Compresor (máquina)

Un compresor es una Máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los Gases y los Vapor‏‎es. Ésto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la substancia que pasa por él conviertiendose en Energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir.

Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable.

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

• Son parte importantísima de muchos sistemas de refrigeración y se encuentran en cada refrigerador casero, y en infinidad de sistemas de Aire Acondicionado.
• Se encuentran en sistemas de Generación de energía eléctrica, tal como lo es el Ciclo Brayton.
• Se encuentran en el interior muchos "motores de avión", como lo son los Turborreactores y hacen posible su funcionamiento.
• Generan gases comprimidos para la red de alimentación de sistemas neumáticos, los cuales mueven fábricas completas.

Tipos de compresores

Clasificación según el método de intercambio de energía:

• Sistema Pendular Taurozzi
• Reciprocantes o Alternativos: utilizan pistones (sistema bloque-cilindro-émbolo como los motores de combustión interna). Abren y cierran válvulas que con el movimiento del pistón aspira/comprime el gas gracias a un motor eléctrico incorporado. Es el compresor más utilizado en potencias pequeñas. Pueden ser del tipo herméticos monofásicos, comunes en refrigeradores domésticos. O de mayores capacidades (monofásicos y trifásicos) de varios cilindros que permiten mantención/reparación. Su uso ha disminuído en el último tiempo y ha cedido lugar al compresor de tornillo que tiene mejores prestaciones.
• Orbital (Espiral, Scroll)
• Rotativo-Helicoidal (Tornillo, Screw): la compresión del gas se hace de manera continua, haciendolo pasar a traves de dos tornillos giratorios. Son de mayor rendimiento y con una regulación de potencia sencilla, pero su mayor complejidad mecánica y coste hace que se emplee principalmente en elevadas potencias, solamente.
• Rotodinámicos o Turbomáquinas: Utilizan un rodete con palas o álabes para impulsar y comprimir al fluido de trabajo. A su vez éstos se clasifican en:
  • Axiales
  • Radiales

Análisis de la Compresión de un Gas

Imaginemos que en el cilindro de la figura anexa tenemos un volumen $V$ de un Gas ideal y está "tapado" por un pistón que es capaz de deslizar verticalmente sin fricción. En un principio este Sistema‏‎ se encuentra en Equilibrio con el exterior, es decir, la presión que ejerce el gas sobre las paredes del cilindro y sobre el pistón (que es la misma en todas las direcciones) $p_{int}$ es igual a la presión que ejerce el peso del pistón sobre el gas $p_{ext}$, y más ninguna otra fuerza obra sobre nuestro sistema.

Ahora imaginemos que repentinamente aumentamos la presión externa a ${p'}_{ext}$ y como la presión que ejerce el gas sobre el pistón es $p_{int}<{p'}_{ext}$ el equilibrio se romperá y el cilindro deslizará hacia abajo ejerciendo un Trabajo $W=fuerza*desplazamiento={p'}_{ext}\Delta V$. Esta energía, por Primera ley de la termodinámica, se convertirá instantáneamente en un incremento de energía interna del gas en el recipiente, y es así como el gas absorberá el trabajo del desplazamiento pistón.

Compresión Isotérmica Reversible para gases ideales

Esta forma de compresión es una secuencia de infinitas etapas, o estados, de equilibrio que se conoce como movimiento cuasi-estatico, en los que siempre se cumple que la presión que ejerce el gas sobre las paredes del recipiente es igual a la presión que ejerce el pistón sobre el gas $p_{ext}=p_{int}=nRT/V$.

Referencias

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