Cómo afectan las condiciones de entrada el rendimiento del compresor de aire centrífugo
Por Rick Stasyshan, Consultor Técnico de CAGI, y Neil Breedlove, Atlas Copco
La revista Compressed Air Best Practices® (CABP) habló recientemente con Rick Stasyshan , Consultor Técnico del Instituto de Aire Comprimido y Gas (CAGI), y Neil Breedlove de la Sección de Compresores Centrífugos de CAGI y compañía miembro, Atlas Copco Compressors, sobre compresores de aire centrífugos. Específicamente, la discusión delineó cómo las diversas condiciones de entrada pueden afectar el rendimiento de los compresores de aire centrífugos.
Los parámetros ambientales influyen en el rendimiento centrífugo
CABP: Caballeros, nuestros lectores siempre están ansiosos por aprender más sobre cómo sus sistemas de compresores se ven afectados por las condiciones ambientales. ¿Puede arrojar algo de luz sobre cómo las condiciones de entrada pueden afectar el rendimiento de un sistema de compresor centrífugo?
CAGI: La tecnología centrífuga se basa en la compresión dinámica. En los compresores dinámicos, el aire se extrae entre las paletas de un impulsor que gira rápidamente y acelera a alta velocidad. El aire se descarga a través de un difusor, donde la energía cinética se transforma en presión estática. La mayoría de los compresores dinámicos son compresores turbo con un patrón de flujo axial o radial y están diseñados para mayores tasas de flujo volumétrico.
El rendimiento de un compresor dinámico depende en gran medida de las condiciones ambientales. Explicaremos a continuación el impacto de los diferentes parámetros ambientales y su efecto sobre el rendimiento. Cuando se considera una inversión en un tipo de compresor centrífugo, es crítico considerar los extremos anuales así como también las condiciones promedio al dimensionar el equipo para que la aplicación logre el máximo rendimiento.
Los parámetros ambientales que influyen en el rendimiento son:
Temperatura de entrada
Presión de entrada
Humedad relativa (HR)
Temperatura del agua de refrigeración
CABP: ¿Puede proporcionarles a nuestros lectores una comprensión sobre cómo cada uno de estos parámetros puede afectar el rendimiento?
CAGI: Para comprender el impacto de estos parámetros, primero debemos observar las curvas de rendimiento de un compresor dinámico y ver cómo se ve afectado el rendimiento con los parámetros ambientales cambiantes.
Temperatura de entrada
La temperatura de entrada del aire tiene un impacto en la densidad del aire a la entrada del compresor e influirá en la energía cinética transferida por las palas al aire. El aumento de la densidad a temperaturas de entrada más bajas dará como resultado una mayor entrega de aire libre (acfm) y también un mayor consumo de energía del compresor .
Otro efecto del cambio en la densidad del aire o del gas es la disminución disponible del compresor. Ese es el rango de flujo donde es posible una regulación eficiente mediante el uso de una válvula de mariposa o paletas de guía de entrada. De las ilustraciones a continuación, está claro que con temperaturas más bajas , hay disponible un rango de cobertura más alto .
Las Figuras 1 y 2 muestran los efectos de la temperatura de entrada en el rendimiento de un turbocompresor.
Los cambios en la temperatura de entrada producen grandes cambios en el rendimiento. En climas fríos, una centrífuga puede proporcionar un flujo de aire mucho más pesado que en climas cálidos, si el tamaño del disco es el adecuado para proporcionar la potencia adicional requerida.
Baja temperatura de entrada:
Aumenta la presión de sobretensión.
Aumenta la capacidad máxima (flujo de peso) a una presión de descarga dada.
Aumenta el consumo de energía (caballos de fuerza).
Figura 1: La densidad del aire aumenta con la reducción de la temperatura del aire.
Mayor temperatura de entrada:
Disminuye la presión de sobretensión.
Disminuye la capacidad máxima (flujo de peso) a una presión de descarga dada.
Disminuye el consumo de energía (caballos de fuerza).
Figura 2: Cómo la temperatura de entrada afecta la potencia
Los parámetros mencionados tienen efectos similares en el rendimiento del compresor. El impacto de estos parámetros también se puede entender a partir de los gráficos de rendimiento utilizados anteriormente.
Presión de entrada
Una disminución en la presión de entrada reducirá la densidad del aire en la admisión del compresor. Al igual que con las temperaturas más altas, dará como resultado una menor entrega de aire libre y potencia. Los cambios en la presión de entrada pueden ser causados por filtros de entrada sucios o por cambiar la presión barametric. Lo mismo ocurre con la cobertura disponible: una menor presión de admisión dará como resultado una reducción de oferta más pequeña (consulte la Figura 3).
Baja presión de entrada:
Disminuye la presión de descarga a lo largo de toda la curva.
Disminuye la capacidad máxima (flujo de peso).
Disminuye el consumo de energía o la potencia (debido al flujo de peso reducido).
Figura 3: Cómo la presión de entrada afecta el rendimiento del compresor centrífugo
Humedad relativa (HR)
Un aumento en la humedad relativa (HR) reduce el flujo y la potencia, y una disminución en la HR aumentará el flujo y la potencia. La adición de vapor de agua al aire hace que el aire sea húmedo y reduce la densidad del aire. Esto se debe a que la masa molar de agua es menor que la del aire (Ver Figura 4).
Mayor humedad relativa:
Disminuye la presión de descarga en el pico.
Disminuye la capacidad de flujo máxima (flujo de peso).
Disminuye el flujo en el que se produce el aumento.
Disminuye el consumo de energía (caballos de fuerza).
Las mayores pérdidas de condensado en días de alta humedad dan como resultado un flujo reducido entregado al sistema de aire de la planta.
Figura 4: Cómo la humedad relativa afecta el rendimiento del compresor centrífugo
Temperatura del agua de refrigeración
Las temperaturas del agua de refrigeración afectarán las temperaturas de admisión a la segunda etapa y cualquier etapa posterior, si está presente. El agua más fría aumenta el flujo y la potencia, y el agua más caliente reduce el flujo y la potencia.
CABP : Entonces, ¿cómo sugiere que nuestros lectores tengan esto en cuenta al dimensionar su compresor centrífugo?
CAGI: Para dimensionar un compresor centrífugo, debe considerar el patrón de flujo de demanda del sitio de trabajo del usuario y considerar las condiciones de entrada del sitio (mínimo / promedio / alto) para un rendimiento óptimo.
Otro punto importante de consideración es el tamaño del motor. Si el motor / controlador se selecciona en función del rendimiento a temperaturas de entrada más bajas, se asegurará de que, incluso durante bajas temperaturas de entrada, el motor tenga suficiente potencia disponible para controlar el flujo. El cliente puede aprovechar el mayor flujo disponible desde su compresor (consulte la Figura 5).
La temperatura del agua de refrigeración afectará el rendimiento de la etapa del compresor después de la primera etapa. El efecto en el rendimiento es similar al de la temperatura del aire de entrada. Esto, por supuesto, es cierto porque las variaciones de temperatura del agua de refrigeración afectarán directamente la temperatura del aire que entra en la segunda, tercera y posteriores etapas, donde hay intercoolers ubicados entre etapas.
Baja temperatura de enfriamiento:
Aumenta la presión de descarga.
Aumenta la capacidad máxima (flujo de peso).
Aumenta el consumo de energía (caballos de fuerza).
Figura 5: El efecto de la temperatura del agua de refrigeración sobre el rendimiento centrífugo
Mayor temperatura del agua de refrigeración:
Disminuye la presión de descarga.
Disminuye la capacidad máxima (flujo de peso).
Disminuye el consumo de energía (caballos de fuerza).
Aprender más acerca de los compresores centrífugos
CABP : a partir de esta breve explicación, nuestros lectores probablemente deseen comprender mejor estos elementos y cómo afectan específicamente sus operaciones. ¿Cómo pueden nuestros lectores obtener más información y asistencia de CAGI y sus miembros de la Sección de Compresores Centrífugos?
CAGI : CAGI y sus miembros de la sección de compresores centrífugos, que incluyen Atlas Copco, Cameron, FS Elliott e Ingersoll Rand, cuentan con ingenieros capacitados para ayudar y guiar a los usuarios a través de la selección del compresor del tamaño correcto para su funcionamiento. Se recomienda una evaluación del sistema del compresor al actualizar y / o reemplazar los sistemas existentes para garantizar que el rendimiento del sistema se maximice.
Para obtener información más detallada sobre CAGI, sus miembros, aplicaciones de aire comprimido o respuestas a cualquiera de sus preguntas sobre el aire comprimido, comuníquese con el Instituto de Aire y Gas Comprimido. Los recursos educativos de CAGI incluyen cursos de e-learning en el SmartSite, guías de selección, videos y el Manual de aire comprimido y gas comprimido.
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