para girar los rodetes de piñones de alta velocidad. El rodete puede tener un diseño abierto o cerrado.

Un compresor axial tiene un flujo axial, por el que el aire o el gas pasan a lo largo del eje del compresor a través de filas de palas giratorias y fijas. De esta manera, la velocidad del aire aumenta gradualmente al mismo tiempo que las palas fijas convierten la energía cinética en presión. El compresor suele incorporar un tambor compensador para contrarrestar el empuje axial.

Los compresores axiales son generalmente más pequeños y ligeros que los compresores centrífugos equivalentes, y suelen funcionar a velocidades más altas. Se utilizan para caudales volumétricos altos y constantes a una presión relativamente moderada, por ejemplo, en sistemas de ventilación. Dada su alta velocidad de rotación, se acoplan perfectamente a turbinas de gas para la generación de electricidad y la propulsión de aviones.

Un compresor centrífugo se caracteriza por su flujo de descarga radial. El aire se aspira al centro de un rodete giratorio con hojas radiales y las fuerzas centrífugas lo empujan hacia el perímetro del rodete. El movimiento radial del aire produce de manera simultánea un aumento de presión y genera energía cinética. Antes de dirigir el aire hacia el centro del rodete de la siguiente etapa del compresor, pasa a través de un difusor y una voluta donde la energía cinética se convierte en presión.

Cada etapa ocupa una parte del aumento de presión general de la unidad del compresor. En la maquinaria industrial, la relación de presiones máximas de una etapa de compresor centrífugo no suele ser superior a 3. Las relaciones de presión más altas reducen la eficiencia de la etapa. Se utilizan aplicaciones de baja presión y una sola etapa, por ejemplo, en plantas de tratamiento de aguas residuales. Las aplicaciones multietapa ofrecen la posibilidad de interrefrigeración para reducir los requisitos de potencia. Se pueden organizar varias etapas en serie sobre un único eje de baja velocidad. Este concepto se utiliza a menudo en el sector del petróleo y el gas o en el de procesos.

Aunque la relación de presiones por etapa es baja, se utilizan numerosas etapas o conjuntos de múltiples compresores en serie para alcanzar la presión de salida deseada. Para aplicaciones de compresión de aire, se integra una caja de engranajes de alta velocidad con las etapas del compresor para girar los rodetes de piñones de alta velocidad. El rodete puede tener un diseño abierto o cerrado.

El diseño abierto de un compresor centrífugo se utiliza más a menudo para aplicaciones de aire de alta velocidad. El rodete se compone normalmente de una capa especial de acero inoxidable o aluminio. La velocidad del eje del rodete es muy alta en comparación con la de otros tipos de compresores. Las velocidades de 15 000-100 000 rpm son habituales. Esto significa que el eje o el piñón del compresor de alta velocidad utilizan rodamientos con película de aceite común en lugar de rodamientos de rodillos. Alternativamente, se pueden utilizar rodamientos con película de aire o rodamientos magnéticos activos para una máquina totalmente exenta de aceite. Hay dos rodetes montados en cada extremo del mismo eje para contrarrestar las cargas axiales causadas por las diferencias de presión.

En una configuración moderna del compresor de aire centrífugo, se utilizan motores eléctricos de ultra alta velocidad para accionar los rodetes directamente. Esta tecnología crea un compresor compacto sin caja de engranajes y un sistema de lubricación por aceite asociado, lo que lo convierte en un diseño de compresor exento de aceite por completo. Cada compresor centrífugo se debe sellar de manera adecuada para reducir las fugas a lo largo del eje a través de la carcasa del compresor. Se utilizan muchos tipos de retenes, y los más avanzados se pueden encontrar en compresores de alta velocidad diseñados para altas presiones. Los tipos más comunes son los retenes de laberinto, los retenes de anillo o de separación controlada (generalmente, retenes de grafito) y los retenes mecánicos.