Compresor de pistón

Un compresor de pistón, compresor volumétrico alternativo o compresor de émbolo es un compresor de gases que funciona por el desplazamiento de un émbolo dentro de un cilindro (puede tener varios) movido por un cigüeñal para obtener gases a alta presión. El gas a comprimir entra, a presión ambiental, por la válvula de admisión en el cilindro, donde se comprime con el pistón, que tiene un movimiento alternativo mediante un cigüeñal y un biela, y se descarga, comprimido, por la válvula de descarga.

Es uno de los compresores más antiguos y conocidos, aunque hoy se emplean especialmente los compresores rotativos. El principio de funcionamiento del compresor alternativo, basado en el desalojamiento del aire por el émbolo, permite fabricar máquinas con pequeño diámetro y un recorrido insignificante del pistón, que desarrollan alta presión con un caudal relativamente pequeño.

Los compresores de pistones pueden clasificarse atendiendo a distintas características:

Por el número de cilindros:

  • Monocilíndricos.
  • Bicilíndricos.
  • Policilíndricos

Por la forma de trabajar el émbolo:

  • De simple efecto: la compresión se efectúa por una cara del pistón.
  • De doble efecto: la compresión se realiza por las dos caras del pistón

Por el número de etapas empleadas en la compresión:

  • Monoetápico.
  • Bietápicos.
  • Polietápicos.

Por la disposición de los pistones:

  •  Horizontales.
  • Verticales.
  • En V.
  • A escuadra.
Compresor de pistón

Los compresores monoetápicos son de poca potencia. La presión final alcanzada es de 4 a 5 bares, con una temperatura de salida entorno a los 180ºC (±20ºC). La refrigeración es por aire. Los compresores bietápicos son los más utilizados. Primero se llega de 2 a 3 bares para luego alcanzar unos 8 bares, con una temperatura de salida de 150ºC (±15ºC). La refrigeración puede ser por aire con un ventilador o por una corriente de agua.

Algunos de los compresores más habituales en el mercado presentan las siguientes características:

  • De simple efecto, monoetápicos y refrigeración por aire: capacidad hasta 1 m3/min, relación potencia (CV)/capacidad (m3/min) inferior a 10.
  • De simple efecto, bietápicos y refrigeración por aire: capacidad de 2 a 10 m3/min, relación potencia (CV)/capacidad (m3/min) de 7,5 a 8,5.
  • De doble efecto, bietápicos y refrigeración por agua: capacidad de 10 a 100 m3/min, relación potencia (CV)/capacidad (m3/min) de 6,5 a 7,5.

En la Figura siguiente se representan las cuatro fases del ciclo termodinámico que se desarrollan en el caso más simple de un compresor monoetápico de un cilindro de simple efecto.

  • Fase 1, admisión (4-1): Con la válvula de aspiración abierta, el pistón situado en el punto 4 inicia su avance hasta el 1 en el que se cierra la válvula. Entra aire a una presión P1.
  • Fase 2, compresión (1-2): Al cerrarse la válvula de admisión, el pistón retrocede hasta 2 y el aire se comprime hasta la presión P2.
  • Fase 3, expulsión (2-3): En 2 se abre la válvula de expulsión y el pistón al seguir retrocediendo hasta 3 va expulsando el aire y dejando el volumen V3 correspondiente al espacio muerto del cilindro.
  • Fase 4, expansión (3-4): En 3 se cierra la válvula de expulsión y el aire encerrado en el cilindro se expansiona haciendo avanzar el pistón hasta 4. En ese instante se abre la válvula de admisión, reiniciándose de nuevo el ciclo.

 

Ciclo termodinamico piston
Ciclo termodinámico de un compresor alternativo de un cilindro

Os dejo a continuación una animación sobre un compresor de pistón de doble efecto:

También os dejo una presentación del profesor Pedro Loja sobre el compresor de pistón:

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

El cigüeñal

El cigüeñal  es un árbol de transmisión, con codos y contrapesos presente en ciertas máquinas que, aplicando el principio del mecanismo de biela – manivela, transforma el movimiento rectilíneo alternativo en circular uniforme y viceversa. En realidad consiste en un conjunto de manivelas. Cada manivela consta de una parte llamada muñequilla y dos brazos que acaban en el eje giratorio del cigüeñal. Cada muñequilla se une una biela, la cual a su vez está unida por el otro extremo a un pistón. En los motores de automóviles el extremo de la biela opuesta al bulón del pistón (cabeza de biela) conecta con la muñequilla, la cual junto con la fuerza ejercida por el pistón sobre el otro extremo (pie de biela) genera el par motor instantáneo. El cigueñal va sujeto en los apoyos, siendo el eje que une los apoyos el eje del motor.

Os dejo a continuación un vídeo explicativo que espero os guste.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

Bandejas vibratorias o placas vibrantes

Figura 1. Bandeja Vibratoria Reversible VDR 26H

Son máquinas que transmiten su vibración mediante una bandeja accionada por el giro de masas excéntricas unidas a ella. Decaladas convenientemente las masas, se consigue una resultante de la fuerza centrífuga en el sentido de la marcha del operador. Las bandejas vibratorias con movimiento sólo de avance tienen una excéntrica situada en la parte delantera de la placa, mientras que las bandejas con movimiento en ambos sentidos, tienen dos. Las dos excéntricas permiten la regulación gradual de la velocidad. Son accionados por motores de gasolina o diésel, e incluso por motores eléctricos.

El motor y el manillar se montan sobre una placa separada, que está aislada de la bandeja vibratoria por muelles de acero o amortiguadores de goma. Tienen una longitud entre 0,50 y 1,00 m, con anchos entre 30 y 80 cm. Su velocidad varía entre 20 y 25 m/min. Se clasifican según su peso y frecuencia en:

  • Ligeros: alrededor de 100 kg, 100 Hz.
  • Medios: 500-1000 kg, 50 Hz.
  • Pesados: 1500-3000 kg, 20 Hz.

Las bandejas ligeras operan normalmente a altas frecuencias y bajas amplitudes. Son adecuadas para la compactación de arena y grava, cuando trabajan en capas delgadas (10-15 cm). Cuando se equipan con sistema de riego, también son útiles para el tratamiento de superficies asfálticas. Las bandejas vibratorias medio-pesadas (>400 kg) son efectivas sobre suelos semicohesivos -hasta 12-15% de finos- debido a su peso y sus mayores amplitudes. Evidentemente, no se aconsejan para trabajos de alto volumen. Suelen ser muy útiles en la compactación de rellenos de zanjas.

Se pueden acoplar varias placas a una máquina sobre neumáticos o sobre orugas constituyendo un compactador de multiplacas vibrantes.

Figura 2. Compactador de multiplacas vibrantes

 

Figura 3. Placa vibrante acoplada al brazo de una retroexcavadora. Imagen: V. Yepes

Os dejo algún vídeo para que veáis el funcionamiento de esta máquina.

Referencias:

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (2014). Equipos de compactación superficial. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 187. Valencia, 113 pp.

 

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Los ventiladores en las instalaciones de ventilación

El ventilador es una turbomáquina que sirve para transportar gases, absorbiendo energía mecánica en el eje y devolviéndola al gas. En obra civil o en minería se emplean en la renovación del aire, funcionando en el medio de trabajo por impulsión o por extracción.

La ventilación cobra especial importancia en los trabajos subterráneos tales como galerías, pozos y túneles. Ésta consigue la disminución notable de enfermedades pulmonares profesionales así como un aumento sustancial de la productividad de los equipos. Además, también se emplea la ventilación durante la gestión de los grandes túneles carreteros, de forma que se consiga una atmósfera saludable para el automovilista y un aire puro que permita a los motores térmicos una marcha eficiente.

Los ventiladores son máquinas destinadas a producir un incremento de presión total del aire pequeño, con una relación de compresión de 1,1. En este caso la variación del volumen específico del gas a través de la máquina se puede despreciar, por lo que el ventilador se comporta como una turbomáquina hidráulica. Se distingue del turbocompresor en que las variaciones de presión en el interior del ventilador son tan pequeñas, que el gas se puede considerar prácticamente incompresible. Esto significa que las leyes que relacionan el caudal, la presión y la potencia de un ventilador con su velocidad de rotación son las mismas que en las bombas axiales o centrífugas.

A continuación os paso un Polimedia presentado por la profesora Petra Amparo López Jiménez, de la Universitat Politècnica de València. Allí se presentna los tipos de ventiladores y se describe importancia de las curvas de selección de los mismos, así como la determinación de su punto de funcionamiento e idoneidad para una instalación.  Espero que os guste.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

¿Quién inventó los motores?

Hoy os paso una entrada sugerente, pues es difícil dar nombres y apellidos al inventor del primer motor conocido. El tema de los motores es muy importante en la ingeniería civil en tanto que las obras actuales no se pueden concebir sin el uso de máquinas. Veamos pues, una pequeña definición de lo que es un motor y luego un vídeo explicativo, bueno para verlo si tenéis un rato en estas vacaciones.

Un motor es la parte de una máquina capaz de hacer funcionar el sistema transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento.

Figura. Máquina de vapor en funcionamiento

Los orígenes de los motores son muy remotos. Especialmente si se consideran los inicios o precedentes de algunos elementos constitutivos de los motores, imprescindibles para su funcionamiento como tales. Considerados como máquinas completas y funcionales, y productoras de energía mecánica, hay algunos ejemplos de motores antes del siglo XIX. A partir de la producción comercial de petróleo a mediados del siglo XIX (1850) las mejoras e innovaciones fueron muy importantes. A finales de ese siglo había una multitud de variedades de motores usados en todo tipo de aplicaciones.

En el siguiente enlace de Wikipedia tenéis las fechas más interesantes relacionadas con la historia de los motores: http://es.wikipedia.org/wiki/Historia_del_motor_de_combusti%C3%B3n_interna.