Compresores de Tornillo
Uno de los tipos de compresores de aire usuales en la industria, son los Compresores de Tornillo los cuales están dentro de la clasificación de Compresores de desplazamiento positivo, que desplazan un volumen contante a presión variable, construidos de una o dos etapas de compresión, no tienen masas reciprocantes, descarga el aire sin pulsaciones, permite altas velocidades de rotación y son de dimensiones pequeñas. Puesto que no producen vibraciones mecánicas no presentan dificultad desde el punto de vista de cimentación, pero tienen la desventaja de tener un alto nivel de ruido, el que puede disminuirse por medio de cajas acústicas.
No tienen válvulas de succión y descarga. Poseen pequeños claros, sin embargo la fricción y las pérdidas por intersticio son grandes, sus partes están sujetas a desgaste excesivo y requieren de maquinados de alta precisión
Diseño Básico.- Consiste de un par o dos pares (si es de una etapa o dos) de lóbulos ranurados helicoidalmente y acoplados paralelamente dentro de una carcasa adecuada. El Lóbulo primario o macho tiene 3 o 4 perfiles helicoidales desplazados 90°, siento este el rotor motriz y puede ser acoplado directo o indirectamente al motor El Lóbulo secundario o Lóbulo Hembra tiene 5 o 6 Perfiles helicoidales desplazados 60° y es conducido por el rotor Macho sin contacto metálico.
La Sección Transversal de los rotores puede ser simétrica o asimétrica siendo esta última el diseño más moderno ya que disminuye las pérdidas por escurrimiento, trayendo como consecuencia un menor costo por pie cúbico de Aire Comprimido.
La Relación de velocidad entre ambos rotores es inversamente proporcional a la relación del número de perfiles helicoidales entre rotor primario y secundario. Así tenemos que si el rotor macho gira a 1800 RPM, el rotor secundario girará a 1800 por número de lóbulos de rotor primario entre el número de lóbulos del rotor hembra o sea 1800 x 4/6 = 1200 RPM
El Compresor de mayor capacidad el rotor primario es acoplado a la unidad motriz a través de una
extensión de flecha a un par de engranes rectos o helicoidales; la relación de los dientes de este par de engranes corresponde a los de los perfiles helicoidales de ambos rotores. Los Engranes tienen pequeños claros entre dientes reflejándose este en los rotores. Normalmente el material es de acero forjado.
La carcasa en la que se alojan los Tornillos es de una sola pieza de fierro fundido, esta provee al
Compresor de los conductos de entrada y descarga del aire.
Un especial problema es presentado para los soportes de los Tornillos ya que están sujetos por una parte a cargas extremas y por otra a velocidades altas. Estas cargas son parcialmente axiales causadas por la diferencia de presiones en los extremos de los rotores; y otra de las cargas (radiales) causadas por la compresión del aire. Con el objeto de mantener los claros mínimos, la deflexión de los rotores deberá ser tan pequeña como sea posible, por esta razón los rotores deberán ser cortos y rígidos.
Los Baleros de lado de la descarga son de doble hilera del tipo llamado de bolas (Contacto Ángular) para absorber las cargas axiales y radiales. Del lado de la succión se instalan baleros de rodillos para soportar las cargas radiales y la expansión térmica del rotor y carcaza.
Principio de la compresión en los Compresores del Tipo Tornillo.
El Ciclo de compresión empieza cuando los rotores se desengranan en la entrada de la carcaza. El Aire es atrapado dentro del hueco que forma el perfil del rotor macho y la cavidad rotor hembra, como la rotación continua el aire queda atrapado entre las cavidades del rotor y la pared de la carcasa. Una mayor rotación causa que el perfil del rotor principal quede dentro de la cavidad sel rotor hembra reduciendo el volumen y aumentando la presión del aire repitiéndose esta operación para cada perfil del rotor y para cada rotación teniendo como resultado un flujo continuo de Aire sin pulsaciones.
En otras palabras podemos decir que el que la acción del perfil del Tornillo macho es similar a la de una bola con trayectoria semejante a la de la cavidad del perfil hembra. En la Fig. 1-009 se ha aislado en un ciclo de compresión para simplificación A.- A medida que gira el Tornillo Secundario la bola (Tornillo Macho) se encaja o engrana para iniciar el ciclo de compresión con Aire a la presión ambiente atrapado. B.- A medida que se mueve la bola hacia abajo de la ranura el aire es comprimido. C.- El Aire se comprime hasta que la ranura del rotor hembra descubre que la descarga entregando el aire comprimido al recipiente reparador en caso de un solo paso o siguiente par de rotores en caso de Compresor de dos pasos. El Aire Atmosférico llena el espacio situado atrás de la bola preparando la ranura para otro ciclo de compresión, a medida que continua la rotación, el lóbulo macho se engranará de nuevo a la ranura.
Los Compresores de Tornillo pueden clasificarse de acuerdo al tipo de enfriamiento. En los que la carcasa y el interenfriador en caso de dos etapas son enfriados por agua. Enfriados por el aceite de lubricación en este caso se inyecta Lubricante a presión durante la compresión formándose una mezcla de Aire - Aceite, la cual es separada al final de la compresión; después de recuperarse el Aceite este es enfriado y filtrado para ser utilizado nuevamente. El Enfriamiento del Lubricante puede hacerse por medio de agua, a través de un intercambiador de calor o por medio de Aire a través de un radiador.