Este documento describe los diferentes tipos de compresores, incluyendo compresores de desplazamiento positivo como compresores reciprocantes y rotatorios, y compresores dinámicos como compresores centrífugos y axiales. Explica las características y usos de cada tipo de compresor, así como los componentes principales de los compresores centrífugos y los posibles problemas que pueden presentarse como el oleaje.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
FRANCISCO DE MIRANDA
AREA DE TECNOLOGÍA
DEPARTAMENTO DE ENERGETICA
UNIDAD CURRICULAR: EQUIPOS, MÁQUINAS E INSTALACIONES
INDUSTRIALES
PROFESOR: ING. ELIZABETH FIERRO
La tendencia en la industria de procesos químicos es construir plantas cada
vez más grandes con equipo de un sólo componente, más grande y confiable.
La confiabilidad del equipo rotatorio siempre se debe definir en términos de la
duración esperada de la planta y el tiempo de amortización requerido para
producir utilidades al propietario. Muchas plantas de productos químicos tienen
una duración esperada de cinco años o menos, pues el proceso ya será
anticuado al cabo de ese tiempo, mientras que las refinerías o las plantas
petroquímicas tienen un tiempo de amortización de 10 a 15 años o más.
Hay algunas preguntas de primordial importancia que parecen no tener relación
entre sí, para evaluar, seleccionar e instalar equipo rotatorio. ¿Va a ser la
planta de proceso continuo o por cargas a lotes? ¿Qué prima se aplica al costo
de operación contra el costo del capital? ; ¿Se cuenta con personal idóneo para
mantenimiento o se piensa minimizar la mano de obra con un control más
automático del proceso? Con esos datos, presentes, se puede tratar de evaluar
y utilizar el equipo existente en el mercado.
El “corazón” de muchos procesos y el que más problemas puede ocasionar es
el compresor. Cuando se selecciona un tipo de compresor, es indispensable
contar con todas las condiciones del proceso para su examen. Si hay algún
TEMA IV: COMPRESORES

2. Compresores
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especialista en la planta, debe estar informado de esas condiciones; no
hacerlo, ha ocasionado infinidad de problemas.
Compresor
Son turbomáquinas en las que un dispositivo mecánico le cede energía a un
fluido de trabajo que es compresible registrándose un cambio apreciable de la
densidad y volumen entre la entrada y la salida de la turbomáquina.
Los compresores pueden ser usados para aumentar la
presión o flujo de un gas (aire, amoniaco, GNC, nitrógeno,
CO2, entre otros.). A veces esto es intermitente (un taller,
gomería, restaurante, planta procesadora pequeña, entre
otros.) a veces continuo (bombeo de gasoductos,
embotelladoras de gaseosas o cerveza, sopladores de
bolsas y envases plásticos, etc.). El uso para aumentar
presión puede ser para uso directo como inflar neumáticos (llantas), limpiar
piezas, desempolvar, o para accionar algún equipo como sistema de
lubricación neumática, equipos de perforación, válvulas de control, entre otros.
Cada tipo de compresor tiene ventajas para aplicaciones específicas, y los
materiales utilizados en su construcción son compatibles con ciertos gases y/o
aceites, limitando su ínter cambiabilidad.
La función básica del compresor es
elevar la presión y la temperatura en un
sistema de circulación de gases cerrado,
el cual nos permitirá tener un ciclo de
carga y descarga, para así poder tener
flujo constante de gas.

3. Compresores
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Clasificación de los Compresores
Desplazamiento
positivo
Compresor
Dinámico
Reciprocantes
Rotatorios
De pistón
De embolo
De diafragma
De tornillo
De lóbulo
Centrífugos
Axiales

4. Compresores
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Compresores de Desplazamiento Positivo
Son máquinas que comprimen intermitentemente pequeños volúmenes de gas
en un espacio cerrado para elevar la presión, alcanza valores muy elevados de
presión que son peligrosos al obstruirse la descarga. Entre estos tenemos los
compresores reciprocantes o de pistón y los rotativos de tornillo, paleta o
lóbulos.
Compresores Reciprocantes
Los compresores reciprocantes funcionan con el principio adiabático mediante
el cual se introduce el gas en el cilindro por las válvulas de entrada, se retiene y
comprime en el cilindro y sale por las válvulas de descarga, en contra de la
presión de descarga. Estos compresores rara vez se emplean como unidades
individuales, salvo que el proceso requiera funcionamiento intermitente. Por
ejemplo, si hay que regenerar un catalizador cada dos o tres meses o se tiene
un suministro de reserva en otra fuente, esto daría tiempo para reparar o
reemplazar las válvulas o anillos de los pistones, si es necesario. Los
compresores reciprocantes tienen piezas en contacto, como los anillos de los
pistones con las paredes del cilindro, resortes y placas o discos de válvulas que
se acoplan con sus asientos y entre la empaquetadura y la biela. Todas estas
partes están sujetas a desgaste por fricción.

5. Compresores
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Dentro de los Compresores Reciprocantes están:
Compresores Reciprocantes de Pistón
Estos se utilizan en la mayoría de las
plantas frigoríficas y trabajan tanto con
freones como amoniaco.
Su funcionamiento es a base de un pistón
dentro de una cámara de compresión que
se mueve por la transmisión de polea y
bandas acopladas a un motor y un
cigüeñal.
El compresor a pistón es semejante al
motor de combustión del auto y puede
ser de efecto simple para baja presión o doble para alta presión, los
pistones, cojinetes y válvulas requieren lubricación.
Entre sus características están: ruidoso y pesado, fluido de aire
intermitente, funciona en caliente (hasta 220°C), necesita mantenimiento
costoso periódico, alta presión con moderado volumen.
Aspiración: El pistón desciende y el aire
atmosférico entra por la válvula de aspiración.
Compresión.- El pistón asciende comprimiendo
el aire. En el momento en el cual el aire alcanza
la presión deseada se abre la válvula de escape
y el aire se dirige hacia el depósito donde es
almacenado.

6. Compresores
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Compresores Reciprocantes de Diafragma
Los compresores de diafragma suministran aire
comprimido seco hasta 5 bares y totalmente libre de
aceite, por lo tanto se utilizan ampliamente en la industria
alimenticia, farmacéutica y similar. El diafragma
proporciona un cambio en el volumen de la cámara, lo
que permite la entrada del aire en la carrera hacia
abajo y la compresión en la carrera hacia arriba.
Compresores Rotatorios
Los compresores rotatorios se prestan más para las unidades motrices de
velocidad variable, como las turbinas de vapor, que los compresores
reciprocantes. Por lo general, estos compresores tienen una capacidad máxima
de unos 25 000 ft3
/min, en los de espiral rotatoria y de lóbulos. El diseño de
anillo de agua tiene la ventaja de que el gas no hace contacto con las partes
rotatorias metálicas. Los aspectos críticos son la presión de vapor del gas de
entrada, comparada con la presión de vapor del líquido que forma el anillo de
agua y el aumento de temperatura en el mismo. La presión de vapor del fluido
para sellos debe ser muy inferior al punto de ebullición, pues en otra forma se
evaporará el anillo de agua, ocasionará pérdida de capacidad y quizá serios
daños por sobrecalentamiento
Los tipos más comunes de compresores rotatorios de desplazamiento positivo
son los de tornillo y de engranaje, que ofrecen la ventaja de que el aire no
contiene aceite, porque no hay contacto con ninguna parte en la zona de
compresión. Su diseño rotatorio les da una capacidad mucho mayor que la del
compresor reciprocante y sin problemas de pulsaciones
Compresores Rotatorios de Desplazamiento Positivo Tipo Tornillo
Los compresores a tornillo tienen dos tornillos engranados o
entrelazados que rotan paralelamente con un juego o luz mínima,
sellado por la mezcla de aire y aceite

7. Compresores
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Entre sus características esta: silencioso, pequeño, bajo costo, flujo
continúo de aire, fácil mantenimiento, presiones y volúmenes
moderados.
Este tipo de compresores opera de la siguiente manera: Al girar los
tornillos, el aire entra por la válvula de admisión con el aceite. El espacio
entre los lóbulos es progresivamente reducido al correr por el
compresor, comprimiendo el aire atrapado hasta salir por la válvula de
salida.
Compresores Rotatorios de Desplazamiento Positivo de Lóbulo
Los compresores de lóbulos tienen dos
rotores simétricos en paralelo
sincronizados por engranajes.
Entre sus características están: producen
altos volúmenes de aire seco a
relativamente baja presión, este sistema es
muy simple y su funcionamiento es muy
parecido a la bomba de aceite del motor de
un auto donde se requiere un flujo
constante, tienen pocas piezas en movimiento,
Compresores Dinámicos o Turbo – Compresores
Son máquinas rotatorias de flujo continuo donde un rotor provisto de álabes
entrega energía a un fluido de trabajo, tiene la particularidad que la presión
alcanza un valor máximo permitido por el diseño del compresor. Entre estos
tenemos los compresores centrífugos y los axiales.
Tornillo del compresor Compresor tipo tornillo

8. Compresores
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Los compresores dinámicos pueden ser radiales (centrífugos) o de flujo axial,
una de las ventajas que tienen ambas es que su flujo es continuo, estos
compresores tienen pocas piezas en movimiento, reduciendo la pérdida de
energía con fricción y calentamiento.
Compresores Centrífugos
El compresor centrífugo es una turbomáquina
que consiste en un rotor que gira dentro de
una carcasa provista de aberturas para el
ingreso y egreso del fluido. El rotor es el
elemento que convierte la energía mecánica
del eje en cantidad de movimiento y por tanto
energía cinética del fluido.
Se fundamenta en el aprovechamiento
de la fuerza centrifuga desde el centro
del impulsor hacia fuera, que se aplica al
gas para imprimirle energía, en términos
de velocidad y presión. Para ello se
emplea un impulsor el cual es un disco
que tiene adherido varios álabes, al girar
le imprime velocidad al gas expulsándolo
desde su centro hacia su periferia.
Los compresores centrífugos se usan industrialmente por varias razones:
tienen menos componentes a fricción, también son relativamente eficientes, y
proporcionan un caudal mayor que los compresores reciprocantes (o de
desplazamiento positivo) de tamaño similar. El mayor inconveniente es que no
llegan a la relación de compresión típica de los compresores alternativos, a
menos que se encadenen varios en serie.
En los compresores centrífugos al aumentar la velocidad de giro, también lo
hace la del gas y se crea una zona de baja presión en el ojo de succión que

9. Compresores
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permite la continua entrada del gas. Luego el gas a alta velocidad pasa por un
difusor, el cual transforma la energía cinética del gas en presión estática. Los
compresores centrífugos pueden ser de etapas simples o múltiples dentro de
una carcasa sencilla, también se pueden usar carcasas simples o múltiples en
serie o en paralelo. Una etapa de compresión es definida como un grupo de
uno o más impelers que comparten la misma carcasa donde las cargas de
cada impeler fluyen directamente a la entrada del siguiente impele
Compresores Axiales
En este tipo de compresores, el flujo de gas
es paralelo al eje del rotor. Usualmente
consisten de múltiples rotores con álabes
impulsores y etapas de álabes fijos entre los
rotores que trabajan como difusores.
Lográndose transformaciones de velocidad a
presión en casa pareja rotor difusor
Compresor centrífugo
Mono etapa
Compresor centrífugo
Múltiples etapas

10. Compresores
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Componentes Principales de un Compresor Centrífugo
Carcasa
Es la parte estática de la turbo‐máquina y
sostiene al eje o rotor provisto de álabes
Carcasa partida en forma horizontal

11. Compresores
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Rotor
El rodete consta de un cierto número de álabes, que pueden ir dispuestos de
varias formas:
Se fijan al cubo del rodete, que representa un rodete abierto
Se fijan en un sólo disco a un lado del mismo, que representa un rodete
semiabierto de simple aspiración,
Se fijan a uno y otro lado del disco, que representa un rodete
semiabierto de doble aspiración (construcción a la que se recurre
cuando el caudal volumétrico en la aspiración es superior a los 50
m3
/seg
Se fijan entre la superficie anterior 1 y posterior 2, que corresponde a un
rodete cerrado.
El rodete de tipo abierto, tiene mal rendimiento y poca resistencia; sólo permite
velocidades periféricas muy pequeñas, por lo que cada vez es menos
empleado.
El rodete de tipo cerrado, tiene buen rendimiento, pero es de difícil construcción
y sólo permite velocidades periféricas moderadas
a)Abierto; b) Semiabierto de simple aspiración; c) Semiabierto de doble
aspiración; d) cerrado de doble aspiración; e) cerrado de simple
aspiración;
Tipos de rodetes centrífugos

12. Compresores
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Alabes Directrices
Son dispositivos que dirigen el fluido para que
entre en el álabe móvil evitando pérdidas.
Mientras que álabes móviles: son los
dispositivos encargados de prever energía al
fluido.
Cojinetes
Sitio donde se soporta el eje en la carcasa

13. Compresores
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Sellos
Son dispositivos que evitan fugas del fluido de trabajo al exterior en los
cojinetes.
Acoplamientos
Son dispositivos que sirven para el accionamiento del
compresor que lo mantiene unido a la máquina que lo
mueve.
Sistema de Lubricación
Sistema usado para mantener la película de aceite entre el cojinete y el eje.
Sistema de Control de Oleaje
Consiste en evitar oscilaciones en el compresor debido a cambios de presión
de caudal o peso molecular del gas
Problema que se Puede Presentar en el Funcionamiento de
los Compresores
Oleaje
Es un fenómeno de oscilaciones en la presión y el flujo, a
menudo se invierte el flujo desde la brida de descarga hasta la
entrada del compresor. Se produce por bajo flujo a través del

14. Compresores
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compresor, acumulación de depósitos en el rotor o restricción del flujo de gas
en los difusores.
Descripción del Oleaje
Se invierte el flujo. Oscilación rápida del flujo con inversión de éste. A
menudo con daños al equipo.
El compresor vibra.
La temperatura de succión y descarga del compresor aumenta.
Oscilación rápida de presión con inestabilidades en el proceso.
Se producen ruidos internos en el compresor y en la válvula de
retención.
Pueden ocurrir disparos del compresor.
Consecuencias del Oleaje
Inestabilidad en el flujo y la presión.
Daños en los sellos, cojinetes, impulsores, ejes y acoplamientos.
Cambios en las tolerancias internas.
Menor salida del compresor.
Pérdida de eficiencia.
Menor vida útil del compresor

15. Compresores
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Curvas Características de Compresores
Observa en la gráfica, que el compresor que genera mayor presión (cabezal)
es el reciprocante pero si observas el flujo es casi constante y mucho menor
que el de los compresores centrífugos, los cuales trabajan con flujos mayores
aunque el cabezal resultante no sea tan elevado.
A continuación se presenta una tabla donde se comparan los compresores
alternativos y centrífugos con sus respectivas ventajas y desventajas

16. Compresores
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Tipo de
compresor
Ventajas Desventajas
Alternativo
- Gran flexibilidad de
rango operacional.
- Maneja menor caudal
a altas presiones.
- Mayor eficiencia
adiabática y menos
costo de potencia.
- Menos sensibles a
cambios en la
composición del gas
- Alto costo inicial.
- Alto costo de
mantenimiento.
- Mayor tiempo de
parada.
- Tamaño y peso elevado.
- Motores de baja
velocidad y alto
mantenimiento
Centrifugo
- Menos costo inicial.
- Menor costo de
mantenimiento.
- Menor tiempo parado.
- Menor tamaño y masa.
- Motores de alta
velocidad y bajo
manteniendo
- Rango operativo
limitado por golpe de
ariete.
- Limite inferior de caudal.
- Altos costo de potencia
y motor.
- Sensibles a cambios en
composición y densidad
del gas.
Guía Para la Selección de un Compresor
Los tipos de compresores usados en la industria son: centrífugos, de flujo axial
y reciprocantes. Los compresores rotatorios sólo son usados en servicios
especiales. A continuación se presenta una guía para la selección del tipo de
compresor basados en ventajas y desventajas de cada uno.

17. Compresores
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Incentivos para la Selección de Compresores
Centrífugos
Aunque los compresores centrífugos ocasionalmente compiten con los
compresores axiales y rotatorios, como también con los reciprocantes, los
incentivos para la selección de este tipo de compresor puede ser usualmente
relacionada a su principal o más frecuente competidor: el compresor
reciprocante. Las principales ventajas y desventajas con respecto a los
reciprocantes pueden ser sintetizadas como sigue:
Ventajas
Continuos y largos tiempos de funcionamiento (típicamente 3 años) son
posibles con una alta confiabilidad, eliminando la necesidad de múltiples
compresores y la instalación de equipos de reserva.
Por las mismas condiciones de operación, los costos del equipo son
bajos dado los altos flujos manejados.
Los compresores centrífugos son pequeños y livianos con respecto a su
capacidad de flujo, por lo que requieren poca área para su instalación.
Los costos de instalación son bajos debido a su pequeño tamaño,
ausencia de fuerzas recíprocas y porque generalmente se requiere la
instalación de una sola unidad.
Costos más bajos por atención y por mantenimiento total.
El control de flujo es simple, continuo y eficiente en un amplio rango.
No existe contaminación con aceite lubricante del gas de proceso (o
aire) como ocurre en el caso de los compresores reciprocantes.
Desventajas
Menor eficiencia (de 7 a 13%) que la mayoría de los tipos de
compresores de desplazamiento positivo al mismo flujo y relación de
presión, especialmente con relaciones de presiones mayor que 2.
La operación no es eficiente por debajo del punto de oleaje, puesto que
la recirculación es necesaria.
La presión diferencial es sensible a los cambios en las propiedades del
gas, especialmente en el peso molecular. Esto hace que el diseño de
compresores sea muy crítico para corriente de gases con pesos

18. Compresores
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moleculares variables debido a que este tipo de maquinaria tiene una
definida limitación de cabezal.
Para gases con bajos pesos moleculares, la relación de presión por
etapa es baja, teniendo que requerirse un largo número de etapas por
maquinaria, creando por tanto complejidad mecánica
Compresores Axiales
Los compresores axiales compiten directamente con los centrífugos en el rango
de 24 a 90 m3
/s real (50000 a 190000 pie3
/min real). Usualmente, es necesario
una comparación económica específica en dicho rango, por debajo de 33 m3
/s
real (70000 pie3/min real) el compresor centrífugo es más atractivo, por encima
de 61 m3
/s real (130000 pie3
/min real), el axial es más atractivo desde el punto
de vista económico y de experiencia de diseño. Los resultados tienden a
depender de las circunstancias específicas del caso, más que de
comparaciones generalizadas de los dos tipos de equipo. La siguiente lista de
ventajas y desventajas generales pretende servir de guía para el estudio de
cada caso:
Ventajas
Capacidades muy altas de flujo por cada compresor: de 140 a 190 m3
/s
real
(300000 a 400000 pie3/min real). Por encima de los 61 m3/s real
(130000 pie3
/min real) más diseños de compresores axiales que
centrífugos están disponibles.
La eficiencia puede ser hasta 10% mayor que la de los centrífugos,
resultando en menor consumo energético, al igual que el motor o turbina
y un sistema de suministro de servicios más pequeños.
Menor tamaño físico y menor peso que los centrífugos, permitiendo
menores costos de instalación; por ejemplo, menor tamaño del
resguardo techado, grúas más pequeñas, menos espacio requerido,
fundaciones menores, menores esfuerzos de manejo e instalación, etc.
Si se mueve con una turbina de gas o vapor, la mayor velocidad
usualmente permite acoplamiento directo (sin caja reductora) y diseños
eficientes de turbina.

19. Compresores
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El diseño de rotor y carcasa puede proveer flexibilidad para hacer
modificaciones menores de comportamiento de manera un poco más
conveniente (agregando, quitando o cambiando etapas y ajustando los
ángulos de los álabes del estator) que en los compresores centrífugos.
Mayor relación de compresión por carcasa debido a mayor eficiencia,
según la limitación de temperatura de descarga.
Más fáciles de operar en paralelo con compresores de cualquier tipo que
los centrífugos, debido a su empinada curva cabezal–capacidad.
Desventajas
Rango más estrecho de flujo para operación estable, especialmente con
impulso de velocidad constante, a menos que se use un costoso diseño
de álabes de estator de ángulo variable.
Los sistemas de control de flujo y los controles de protección anti–oleaje
son más complejos y costosos que para los centrífugos. El control anti–
oleaje debe ser muy confiable, pues el oleaje puede dañar un compresor
axial muy rápidamente.
El deterioro de su desempeño debido a ensuciamiento en la ruta del gas
y a erosión es más severo que en los centrífugos. Esto requiere mayor
filtración en la succión y hace a los compresores axiales no aptos para
corridas continuas largas en servicios sujetos a ensuciamiento.
Los daños por objetos extraños succionados tienden a ser más extensos
que en los centrífugos.
Hasta el presente, los modelos desarrollados para la utilización en
procesos tienen generalmente un límite de presión más bajo que los
centrífugos (sin embargo, los axiales tienen el potencial para ser
desarrollado para niveles de presión por lo menos tan altos como los de
los centrífugos).
La experiencia en servicios diferentes al del aire es muy limitada hasta la
fecha, haciendo difícil la justificación de su utilización para un nuevo gas.
Si se considera necesario un rotor completo de repuesto para el axial en
lugar de un juego de álabes sueltos del rotor, el costo de los repuestos
principales (incluyendo los álabes de estator) tiende a ser mayor en el
axial que en el centrífugo, aproximadamente 37 a 43% del precio base

20. Compresores
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del equipo vs. 26 a 32% para el centrífugo. Si, por otra parte, se
compran etapas sueltas del rotor como repuestos para el axial en lugar
de un rotor completo, el costo del rotor de repuesto, y los álabes del
estator totalizará sólo de 19 a 24% del costo base del axial, con una
ventaja neta sobre el centrífugo.
Niveles de ruido más altos que el centrífugo, requiriendo tratamiento
acústico más extensivo y severo.

21. Compresores
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Compresor Centrifugo
Vista interna de un compresor centrifugo y difusor , turbina ,álabes, eje de alta ,eje de
baja, baja o alta velocidad, motor eléctrico rotor ,estator,
COMPRESORES

22. Compresores
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Corte longitudinal de un compresor axial
Compresor de pistón a gas de proceso
Partes de un turbocompresor

23. Compresores
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BIBLIOGRAFÍA
KRIJNEN, (2009). Guía didáctica. Introducción a las Maquinas Térmicas.
UNEFM
MATAIX C, (S/F). Turbomáquinas térmicas. Tercera edición
RICHARD, G (S/F). Guía para el uso de Compresores .Ed. Mc Graw-Hill
WIDMAN R y LINARES O (S/F) Compresores – Su Funcionamiento y
Mantenimiento. [Última Visita] 05 de agosto de 2010 Disponible en:
http://widman.biz/boletines_informativos/56.pdf