Compresores Centrífugos

Los compresores centrífugos, también llamados turbocompresores, son máquinas dinámicas que utilizan velocidad rotativa para acelerar el aire y luego convertir esa velocidad en presión.

Principio de Funcionamiento

A diferencia de los compresores de desplazamiento positivo (tornillo, pistón), los centrífugos son compresores dinámicos:

1. El aire entra al centro del impulsor (impeller)
2. El impulsor gira a alta velocidad (10,000-60,000+ RPM)
3. La fuerza centrífuga acelera el aire hacia afuera
4. El aire entra al difusor donde la velocidad se convierte en presión
5. El aire pasa a la siguiente etapa o a la descarga

                    ┌─────────────┐
    Entrada →  ══>  │  Impulsor   │  ══>  Difusor  ══>  Siguiente etapa
                    │  (gira)     │         ↓
                    └─────────────┘      Presión
                         ↑
                    Velocidad alta

Velocidad vs Presión

En un compresor centrífugo, primero se añade energía cinética (velocidad) al aire, y luego se convierte en energía de presión en el difusor. Este es el principio fundamental de la compresión dinámica.

El Bull Gear (Engranaje Principal)

La mayoría de los compresores centrífugos industriales utilizan un diseño de bull gear (engranaje toro):

                        Impulsor 1
                            │
    Motor ══> Bull Gear ════╪════ Impulsor 2
              (baja vel.)   │
                        Impulsor 3

    Motor: 1,500-3,600 RPM
    Impulsores: 15,000-60,000+ RPM

1. Un motor eléctrico gira a velocidad estándar (1,500-3,600 RPM)
2. El bull gear es un engranaje grande central
3. Piñones pequeños engranan con el bull gear
4. Cada piñón multiplica la velocidad hacia cada impulsor
5. Los impulsores giran a velocidades muy altas

Ventajas del Diseño Bull Gear

Característica	Beneficio
Un solo motor	Menor costo, simplicidad
Múltiples etapas	Alcanza presiones altas
Velocidad optimizada	Cada etapa puede tener diferente relación
Sin acoplamientos complejos	Diseño compacto

Compresión por Etapas

Los compresores centrífugos típicamente tienen 2 a 4 etapas para alcanzar presiones industriales (7-10 bar).

¿Por Qué Múltiples Etapas?

Cada etapa tiene una relación de compresión limitada (típicamente 1.5:1 a 2.5:1). Para lograr 7 bar se necesitan varias etapas:

Etapa 1: 1 bar → 2 bar (relación 2:1)
   ↓ Intercooler
Etapa 2: 2 bar → 4 bar (relación 2:1)
   ↓ Intercooler
Etapa 3: 4 bar → 8 bar (relación 2:1)
   ↓ Aftercooler
Descarga: ~7.5 bar (con pérdidas)

Comparación con Compresores de Tornillo

Aspecto	Centrífugo	Tornillo
Principio	Dinámico	Desplazamiento positivo
Flujo	Alto (mayor a 500 CFM típico)	Bajo a medio
Regulación	Compleja (surge)	Simple
Eficiencia carga parcial	Menor	Mayor
Eficiencia carga completa	Mayor	Menor
Libre de aceite	Inherente	Requiere diseño especial
Mantenimiento	Menor frecuencia	Mayor frecuencia
Costo inicial	Mayor	Menor
Vida útil	Muy larga	Larga

Aplicaciones Típicas

Los compresores centrífugos son ideales para:

Aplicación	Razón
Grandes plantas industriales	Alto volumen continuo
Petroquímica	Aire libre de aceite, alta confiabilidad
Generación eléctrica	Aire de instrumentos, alta disponibilidad
Acerías	Volúmenes masivos
Plantas de separación de aire	Flujo constante 24/7
Grandes textileras	Telares de aire, flujo estable

Tamaño Mínimo

Los compresores centrífugos generalmente no son económicos por debajo de 200-300 HP (150-225 kW). Para capacidades menores, los compresores de tornillo son más apropiados.

Especificaciones Típicas

Parámetro	Rango Típico
Capacidad	500 - 150,000+ CFM
Presión	3 - 15 bar (típico 7-10 bar)
Potencia	200 - 50,000+ HP
Velocidad impulsor	10,000 - 60,000+ RPM
Etapas	2 - 4 (típico 3)
Eficiencia isotérmica	70 - 80%
Vida útil esperada	20 - 30+ años

Fabricantes Principales

Fabricante	Series	Características
Atlas Copco	ZH, ZB	Bull gear, alta eficiencia
Ingersoll Rand	Centac	Diseño modular
Cameron (Schlumberger)	TURBO-AIR	Petroleo y gas
MAN Energy	-	Alta presión
Siemens	STC-GV	Industrial pesado
Sullair	Turbo	Aire industrial