Control de Capacidad
El control de capacidad en compresores centrífugos es más complejo que en compresores de desplazamiento positivo debido al fenómeno de surge. Existen varios métodos para ajustar la capacidad mientras se mantiene la operación segura.
Métodos de Control
1. Álabes Guía de Entrada (IGV)
Los Inlet Guide Vanes (IGV) son álabes ajustables en la entrada del compresor:
Vista frontal del IGV:
Abierto (100%) Parcial (50%) Cerrado (mínimo)
╱ ╲ ╲ ╱ ─┼─
╱ ╲ ╳ │
╱ ╲ ╱ ╲ ─┼─
─────────── ───────── ─────────
Flujo Flujo Flujo
máximo reducido mínimo
Funcionamiento:
- Los álabes cambian el ángulo de entrada del aire al impulsor
- Modifican la curva característica del compresor
- Permiten reducir la capacidad sin entrar en surge
Efecto en la curva:
Presión
│
│ IGV 100% ────────╮
│ ╱ ╲
│ ╱ IGV 75% ─────────╮╲
│ ╱ ╱ ╲╲
│ ╱ ╱ IGV 50% ──────────╲╲
│╱ ╱ ╱ ╲╲
│ ╱ ╱ ╲╲
└──────────────────────────────── Flujo
| Posición IGV | Capacidad | Eficiencia |
|---|---|---|
| 100% (abierto) | 100% | Óptima |
| 75% | 70-80% | Buena |
| 50% | 45-55% | Aceptable |
| 25% | 20-30% | Reducida |
| Mínimo | 15-20% | Baja |
2. Válvula de Descarga (Butterfly)
Una válvula de mariposa en la descarga puede regular el flujo:
Válvula Butterfly
│
Compresor ══════════════════════╪══════════> Sistema
│
┌────┴────┐
│ ◐ Disco │
│ ajust.│
└─────────┘
Características:
- Control más simple que IGV
- Menos eficiente (pérdida de presión)
- Usado como control secundario
- Respuesta rápida
| Aspecto | IGV | Butterfly |
|---|---|---|
| Eficiencia | Mayor | Menor |
| Costo | Mayor | Menor |
| Complejidad | Mayor | Menor |
| Respuesta | Más lenta | Más rápida |
| Rango de control | Mayor | Limitado |
3. Válvula de Blow-Off (Alivio)
La válvula de blow-off descarga aire a la atmósfera cuando el flujo se acerca a la línea de surge:
┌──→ Atmósfera (desperdicio)
│
Compresor ══> Descarga ═══════╪══> Sistema
│
Válvula de
Blow-Off
Funcionamiento:
- El controlador monitorea flujo y presión
- Cuando el punto de operación se acerca al surge
- La válvula abre y descarga aire
- El flujo a través del compresor aumenta
- El punto de operación se aleja del surge
El blow-off desperdicia el aire comprimido (y la energía usada para comprimirlo). Es un método simple pero ineficiente. Cada 100 CFM de blow-off representa aproximadamente 20-25 HP desperdiciados.
4. Válvula de Recirculación
Similar al blow-off, pero el aire se recircula a la entrada:
┌────────────────────────────┐
│ Enfriador │
│ ║ │
↓ ║ │
Entrada ══> Compresor ══> Descarga ═╪═> Sistema
│
Válvula de
Recirculación
Ventajas sobre blow-off:
- No pierde el aire
- Menos ruido
- Puede incluir enfriamiento
Desventajas:
- Aún desperdicia energía de compresión
- Sistema más complejo
- Requiere enfriador para evitar sobrecalentamiento
5. Control de Velocidad Variable (VSD)
Algunos compresores modernos usan variadores de frecuencia:
Red ──→ VFD ──→ Motor ──→ Bull Gear ──→ Impulsores
│
└── Controlador
│
└── Ajusta frecuencia
según demanda
Efecto en la curva:
Presión
│
│ 100% vel ────────╮
│ ╱ ╲
│ ╱ 90% vel ─────────╮
│ ╱ ╱ ╲
│ ╱ ╱ 80% vel ─────────╮
│╱ ╱ ╱ ╲
│ ╱ ╱ 70% vel ─────────╮
└──────────────────────────────── Flujo
(Toda la curva se desplaza, incluyendo
la línea de surge)
| Aspecto | Ventaja | Desventaja |
|---|---|---|
| Eficiencia | Excelente a carga parcial | - |
| Rango | Amplio (50-100%) | Limitado por surge |
| Complejidad | - | Alta en diseños bull gear |
| Costo | - | Mayor inversión inicial |
| Armónicos | - | Requiere filtros |
Control Anti-Surge
Sistema Típico
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ CONTROLADOR ANTI-SURGE │
│ │
│ ┌──────┐ ┌──────┐ ┌──────┐ ┌──────┐ │
│ │ FT │ │ PT │ │ TT │ │ ST │ │
│ │Flujo │ │Presión│ │Temp │ │Veloc │ │
│ └──┬───┘ └──┬───┘ └──┬───┘ └──┬───┘ │
│ │ │ │ │ │
│ └───────────┴───────────┴───────────┘ │
│ │ │
│ ┌─────┴─────┐ │
│ │ Algoritmo │ │
│ │ Anti-Surge │ │
│ └─────┬─────┘ │
│ │ │
│ ┌──────────────┼──────────────┐ │
│ ▼ ▼ ▼ │
│ ┌──────┐ ┌──────┐ ┌──────┐ │
│ │ IGV │ │Blow- │ │Recirc│ │
│ │ │ │ Off │ │ │ │
│ └──────┘ └──────┘ └──────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
Algoritmos de Control
| Algoritmo | Descripción | Aplicación |
|---|---|---|
| ΔP/flujo² | Relación cuadrática | Estándar industrial |
| Modelo predictivo | Anticipa cambios | Cargas variables |
| Adaptativo | Ajusta parámetros | Condiciones cambiantes |
| Fuzzy logic | Reglas difusas | Procesos complejos |
Parámetros Típicos
| Parámetro | Valor Típico |
|---|---|
| Margen de surge | 10-15% |
| Tiempo de respuesta | menos de 100 ms |
| Velocidad de cierre blow-off | menos de 1 segundo |
| Precisión de medición flujo | +/- 1% |
| Redundancia sensores | 2 de 3 votación |
Combinación de Métodos
En la práctica, se combinan varios métodos:
Demanda del sistema
│
┌──────────┴──────────┐
│ │
Alta demanda Baja demanda
│ │
▼ ▼
IGV abierto IGV parcial
Vel. máxima Vel. reducida
│ │
│ ┌──────┴──────┐
│ │ │
│ Demanda OK Cerca surge
│ │ │
│ │ ▼
│ │ Blow-off
│ │ activo
▼ ▼ │
═══════════════════════════════════════
COMPRESOR OPERANDO
La combinación óptima depende del perfil de carga. Para cargas estables, IGV es más eficiente. Para cargas muy variables, VSD + blow-off ofrece mejor respuesta.