Principio de funcionamiento del compresor de diafragma

El compresor de diafragma es un tipo especial de compresor que desempeña un papel importante en muchos campos gracias a su estructura y principio de funcionamiento únicos.

1. Composición estructural del compresor de diafragma

El compresor de diafragma se compone principalmente de las siguientes partes:

1.1 Mecanismo de accionamiento

Generalmente accionado por un motor eléctrico o un motor de combustión interna, la potencia se transmite al cigüeñal del compresor mediante correa, engranajes o conexión directa. La función del mecanismo de accionamiento es proporcionar una fuente de energía estable al compresor, garantizando así su correcto funcionamiento.

Por ejemplo, en algunos compresores de diafragma pequeños, se puede utilizar un motor monofásico como mecanismo de accionamiento, mientras que en los compresores de diafragma industriales de gran tamaño, se pueden utilizar motores trifásicos de alta potencia o motores de combustión interna.

1.2 Mecanismo de biela del cigüeñal

El mecanismo de biela-manivela es uno de los componentes principales del compresor de diafragma. Consta de un manivela, una biela, una cruceta, etc., que convierte el movimiento de rotación del mecanismo de accionamiento en el movimiento lineal alternativo del pistón. La rotación del manivela impulsa la biela, que a su vez empuja la cruceta para generar un movimiento alternativo en la corredera.

Por ejemplo, el diseño de los cigüeñales suele emplear aceros aleados de alta resistencia, sometidos a mecanizado de precisión y tratamiento térmico para garantizar su resistencia y rigidez. La biela está fabricada con acero forjado de excelente calidad y, gracias a un procesamiento y montaje precisos, asegura una conexión fiable con el cigüeñal y la cruceta.

1.3 Pistón y cuerpo del cilindro

En un compresor de diafragma, el pistón es el componente en contacto directo con el gas, y su movimiento alternativo dentro del cilindro permite comprimirlo. El cuerpo del cilindro suele estar fabricado de hierro fundido o acero fundido de alta resistencia, materiales que ofrecen una buena resistencia a la presión. Se utilizan juntas entre el pistón y el cilindro para evitar fugas de gas.

Por ejemplo, la superficie del pistón suele recibir tratamientos especiales como cromado o niquelado para mejorar su resistencia al desgaste y a la corrosión. La selección de los componentes de sellado también es crucial, utilizándose generalmente juntas de goma o metal de alto rendimiento para garantizar un sellado eficaz.

1.4 Componentes del diafragma

El diafragma es un componente clave del compresor de diafragma, ya que aísla el gas comprimido del aceite lubricante y del mecanismo de accionamiento, garantizando así la pureza del gas. Los componentes del diafragma suelen estar formados por láminas, bandejas y placas de presión. Las láminas del diafragma generalmente están fabricadas con materiales metálicos o de caucho de alta resistencia, que poseen buena elasticidad y resistencia a la corrosión.

Por ejemplo, las placas de diafragma metálicas suelen estar hechas de materiales como acero inoxidable y aleación de titanio, y se procesan mediante técnicas especiales para lograr una alta resistencia y resistencia a la corrosión. El diafragma de caucho está hecho de un material de caucho sintético especial, que posee buena elasticidad y propiedades de sellado. La bandeja y la placa de presión del diafragma se utilizan para fijarlo, asegurando que no se deforme ni se rompa durante el funcionamiento.

1.5 Válvula de gas y sistema de refrigeración

La válvula de gas es un componente del compresor de diafragma que controla la entrada y salida de gas, y su funcionamiento afecta directamente a la eficiencia y fiabilidad del compresor. La válvula de aire suele ser automática o forzada, y se selecciona según la presión de trabajo y los requisitos de caudal del compresor. El sistema de refrigeración se utiliza para reducir el calor generado por el compresor durante su funcionamiento, garantizando así su correcto funcionamiento.

Por ejemplo, las válvulas automáticas suelen utilizar un resorte o un diafragma como núcleo, que se abre y cierra automáticamente mediante cambios en la presión del gas. La válvula de presión requiere el control de mecanismos de accionamiento externos, como accionamiento electromagnético o neumático. El sistema de refrigeración puede ser por aire o por agua, según el entorno operativo y los requisitos del compresor.

2. Principio de funcionamiento del compresor de diafragma

El proceso de funcionamiento de un compresor de diafragma se puede dividir en tres etapas: succión, compresión y escape:

2.1 Etapa de inhalación

Cuando el pistón se mueve hacia la derecha, la presión dentro del cilindro disminuye, la válvula de admisión se abre y el gas externo ingresa al cuerpo del cilindro a través del conducto de admisión. En ese momento, la placa del diafragma se dobla hacia la izquierda bajo la acción de la presión dentro del cilindro y la presión en la cámara del diafragma, y ​​el volumen de la cámara del diafragma aumenta, generando un proceso de succión.

Por ejemplo, durante el proceso de inhalación, la apertura y el cierre de la válvula de admisión se controlan mediante la diferencia de presión entre el interior y el exterior del bloque del cilindro. Cuando la presión dentro del cilindro es menor que la presión externa, la válvula de admisión se abre automáticamente y el gas externo entra en el cuerpo del cilindro; cuando la presión dentro del cilindro es igual a la presión externa, la válvula de admisión se cierra automáticamente y finaliza el proceso de succión.

2.2 Etapa de compresión

Cuando el pistón se mueve hacia la izquierda, la presión dentro del cilindro aumenta gradualmente, la válvula de admisión se cierra y la de escape permanece cerrada. En ese momento, la placa del diafragma se dobla hacia la derecha debido a la presión interna, reduciendo el volumen de la cámara del diafragma y comprimiendo el gas. A medida que el pistón continúa moviéndose, la presión dentro del cilindro aumenta continuamente hasta alcanzar la presión de compresión preestablecida.

Por ejemplo, durante la compresión, la deformación por flexión del diafragma está determinada por la diferencia entre la presión dentro del cilindro y la presión en la cámara del diafragma. Cuando la presión dentro del cilindro es mayor que la presión en la cámara del diafragma, la placa del diafragma se dobla hacia la derecha, comprimiendo el gas; cuando la presión dentro del cilindro es igual a la presión en la cámara del diafragma, este se encuentra en equilibrio y finaliza el proceso de compresión.

3.3 Etapa de escape

Cuando la presión dentro del cilindro alcanza la presión de compresión establecida, la válvula de escape se abre y el gas comprimido se descarga del cilindro a través del tubo de escape. En ese momento, la placa del diafragma se dobla hacia la izquierda debido a la presión dentro del cilindro y la cámara del diafragma, aumentando el volumen de esta última y preparándola para el siguiente proceso de succión.

Por ejemplo, durante el proceso de escape, la apertura y el cierre de la válvula de escape se controlan mediante la diferencia entre la presión dentro del cilindro y la presión en el tubo de escape. Cuando la presión dentro del cilindro es mayor que la presión en el tubo de escape, la válvula de escape se abre automáticamente y el gas comprimido se descarga del cuerpo del cilindro; cuando la presión dentro del cilindro es igual a la presión en el tubo de escape, la válvula de escape se cierra automáticamente y finaliza el proceso de escape.

3. Características y aplicaciones de los compresores de diafragma

3.1 Características

Alta pureza del gas comprimido: Gracias al diafragma que separa el gas comprimido del aceite lubricante y del mecanismo de accionamiento, el gas comprimido no se contamina con aceite lubricante ni impurezas, lo que da como resultado una alta pureza.

Buen sellado: El compresor de diafragma adopta una estructura de sellado especial que previene eficazmente las fugas de gas, garantizando la eficiencia y la seguridad de la compresión.

Funcionamiento suave: Durante el funcionamiento del compresor de diafragma, la velocidad de movimiento del pistón es relativamente baja y no hay contacto directo entre las piezas metálicas, por lo que el funcionamiento es suave y el ruido es bajo.

Gran adaptabilidad: Los compresores de diafragma pueden adaptarse a diversos requisitos de compresión de gas, incluidos gases especiales de alta presión, alta pureza, inflamables y explosivos.

3.2 Aplicación

Industria petroquímica: se utiliza para comprimir gases como hidrógeno, nitrógeno, gas natural, etc., proporcionando materias primas y energía para la producción química.

Industria alimentaria y farmacéutica: se utiliza para comprimir gases como el aire y el nitrógeno, proporcionando un entorno gaseoso limpio para el procesamiento de alimentos y la producción farmacéutica.

Industria de semiconductores electrónicos: se utiliza para comprimir gases de alta pureza como nitrógeno, hidrógeno, helio, etc., proporcionando un entorno de gas de alta pureza para la fabricación de chips electrónicos y la producción de semiconductores.

En el ámbito de los experimentos de investigación científica, se utiliza para comprimir diversos gases especiales y proporcionar un suministro estable de gas para dichos experimentos.

En resumen, los compresores de diafragma desempeñan un papel importante en muchos campos debido a su estructura y principio de funcionamiento únicos. Comprender el principio de funcionamiento de los compresores de diafragma puede ayudar a utilizar y mantener mejor este equipo, así como a mejorar su eficiencia y fiabilidad.