Compresores de Aire: Funcionamiento, Tipos y Conceptos Clave

¿Qué son los Compresores de Aire?

Los compresores son máquinas que aspiran el aire ambiente a la presión atmosférica y lo comprimen hasta conferirle una presión superior. Son las máquinas productoras del aire comprimido.

Tipos de Compresores

Se dividen principalmente en:

Compresores de Desplazamiento Positivo (o Desplazamiento Fijo)

En estos, el aire es atrapado en una cavidad y su volumen se reduce mecánicamente, aumentando la presión. Se subdividen en:

• Alternativos:
  • De pistón
  • De membrana
• Rotativos:
  • De paletas
  • De tornillo
  • Tipo Roots

Compresores Dinámicos (o de Desplazamiento Variable)

Incrementan la velocidad del aire y luego la convierten en presión. Incluyen:

• Turbocompresores:
  • Axial
  • Radial

Diferencia entre Compresor y Bomba

Existe una ambigüedad en la utilización del término bomba, ya que generalmente es utilizado para referirse a las máquinas de fluido que transfieren energía, o bombean fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido de trabajo (campo de la hidráulica). Esto las diferencia de otras máquinas como lo son los compresores, cuyo campo de aplicación es la neumática y no la hidráulica. No obstante, también es común encontrar el término bomba para referirse a máquinas que bombean otro tipo de fluidos, así como lo son las bombas de vacío o las bombas de aire.

Funcionamiento del Compresor de Pistón

El tipo de compresor de uso más difundido es el de pistón.

Mecanismo Básico

La compresión se efectúa por el movimiento alternativo de un pistón accionado por un mecanismo biela-manivela. En la carrera descendente, se abre la válvula de admisión automáticamente y el cilindro se llena de aire. En la carrera ascendente, se comprime el aire, saliendo así por la válvula de descarga.

Compresión por Etapas

Una simple etapa de compresión como la descrita no permitirá obtener presiones elevadas con rendimiento aceptable. Entonces, hay que usar dos o más etapas de compresión. El aire comprimido a baja presión en una primera etapa (ej. 3-4 bar), es vuelto a comprimir en otro cilindro (o en otra cámara) en una segunda etapa, llamada de alta, hasta la presión final (ej. 14 bar).

Refrigeración

Puesto que la compresión produce calor, es necesario refrigerar el aire entre etapas para obtener una temperatura final de compresión más baja y con rendimiento superior. La refrigeración puede ser por aire o por agua, dependiendo del tipo de compresor y su presión de trabajo.

El cilindro de alta es de diámetro más reducido que el de baja, porque toma aire ya comprimido y, por lo tanto, ocupará menos volumen.

Rangos de Presión y Rentabilidad por Etapa

Una buena rentabilidad del equipo compresor se obtendrá trabajando en los siguientes rangos de presión de acuerdo al número de etapas:

• 1ª etapa: hasta 3-4 bar
• 2ª etapa: hasta 10-14 bar
• Más de 14 bar: 3 etapas o más

Conceptos Clave del Mecanismo de Pistón

Puntos Muertos y Carrera

Las posiciones extremas del pistón son el punto muerto superior (PMS) y el punto muerto inferior (PMI). La distancia entre ambos puntos es la carrera del pistón.

Volumen Muerto o Nocivo

Cabe aclarar que cuando el pistón está en el punto muerto superior, el volumen de la cámara de compresión no es cero. Este volumen (espacio) se denomina volumen o espacio nocivo/muerto y tiene como fin permitir el accionamiento de las válvulas en la tapa del cilindro.

Optimización de la Compresión y Reducción de Pérdidas

Un método práctico para reducir las pérdidas de potencia originadas por el aumento de temperatura es el de comprimir el gas a una presión inferior, disipar la mayor cantidad de calor posible (llevando el gas hacia la temperatura original) y, después, comprimir hasta la presión final. Esto se logra mediante la compresión multietapa con refrigeración intermedia.

Tipos de Efecto en Compresores de Pistón

Simple Efecto

Se dice que un pistón es de simple efecto cuando trabaja sobre una sola cara del mismo, precisamente aquella dirigida hacia la cabeza del cilindro. La cantidad de aire desplazado es igual a la carrera por la 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 (aproximadamente) igual a dos veces el producto de la sección del pistón por la carrera. Hay que tener en cuenta el vástago, que ocupa un espacio obviamente no disponible para el aire y, como consecuencia, los volúmenes engendrados 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 en compresores de alta presión.

Diferencial

Se llama pistón diferencial si trabaja a doble efecto, pero con diámetros diferentes para conseguir la compresión en dos etapas. Su utilidad es limitada y está cayendo en desuso.