Los tipos de compresores de aire se pueden clasificar en dos grupos: Compresores de desplazamiento positivo y compresores dinámicos.
Los compresores más conocidos y utilizados en la industria son los compresores de desplazamiento positivo. Su funcionamiento consiste en el siguiente principio: Una cantidad de aire o gas es atrapado dentro de una cámara de compresión, en donde el volumen del aire es reducido de forma mecánica, generando un aumento en la presión previo a la descarga. Cuando se tiene una velocidad constante, el caudal de aire se mantiene uniforme con ligeras variaciones de presión en la descarga.
Los compresores dinámicos funcionan por medio impulsores que giran a velocidades muy altas, tomando un caudal de aire y energizándolo por medio de esta velocidad hasta aumentar la presión del mismo. En este tipo de compresores, el tamaño de los impulsores determina la relación entre el caudal de aire y la presión generada.
A continuación, se muestra un esquema con las dos principales categorías de compresor y sub categorías.
Dentro de la familia de los compresores de desplazamiento positivo, tenemos dos sub categorías: Reciprocantes y Rotativos.
En los compresores reciprocantes, el principio de su funcionamiento básicamente se puede ejemplificar con el funcionamiento de una bomba para inflar la llanta de una bicicleta. Los compresores reciprocantes también son conocidos como pistón porque su funcionamiento depende de un pistón, que es activado por medio de un cigüeñal conectado a una biela y un motor eléctrico. El movimiento de este pistón es lo que genera la reducción del volumen del aire y el aumento de la presión.
Tenemos dos sub categorías dentro de los compresores reciprocantes: De simple efecto y de Doble Efecto.
Compresores reciprocantes de simple efecto
En los compresores de pistón de simple efecto, se realiza la compresión del aire en una sola dirección en la parte superior del pistón, cada vez que ocurre una revolución del cigüeñal, como se muestra en la imagen a continuación:
La presión de trabajo de los compresores reciprocantes normalmente la encontramos entre 125 y 175 libras (psig). Sin embargo, también existen compresores reciprocantes de alta presión para 300 o 500 libras (psig). Utilizados en la industria del PET.
El tipo de transmisión comúnmente utilizada para los compresores de pistón es por bandas con motor eléctrico.
Compresores reciprocantes de doble efecto
En los compresores de doble efecto, se realiza la compresión en la parte superior e inferior del pistón, dando como resultado duplicar la capacidad del aire que se comprime dentro del cilindro.
En algunos casos, los compresores de doble efecto tienen chaquetas de enfriamiento por agua alrededor y en la parte superior del cilindro de compresión. Esto, combinado con una menor velocidad de operación da como resultado una mejor eficiencia.
Los compresores reciprocantes son comúnmente usados en talleres automotrices; y en general, en aplicaciones en donde no se requiera la operación continua del compresor, esto debido a que los compresores de pistón incorporan un arrancador a voltaje pleno y un control arranque / paro. Con este tipo de componentes, los compresores reciprocantes tienen la desventaja de que, si se operan de forma continua, con el tiempo pueden desbielar, sufrir sobre calentamiento o requerir mantenimientos constantemente.
Entre los tipos de compresores de aire, los compresores reciprocantes están siendo reemplazados por otro tiempo de compresores que ofrecen mejores características. Las principales desventajas de los compresores reciprocantes son:
Producen ruido excesivo.
Poca eficiencia en el caudal de aire.
Mantenimiento del equipo complicado.
Muchos equipos no tienen post-enfriador.
No pueden operar de forma continua.
Para finalizar esta sub categoría de compresores, tenemos que mencionar que también encontramos algunas variantes de compresores reciprocantes como los libres de aceite y compresores reciprocantes de doble etapa.
Compresores de tornillo.
Los compresores de tornillo rotativo lubricado energizados por motor eléctrico se han dentro de los tipos de compresores de aire mayormente utilizado en el sector industrial para una variedad de aplicaciones, esto debido a que pueden ser utilizados para una operación continua de trabajo, y también a la eficiencia energética que pueden lograr.
El compresor de tornillo rotativo inyectado con lubricante consta de dos rotores engranados en una carcasa que tiene un puerto de entrada en un extremo y un puerto de descarga en el otro. El rotor macho tiene lóbulos formados helicoidalmente a lo largo de su longitud, mientras que el rotor hembra tiene ranuras helicoidales correspondientes. El número de lóbulos helicoidales y ranuras puede variar en diseños similares.
El aire que fluye a través del puerto de entrada llena los espacios entre los lóbulos de cada rotor. Luego, la rotación hace que el aire quede atrapado entre los lóbulos y las ranuras cuando los espacios entre lóbulos pasan más allá del puerto de entrada. A medida que continúa la rotación, un lóbulo en un rotor rueda hacia una ranura en el otro rotor y el aire se mueve progresivamente a lo largo de la longitud axial de los rotores, reduciendo el espacio ocupado por el aire, lo que resulta en un aumento de presión. La compresión continúa hasta que los espacios entre los lóbulos quedan expuestos al puerto de descarga cuando se descarga el aire comprimido.
El lubricante se inyecta en la cámara de compresión durante la compresión y cumple tres funciones básicas: 1) lubrica los rotores entrelazados y los cojinetes asociados; 2) elimina la mayor parte del calor causado por la compresión; y 3) actúa como sello entre los lóbulos y ranuras de los rotores macho y hembra.
Una mezcla de aire comprimido y lubricante es inyectada por la descarga y pasa a un tanque de separación en donde se retiene el lubricante del aire comprimido. Los cambios de dirección y de velocidad se utilizan para separar la mayor parte del líquido. Los aerosoles restantes en el aire comprimido se separan luego por medio de un filtro coalescente, lo que da como resultado solo unas pocas partes por millón (ppm) de transferencia de lubricante (generalmente en el rango de 2 a 5 ppm). Un dispositivo de presión mínima, a menudo combinado con una válvula de retención de descarga, evita velocidades excesivas a través del elemento separador hasta que se alcanza una presión normal del sistema en el arranque.
La mayoría de los paquetes de compresores de tornillo rotativo con inyección de lubricante utilizan la presión del tanque separador de lubricante, después de la descarga de la unidad de aire, para hacer circular el lubricante a través de un filtro y enfriador antes de la reinyección a la cámara de compresión. Algunos diseños pueden usar una bomba de lubricante.
También para los compresores de tornillo existen variantes como, por ejemplo, los compresores de tornillo seco – llamados así porque los rotores no se lubrican – también pueden ser llamados compresores libres de aceite. El funcionamiento de estos compresores es similar al de los compresores lubricantes; con la diferencia de que, en los compresores de tornillo seco, los rotores macho y hembra no se tocan; mantienen su posición fija y realizan el movimiento rotativo por medio de baleros lubricados externos a la unidad de compresión. Ya que en este tipo de compresores no tenemos lubricante para remover el calor, muchas marcas de compresores, realizan la compresión en dos etapas, con un inter-enfriador entre las 2 etapas para reducir la temperatura del aire y lograr la eficiencia deseada.
También existen compresores de tornillo libres de aceite inyectados por agua.
En el tipo de inyección de agua, se usa una construcción de engranajes de sincronización similar, pero se inyecta agua en la cámara de compresión para actuar como un sello en los espacios internos y para eliminar el calor de la compresión.
Esto permite que se logren presiones en el rango de 100 a 150 psig con una sola etapa. El agua inyectada, junto con la humedad condensada de la atmósfera, se elimina del aire comprimido descargado mediante un dispositivo de separación de humedad convencional.
Los compresores de tornillo, también existen los compresores de doble etapa (lubricados) que como su nombre lo indica, realizan la compresión en dos etapas, esto para lograr producir un mayor caudal de aire con menor gasto energético. Puedes leer un artículo detallado de los compresores de doble etapa dando click aquí.
Compresores rotativos no tan comunes
Existen otros tipos de compresores rotativos que no son tan conocidos y/o utilizados en la industria, esto debido a que son tecnologías nuevas o sus aplicaciones son muy específicas.
Un ejemplo de esto son los compresores SCROLL. Al igual que los compresores de tornillo y reciprocantes, pueden existir compresores SCROLL lubricados y libres de aceite. Los compresores SCROLL incorporan en su unidad de compresor dos espirales; un espiral fijo y otro espiral orbital, el movimiento de estos espirales genera la compresión del aire. Puedes leer más sobre el funcionamiento de este tipo de compresores en el siguiente artículo.
Otro tipo de compresores no tan conocidos y que en la actualidad están francamente están siendo reemplazados, son los compresores de paletas rotativas.
El funcionamiento de estos compresores es sencillo y se puede explicar a través del siguiente video:
Compresores dinámicos: Centrífugos
En los compresores centrífugos, el caudal de aire comprimido es producido por medio de energía cinética, generada por impulsores que giran a velocidades que pueden exceder las 50.000 revoluciones por minuto (rpm).
Aproximadamente la mitad de la energía que genera la presión se desarrolla en el impulsor y la otra mitad se logra al convertir de energía cinética en presión, mientras que la velocidad del aire se reduce y pasa por un difusor. El compresor de aire centrífugo más común es uno con dos a cuatro etapas para presiones en el rango de 100 a 150 psig. Un inter-enfriador refrigerado por agua y un separador entre cada etapa devuelve la temperatura del aire a aproximadamente la temperatura ambiente y elimina la humedad condensada antes de ingresar a la siguiente etapa. Un post-enfriador enfría el aire de la etapa final y un separador de humedad elimina la humedad antes de que el aire se distribuya.
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