Compresores, corriendo hacia ascensores y soñando con cabello rizado
- Fernando E. Romero, P.E.
- 1 feb
- 4 Min. de lectura
En mis últimas publicaciones, pasamos algún tiempo aprendiendo sobre las turbinas de vapor y lo útiles que son porque pueden producir trabajo mecánico.
Hoy aprenderemos sobre los compresores, qué son y por qué o cómo se utilizan en la industria. En particular, en la industria petroquímica.
Cierren los ojos y recuerden esos dibujos animados o programas de televisión en los que el científico loco está en su laboratorio. Hay vasos de vidrio, mecheros, tubos de vidrio, líquidos verdes o azules en ebullición, de los que sale un vapor blanco espeso.
Eso es exactamente lo que ocurre dentro de una planta petroquímica. Utilizamos calor, presión, condensadores, columnas de destilación. En lugar de trabajar con mililitros, trabajamos con miles de galones o medimos miles de barriles. En lugar de utilizar vidrio, utilizamos acero inoxidable.
Utilizamos calor y presión para separar, purificar, refinar y unir compuestos químicos para fabricar de todo, desde combustibles hasta fibras, plásticos y fertilizantes.
En un gran complejo petroquímico, es necesario trasladar gases y líquidos de un lugar a otro o procesarlos bajo presión o calor. Para ello, utilizamos bombas y compresores.
Resulta que los mismos tipos que descubrieron las leyes de la termodinámica y jugaron con turbinas de vapor para extraer energía del vapor, también experimentaron con compresores.
Antes de entrar en las personalidades, hablemos primero de la compresión.
¿Qué es la compresión?
Voy a limitar mi explicación a los gases o fluidos compresibles. En eso está mi experiencia. Sé cómo funcionan las bombas, pero no pretendo ser un experto en esa área.
Ser ingeniero y saber cosas a veces es como lo que dicen sobre tener un barco. No tienes que saberlo todo, basta con tener un amigo que sepa lo que tú no sabes.
Hay dos tipos principales de compresión:
Desplazamiento positivo
Compresión dinámica
Atacaré el desplazamiento positivo, porque es el que logro visualizar más fácilmente.
Desplazamiento positivo
Imaginen una jeringa vacía (sin la aguja, por favor) y llena de aire. Con el émbolo extendido, coloquen el pulgar sobre la boquilla y presionen con fuerza para sellarla. Ahora presionen el émbolo o pistón.
¡Están comprimiendo el aire! ¡Son un compresor, un compresor de desplazamiento positivo!
Tomaron una cantidad específica de aire y redujeron su volumen. No dejaron que el aire se escapara.
Cuando comenzaron a presionar el émbolo, es posible que hayan sentido que el aire los empujaba, como que rebotaba como un cojín. Estas son las moléculas de aire que se van juntando, reaccionan y empujan hacia ustedes.
Esto lo conocemos gracias a Roberto Boyle, un astuto irlandés que amaba observar los fenómenos naturales. En el año 1662, mientras jugaba con tubos de vidrio medio llenos de aire y mercurio, Boyle observó que el volumen de aire atrapado en una jeringa disminuye en proporción exacta a su aumento de presión.
Esta idea ahora está inmortalizada por los humanos y se conoce como la Ley de Boyle:
P1V1 = P2V2
P1 y V1 son la presión y el volumen del aire antes de presionar el émbolo.
P2 y V2 son la presión y el volumen del aire una vez que hemos comprimido el aire.
(Esto es cierto siempre que el aire se mantenga a la misma temperatura).
Entonces, esta es la forma sencilla de comprimir gases mediante el principio de desplazamiento positivo, donde cambiamos el volumen del recipiente que contiene el gas.
Ahora vamos con el otro método que siempre me ha costado un poco más visualizar.
Compresión dinámica
Me llevó un tiempo, pero creo que encontré una buena manera de ilustrarlo.
¡Imaginen ver una multitud de personas corriendo hacia un ascensor que se está cerrando!
En el momento en que ven que su ascensor empieza a cerrarse, corren, con la esperanza de meter un pie o una mano entre las puertas antes de que se cierren.
Los ven correr, pero a medida que se acercan a la entrada, como son muchos, no quieren chocar entre ellos ni con las otras personas que ya están dentro del ascensor.
Entonces, desaceleran y reducen la velocidad en el último minuto, con un clásico movimiento de deslizamiento con dos pies que todos hemos hecho al menos una vez en la vida.
Se juntan y tratan de acomodarse dentro del ascensor.
¡Cuanta más gente sube a ese ascensor, mayor es el estrés y la tensión de los pasajeros!
¡Así es como funciona la compresión dinámica!
Un impulsor o un conjunto de álabes en un compresor empuja, lanza y acelera el gas y le transfiere energía cinética.
El gas sale de la rueda giratoria o impulsor, moviéndose rápidamente, y luego viaja a través de un laberinto o difusor cuidadosamente diseñado. Este está diseñado para desacelerar el gas, pero debemos respetar la primera ley de la termodinámica y la conservación de la energía. A medida que el gas desacelera, su presión aumenta.
¡Este mágico intercambio y conservación de energía ocurre dentro del difusor!
Y si estás familiarizado con los compresores centrífugos, los difusores no parecen gran cosa. Son literalmente un pequeño espacio por donde fluye el gas. Los difusores deben ser el componente de diseño más subestimado en las turbomáquinas.
En la próxima publicación, profundizaremos en el mágico mundo de la geometría de un compresor.
Por ahora, contemplemos estos dos métodos de compresión de gases y permítanme soñar con tener un cabello como el del señor Boyle.
Como siempre, excelentes tus artículos!!!