Los compresores centrífugos de aire en constante evolución

El aire comprimido es una necesidad esencial para los sistemas de combustión, procesos de separación de aire, sistemas de transporte neumático, aire para plantas e instrumentos y otras aplicaciones en lugares tan distintos como plantas químicas, instalaciones de gas industrial, fábricas de fertilizantes, molinos de acero, explotaciones mineras, automoción, fabricación de aparatos electrónicos, instalaciones para alimentos y bebidas y productos textiles y fábricas de vidrio. Aunque el diseño básico del compresor centrífugo de aire se ha mantenido sin cambios durante muchos años, los vendedores de estos caballos de batalla son muy conscientes de la necesidad de modernizar continuamente sus diseños para elevar al máximos las prestaciones.

Gran parte de este esfuerzo continuo ha estado dirigido a reducir los costes operativos y de capital. Por ejemplo, en los últimos años, los avances en todos los terrenos, desde el diseño mecánico de todo el bloque al diseño de sellos y rodamientos y la mayor capacidad de diagnóstico de los avanzados sistemas de control de hoy día, han producido mejoras demostrables tanto en el funcionamiento mecánico y aerodinámico como en la eficiencia eléctrica de los compresores centrífugos de aire, que han aumentado la fiabilidad y reducido los costes.

En los últimos años, casi todos los fabricantes más importantes han empezado a ofrecer sistemas de compresor centrífugo de aire que se montan a partir de una serie de módulos estandarizados, prefabricados. Hoy día, fabricantes como G Kühnle, Kopp & Kausch’s Compressor División, Cooper Compresión, Man Turbo AG, FS-Elliott Co., Dresser-Rand Co., Siemens Power Generation Industrial Applications, y General Electric ofrecen compresores de aire con diseños modulares. El uso de estos componentes modulares prefabricados y pre-armados reduce enormemente el número total de componentes y piezas en comparación con los diseños convencionales. Esta reducción de las piezas rebaja los costes y acorta los tiempos de montaje, y los diseños modulares permiten que todas las piezas internas se monten previamente en un taller, en condiciones de trabajo más controladas que las que se dan en el entorno típico de una fábrica.

Mientras tanto, para el usuario, los diseños modulares facilitan a los ingenieros de mantenimiento el rápido acceso para trabajar con los distintos subsistemas del compresor. Por ejemplo, control individual, se puede acceder para mantenimiento a los módulos de lubricación o de refrigeración intermedia sin tener que desmontar ni perturbar toda la unidad. Los diseños modulares de hoy ofrecen también a los operadores una flexibilidad sin precedentes en lo que se refiere a la modificación de los parámetros del sistema para cubrir las cambiantes necesidades del centro con ajustes o sustituciones menores, específicas de cada módulo. Por ejemplo, si con el paso del tiempo cambian las necesidades de aire comprimido del centro, debido a la demanda de un flujo mayor o menor, el ingeniero sólo tiene que cambiar uno o dos módulos individuales para actualizar y adaptar el compresor existente.

Además del diseño en módulos, las prestaciones y fiabilidad de los compresores centrífugos de aire actuales está mejorando gracias a los continuos avances en otros aspectos de su diseño mecánico. Por ejemplo, muchos fabricantes han aumentado la fiabilidad de su compresor mejorando los rodamientos del eje rotor, usando diseños del tipo rodamiento hidrostático, rodamientos magnéticos sin contacto, rodamientos auto ajustables y rodamientos de empuje de doble acción para reducir al mínimo la vibración en toda banda de carga operativa.

Todos los fabricantes se enorgullecen de los diseños de vanguardia de sus impulsores. La mayoría de los impulsores de hoy se fabrican de acero endurecido para que resistan el efecto erosivo y corrosivo de los contaminantes atmosféricos y el vapor de agua, e incorporan diseños de vanguardia inclinados hacia atrás con intrincadas configuraciones tridimensionales registradas –lo que exige un molino de cinco ejes durante la fabricación – para un óptimo comportamiento aerodinámico.

Los fabricantes de hoy siguen añadiendo funciones a los sistemas de control para mejorar el control general del compresor de aire, para aumentar la fiabilidad del sistema y la eficiencia en el consumo de energía de cara a la demanda variable y para dar asistencia en la resolución de problemas y en las tareas de mantenimiento, preventivas y de pronóstico.

Aunque el control independiente es importante, la mayoría de los compresores centrífugos de hoy incluyen también un puerto en serie que permite interconectar a la perfección la unidad con el sistema de control de toda la planta (DCS). Esto permite al usuario supervisar y gestionar todas las necesidades del compresor de aire bien junto a la unidad o desde cualquier otro lugar de la planta.

Los sistemas de control que vienen ahora de serie en muchos de los compresores centrífugos de aire industriales ofrecen un proceso de supervisión y diagnóstico mejor que nunca y permiten a los operadores seguir en tiempo real el estado de factores críticos de funcionamiento como la presión y la temperatura, detección de sobretensión, comportamiento aerodinámico, vibración de rodamientos y rotor, desplazamiento del eje, posición axial del rotor, flujo y temperatura del agua en el sistema de refrigeración, provisión de aceite lubricante, e incluso la temperatura dentro de una habitación para detectar cualquier acumulación de calor del motor.

En los últimos años el esfuerzo de los fabricantes se ha dirigido a reducir los costes operativos y de capital.

La producción de aire comprimido es una operación intrínsecamente costosa y que consume mucha energía. Debido a esto, los fabricantes de compresores siempre están buscando formas de mejorar la eficiencia energética de sus unidades.

Aunque el aire comprimido es un requisito esencial en muchos procesos químicos y en operaciones industriales y de fabricación, son muy pocas las instalaciones que tienen una demanda constante, sino que la necesidad de aire comprimido cambia de un día a otro y a veces de hora en hora.

La estrategia convencional para hacer frente a tales fluctuaciones en la demanda ha sido la de hacer funcionar el compresor a un ritmo constante y simplemente soltar a la atmósfera el aire comprimido innecesario, pero ésta es una estrategia intrínsecamente costosa y energéticamente ineficaz.

En los últimos años, para reducir el consumo de energía y armonizar mejor el funcionamiento del compresor con las necesidades de aplicación, se ha equipado a muchos compresores de desplazamiento positivo (como los compresores de tornillo y los de pistón) con unidades motrices de velocidad variable (VSD) para modular la velocidad del motor; o con unidades motrices de frecuencia variable (VFD), para modular la frecuencia de la potencia de entrada. En vez de dejar simplemente que el compresor funcione a ralentí cuando decae la demanda de aire comprimido, estos sistemas usan sensores de presión, conversores de frecuencia y controles basados en microprocesadores para ajustar continuamente la velocidad del motor, permitiendo a compresor proporcionar el suministro de aire requerido a la presión necesaria al tiempo que reducen enormemente la demanda eléctrica del sistema en su totalidad.

No obstante, aunque el uso de las VSD y VFD se ha generalizado para los compresores de desplazamiento positivo, excepto en raras excepciones estos sistemas no son adecuados para los compresores centrífugos de aire. Debido a que la salida de aire de un compresor centrífugo está en función de la velocidad del motor, cualquier reducción de la velocidad del motor entorpecería la capacidad del aparato para proporcionar un volumen dado de aire a una presión de descarga dada.

Así pues, para maximizar la eficiencia energética y reducir al mínimo el costoso sangrado de aire provocado por las variaciones en la demanda, los compresores centrífugos de hoy tienden a contar con álabes guía de admisión, con o sin difusores y válvulas de mariposa, para modular la cantidad de aire que entra en la unidad y esto permite a estos diseños hacer frente a las variaciones en la demanda del producto con mayor eficiencia energética que los basados en válvulas de alivio.