Si bien existen varios tipos de compresores (tipo espiral, alternativos, de tornillo rotativo, centrífugos y más), todos los compresores de aire hacen una cosa: comprimir aire.
Pero ¿cómo comprimen aire los compresores de aire? ¿Los distintos tipos de compresores comprimen el aire de manera diferente y, de ser así, cómo? ¿Y por qué eso importa en todo caso?
Primero, respondamos la última pregunta.
Los diferentes usos del aire comprimido requieren que la corriente de aire tenga diferentes dimensiones.[1] Las más críticas de estas dimensiones son la presión del aire, el flujo de aire y la calidad del aire. Si bien todos los tipos de compresores siguen el mismo proceso básico de compresión de aire, algunos pasos de ese proceso difieren para cada tipo. Esas diferencias pueden limitar los valores prácticos para algunas de las dimensiones de la corriente de aire que producen, por lo que el tipo de compresor que usted necesita depende hasta cierto punto del uso que le esté dando al aire comprimido.
Ahora que sabemos por qué es importante el tipo de compresor, podemos volver a la primera pregunta y analizar el proceso de compresión de aire en general. Pero incluso antes de hablar sobre el proceso de compresión, echemos un vistazo rápido a cómo es que los compresores de aire pueden obtener su energía.
Fuentes de energía para compresores de aire
Si bien el aire comprimido es una fuente de energía para herramientas neumáticas, instrumentos y más, el propio compresor requiere de una fuente propia. Las siguientes son las fuentes de energía más comunes para accionar compresores:
- Motores de gasolina. Normalmente alimentan compresores más pequeños en exteriores. Por lo general, proporcionan un flujo de aire de 50 cfm (pies cúbicos por minuto) / 1,4 m³/min (metros cúbicos por minuto) o menos. Se trasladan a mano (a menudo sobre ruedas, como una maleta grande).
- Motores diésel. Generalmente alimentan compresores más grandes en exteriores que se utilizan para proyectos tales como la construcción comercial. Esto incluye no solamente compresores de remolque portátiles, sino también compresores de ubicación fija que no pueden estar cerca de una fuente de energía eléctrica. El combustible diésel tiene más energía que la gasolina en volumen, por lo que los motores diésel son más eficientes que los de gasolina.
- Motores eléctricos. Compresores de potencia utilizados en interiores, que van desde proyectos caseros hasta procesos industriales, tales como la manufactura en grandes plantas industriales. Los compresores para uso doméstico y en talleres pequeños a menudo usan energía monofásica, mientras que los compresores para talleres más grandes y procesos industriales usan energía trifásica.
Compresión de aire: conceptos básicos
Los pasos principales en el proceso de compresión de aire son los siguientes: admisión, compresión, almacenamiento integrado, enfriamiento integrado y descarga, aunque no todos los compresores necesitan almacenamiento o enfriamiento integrados.
1. Admisión
Para crear aire comprimido, por supuesto usted necesita aire, por lo que la primera parte del proceso de compresión es la admisión de aire. Durante la admisión de aire, el aire entra en el compresor a través de una válvula de entrada de aire.
La válvula de entrada de aire a menudo está precedida por un filtro, que protege el compresor al reducir los contaminantes que ingresan.
2. Compresión
Luego, el aire fluye hacia la cámara de compresión, donde se comprime.
- Compresión es la conversión de la energía cinética de la fuente de energía en energía potencial en forma de aire presurizado.
Veremos más de cerca cómo cada tipo de compresor hace esto cuando cubramos los tipos de compresores, aunque dos conceptos fundamentales se aplican a todos los compresores.
Desplazamiento
Los compresores comprimen el aire mediante desplazamiento positivo o desplazamiento dinámico (también conocido como desplazamiento no positivo).
- Los compresores de desplazamiento positivo aumentan la presión del aire al reducir el volumen de aire.
- Los compresores de desplazamiento dinámico (a veces llamados de desplazamiento no positivo) aumentan la presión del aire aumentando primero su velocidad (incrementando directamente la energía cinética del aire) y luego reduciéndola
Compresores lubricados con aceite versus compresores sin aceite
Cualquiera que sea su medio de compresión, todos los compresores están o no lubricados con aceite.
- Los compresores lubricados con aceite usan aceite en la cámara de compresión que actúa como lubricante, sellador o refrigerante y, a menudo, los tres.
- Un efecto de esto es introducir una pequeña cantidad de aceite en la propia corriente de aire durante la compresión. Esto podría no ser deseable, dependiendo de cómo se utilice el aire comprimido.
- Los compresores sin aceite no utilizan aceite en la cámara de compresión, por lo que no entra aceite en la corriente de aire.
- Eso no significa necesariamente que no se utilice aceite en ninguna parte del mecanismo de compresión (por ejemplo, piezas como los rodamientos necesitan aceite para funcionar correctamente).
3. Almacenamiento integrado
Dependiendo del tipo de compresor, el aire puede fluir a continuación hacia un tanque receptor integral (a veces llamado tanque de almacenamiento o tanque de aire) después de ser comprimido.
Muchos usos del almacenamiento integrado están vinculados al tipo de compresor y se abordarán allí. Sin embargo, se comparten dos razones comunes entre varios tipos.
- Los compresores de ciclo de servicio limitado, por ejemplo, los compresores que no están diseñados para funcionar de forma continua, utilizan almacenamiento integrado para que haya aire disponible incluso durante el tiempo de inactividad.
- Los compresores de modulación, por ejemplo, los compresores con controles que les permitan funcionar por debajo de su capacidad total, utilizan almacenamiento integrado para que haya aire disponible mientras funcionan por debajo de su capacidad.
Note la diferencia entre los compresores de ciclo de servicio limitado y los compresores de modulación.
- Los compresores de ciclo de servicio limitado no pueden funcionar continuamente por diseño. ( Si bien no es común en los compresores industriales y para construcción, los compresores pequeños personales y de taller a menudo funcionan de esta manera.)
- Los compresores de modulación pueden funcionar de forma continua de ser necesario, pero pueden funcionar por debajo de su capacidad para mejorar la eficiencia energética cuando la demanda es baja.
4. Enfriamiento integrado
Comprimir aire genera calor. Si bien no es necesario enfriar el aire antes de salir del compresor, la mayoría de los compresores eléctricos trifásicos y algunos compresores a diésel (independientemente del tipo) vienen con postenfriadores integrados para reducir la temperatura del aire antes de la descarga.
Los compresores con postenfriadores también tendrán separadores de agua para eliminar el exceso de humedad que cae de la corriente de aire durante el enfriamiento.
5. Descarga
Finalmente, el aire fluye a través de la válvula de descarga, ya sea directamente al punto de uso (por ejemplo, un martillo cincelador en un compresor a diésel portátil) o primero a una serie de secadores y filtros (por ejemplo, para el aire para instrumentos en una planta de manufactura).
Compresión de aire por tipo de compresor
Todos los tipos de compresores de aire siguen el proceso básico indicado anteriormente, aunque los detalles pueden variar de manera importante. Veamos brevemente cómo funcionan cuatro tipos comunes de compresión y cómo eso afecta los pasos clave.
Compresores tipo espiral
Los compresores tipo espiral son compresores sin aceite de desplazamiento positivo.
Compresión
Los compresores tipo espiral utilizan dos espirales intercaladas para comprimir el aire. Dependiendo del diseño, una de las espirales puede fijarse y la otra girar o ambas pueden girar juntas. Debido a que las espirales nunca se tocan, no se necesita lubricación.
El movimiento suave y continuo de las espirales también significa que los compresores tipo espiral funcionan silenciosamente, tienen una vibración mínima y proporcionan una corriente de aire sin pulsos.
Una limitación notable que tienen los compresores tipo espiral es el flujo de aire máximo. Si bien, en teoría, un compresor tipo espiral puede ampliarse de forma infinita, el diámetro cada vez mayor de las espirales necesarias establece un límite práctico (al menos para crear aire de manera eficiente). Tienen el flujo máximo más bajo de cualquiera de los compresores cubiertos aquí.
Almacenamiento integral
Debido a que crean aire sin aceite y sin pulsos, los compresores tipo espiral no requieren almacenamiento integral, a menos que utilicen modulación.
Compresores alternativos
Los compresores alternativos (a veces llamados compresores de pistón) son compresores de desplazamiento positivo y pueden estar o no lubricados con aceite.
Compresión
Los compresores alternativos funcionan de manera similar a las cámaras de compresión en los motores de los automóviles. En la carrera ascendente, el pistón crea un vacío que permite que el aire fluya hacia la cámara de compresión. En la carrera descendente, el aire se comprime y se expulsa de la cámara. Para lograr presiones más altas y volúmenes más grandes de manera eficiente, algunos diseños utilizan dos etapas de compresión, es decir, el aire comprimido en la primera etapa se comprime aún más en la segunda etapa.
Además, similar al motor de un automóvil, los compresores de pistón son ruidosos; de hecho, suelen ser los más ruidosos de los tipos de compresores que se abordan aquí.
Para mantener la eficiencia, los pistones deben deslizarse suavemente. Entonces estos deben lubricarse, lo que permite que una pequeña cantidad de aceite ingrese en la corriente de aire, o deben cubrirse con una sustancia que reduzca la fricción.
Debido a que la compresión ocurre solo durante la mitad del ciclo de servicio, la corriente de aire tiene un “pulso” al salir de la cámara en lugar de flujo y presión continuos.
Almacenamiento integral
Debido a que su proceso de compresión crea un pulso en la corriente de aire, los compresores alternativos siempre requieren un almacenamiento integral, incluso cuando no contienen aceite. Al proporcionar aire desde el tanque receptor, en lugar de hacerlo de manera directa desde la cámara de compresión, la corriente de aire puede tener un flujo y una presión continuos.
Compresores de tornillo rotativo
Los compresores de tornillo rotativo son compresores de desplazamiento positivo y pueden estar o no lubricados con aceite.
Compresión
Los compresores de tornillo rotativo utilizan un par de tornillos helicoidales, a menudo denominados rotores, con lóbulos a lo largo de ambos. El aire se empuja a lo largo del compresor y de los lóbulos desde un espacio más grande a uno más pequeño, lo que comprime el aire. Al igual que con los compresores alternativos, algunos diseños utilizan dos etapas de compresión para lograr presiones más altas y volúmenes más grandes de manera eficiente.
Los compresores de tornillo lubricados con aceite utilizan un fluido para sellar los espacios entre los rotores, lo que también permite que un rotor impulse al otro, si bien introduce una pequeña cantidad de aceite en la corriente de aire.
Los compresores de tornillo sin aceite utilizan tiempos con tolerancias muy ajustadas entre los lóbulos del rotor en lugar de un fluido, por lo que no hay aceite que pueda entrar en la corriente de aire.
Debido a que los rotores funcionan continuamente, producen una corriente de aire sin pulsos. Si bien no son tan silenciosos como los compresores tipo espiral, generalmente lo son más que los alternativos.
Almacenamiento integral
Si un compresor de tornillo rotativo necesita o no almacenamiento integral depende de si está lubricado con aceite.
- Los compresores de tornillo lubricados con aceite necesitan almacenamiento integral, ya que el tanque receptor se utiliza para recuperar parte del aceite de la corriente de aire.
- Los compresores de tornillo sin aceite no necesitan almacenamiento integral (no hay aceite por recuperar), a menos que utilicen modulación.
Compresores centrífugos
Los compresores centrífugos son compresores de desplazamiento dinámico sin aceite.
Compresión
Los compresores centrífugos utilizan un impulsor que gira a alta velocidad para aumentar inicialmente la velocidad del aire. Luego, el aire pasa a través de un difusor para disminuir su velocidad, lo que presuriza el aire. No se necesita lubricación en la cámara de compresión, por lo que no se agrega aire a la corriente de aire.
Debido a que el aire se genera continuamente a medida que gira el impulsor, el flujo de aire y la presión son continuos, sin pulsaciones.
Almacenamiento integral
Debido a que producen aire sin aceite y sin pulsos, los compresores centrífugos no requieren almacenamiento integral, a menos que utilicen modulación.
Antes de comprar, consulte con un experto
Si bien saber cómo funcionan los compresores puede ayudarle a comprender qué tipo de compresores podrían funcionar para su aplicación, hay otros factores a considerar: eficiencia energética, costos de mantenimiento, tiempo de actividad proyectado y más. En Aireko tenemos la experiencia necesaria para ayudarle a elegir el mejor compresor para sus necesidades.
