documento ventiladores y compresores 1 (1)

7/30/2019 Documento Ventiladores y Compresores 1 (1)

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

UNI-Norte

Sede Regional en Estel

Asignatura

Mecnica de Fluidos

Docente: Ing. Alba Veranay Daz Corrales

II Semestre 2009


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V. Unidad: Equipos Impulsores de Fluidos Compresibles

1. Comprensores y ventiladores

2. Clasificacin

3. Caractersticas

4. Ventiladores en la agroindustria

I. Introduccin

Toda mquina que realiza trabajo con la finalidad de mantener un fluido en movimientoo provocar el desplazamiento o el flujo del mismo se podra ajustar al nombre de bombao compresor, los que suelen evaluarse por cuatro caractersticas:

1.Cantidad de fluido descargado por unidad de tiempo2.Aumento de la presin3.Potencia4.Rendimiento

El efecto conseguido por la mayora de los dispositivos de bombeo es el de aumentar lapresin del fluido, si bien algunos de ellos comunican al fluido un aumento de suenerga cintica o una elevacin de su nivel geodsico.

Lasbombas en general son utilizadas para lquidos. Estas trabajan simultneamente con

la presin atmosfrica de forma que esta impulse el lquido hacia el interior de la bombapor la depresin que tiene lugar en el centro de la misma.

Las bombas empleadas para gases y vapores suelen llamarse compresores. Loscompresores poseen una tubera de succin por donde es aspirado el gas que dentro delcompresor reduce su volumen y aumenta su presin.

Ventiladores, sopladores, compresores y el flujo de gases.

Los ventiladores, sopladores y compresores se utilizan para incrementar la presin yprovocar un flujo de aire y otros sistemas de flujo de gases. Su funcin es similar a lasde las bombas en un sistema de flujo de lquidos. Sin embargo, la compresibilidad de

los gases ocasiona algunas diferencias importantes.Como habr observado, en muchos hogares se usan ventiladores y sopladores; unejemplo obvio son los ventiladores que se utilizan para hacer circular el aire cuandohace tanto calor que resulta incmodo. El ventilador impulsa aire del ambiente en lahabitacin, lo acelera con la accin de las aspas y lo enva a una velocidad mayor. Elaire que se mueve tiende a crear un efecto de enfriamiento.

Las diferencias principales entre ventiladores, sopladores y comprensores son laconstruccin fsica y las presiones para los que estn diseados. Un ventilador estdiseado para que opere a presiones estticas pequeas, de hasta 2 psi (13.8 Kpa). Las

presiones comunes de operacin de los ventiladores van de 0 a 6 pulg H2O (0.00 a 0.217

psi o 0 a 1500 Pa). Para presiones que van de 2 psi hasta 10 psi (69 kpa),
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aproximadamente, al impulsor de gas se le denomina soplador. Para desarrollarpresiones mas elevadas, incluso de varios miles de psi, se emplean compresores.

Se utilizan ventiladores para hacer circular el aire dentro de un espacio, paraintroducirlo o evacuarlo, o para moverlo a travs de ductos de sistema de ventilacin,calefaccin o aire acondicionado. Los tipos de ventiladores incluyen ventiladores deaspas, de ductos y centrfugos.

Muchas industrias utilizan aire comprimido en sistemas de fluidos de potencia paramover equipo de produccin, dispositivos de manejo de materiales y maquinariaautomtica. La presin comn de operacin de dichos sistemas esta en el rango de 60 a125 psig (414 a 862 kPa manomtrica). El rendimiento y la productividad del equipodisminuyen, si la presin cae por debajo de la presin de diseo establecida. Por tantodebe ponerse mucha atencin a las prdidas de presin entre compresor y el punto deempleo. Debe de efectuarse un anlisis detallado del sistema de tubera, tomando encuenta la compresibilidad del aire.

Cuando en alguna parte del sistema de flujo ocurren cambios grandes de la presin o dela temperatura del aire comprimido, debe tomarse en cuenta las modificacionescorrespondientes del peso especfico del aire. Sin embargo, si el cambio de la presin esmenor de 10% de la presin de entrada, las variaciones en el peso especfico tendrn unefecto despreciable. Si la cada presin est entre 10 y 40% de la presin de entrada, seutiliza el promedio del peso especfico para las condiciones de entrada y salida, con elfin obtener resultados con exactitud razonable. Si el cambio que se pronostica para la

presin es superior a 40%, debe repetirse el diseo del sistema o bien consultar otrasreferencias.

El peso especfico para cualesquiera condiciones de presin y temperatura se calcula apartir de la ley de los gases ideales, que establece que:

P / = constante = R

R: Constante del gas en consideracin

T: Temperatura absoluta

P: Presin absoluta del gas

: Peso especfico del gas

1. Compresores

Un compresor es una mquina que eleva la presin de un gas, un vapor o una mezcla de

gases y vapores. La presin del fluido se eleva reduciendo el volumen especfico delmismo durante su paso a travs del compresor. Comparados con turbo soplantes yventiladores centrfugos o de circulacin axial, en cuanto a la presin de salida, loscompresores se clasifican generalmente como maquinas de alta presin, mientras quelos ventiladores y soplantes se consideran de baja presin.

Los compresores se emplean para aumentar la presin de una gran variedad de gases yvapores para un gran nmero de aplicaciones. Un caso comn es el compresor de aire,que suministra aire a elevada presin para transporte, pintura a pistola, inflamiento deneumticos, limpieza, herramientas neumticas y perforadoras. Otro es el compresor derefrigeracin, empleado para comprimir el gas del vaporizador. Otras aplicaciones

abarcan procesos qumicos, conduccin de gases, turbinas de gas y construccin.
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Un compresor es una mquina de fluido que est construida para aumentar lapresin ydesplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y losvapores. sto se realiza a travs de un intercambio de energa entre la mquina y elfluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la substancia que

pasa por l conviertiendose en energa de flujo, aumentando su presin y energa

cintica impulsndola a fluir.Al igual que las bombas, los compresores tambin desplazan fluidos, pero a diferenciade las primeras que son mquinas hidrulicas, stos son mquinas trmicas, ya que sufluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y,generalmente, tambin de temperatura; a diferencia de los ventiladoresy los sopladores,los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presin, densidad otemperatura de manera considerable.

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

Son parte importantsima de muchos sistemas de refrigeracin y se encuentran en cadarefrigerador casero, y en infinidad de sistemas de aire acondicionado.

Se encuentran en sistemas de generacin de energa elctrica, tal como lo es el CicloBrayton.

Se encuentran en el interior muchos "motores de avin", como lo son losturborreactoresy hacen posible su funcionamiento.

Generan gases comprimidos para la red de alimentacin de sistemas neumticos, loscuales mueven fbricas completas.

1.1 Estructura de los compresores

Los elementos principales de esta estructura son: motor, cuerpo, tapas, enfriador yrboles. El cuerpo y las tapas del compresor se enfran por el agua. Los elementosconstructivos tienen ciertas particularidades. Para disminuir las perdidas de energa de lafriccin mecnica de los extremos de las placas contra el cuerpo en este se colocan dosanillos de descarga que giran libremente en el cuerpo. A la superficie exterior de estosse enva lubricacin. Al girar el motor los extremos de las placas se apoyan en el anillode descarga y se deslizan parcialmente por la superficie interior de estos; los anillos dedescarga giran simultneamente en el cuerpo.

Al fin de disminuir las fuerzas de friccin en las ranuras las placas se colocan noradicalmente sino desvindolas hacia adelante en direccin de la rotacin. El ngulo dedesviacin constituye 7 a 10 grados. En este caso la direccin de la fuerza que actasobre las placas por lado del cuerpo y los anillos de descarga se aproxima a la direccinde desplazamiento de la placa en la ranura y la fuerza de friccin disminuye.

Para disminuir las fugas de gas a travs de los huelgos axiales, en el buje del motor secolocan anillos de empacaduras apretados con resortes contra las superficies de lastapas.

Por el lado de salida del rbol a travs de la tapa, se ha colocado una junta deprensaestopas con dispositivos tensor de resortes.
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1.2 Tipos de compresores

Clasificacin segn el mtodo de intercambio de energa:

Reciprocantes o Alternativos: utilizan pistones (sistema bloque-cilindro-mbolo comolos motores de combustin interna). Abren y cierran vlvulas que con el movimiento del

pistn aspira/comprime el gas gracias a un motor elctrico incorporado. Es el compresorms utilizado en potencias pequeas. Pueden ser de los tipos hermticos monofsicos,comunes en refrigeradores domsticos. O de mayores capacidades (monofsicos ytrifsicos) de varios cilindros que permiten mantencin/reparacin. Su uso hadisminuido en el ltimo tiempo y ha cedido lugar al compresor de tornillo que tienemejores prestaciones.

Orbital (Espiral, Scroll)

Rotativo-Helicoidal (Tornillo, Screw): la compresin del gas se hace de maneracontinua, haciendolo pasar a traves de dos tornillos giratorios. Son de mayorrendimiento y con una regulacin de potencia sencilla, pero su mayor complejidadmecnica y coste hace que se emplee principalmente en elevadas potencias, solamente.

Rotodinmicos oTurbomquinas: Utilizan un rodete con palas o labes para impulsar ycomprimir al fluido de trabajo. A su vez stos se clasifican en:

1.3Clasificacin de los compresores

Al clasificarse segn el indicio constructivo los compresores volumtricos se subdividenen los de mbolo y de motor y los de paletas en centrfugos y axiales. Es posible ladivisin de los compresores en grupos de acuerdo con el gnero de gas que se desplaza,del tipo de transmisin y de la destinacin del compresor. Estos al igual que las bombasmencionadas anteriormente pueden clasificarse en dos grupos:

1. Compresores de desplazamiento positivo2. Compresores de desplazamiento no positivo

1.4 Descripcin de Compresiones de Desplazamiento Positivo

Compresores Alternativos o de Embolo

El compresor de embolo, de vaivn o de movimiento alternativo, es una maquina dedesplazamiento positivo que aumenta la presin de un volumen determinado de gasmediante la reduccin de su volumen inicial. La compresin se verifica por elmovimiento de vaivn de un embolo encerrado en un cilindro. Generalmente, el cilindro

es de dobla efecto y esta accionado por un mecanismo de biela y manivela. Lacompresin tiene lugar en ambos extremos del cilindro, el cual suele llevar una camisa
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de agua para disparar el calorengendrado por la friccin de los anillos del embolo y porla empaquetadura del vstago y parte del calor de compresin. La salida del vstago enel cilindro se cierra con una empaquetadura sin escapes. Se regula la oportuna salida yentrada del gas en el cilindro mediante vlvulas que se abren segn cambia la presindiferencial entre el interior del cilindro y el sistema gaseoso.

El proceso de compresin puede verificarse en una sola etapa termodinmica(compresin de una fase) o dividirse en varias etapas con enfriamiento intermedio delgas (compresin de varias etapas o multigradual). La compresin multigradual requiereuna maquina ms costosa que la compresin unifase, pero se utiliza con mas frecuencia

por varias razones: menor consumo de energa, menor elevacin de temperatura del gasdentro del cilindro y menor dimetro del cilindro.

Los compresores que se utilizan mas comnmente para comprimir gases tienen unacruceta a la que se conectan la biela y la varilla del pistn. Esto proporciona unmovimiento en lnea recta para la varilla del pistn y permite que se utilice un embalajesimple, en lafigura 30 se muestra una maquina sencilla, de etapa simple, con un pistn

de accin doble. Se pueden utilizar pistones de accin simple o doble, dependiendo deltamao de la maquina y el numero de etapas. En alguna maquinas, se usan pistones deaccin doble, en la primera etapa y de accin simple, en las posteriores.

En las maquinas de etapas mltiples, hay enfriadores intermedios entre capa una deestas. Esos intercambiadores de calor eliminan el calor de la compresin del gas yreducen su temperatura a aproximadamente la que existe a la entrada del compresor. Eseenfriamiento reduce el volumen de gas que va a los cilindros a alta presin, hacedisminuir la energa necesaria para la compresin y, a presiones elevadas, mantiene latemperatura dentro de lmites de operacin seguros.

Los compresores con cilindro horizontales (Fig. 31) son los que mas se utilizan, por sucapacidad de acceso. Sin embargo, se construyen tambin maquinas con cilindrosverticales y otras disposiciones, tales como las de ngulo recto (uno horizontal y el otrovertical) y en ngulo en V. Los compresores alternativos, pueden ser del tipo lubricadoo sin lubricar.

1.5 Lubricacin de compresores

Para la lubricacin de los compresores de mbolo se emplean los mismos mtodos quepara las mquinas de vapor, salvo las altas exigencias de los aceites de engrase a causadel gran calor radiado por los cilindros de vapor.

Para el engrase de los cilindros, como para las mquinas de vapor, se emplean bombasde mbolo buzo de funcionamiento obligado por la transmisin.

An con altas presiones de gas deben procurarse aceites de poca viscosidad. Un aceiteviscoso exige una potencia innecesariamente grande y hace que las vlvulas tengan mstendencia a pegarse y romperse. Para muy altas presiones, se emplean, sin embargo,algunas veces los aceites viscosos para mejora la hermeticidad, aunque la temperaturadel gas sea ms baja. A ser posible se utilizara el aceite para el engrase del cilindro y dela transmisin, pues ello facilita la recuperacin y nuevo empleo del aceite.
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1.6 Tipos de compresores Alternativos o de mbolo

Compresor de mbolo oscilante

Este es el tipo de compresor ms difundido actualmente. Es apropiado para comprimir abaja, media o alta presin.

Para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario disponer varias etapascompresoras. El aire aspirado se somete a una compresin previa por el primer mbolo,seguidamente se refrigera, para luego ser comprimido por el siguiente mbolo. Elvolumen de la segunda cmara de compresin es, en conformidad con la relacin, ms

pequeo. Durante el trabajo de compresin se forma una cantidad de calor, que tieneque ser evacuada por el sistema refrigeracin.

Compresor de membrana

Una membrana separa el mbolo de la cmara de trabajo; el aire no entra en contactocon las piezas mviles. Por tanto, en todo caso, el aire comprimido estar exento deaceite. Estos, compresores se emplean con preferencia en las industrias alimenticiasfarmacuticas y qumicas.

Compresor de mbolo rotativo

Consiste en un mbolo que est animado de un movimiento rotatorio. El aire escomprimido por la continua reduccin del volumen en un recinto hermtico.

Compresores Rotarios

Se denominan compresores rotatorios a aquellos grupos que producen aire comprimidopor un sistema rotatorio y continuo, es decir, que empujan el aire desde la aspiracinhacia la salida, comprimindolo.

Se distinguen los siguientes tipos:

Compresores de tornillo

Esencialmente se componen de un par de motores que tienen lbulos helicoidales deengrane constante.

La compresin por motores paralelos puede producirse tambin en el sentido axial conel uso de lbulos en espira a la manera de un tornillo sin fin. Acoplando dos motores de

este tipo, uno convexo y otro cncavo, y hacindolos girar en sentidos opuestos se logradesplazar el gas, paralelamente a los dos ejes, entre los lbulos y la carcaza.

Las revoluciones sucesivas de los lbulos reducen progresivamente el volumen de gasatrapado y por consiguiente su presin, el gas as comprimido es forzado axialmente porla rotacin de los lbulos helicoidales hasta 1 descarga.

Compresores de paletas deslizantes

El motor es excntrico en relacin a la carcasa o el cilindro, y lleva una serie de aletasque se ajustan contra las paredes de la carcasa debido a la fuerza centrfuga.

Este tipo de compresores consiste bsicamente de una cavidad cilndrica dentro de la

cual esta ubicado en forma excntrica un motor con ranuras profundas, unas paletasrectangulares se deslizan libremente dentro de las ranuras de forma que al girar el motor
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la fuerza centrifuga empuja las paletas contra la pared del cilindro. El gas al entrar, esatrapado en los espacios que forman las paletas y la pared de la cavidad cilndrica escomprimida al disminuir el volumen de estos espacios durante la rotacin.

Compresores soplantes

Se conocen como compresores de doble motor o de doble impulsor aquellos quetrabajan con dos motores acoplados, montados sobre ejes paralelos, para una mismaetapa de compresin. Una mquina de este tipo muy difundida es el compresor delbulos mayor conocida como "Roots", de gran ampliacin como alimentador de losmotores diesel o compresores de gases a presin moderada. Los motores, por lo general,de dos o tres lbulos estn conectados mediante engranajes exteriores. El gas que entraal soplador queda atrapado entre los lbulos y la carcaza; con el movimiento de losmotores de la mquina, por donde sale, no pudieron regresarse debido al estrecho juegoexistente entre los lbulos que se desplazan por el lado interno.

Descripcin de Compresores de Desplazamiento no PositivoCompresores Centrfugos

El principio de funcionamiento de un compresor centrfugo (Fig. 32) es el mismo que elde una bomba centrfuga, su diferencial principal es que el aire o el gas manejado en uncompresor es compresible, mientras que los lquidos con los que trabaja una bomba, son

prcticamente incompresibles. Los compresores centrfugos pueden desarrollar unapresin en su interior, que depende de la naturaleza y las condiciones del gas quemanejan y es virtualmente independiente de la carga del procesamiento. Lascondiciones que es preciso tomar en cuenta son:

1.La presin baromtrica mas baja2.La presin de admisin mas baja3.La temperatura mxima de admisin4.La razn mas alta de calores especficos5.La menor densidad relativa6.El volumen mximo de admisin7.La presin mxima de descarga

La mayora de los compresores centrfugos funcionan a velocidades de 3.500 RPM(revoluciones por minuto) o superiores y uno de los factores limitantes es el de la fatigadel impulsor. Los impulsores de los compresores centrfugos son por lo comn motores

elctricos o turbinas de vapor o gas, con o sin engranajes de aumento de velocidad.En un compresor, como en una bomba centrfuga, la carga es independiente del fluidoque se maneje.

Los compresores centrfugos constan esencialmente de: caja, volutas, rodetesimpulsores, un eje y un sistema de lubricacin.

Las volutas convierten la energa cintica del gas desarrollada por los impulsores enenerga potencial o presin. La caja es la cubierta en que van ajustadas las volutas y esta

proyectada para la presin a la que se ha de comprimir el gas.

La caja se construye adaptndola a la aplicacin particular y puede ser de hierro colado,

acero estructural o fundicin de acero.
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La compresin de un gas en un compresor centrfugo requiere con frecuencia un mediode ocluir el gas para evitar su fuga a la atmsfera o su contaminacin. Existen variostipos de oclusores:

1.el de cierre mecnico con anillo de carbn2.el gas inerte3.el directo de aceite en el cojinete del compresor y los de gasto de aceite

Todos estn diseados principalmente como cierre de funcionamiento y no deparo.

Los compresores centrfugos se utilizan para una gran variedad de servicios, incluyendo

1.enfriamiento y desecacin,2.suministro de aire de combustin a hornos y calderas,3.sopladores de altos hornos, cpulas y convertidores,4.transporte de materiales slidos,5.procesos de flotacin,

6.por agitacin y aereacin, por ventilacin,7.como eliminadores y para comprimir gases o vapor

Compresor Axial

El compresor axial se desarrollo para utilizarse con turbinas de gas y posee diversasventajas para servicios en motores de reaccin de la aviacin. Su aceptacin por laindustria para instalaciones estacionarias fue lenta; pero se construyeron varias unidadesde gran capacidad para altos hornos, elevadores de la presin de gas y servicios entneles aerodinmicos.

En los compresores de este tipo (Fig. 33), la corriente de aire fluye en direccin axial, a

travs de una serie de paletas giratorios de un motor y de los fijos de un estator, queestn concntricos respecto al eje de rotacin. A diferencia de la turbina, que tambinemplea los paletas de un motor y los de un estator, el recorrido de la corriente de uncompresor axial va disminuyendo de rea de su seccin transversal, en la direccin de lacorriente en proporcin a la reduccin de volumen del aire segn progresa lacompresin de escaln a escaln.

Una vez suministrado el aire al compresor por el conducto de admisin, pasa lacorriente a travs de un juego de paletas directores de entrara, que preparan la corriente

para el primer escaln de del compresor. Al entrar en el grupo de paletas giratorios, lacorriente de aire, que tiene una direccin general axial se defecta en la direccin de la

rotacin. Este cambio de direccin de la corriente viene acompaado de unadisminucin de la velocidad, con la consiguiente elevacin de presin por efecto dedifusin. Al pasar la corriente a travs del otro grupo de paletas del estator se lo para yendereza, despus de lo cual es recogida por el escaln siguiente de paletas rotatorios,donde contina el proceso de presurizacin.

Un compresor axial simple puede estar constituido tericamente por varias etapas segnsea necesario, pero esto puede producir que a determinadas velocidades las ultimasetapas funcionen con bajo rendimiento y las primeras etapas trabajen sobrecargadas.Esto puede ser corregido ya sea con extraccin de aire entre etapas o se puede conseguirmucha mayor flexibilidad y rendimiento partiendo el compresor en dos sistemasrotatorios completamente independientes mecnicamente, cada uno arrastrado por su

propia turbina. El compresor de alta tiene paletas ms cortos que el de baja y es masligero de peso. Puesto que el trabajo de compresin de compresor de alta trabaja a
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mayor temperatura que el de baja se podrn conseguir velocidades mas altas antes deque las puntas de los paletas alcancen su nmero de Mach lmite, ya que la velocidaddel sonido aumento a mayor temperatura. Por consiguiente el compresor de alta podrrodar a mayor velocidad que el de baja.

El aire al salir del compresor pasa a travs de un difusor que lo prepara para entrar a lacmara de combustin.

Ventajas y Desventajas de los Compresores

Compresores Alternativos

El uso de lubricantes en los compresores alternativos el causante de sus principalesventajas y desventajas.

Un compresor lubricado durara mas que uno que no lo esta. Hay que tener cuidado deno lubricar en exceso, porque la carbonizacin del aceite en las vlvulas puedeocasionar adherencias y sobrecalentamiento. Adems, los tubos de descarga saturadoscon aceite son un riesgo potencial de incendio, por lo que se debe colocar corrienteabajo un separador para eliminar el aceite. Los problemas ms grandes en loscompresores con cilindro lubricado son la suciedad y la humedad, pues destruyen la

pelcula de aceite dentro del cilindro.

En los compresores sin lubricacin la suciedad suele ser el problema mas serio, y hayotros problemas que puede ocasionar el gas en si. Por ejemplo, un gas absolutamenteseco puede ocasionar un severo desgaste de los anillos.

Compresores RotatoriosEl diseo de anillo de agua tiene la ventaja de que el gas no hace contacto con las partesrotatorias metlicas. Los aspectos crticos son la presin de vapor del gas de entrada,comparada con la presin de vapor del liquido que forma el anillo de agua y el aumentode temperatura en el mismo. La presin de vapor del fluido para sellos debe ser muyinferior al punto de ebullicin, porque de otra forma se evaporara el anillo de agua,ocasionara perdida de capacidad y quizs serios daos por sobrecalentamiento.

Compresores Centrfugos

Ventajas

1. En el intervalo de 2.000 a 200.000 ft3/min., y segn sea la relacin depresin, este compresor es econmico porque se puede instalar en una sola unidad.2.Ofrece una variacin bastante amplia en el flujo con un cambio pequeo en lacarga.3.La ausencia de piezas rozantes en la corriente de compresin permite trabajar unlargo tiempo entre intervalos de mantenimiento, siempre y cuando los sistemasauxiliares de aceites lubricantes y aceites de sellos estn correctos.4.Se pueden obtener grandes volmenes en un lugar de tamao pequeo. Esto

puede ser una ventaja cuando el terreno es muy costoso.5.Su caracterstica es un flujo suave y libre de pulsaciones.
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Desventajas

1.Los compresores centrfugos son sensibles al peso molecular del gas que secomprime. Los cambios imprevistos en el peso molecular pueden hacer que las

presiones de descarga sean muy altas o muy bajas.2.Se necesitan velocidades muy altas en las puntas para producir la presin. Con latendencia a reducir el tamao y a aumentar el flujo, hay que tener mucho mascuidado al balancear los motores y con los materiales empleados en componentessometidos a grandes esfuerzos.3.Un aumento pequeo en la cada de presin en el sistema de proceso puedeocasionar reducciones muy grandes en el volumen del compresor.4.Se requiere un complicado sistema para aceite lubricante y aceite para sellos.

Compresores Axiales

La alta eficiencia y la capacidad mas elevada son las nicas ventajas importantes quetienen los compresores de flujo axial sobre las maquinas centrfugas, para lasinstalaciones estacionarias. Su tamao y su peso menores no tienen mucha valor,tomando en cuenta, sobre todo, el hecho de que losprecios son comparables a los de lasmaquinas centrfugas diseadas para las mismas condiciones. Las desventajas incluyenuna gama operacional limitada, mayor vulnerabilidad a la corrosin y la erosin y

propensin a las deposiciones.

2. Ventiladores

Se denominan mquinas de fluido aquellas que intercambian energa mecnica con unfluido que las atraviesa.

Si en el proceso el fluido incrementa su energa, la mquina se denomina generadora(compresores, bombas), mientras que si la disminuye, la mquina se denomina motora(turbinas, motores de explosin).

Las mquinas de fluido se clasifican en funcin de la compresibilidad del fluido en:

Mquina hidrulica o mquina de fluido incompresible es aquella que trabaja con

fluidos incompresibles. A este grupo pertenecen las mquinas que trabajan con lquidos(por ejemplo, agua) pero adems se incluyen aquellas que trabajan con gases cuandostos se comportan como incompresibles, como por ejemplo los ventiladores.

Estas mquinas aprovechan nicamente la energa mecnica disponible en el fluido(cintica y potencial), de modo que si se incrementa la temperatura del fluido a laentrada de la mquina, simplemente se obtendr a la salida un fluido ms caliente, sinque dicho incremento de temperatura suponga un aprovechamiento mayor de la energadisponible.

As, los molinos, aprovechan la energa cintica de los cursos de agua, mientras que las

modernas centrales hidroelctricas aprovechan la energa potencial del agua embalsada.
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El intercambio energtico en estas mquinas est gobernado por la ecuacin de

Bernoulli.

Mquina trmicao mquina de fluido compresible es aquella que trabaja con fluidos

compresibles, ya sean condensables (caso de la mquina de vapor) o no condensables(como la turbina de gas).

En este caso, s se aprovecha la energa trmica del fluido, ya que la energa mecnica

se produce mediante la expansin del fluido (incremento de su volumen especfico). En

este caso, al incrementar la temperatura del fluido a la entrada de la mquina, se

obtendr una mayor cantidad de energa mecnica en el eje de la mquina.

El estudio de los intercambios de energa en las mquinas trmicas es objeto de latermodinmica.

Las mquinas de fluido tambin se clasifican atendiendo a dos criterios, la cantidad defluido y el movimiento de la mquina.

Se denominan volumtricas o de desplazamiento positivo a aquellas mquinas que son

atravesadas por una cantidad de fluido conocida. stas a su vez se clasifican en

alternativas o rotativas en funcin del movimiento obtenido.

Aquellas mquinas que son atravesadas por un flujo continuo, se denominan

turbomquinas. Las turbomquinas son siempre rotativas.

Las tres clasificaciones anteriores son complementarias de modo que, por ejemplo, unventilador es una turbomquina hidrulica generadora, mientras que un motor deexplosin es un motor trmico alternativo (de desplazamiento positivo).

Ventiladores

Un ventilador es una turbomquina que se caracteriza porque el fluido impulsado esun gas (fluido compresible) al que transfiere una potencia con un determinadorendimiento.

A pesar de que no existe convenio alguno universalmente adoptado; los ventiladorespueden subdividirse en cuatro grupos:

1. ventiladores de baja presin: hasta una presin del orden 200 mm c agua(ventiladores propiamente dichos).

2. ventiladores de media presin: entre 200 y 800 mm c agua (soplantes)

3. ventiladores de alta presin: entre 800 y 2500 mm c agua (turbosoplantes)
http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Bernoullihttp://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Bernoullihttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_t%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_t%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=M%C3%A1quina_volum%C3%A9trica&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbom%C3%A1quinashttp://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Bernoullihttp://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Bernoullihttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_t%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=M%C3%A1quina_volum%C3%A9trica&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbom%C3%A1quinas


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4. ventiladores de muy alta presin , mayor a 2500 mm c agua(turbocompresores)

En funcin de la trayectoria del fluido, todos estos ventiladores se pueden clasificaren

1. de flujo radial (centrfugos)

2. de flujo semiaxial (helico-centrifugos)

3. de flujo axial

Fig. Configuracin tpica de sendos rodetes: radial, semiaxial y axial.

Ventiladores radiales (centrfugos)

En los ventiladores centrfugos la trayectoria del fluido sigue la direccin del eje delrodete a la entrada y est perpendicular al mismo a la salida. Si el aire a la salida serecoge perimetralmente en una voluta, entonces se dice que el ventilador es de voluta.

Estos ventiladores tienen tres tipos bsicos de rodetes:

1. labes curvados hacia adelante,

2. labes rectos,

3. labes inclinados hacia atrs/curvados hacia atrs.

Los ventiladores de labes curvados hacia adelante (tambin se llaman de jaula deardilla) tienen una hlice o rodete con las labes curvadas en el mismo sentido que ladireccin de giro. Estos ventiladores necesitan poco espacio, baja velocidad

perifrica y son silenciosos. Se utilizan cuando la presin esttica necesaria es debaja a media, tal como la que se encuentran en los sistemas de calefaccin, aireacondicionado o renovacin de aire, etc. No es recomendable utilizar este tipo deventilador con aire polvoriento, ya que las partculas se adhieren a los pequeos labescurvados y pueden provocan el desequilibrado del rodete.

Estos ventiladores tienen un rendimiento bajo fuera del punto de proyecto. Adems,como su caracterstica de potencia absorbida crece rpidamente con el caudal, ha detenerse mucho cuidado con el clculo de la presin necesaria en la instalacin para no


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sobrecargarlo. En general son bastante inestables funcionando en paralelo vista sucaracterstica caudal-presin.

Fig. Ventiladores centrfugos de labes curvados hacia delante, radiales y atrs

Los ventiladores centrfugos radiales tienen el rodete con los labes dispuestas enforma radial. La carcasa est diseada de forma que a la entrada y a la salida sealcanzar velocidades de transporte de materiales. Existen una gran variedad de diseosde rodetes que van desde los de "alta eficacia con poco material" hasta los de "altaresistencia a impacto". La disposicin radial de los labes evita la acumulacin demateriales sobre las mismas. Este tipo de ventilador es el comnmente utilizado en lasinstalaciones de extraccin localizada en las que el aire contaminado con partculasdebe circular a travs del ventilador. En este tipo 'de ventiladores la velocidad

perifrica es media y se utilizar en muchos sistemas de extraccin localizada quevehicular aire sucio o limpio.

Fig. Tringulos de velocidades a la salida para los distintos rodetes centrfugos

Los ventiladores centrfugos de labes curvados hacia atrs tienen un rodete con laslabes inclinados en sentido contrario al de rotacin. Este tipo de ventilador es el demayor velocidad perifrica y mayor rendimiento con un nivel sonoro relativamente

bajo y una caracterstica de consumo de energa del tipo "no sobrecargable". En unventilador "no sobrecargable", el consumo mximo de energa se produce en un punto

prximo al de rendimiento ptimo de forma que cualquier cambio a partir de estepunto debido a cambios de la resistencia del sistema resultar en un consumo deenerga menor. La forma de los labes condiciona la acumulacin de materiales sobre

ellas, de forma que el uso de estos ventiladores debe limitarse como se indica acontinuacin:


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o labes de espesor uniforme: Los labes macizos permiten el trabajo con aireligeramente sucio o hmedo. No debe emplearse con aire conteniendomateriales slidos ya que tienen tendencia a acumularse en la parte posterior delos labes.

o labes de ala portante: Las labes de ala portante permiten mayoresrendimientos y una operacin ms silenciosa. Los labes huecos se erosionanrpidamente y se pueden llenar de lquido si la humedad es alta, por ello su usoqueda limitado a aplicaciones en las que se manipule aire limpio.

Fig. Curvas caractersticas relativas para ventiladores centrfugos. No se observa en lafigura, pero las caractersticas de labes adelante pasan por encima de las otras dosen valor absoluto.

Ventiladores axiales

Existen tres tipos bsicos de ventiladores axiales: Helicoidales, tubulares y tubulares

con directrices.

Los ventiladores helicoidales se emplean para mover aire con poca prdida de carga, ysu aplicacin ms comn es la ventilacin general. Se construyen con dos tipos delabes: alabes de disco para ventiladores sin ningn conducto; y labes estrechas paraventiladores que deban vencer resistencias bajas (menos de 25 mmcda). Sus

prestaciones estn muy influenciadas por la resistencia al flujo del aire y un pequeoincremento de la presin provoca una reduccin importante del caudal.

Los ventiladores tubulares disponen de una hlice de labes estrechos de seccin

constante o con perfil aerodin mico (ala portante) montada en una carcasa cilndrica.generalmente no disponen de ningn mecanismo para ende rezar el flujo de aire. Los
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ventiladores tubulares pueden mover aire venciendo resistencias moderadas (menos de50 mmcda).

Los ventiladores tubulares con directrices tienen una hlice de labes con perfilaerodinmico (ala portante) montado en una carcasa cilndrica que normalmentedispone de aletas enderezadoras del flujo de aire en el lado de impulsin de la hlice.En comparacin con los otros tipos de ventiladores axiales, stos tienen unrendimiento superior y pueden desarrollar presiones superiores (hasta 200 mmcda).Estn limitados a los casos en los que se trabaja con aire limpio.

Las directrices tienen la misin de hacer desaparecer la rotacin existente o adquiridapor el fluido en la instalacin, a la entrada del rodete o tras su paso por el mismo.Estas directrices pueden colocarse a la entrada o a la salida del rodete, incluso las haymviles. Han de ser calculadas adecuadamente pues, aunque mejoran las

caractersticas del flujo del aire haciendo que el ventilador trabaje en mejorescondiciones, producen una prdida de presin adicional que puede condicionar el restode la instalacin. Adems, pueden ser contraproducentes ante cambios importantes delcaudal de diseo.

Fig. Efecto de las directrices sobre las lneas de corriente a entrada y salida del rodete

axial


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Fig. Tringulos de velocidades en un ventilador axial sin directrices.

Fig. Efecto de las directrices a la entrada. La corriente a la entrada se gira

convenientemente para hacerlo coincidir en direccin con la del perfil del rodete.

Ventiladores especiales

Entre ellos:

o Ventiladores centrifugos de flujo axial: Constan de un rodete con labesinclinados hacia atrs montado en una carcasa especial que permite unainstalacin como si se tratara de un tramo recto de conducto. Lascaractersticas son similares a las de un ventilador centrfugo normal con el

mismo tipo de rodete. Los requisitos de espacio son similares a los de unventilador axial de tipo tubular.

o Extractores de techo: Son equipos compactos que pueden ser de tipo axial ocentrfugo. En este caso no se utiliza una voluta, sino que la descarga del aire ala atmsfera se produce en todo el permetro de la rueda. Estos equipos se

pueden suministrar con deflectores que conducen el aire de salida hacia arribao hacia abajo.


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Fig. Ventiladores axiales clasificados en funcin de su uso.

La diferencia entre un ventilador y un turbocompresor radica en el orden de

magnitud de las variaciones de presin en el interior del ventilador. En unventilador las variaciones son tan pequeas, que el gas puede considerarseprcticamente incompresible.

La lnea divisoria entre un ventilador y un turbocompresor se puede estimar como:

o En los ventiladores de poca potencia, puede establecerse una lnea divisoriaconvencional en 800 mm c a

o En los ventiladores modernos de alta calidad y elevada potencia la lneadivisoria convencional est establecida par la norma VDI 2044 en 300 mm c a.

Para determinar la magnitud del error cometido al despreciar los efectos de lacompresibilidad se puede calcular la altura de presin de un gas que el supuesto de serincompresible y cuando no lo es y evoluciona segn proceso adiabtico-reversible ideal.Para fluido compresible, cuando se admite un cambio nulo neto de energas cintica y

potencial a travs de la mquina, el trabajo til aportado por unidad de masa se evalamediante la frmula:

2

1

1

1 2

C

1 1

1Y 1

1

p

p

p pdp

p

= =

que, cuando se supone incompresible, se reduce a:

IY

p=

Ahora bien, el trmino p2/p1 anterior puede definirse en funcin del incremento depresin como


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2

1 1

1p p

p p

= +

para despus desarrollar en serie el corchete de la expresin anterior. Tras sustituir y

eliminar trminos inferiores se llega a:

2

1

C

1 1 1 1 1

11

1 1Y ... 1

1 2 2

p p p p p

p p p

= +

El error en tanto por uno resultante de la aproximacin incompresible es:

C I

C

1

Y -Y 11

1Y 12

p

p

= =

que puede representarse en funcin del incremento de presin proporcionado por elventilador.

Fig. Error cometido al despreciar la compresibilidad.

Bibliografa

1) Mott Robert. Mecnica de Fluidos. Sexta edicin. Universidad La Salle. 2)Compresores. Seleccin, Uso y Mantenimientos, Richard W. Greene, Cuerpo deredactores Chemical Engineering Magazine, Ed. Mc Graw-Hill. 3) Bombas. SuSeleccin y Aplicacin, Tyler G. Hicks, BME, Compana Editorial Continental S.A.
http://www.monografias.com/trabajos5/selpe/selpe.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/selpe/selpe.shtml

documento ventiladores y compresores 1 (1)

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