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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 IGVCapacidadEficiencia
100% (abierto)100%Óptima
75%70-80%Buena
50%45-55%Aceptable
25%20-30%Reducida
Mínimo15-20%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
AspectoIGVButterfly
EficienciaMayorMenor
CostoMayorMenor
ComplejidadMayorMenor
RespuestaMás lentaMás rápida
Rango de controlMayorLimitado

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:

  1. El controlador monitorea flujo y presión
  2. Cuando el punto de operación se acerca al surge
  3. La válvula abre y descarga aire
  4. El flujo a través del compresor aumenta
  5. El punto de operación se aleja del surge
Desperdicio de Energía

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)
AspectoVentajaDesventaja
EficienciaExcelente a carga parcial-
RangoAmplio (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

AlgoritmoDescripciónAplicación
ΔP/flujo²Relación cuadráticaEstándar industrial
Modelo predictivoAnticipa cambiosCargas variables
AdaptativoAjusta parámetrosCondiciones cambiantes
Fuzzy logicReglas difusasProcesos complejos

Parámetros Típicos

ParámetroValor Típico
Margen de surge10-15%
Tiempo de respuestamenos de 100 ms
Velocidad de cierre blow-offmenos de 1 segundo
Precisión de medición flujo+/- 1%
Redundancia sensores2 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
Optimización

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.