COMPRESORES DE AIRE A PISTÓN

Los compresores son máquinas que aspiran el aire ambiente (a presión atmosférica) y lo comprimen hasta lograr una presión superior. Existen distintos modelos de compresores, tales como:

• Compresores de simple efecto y una etapa de compresión. Refrigeración por aire.

• Compresores de simple efecto, de dos etapas de compresión. Refrigeración por aire.

• Compresores de doble efecto, dos etapas de compresión y refrigeración por agua.

• Compresores de simple efecto, dos etapas de compresión y refrigeración por aire, sin engrase de cilindros.

• Compresores de doble efecto, dos etapas de compresión; refrigeración por agua, sin engrase de cilindros.

CLASIFICACIÓN

Los compresores se pueden clasificar atendiendo al número de etapas y por el modo de trabajar el pistón. De esta forma encontramos:

• Compresores de una etapa: disponen de una simple etapa de compresión. Se componen de un cárter con cigüeñal, pistón y cilindro. Para su refrigeración lleva en la parte exterior, aletas que evacuan el calor por radiación. ( compresores de pequeñas potencias)

• Compresores de dos etapas: su característica principal es que el aire es comprimido en dos etapas. En la 1ª etapa (de baja presión) se comprime hasta una Pi= 2 a 3 bares; y en la segunda (de alta presión), se comprime hasta una presión de 8 bares. Pueden ser refrigerados por aire y por agua, el refrigerador intermedio (entre etapas) puede actuar a base de un ventilador o en virtud de una corriente de agua a través del mismo.

• Simple efecto: se dice que un pistón es de simple efecto cuando trabaja sobre una sola cara del mismo y precisamente aquella dirigida hacia la cabeza del cilindro. La cantidad de aire desplazado es igual a la carrera por sección del pistón.

• Doble efecto: el pistón es de doble efecto cuando trabaja sobre sus dos caras y delimita dos cámaras de compresión en el cilindro. Así, el volumen engendrado es igual a dos veces el producto de la sección del pistón por la carrera. Haya que tener en cuenta el vástago, que ocupa el espacio obviamente no disponible para el aire, y, como consecuencia, los volúmenes creados por las dos caras del pistón no son iguales.

• Etapas múltiples o tándem: el pistón es de múltiples etapas si tiene elementos superpuestos de diámetros diferentes, que se desplazan en cilindros concéntricos. El pistón de mayor diámetro puede trabajar en simple o doble efecto. Esta disposición es muy utilizada por compresores de alta presión.

• Diferencial: al pistón diferencial si trabaja a doble efecto, pero con diámetros diferentes para conseguir la compresión en dos etapas. Tiene limitada la utilidad, y está cayendo en desuso.

En los compresores de cilindros, o a pistón, los fabricantes utilizan diversas formas de montaje para estos, siendo las más frecuentes:

• Disposición vertical, utilizados para pequeñas potencias.

• Horizontal

• En L o en Angulo de 90º Para compresores grandes de doble efecto, se recurre al formato en L o en ángulo, con el cilindro de baja presión vertical y el de alta presión horizontal.

,

• De dos cilindros opuestos o colocación en V. para compresores pequeños se disponen en forma de V es la más empleada. T

Todos ellos son para trabajar a un a presión comprendida entre 6 y 7 bar. La presión máxima de 8-10 bares, establecida como base general, indica la presión límite a la que puede trabajar, no siendo, por supuesto, recomendable hacer que un compresor trabaje constantemente a su presión máxima.

COMPRESORES ROTATIVOS

Los compresores rotativos producen aire comprimido por un procedimiento rotatorio y continuo, es decir, que empujar el aire desde la aspiración hacia la descarga, comprimiéndolo.

Los modelos de más amplia difusión industrial pueden clasificarse:

• De paletas.

• De tornillo,

• tipo ROOTS.

COMPRESORES DE PALETA

En los compresores de paleta el rotor cilíndrico es tal colocado excéntricamente dentro del hueco tabular del estator. El rotor lleva un número de paletas radiales metidas en unas ranuras dispuestas a tal efecto, y cuando el rotor gira accionado por el motor, las paletas se desplazan hacia fuera ajustándose a la pared interior del estator hasta el punto de excentricidad máxima situado en la parte superior del estator. El volumen de aire atrapado en la cámara comprendida entre dos paletas consecutivas se comprime gradualmente mientras que la rotación del aire irá poco a poco disminuyendo y por tanto su presión aumentará por la progresiva reducción del volumen provocando la correspondiente compresión. En el momento en que llega a la lumbrera o abertura de descarga el aire será empujado a través de ella hacia la salida habiéndose consumado el ciclo aspiración-compresión-descarga.

• DIAGRAMA DE TRABAJO

La compresión isotérmica será la que absorba teóricamente menos energía. Un compresión politrópica en la que n suele ser igual o aproximadamente a 1,35. Si tomamos un compresor ideal en el cual se considere que no hay fugas de aire de una paleta a otra, y, por consiguiente, al carecer de espacio muerto el rendimiento volumétrico solo se verá afectado por la fugas de aire , el diagrama de trabajo PV de un compresor de paletas vendrá representado por el siguiente diagrama :

(Incluir foto)

La curva 1-2 es el trayecto de la compresión por reducción progresiva del volumen de aire.

La línea 4-1 la aspiración y dado, que está desprovisto de espacio muerto o volumen perjudicial, la presión al final de la descarga desciende bruscamente a P2 a P1.

El caudal aspirado y la potencia absorbida varían proporcionalmente a la velocidad de rotación.

Si el compresor empleado para el trabajo de compresión se utiliza para una situación distinta a la situación para la que fue construido el diagrama se deforma.

• CARACTERISTICAS

Su principal campo de actuación esta en presiones efectivas entre 0,5 a 4 bar.

El compresor de paletas puede ser de una o dos etapas. En este último caso, tiene prácticamente dos maquinas en serie con un refrigerador intermedio.

La regulación del caudal se puede lograr mediante procedimientos de marcha y detención, mediante sistema de marcha en vacio, o también la regulación neumática progresiva del caudal.

COMPRESORES DE TORNILLO

Son asimismo de tipo volumétrico. Desde 1934 hasta nuestros días, su diseño ha sufrido un avance considerable.

Están dispuestos de tal manera que el rotor macho se encuentra dotado de lóbulos con un perfil de estudiado diseño, y el rotor hembra de acanaladuras en las cuales se introducen los lóbulos en el curso de la rotación.

El accionamiento del conjunto tiene lugar por el extremo del eje que lleva el rotor macho, quien arrastra por contacto a la hembra, o lo hace mediante engranajes sincronizados que posicionan relativamente los elementos con enorme exactitud, consiguiendo en ambos casos la intercepción mutua entre los cuatro lóbulos del macho y los seis canales de la hembra.

El rotor macho es el que absorbe la potencia suministrada por el motor, estableciéndose alrededor del 85 al 90% total para él, dejando un 10 al 15% para el rotor hembra. Los rotores giran a velocidades lentas (1300 a 2400 rpm) sobre rodamientos de bolas y rodillos, con interposición de una película de aceite que sirve para sellar el espacio de compresión y eliminar el calor que se origina durante la compresión.

• DIAGRAMA FUNCIONAL

Lo que esencialmente distingue al compresor de tornillo es que el aire que comprime entre sus lóbulos de forma continua y progresiva. Los rotores van montados en un cárter provisto de una misión para aire en un extremo y una salida en el otro. Conforme giran los rotores, los espacios que hay entre los lóbulos van siendo ofrecidos al orificio de admisión y el incremento del volumen experimentado provoca un descenso de presión, con lo que dichos espacios empiezan a llenarse de aire. Al mismo tiempo se inyecta aceite sometido a presión neumática en el aire entrante; no hay bomba de aceite.

Cuando los espacios interlobulares están completamente cargados de aire, la rotación, que prosigue, cierra el orifico de admisión y comienza la compresión. El volumen de aire que hay en los rotores de engrane continuo sufre aun una mayor reducción. En el momento que se alcanza la presión final al que se somete el aire, el espacio interlobular queda conectado con el orificio de salida. La mezcla descargada de aire-aceite pasa por un separador que elimina las partículas de aceite. Entonces fluye el aire limpio para ser usado.

Los compresores de tornillo poseen compresión interna y su relación de compresión viene determinada por la situación de los bordes de apertura de descarga y por la figura geométrica que adopte el perfil del par de tornillos.

Los compresores de dos etapas constas de cuatro rotores situados dos a dos encima uno del otro. Tanto la etapa de baja presión como la de alta presión están compuestas por dos rotores secundarios arrastrados directamente por los rotores primarios sin la medición de ningún dispositivo de sincronización adicional. Un sistema hidráulico contrarresta el esfuerzo sobre los rodamientos soportando las cargas axiales de los rotores. El aceite inyectado en el interior de cada una de las dos etapas absorbe el calor que se genera durante la compresión.

Habitualmente la central de los compresores de tornillo está inserta en el interior de un habitáculo construido a base de paneles laterales y superior, incluidos unos tabiques internos forrados con espuma de poliuretano prácticamente inflamable a fin de conseguir su insonorización.

COMPRESORES ROOTS

Conocidos también con el nombre de soplantes, tiene un amplio campo de aplicación para bajas presiones. Dentro de un cuerpo de bomba o estator, dos rotores de perfiles idénticos en forma de ocho, giran a velocidad angular constante, en sentido inverso el uno del otro. Estas rotaciones están sincronizadas por un juego de engranajes exteriores, lubricados por baño de aceite. A diferencia de otros compresores los rotores no rozan ni entre sí ni con el estator, existiendo una pequeña tolerancia entre estos; por consiguiente no pueden efectuar compresión interior, ya que el volumen de las cámaras de trabajo no disminuye durante la rotación.

Estos compresores únicamente transportan del lado de la aspiración al de compresión el volumen de aire aspirado, sin comprimirlo en este recorrido. El volumen que llega a la boca de salida, todavía con la presión de aspiración, se junta con el aire ya comprimido que vuele a la tubería de descarga y se introduce en la cámara cuyo contenido llega en ese momento a la presión máxima, siendo descargado seguidamente.

La ventaja de la ausencia de fricción entre los rotores hace innecesaria la lubricación en la cámara de compresión, lo cual permite la entrega de un aire totalmente exento de aceite que pudiera contaminarlo.

COMPRESORES SECOS

Cuando el agente comprimido que ha de producir un compresor tiene que quedar exento de aceite, hay que recurrir a compresores de pistón o de tornillo en los que ningún aceite de lubricación o sucedáneo entre en contacto con el gas a comprimir, resolviendo la mencionada necesidad mediante cámaras de compresión sin lubricante.

El aire sigue estando húmedo, denominándose mejor compresores exentos de aceite o sin lubricación.

Es imposible conseguir que el aire real y absolutamente exento de aceite, si bien los compresores secos, teóricamente, producen aire libre de aceite, puesto que trabajan con cámaras de compresión sin lubricación.

La definición de aire exento de aceite deberá ser: aire al que, por medios prácticos, se ha eximido de aceite hasta el punto que no se pueden detectar trazas de aceite en las líneas de aire comprimido.

Es evidente que el tener un compresor exento de aceite no excusa el colocar filtros de aire cerca del punto de consumo, ya que el aire es portador, en una dosis más o menos grande, de contaminantes a veces imperceptibles.