compresores y tipos de compresores

Click here to load reader

Post on 17-Dec-2015

145 views

Category:

Documents

26 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

En Mecánica se denomina compresor a un aparato o maquinaria térmica, utilizado en los ámbitos técnicos e industriales, formado por pistones, bielas, bomba de lubricación, bobinas, anillos de presión y lubricación, cigüeñal, carter y terminales, que permite que un fluido compresible, ya sea un gas o un vapor, adquiera energía, como energía de flujo, pues la energía adquirida por la sustancia fluye más presión y más energía cinética.

TRANSCRIPT

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCOFACULTAD DE INGENIERIA MECANICA, ELECTRICA, ELECTRONICA Y MINAS.

INGENIERIA MECNICA

COMPRESORES -TIPOS DE COMPRESORES

DOCENTE : Ing. Alfonso Huamn ValenciaCURSO : Motores de Combustin Interna

ALUMNOS: PALACIOS FIGUEROA IVAN CONSTANTINO CALDERON JIHUALLANCA HELARD AUCACUSI PEREYRA ALEX

CUSCO-PER2015COMPRESOR

DEFINICION.-Se denomina compresor en sentido amplio, a todo aquello destinado a oprimir, reducir de volumen, sujetar o contener alguna cosa.En Mecnica se denomina compresor a un aparato o maquinaria trmica, utilizado en los mbitos tcnicos e industriales, formado por pistones, bielas, bomba de lubricacin, bobinas, anillos de presin y lubricacin, cigeal, carter y terminales, que permite que un fluido compresible, ya sea un gas o un vapor, adquiera energa, como energa de flujo, pues la energa adquirida por la sustancia fluye ms presin y ms energa cintica. Entre la mquina y el fluido se produce un intercambio energtico.

HISTORIA.En los primeros aos del automvil la forma de conseguir ms potencia fuerelativamente sencilla: si se queran ms caballos se suba la cilindrada, bien empleando pistones de mayor tamao o bien aumentando el nmero de cilindros. Este tipo de solucin no presentaba problemas graves en vehculos de uso normal, pero en competicin pronto se demostr que no era la solucin ideal.Tambin se aument la velocidad de giro de los motores, pero la fragilidad y el aumento de peso no favorecan lo ms mnimo a la hora de competir.Ante este problema surgi una tercera va para conseguir ms potencia. Si sta, en definitiva, dependa de la cantidad de gasolina que se quemaba dentro de los motores, si se forzaba su entrada a los mismos se podran conseguir ms caballos sin necesidad de construirlos con cilindradas enormes o con ms cilindros.La idea de la sobrealimentacin es casi centenaria y existen patentes que se remontan al siglo XIX (aos de 1800). Ya los hermanos Daimler patentaron un tipo de compresor en 1896, y el ingeniero Bchi tambin present en 1905 la primera idea de lo que podra ser un turbocompresor, la cual complet en 1910 con un sistema bsicamente igual al que se utiliza hoy da.La llegada del turbo al motor de combustin interna se produjo ms tarde y suaplicacin comenz en la competicin despus de que por los aos sesenta se utilizase con profusin el compresor volumtrico. Los xitos ms notables en la implantacin del turbo vinieron de la mano del ingeniero francs Auguste Rateau. Despus, por encargo de Renault, comenz en los aos setenta, ya con los debidos medios, su aplicacin a motores de competicin en la categora de los Sport Prototipos. As naci el Renault Alpine A-442 que sirvi de base para el motor de Frmula 1 que debuto en 1977. A partir de ese momento, comenz una vertiginosa carrera en la aplicacin del turbo para motores de vehculos de gran serie, hasta el punto de que en la actualidad no hay fabricante de prestigio que no comercialice alguno de sus modelos dotado de turbo.

LA SOBREALIMENTACIN.Los aparatos de sobrealimentacin para motores de combustin elevan por compresin la cantidad de aire necesaria para la combustin del combustible, manteniendo constante la cilindrada y el nmero de revoluciones del motor, con lo cual facilitan una mayor densidad de potencia.

APARATOS DE SOBREALIMENTACIN PARA MOTORES DE COMBUSTIN Los aparatos de sobrealimentacin para motores de combustin se denominan generalmente compresores.Se distingue entre compresor mecnico, turbocompresor de gases de escape y compresor de onda de presin.La potencia de compresin necesaria en los compresores mecnicos procede del cigeal del motor (acoplamiento mecnico motor/compresor), tambin denominados supercargador. En los turbocompresores de gases de escape se obtiene la potencia de los gases de escape (acoplamiento fluidico, motor/compresor). En los compresores de onda de presin la potencia procede de los gases de escape, pero mediante un aparato de transmisin mecnico adems (acoplamiento mecnico y fluidico).

APARATOS DE SOBREALIMENTACINLos aparatos de sobrealimentacin para motores de combustin se denominan generalmente compresores.Se distingue entre compresor mecnico, turbocompresor de gases de escape y compresor de onda de presin.

POTENCIA DE COMPRESINCompresores mecnicos procede del cigeal del motor (acoplamiento mecnico motor/compresor), tambin denominados supercargador. turbocompresores de gases de escape se obtiene la potencia de los gases de escape.En los compresores de onda de presin la potencia procede de los gases de escape, pero mediante un aparato de transmisin mecnico adems.

COMPRESORES MECNICOSla sobrealimentacin de motores. En solitario o acompaados, los compresores mecnicos fueron la primera manera de sobrealimentar los motores trmicos. All por 1885 Gottlieb Daimler adapt una bomba de aire de tipo Roots que se utilizaba en los hornos metalrgicos al motor de uno de sus vehculos, era el primer compresor mecnico para sobrealimentar motores del mundo.Hoy vamos a tratar los compresores que son arrastrados por el motor, ya sea utilizando correas, cadenas o trenes de engranajes. Hay muchos tipos, pero de momento vamos a tratar los considerados como principales, que son a grandes rasgos los volumtricos y los centrfugos, aunque cada uno de los dos tipos tienen subvariantes.

TURBOCOMPRESORES DE GASES DE ESCAPEEl turbocompresor podra definirse como un aparato soplador o compresor movido por una turbina. Se puede considerar que est formado por tres cuerpos: el de la turbina, el de los cojinetes o central y el del compresor, van acoplados a ambos lados de los cojinetes.As, en uno de los lados del eje central del turbo van acoplados los labes de la turbina, y en el otro extremo los labes del compresor. Los gases de escape, al salir con velocidad hacen que giren los labes de la turbina a elevadas velocidades, y sta, a travs del eje central, hace girar el compresor que, a su vez, impulsa el aire a presin hacia las cmaras de combustin.Tanto los labes de la turbina como los del compresor giran dentro de unas carcasas que en su interior tienen unos conductos de formas especiales para mejorar la circulacin de los gases. El eje comn central gira apoyado sobre cojinetes situados entre compresor y turbina, y tambin est recubierto por una carcasa. El eje y los cojinetes reciben del propio motor, lubricacin forzada de aceite, que llega a la parte superior del cuerpo de cojinetes, se distribuye a travs de conductos en el interior y desciende a la parte inferior.

El sistema de alimentacin por medio de turbocompresor, es una tecnologa que alcanz su validez en esta dcada. La disipacin trmica, la lubricacin de los componentes mviles y la dosificacin de la presin, forman la clave del buen funcionamiento.En el cuerpo de la turbina, los gases de escape entran tangencialmente y circulan por un pasaje de seccin circular que se va estrechando progresivamente y los dirige hacia el centro, donde est situado el rodete de labes de la turbina. Al chocar contra los labes, los gases hacen girar la turbina, cambian de direccin 90 y salen perpendicularmente por el centro hacia el tubo de escape. El cuerpo de la turbina es de fundicin, o defundicin con aleacin de nquel, y el rodete se suele fabricar en aleaciones de nquel, de alta resistencia al calor.La utilizacin del turbo no sera posible en un motor si no se pudiera regular lasobrepresin que en mayor o menor grado aporta, de acuerdo con su mayor o menor velocidad de giro. Es evidente que a pocas revoluciones del motor, la salida de gases es de poca consideracin y la velocidad de giro de la turbina resulta muy moderada. Pero cuando el motor aumenta su rgimen de giro, la turbina recibe una mayor densidad y velocidad de los gases de escape, de modo que aumenta tambin su giro y con ella lo hace el compresor, que adquiere de ese modo elevados valores de sobrepresin.Para que el conjunto funcione correctamente, el turbo no ha de sobrepasar ciertos valores de sobrepresin, que oscilan generalmente entre los 0,4 y 0,7 bares,

EN LOS COMPRESORES DE ONDA DE PRESIN

COMPRESOR VOLUMTRICO.Uno de los sistemas ms antiguos de sobrealimentar motores ha sido la de compresores volumtricos, que estuvo casi en desuso a nivel comercial durante aos, hasta que a finales de la dcada de los 80, cobr un nuevo impulso cuando fabricantes como Lancia o Volkwagen iniciaron su aplicacin en modelos de gran serie.El objetivo de la instalacin en el automvil de sobrealimentadores, como los compresores volumtricos, es conseguir un mejor rendimiento del motor a base de llenar los cilindros lo ms rpido y con la mayor cantidad de mezcla aire/combustible posible. Existen varios tipos de compresor aunque casi todos han partido del mismo concepto: hacer circular aire a mayor velocidad de la que proporciona la presin atmosfrica, para acumular la mayor cantidad de aire posible en el conducto de admisin y crear una sobrepresin en l.

Todos los compresores volumtricos tienen una caracterstica en comn, que adems es una de sus principales desventajas: su accionamiento es mecnico y para funcionar necesitan ser movidos por el cigeal del motor, arrastre que supone una merma considerable en el potencial del motor.Pero esta desventaja tiene su gran contrapartida y es que al ser accionados directamente por el motor, se ponen en funcionamiento en el mismo instante en que ste arranca, y aumentan o disminuyen su funcin de sobrealimentacin en perfecta armona con el rgimen de giro del motor. Con ello, se consigue una sobrealimentacin instantnea y muy equilibrada a cualquier rgimen de giro, cosa que no ocurre con el turbo, que solo consigue entrar en funcionamiento til cuando los gases de escape que lo accionan tienen la suficiente velocidad para arrastrar la turbina. Uno de los compresores ms utilizados hace aos era el Eaton Roots 1, adoptado por prestigiosos fabricantes de motores, entre otros Abarth. En este compresor, la presin efectiva de carga no se creaba hasta llegar al colector de admisin y sus rotores de dos lbulos originaban una presin relativamente baja. El Roots 1, para una presin de 0,6 bares y paso mximo de aire, absorba 12,2 caballos de potencia del motor y su rendimiento, adems de no ser muy alto, empeoraba con el aumento de rgimen del motor. Luego vino el Roots 2, una versin posterior que lleg a mejores resultados gracias a una mayor complejidad en su construccin, con rotores de tres labes y que para moverse slo necesitaba 8 caballos de potencia para conseguir 0,6 bares de presin. Aqu se puede notar la presencia del Compresor Roots, definiendo al motor como un modelo Super Cargado (Super Charger).

FUNCIONAMIENTO DE UN COMPRESOR VOLUMETRICO:

Funcionan acoplados directamente al cigeal delmotor, que transmite el giro a alguna parte del compresor volumtrico(segn del tipo que se trate) que a su vez introduce elairea altapresinen los cilindros del motor.

ELEMENTOS DE UN COMPRESOR:

TIPOS DE COMPRESORES VOLUMETRICO:COMPRESORES EATON ROOTS

Los dos rotores compresores del compresor Roots giran de frente en una caja ovalada en sentidos contrarios y sin tocarse. La magnitud del intersticio que existe viene determinada por la construccin, el material elegido y las tolerancias admisibles. La sincronizacin de ambos rotores se realiza por medio de un par de ruedas dentadas que giran fuera de la cmara de trabajo.

COMPRESOR EATON ROOTS 1:

Se trata de una mquina pura de circulacin, en las que no se comprime el aire. La presin de carga efectiva no se crea hasta llegar al colector de admisin.Esta versin sencilla con rotores de dos labes origina una presin relativamente baja, y adems la crea muy despacio al aumentar el rgimen de giro.La potencia absorbida se situa para una sobrepresin de 0,6 bares y paso mximo de aire, en 12.2 CV.El rendimiento del compresor Roots no es muy alto y adems empeora con el aumento del rgimen de giro.La capacidad de suministro slo supera el 50% en una gama muy limitada. El aire comprimido se calienta extraordinariamente.

COMPRESOR EATON ROOTS 2:

Al igual que el anterior tampoco comprime el aire internamente, sin embargo la sobrepresin de carga, bajo las mismas condiciones, alcanza un mximo ms elevado.La potencia absorbida se situa en slo 8 CV y la temperatura del aire se eleva menos.El rendimiento de este compresor supera el 50% en una gama ms alta.

COMPRESOR VOLUMTRICO DE PISTONES ROTATIVOS WANKEL

Su funcionamiento es similar al del compresor roots, pero variando sustancialmente su geometra. De esta manera se mejoraron notablemente las propiedades.La sobrepresin que se alcanza es alta. La potencia absorbida para una presin de 0,6 bares y mximo paso de aire alcanza 8.2 CV. La temperatura del aire no se eleva mucho.El rendimiento est por encima del 50% para capacidad de circulacin media y en una pequea gama incluso supera el 60%.

COMPRESOR DE HLICE SPRINTEX

Este compresor fabricado en Escocia presenta un elevado consumo de energa, para una baja capacidad de suministro, con el mximo en casi 11 CV. La causa parece radicar en los cojinetes lisos del compresor Sprintex que ayudados por el rozamiento interno eleva mucho la temperatura del aire.El rendimiento no es muy bueno y slo con alta sobrepresin y un elevado grado de paso de aire se acerca al 50%.

COMPRESOR PIERBURG DE PISTN ROTATIVO

Este compresor tiene un parentesco cinmatico con el motor Wankel. Un rotor de tres labes describe una trayectoria circular en un tambor rotativo con cuatro cmaras. Las cmaras en su rotacin van cambiando de volumen y por lo tanto el aire se comprime dentro del compresor.El consumo de energa es muy bajo tambin en carga parcial, entre 2.7 y 8.2 CV. La elevacin de la temperatura es reducida. El rendimiento del compresor supera el 50% en una amplia gama de capacidad media de suministro.

COMPRESOR KKK DE MBOLO ROTATIVO

Es una mquina de mbolo rotatorio de eje interno. El rodete interior accionado (mbolo rotatorio) gira excntricamente en el rodete cilindrico exterior.Los rodetes con una relacin de transmisin de tres a dos giran uno frente al otro y sin contacto con la carcasa, alrededor de ejes de posicin fija. A causa de la excentricidad se puede captar el volumen mximo, comprimirlo y expulsarlo. La magnitud de la compresin interna viene fijada por la posicin del borde de salida.Por medio de unas aberturas de entrada y salida de gran superficie en el rodete exterior, se consigue un suministro casi continuo con tres llenados de cmara en cada revolucin.La sincronizacin del movimiento se realiza por medio de un par de ruedas dentadas rectas. Estas y los cojinetes de los rodetes van engrasados permanentemente con grasa.El rodete interior y el exterior hacen junta por medio del escaso juego que permiten entre s. Por la testa se realiza la junta por medio de aros de mbolo.Es una modificacin del compresor Roots. El rotor gira en un tambor que lo envuelve, que tambin gira por su parte.La creacin de la sobrepresin de carga y el paso del aire es muy rpido en el KKK.La potencia necesaria para conseguir una elevada presin y un alto grado de flujo es relativamente baja, con valores que se acercan a los 8 CV.El aire se calienta muy poco por la sobrepresin. El rendimiento del compresor KKK es muy bueno y en una amplia gama ronda el 50% y en una gama ms pequea supera el 60%.

COMPRESOR G DE VOLKSWAGEN

Se diferencia de otros modelos sobre todo porque no se compone de elementos en rotacin para conseguir la circulacin. La compresin del aire en el conducto del caracol es consecuencia de un movimiento oscilante de la pieza interior.La caracterstica de suministro del compresor G cumple el requisito de una rpida creacin de presin. Una elevada capacidad de circulacin se auna aqu con un bajo consumo de energa, ya que las prdidas por rozamiento son muy pequeas en los cojinetes del compresor G. El rendimiento alcanza en determinadas gamas de carga, mximos del 60%.El compresor G de Volkswagen ya no se utiliza, y se ha estado incorporando en algunos motores del W. Polo, W Golf y W. Passat durante menos de una dcada.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS. La ventaja fundamental sobre los turbocompresores es que los efectos de los compresores volumtricos se aprecian incluso a regmenes bajos del motor. Su desventaja es que roban parte de lapotenciadel motor parapoderfuncionar aunque luego la devuelven con creces.

EATON ROOTS

COMPRESOR EATON ROOTSEl compresor de desplazamiento mas popular es el de tipo "Roots", denominado "compresor de lbulos". En este caso un par de rotores en forma de "ochos" conectados a ruedas dentadas que giran a la misma velocidad pero en sentidos contrarios bombean y comprimen el aire conjuntamente. Este compresor mas que comprimir el aire lo que hace es impulsarlo.

Los rotores se apoyan en unos cojinetes. En vista de que nunca se tocan entre si, no se desgastan. En ocasiones, los lbulos son helicoidales y, en otras, de corte recto.Esta versin sencilla con rotores de dos labes origina una presin relativamente baja, y adems la crea muy despacio al aumentar el rgimen de giro.La potencia absorbida se sita para una sobrepresin de 0,6 bares y paso mximo de aire, en 12.2 CV.El rendimiento del compresor Roots no es muy alto y adems empeora con el aumento del rgimen de giro.La capacidad de suministro slo supera el 50% en una gama muy limitada. El aire comprimido se calienta extraordinariamente.

Los compresores de lbulos tienden a "pulsar" a bajas velocidades, no obstante, los de rotores helicoidales tienden a contrarrestar al mximo dichas pulsaciones. Los rotores pueden tener dos o tres lbulo. Un rotor de tres lbulos tiende a pulsarmenos que uno de dos. El rotor de tres lbulos da mejores resultados gracias a una mayor complejidad en su construccin, para moverse slo necesitaba robar al motor 8 caballos de potencia para conseguir 0,6 bares de presin.Cuando el motor no esta sometido a una gran carga, el vaci del colector de admisin, gira los rotores como un molino de viento, robando por tanto menos potencia del motor.

A altas revoluciones, mover el compresor le supone al motor una gran perdida de potencia, para reducir este esfuerzo marcas como la japonesa Mazda utiliza un compresor con polea de accionamiento de dimetro variable. Esto se consigue por medio de una polea que es acoplada al compresor por medio de un sistema de electroimn como el que utiliza el compresor del aire acondicionado. Por medio de un botn se pone en funcionamiento el compresor a voluntad del conductor.

Compresor Roots (figura inferior) utilizado en los motores TSi de Volkswagen.El compresor cuyo funcionamiento esta basado en el principio Roots, una caracterstica de este tipo de compresores es su capacidad para mantener el giro cuando se produce un cambio de marchas. El compresor es accionado mecnicamente por el cigeal del motor mediante una correa que mueve entre otros dispositivos, la bomba de agua, que forma conjunto con el embrague magntico que conecta o desconecta la transmisin de movimiento al compresor. La conexin y desconexin de la transmisin de movimiento al compresor esta gestionada por la centralita de inyeccin (ECU).

Una variante al compresor roots de lobulos rectos es elcompresor Lysholmcompuesto por dos piezas helicoidales que giran engranadas. El aire entra entre estas dos piezas que -al girar- disminuyen el volumen donde est alojado ese aire y aumentan su presin. El compresor Lysholm est movido normalmente por el cigeal mediante una correa. Mercedes lo utiliza en sus motores de gasolina sobrealimentados. El rendimiento de este compresor es aproximadamente de un 80 por ciento. El huelgo de ajuste entre los dos rotores no supera los 0,2 mm y por ejemplo los que utiliza Mercedes en sus modelos son de aluminio y huecos para para disminuir peso e inercia, van recubiertos de un material sintetico altamente deslizante que mejora el flujo de aire, gira hasta 12.000 rpm garantizando una sobrealimentacin suficiente a cualquier regimen para aumentar el par.

Los dos rotores compresores del compresor Roots giran de frente en una caja ovalada en sentidos contrarios y sin tocarse. La magnitud del intersticio que existe viene determinada por la construccin, el material elegido y las tolerancias admisibles. La sincronizacin de ambos rotores se realiza por medio de un par de ruedas dentadas que giran fuera de la cmara de trabajo. COMPRESOR EATON ROOTS 1:

Se trata de una mquina pura de circulacin, en las que no se comprime el aire. La presin de carga efectiva no se crea hasta llegar al colector de admisin.Esta versin sencilla con rotores de dos labes origina una presin relativamente baja, y adems la crea muy despacio al aumentar el rgimen de giro. La potencia absorbida se situa para una sobrepresin de 0,6 bares y paso mximo de aire, en 12.2 CV.El rendimiento del compresor Roots no es muy alto y adems empeora con el aumento del rgimen de giro. La capacidad de suministro slo supera el 50% en una gama muy limitada. El aire comprimido se calienta extraordinariamente.

CROMPRESOR EATON ROOTS 2:

Al igual que el anterior tampoco comprime el aire internamente, sin embargo la sobrepresin de carga, bajo las mismas condiciones, alcanza un mximo ms elevado.La potencia absorbida se situa en slo 8 CV y la temperatura del aire se eleva menos.El rendimiento de este compresor supera el 50% en una gama ms alta.