La compresión de gas es un proceso que consume energía externa para aumentar la presión del gas y generar energía potencial. El compresor es el encargado de comprimir el gas. Por lo tanto, el rendimiento básico del compresor de aire de tornillo depende inseparablemente de estos cuatro aspectos: presión, caudal, potencia y potencia específica.
Rendimiento básico del extremo de aire del compresor de aire de tornillo: presión
La obtención de la energía potencial de presión del aire comprimido es la función más básica de un compresor de aire, y el compresor de tornillo no es una excepción. La etapa de compresión del compresor de tornillo aumenta la presión del aire consumiendo energía externa. Cuanto mayor sea la presión, mayor será el consumo de energía y mayores serán los requisitos para la etapa de compresión. Generalmente, dividimos los compresores de aire en cuatro categorías según la presión de salida:
Baja presión: 0,2~1,0 MPa Presión media: 1,0~10 MPa Alta presión: 10~100 MPa Ultra alta presión: superior a 100 MPa
El compresor de aire de tornillo suele tener una presión de salida de 0,2 a 4,0 MPa, lo que significa que su rendimiento, viabilidad y economía son óptimos en este rango. Esto se debe a la estructura y el modo de funcionamiento de la unidad de compresión, y además es el segmento de presión con mayor demanda en el mercado.
La presión del aire comprimido que proporciona el compresor se mide principalmente mediante la relación de presión, que es la relación entre la presión de salida Pd y la presión de succión Ps. Cuanto mayor sea la relación, mayor será la presión de salida. Fórmula ε = Pd/Ps (6)
Para el motor principal del compresor de aire de tornillo, existen relaciones de presión interna y externa.
Relación de presión interna: la relación entre la presión en el volumen entre los dientes del motor principal y la presión de succión, que está determinada por la posición y la forma de los puertos de succión y escape;
Relación de presión externa: la relación entre la presión en el tubo de escape y la presión de succión. Presiones de succión y escape requeridas para las condiciones de operación o el flujo del proceso.
Cuando la relación de presión interna es diferente de la relación de presión externa, el motor principal consume más energía; cuando la relación de presión interna es igual a la relación de presión externa, el motor principal se encuentra en su estado óptimo.
En el caso del motor principal del compresor de aire de tornillo, cuando el motor principal, la temperatura ambiente, la presión de succión, la velocidad del motor principal y otros factores son los mismos, cuanto mayor sea la presión de salida, mayor será el consumo de energía.
Rendimiento básico del extremo de aire del compresor de aire de tornillo: flujo
El flujo generalmente se compone de flujo másico y flujo volumétrico. En las especificaciones y estándares de la industria de sistemas de compresión de aire, generalmente utilizamos el flujo volumétrico como método de medición de flujo, que también se denomina volumen de escape o flujo nominal en mi país: bajo la presión de escape requerida, el volumen de gas descargado por el compresor de aire por unidad de tiempo se convierte al estado de admisión, es decir, el valor volumétrico de la presión de succión en el tubo de admisión de la primera etapa y la temperatura y humedad de succión. La unidad es m³/min. El flujo volumétrico se divide en flujo volumétrico real y flujo volumétrico estándar.
Por lo general, las muestras, las selecciones y las placas de identificación de las máquinas utilizan caudales volumétricos estándar. Debido a la industria, la región y el uso, el caudal volumétrico estándar en el mercado del aire comprimido tiene dos definiciones según la diferencia en el estado estándar (temperatura, presión y componentes):
El estado estándar es presión P=101,325 kPa; temperatura estándar T=0 ℃; humedad relativa del 0 %. Se suele encontrar en documentos de licitación o en la industria de gases, química o industrial, denominado «cuadrado estándar», generalmente con el símbolo «VN» y la unidad Nm³/min.
Las condiciones estándar son: presión P = 101,325 kPa; temperatura estándar T = 20 °C; humedad relativa del 0 %. Se utilizan habitualmente en las normas de la industria del aire comprimido y se denominan «condiciones de trabajo estándar». El símbolo suele ser «V» y la unidad es m³/min.
Por lo general, el caudal volumétrico estándar utilizado en nuestra industria de compresores de aire es este último. La conversión del caudal volumétrico entre los dos estados se puede calcular mediante la fórmula:
V(m3/min)=1,0732VN(Nm3/min) Fórmula (7)
Para el motor principal del compresor de aire de tornillo, en las mismas condiciones, cuanto mayor sea la distancia entre centros del rotor, mayor será su caudal volumétrico; cuanto mayor sea la velocidad del motor principal, mayor será su caudal volumétrico.
Caudal volumétrico = qv volumen de compresión del motor principal × n velocidad de la cabeza Fórmula (8)
qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3 Fórmula (9)
Donde Z1——número de dientes del rotor macho; n——velocidad del rotor macho; λ——relación de aspecto del rotor; D——diámetro exterior del rotor macho.
Por lo tanto, en aras de la economía, solemos reducir la variedad de motores principales y podemos ajustar el volumen de escape del compresor de aire determinando la velocidad del motor principal para satisfacer la demanda del mercado.
Sin embargo, la velocidad del motor principal del compresor de tornillo no puede ser infinitamente alta, generalmente se encuentra entre 800 y 10 000 rpm. Por lo tanto, el fabricante del motor principal del compresor de tornillo desarrolla motores con diferentes rangos de caudal volumétrico para satisfacer los requisitos de flujo del compresor.
Según el caudal volumétrico de aire comprimido, los compresores de aire generalmente se pueden dividir en:
Microcompresor<1m3>10～<100 m3min; large compressor ≥100 min
El compresor de aire de tornillo principal es adecuado para máquinas individuales con un caudal de 1 a 100 m³/min, siendo el más fiable y económico, y también el modelo principal en el mercado de compresores de aire.
Cuanto mayor sea la presión, mayor será el consumo de energía del motor principal; cuanto mayor sea el caudal volumétrico, mayor será el consumo de energía del motor principal.
Cuanto menor sea la potencia específica del motor principal del compresor de aire de tornillo, menor será su consumo de energía y mejor su rendimiento. En condiciones de flujo constante, cuanto mayor sea la presión de salida, mayor será la potencia del eje del motor principal y, por lo tanto, mayor será su potencia específica.
Cada motor principal de compresor de aire de tornillo tiene un valor óptimo de potencia específica, que está relacionado con su velocidad. Cuando la velocidad es demasiado baja, aumentan las fugas, disminuye el volumen de gas y aumenta la potencia específica; cuando la velocidad es demasiado alta, aumenta la fricción, incrementa la potencia del eje y también aumenta la potencia específica. Sin embargo, debe existir una velocidad óptima que minimice la potencia específica. Por ello, no es necesariamente correcto afirmar que cuanto mayor sea el motor principal, mayor será su eficiencia energética.
Al diseñar compresores de aire de tornillo y de frecuencia variable, además de garantizar la calidad, debemos considerar la economía, la estandarización y la modularidad del motor principal. Por lo tanto, utilizaremos la curva de potencia específica del motor principal para diseñar y desarrollar compresores de aire de tornillo con diferentes presiones y caudales.
Fecha de publicación: 11 de septiembre de 2024
