1. Compresores de Aire Comprimido: Fundamentos y Requisitos
Para producir aire comprimido se utilizan compresores, que son máquinas diseñadas para elevar la presión de una masa de aire hasta el valor de trabajo deseado. Los mecanismos y mandos neumáticos se alimentan desde una estación central, lo que elimina la necesidad de calcular o proyectar la transformación de la energía para cada uno de los consumidores individuales. El aire comprimido se suministra desde la estación compresora y llega a las instalaciones a través de tuberías.
Los compresores móviles se utilizan frecuentemente en la rama de la construcción o en máquinas que se desplazan con regularidad.
Planificación y Dimensionamiento de la Red
En el momento de la planificación, es crucial prever un tamaño superior de la red con el fin de poder alimentar aparatos neumáticos nuevos que se adquieran en el futuro. Por ello, es necesario sobredimensionar la instalación, al objeto de que el compresor no resulte insuficiente más tarde, puesto que toda ampliación posterior en el equipo generador supone gastos muy considerables.
Es muy importante que el aire aspirado sea puro, ya que la pureza del aire garantiza una larga duración del generador de aire comprimido. También debe tenerse en cuenta la aplicación correcta de los diversos tipos de compresores.
Consideraciones sobre la Estación de Compresión
Nota: La estación de compresión debe situarse en un local cerrado e insonorizado. El recinto debe estar bien ventilado y el aire aspirado debe ser lo más fresco, limpio de polvo y seco posible.
2. Clasificación y Tipos de Compresores Industriales
Según las exigencias referentes a la presión de trabajo y al caudal de suministro, se pueden emplear diversos tipos de construcción. Se distinguen básicamente dos tipos de compresores:
- Compresores de Desplazamiento (Compresión Volumétrica): Trabajan según el principio de desplazamiento. La compresión se obtiene por la admisión del aire en un recinto hermético, donde posteriormente se reduce el volumen. Dentro de este grupo, que puede ser oscilante o rotativo, los más difundidos son los compresores de émbolo (o pistón).
- Compresores Dinámicos (Turbo-compresión): Trabajan según el principio de la dinámica de fluidos. El aire es aspirado por un lado y comprimido como consecuencia de la aceleración de la masa (turbina).
2.1. Compresores de Émbolo (Pistón)
El compresor de émbolo o pistón es el más difundido gracias a que se construyen en todos los tamaños posibles, capaces de suministrar pequeños y grandes caudales. Se construyen de baja, media y alta presión y, a su vez, pueden ser de una etapa, de dos etapas y de tres o más etapas.
- Con los compresores de una sola etapa se pueden conseguir presiones de hasta 4 bares.
- Con los de dos etapas, de 1 a 20 bares.
- Con los de tres etapas, se pueden alcanzar hasta 220 bares.
Refrigeración y Funcionamiento del Compresor de Émbolo
Durante el trabajo de compresión se genera calor —según la ley de Gay-Lussac—, lo que obliga a una refrigeración del cilindro proporcional a la cantidad de calor producida. En los compresores pequeños bastan con las aletas que lleva el cilindro por la parte exterior. En los mayores se instala además un ventilador y en los de alta presión es necesaria la refrigeración por agua.
Este compresor aspira el aire a la presión atmosférica y luego lo comprime. Se compone de las válvulas de admisión y escape, el émbolo y el sistema biela-manivela.
El ciclo de trabajo se describe a continuación:
- Admisión: El árbol gira. La biela desciende el émbolo hacia abajo y la válvula de admisión deja entrar aire 10º después del punto muerto superior, hasta el punto muerto inferior.
- Escape (Compresión): En el punto muerto inferior la válvula se cierra, y al ascender el émbolo se comprime el aire. Bajo el efecto de la presión, la válvula de escape se abre y el aire comprimido circula hacia el consumidor.
2.2. Compresor de Émbolo de Dos Etapas
En un compresor de una sola etapa, cuando el aire se comprime por encima de 6 bares, el calor excesivo que se crea reduce en gran medida su eficacia. Debido a esto, los compresores de émbolo utilizados en los sistemas industriales de aire comprimido son generalmente de dos etapas.
El aire recogido a presión atmosférica se comprime en dos etapas hasta la presión final. Si la presión final es de 7 bares, la primera etapa normalmente comprime el aire hasta aproximadamente 3 bares, tras lo cual se enfría. Se alimenta entonces el cilindro de la segunda etapa, que comprime el aire hasta 7 bares. El aire comprimido entra en el cilindro de segunda etapa de compresión a una temperatura muy reducida, tras pasar por el refrigerador intermedio, mejorando el rendimiento en comparación con una unidad de una sola compresión. La temperatura final puede estar alrededor de 120° C.
Clasificación por Disposición de Pistones
Según la forma en que están dispuestos los pistones, los compresores de émbolo se pueden clasificar en los siguientes grupos:
- Compresores en línea: Contienen más de un pistón dispuesto uno a continuación del otro en un cigüeñal de varias muñequillas.
- Compresores en ángulo: Una muñequilla acciona dos pistones.
- Compresores en estrella: Una misma muñequilla acciona tres o más pistones.
2.3. Compresor de Émbolo de Dos Etapas y Doble Acción
El aire es aspirado, comprimido, enfriado y pasa a una nueva compresión para obtener una presión y rendimiento superior.
2.4. Compresor de Diafragma
Los compresores de diafragma suministran aire comprimido seco (hasta 5 bares) y totalmente libre de aceite. Por lo tanto, se utilizan ampliamente en las industrias alimenticias, farmacéuticas y similares.
El diafragma proporciona un cambio en el volumen de la cámara, lo que permite la entrada del aire en la carrera hacia abajo y la compresión y el escape en la carrera hacia arriba. El funcionamiento es similar al del compresor de émbolo. La aspiración y compresión la realiza la membrana, animada por el movimiento alternativo.
El interés principal por este tipo de compresor radica en la ausencia de aceite en el aire impulsado.
2.5. Compresor Rotativo Multicelular (Paletas Deslizantes)
Este compresor tiene un rotor montado excéntricamente con una serie de paletas que se deslizan dentro de ranuras radiales.
Al girar el rotor, la fuerza centrífuga mantiene las paletas en contacto con la pared del estator. El espacio entre las paletas adyacentes disminuye desde la entrada de aire hasta la salida, comprimiendo así el aire. La lubricación y la estanqueidad se obtienen inyectando aceite en la corriente de aire cerca de la entrada. El aceite actúa también como refrigerante para eliminar parte del calor generado por la compresión, limitando la temperatura alrededor de 190°C.
Este tipo de compresor se caracteriza por:
- Dimensiones reducidas.
- Funcionamiento más silencioso.
- Caudal constante (entre 2 y 10 bares).