Qué es?
Un compresor de aire es una máquina que toma el aire o gas del entorno, lo almacena y lo comprime en un depósito. Una vez almacenado, este aire comprimido puede utilizarse para operar herramientas neumáticas, inflar neumáticos, limpiar superficies o aplicar pintura con pistola. En el ámbito industrial, el aire acumulado es útil para accionar cilindros, iniciar sistemas de transporte, realizar tareas de soplado, entre otras aplicaciones.
¿Para que sirve?
Un compresor de aire se utiliza para aumentar la presión de un fluido y actúa como una fuente de energía en diversas aplicaciones.
Existen varios tipos de compresores, pero el más común en el ámbito industrial es el compresor de tornillo. Su funcionamiento se basa en la reducción del volumen del aire dentro de una cámara de compresión, lo que incrementa la presión interna hasta alcanzar los valores deseados. Una vez alcanzada la presión adecuada, el aire se libera al sistema y se almacena en un depósito para su uso posterior en la instalación.
¿Cómo funciona un compresor de aire?
Un compresor de aire convierte la energía eléctrica o de combustible en energía cinética potente. Se utiliza para alimentar herramientas compactas y prácticas como llaves de impacto, lijadoras, taladros y más.
Su función es vital en fábricas, garajes e incluso hogares, proporcionando un suministro constante de aire a alta presión necesario para diversas herramientas y equipos.
Para los profesionales que realizan un trabajo, operar con otras herramientas útiles con la ayuda de un compresor de aire tiene muchos beneficios. No se trata de una liberación rápida y eficiente de un compresor de aire.
A continuación te presento algunos factores clave para entender cómo operan los compresores de aire.
- Admisión de aire: El compresor aspira aire del ambiente a través de un filtro para eliminar impurezas.
- Compresión: El aire es comprimido dentro de una cámara o cilindro mediante un pistón, tornillo o algún otro mecanismo. A medida que el compresor funciona, el volumen del aire se reduce y su presión aumenta considerablemente.
- Descarga: Una vez comprimido, el aire se descarga a través de una válvula de descarga hacia un tanque de almacenamiento o directamente hacia la herramienta o dispositivo que necesite aire comprimido.
- Regulación: Algunos compresores están equipados con reguladores de presión que permiten ajustar la presión de salida según los requerimientos de las herramientas o equipos conectados.
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Refrigeración y filtrado: Durante el proceso de compresión, el aire tiende a calentarse. Algunos compresores incorporan sistemas de refrigeración para evitar el sobrecalentamiento. Además, es común que cuenten con filtros adicionales para asegurar que el aire comprimido esté limpio y libre de contaminantes.
Partes de un compresor de aire
Compresor: Es la pieza más crucial ya que asegura la eficiencia de la máquina.
Tornillos: Vienen en pares (macho y hembra) y se encuentran dentro de los cilindros donde ocurren las rotaciones. Al encender la máquina, giran rápidamente para formar una “cámara” a través de la cual se mueve el aire aspirado de la atmósfera. El aire se comprime y se descarga.
Cilindros de compresión: El aire aspirado pasa por las cámaras del cilindro y llega a los tornillos giratorios.
Filtros de aire: Reducen el daño interno del compresor al contrarrestar el polvo, la humedad y las partículas del aire.
Filtro de aceite: Es esencial para mantener limpio y puro el interior del compresor.
Cojinetes: Garantizan que los tornillos estén seguros y giren uniformemente.
Mangueras: Son necesarias en los sistemas de compresores de aire de tornillo rotativo cuando los componentes están en diferentes ubicaciones y es necesario mover el aire y el aceite entre ellos.
Válvula de succión: Se abre para permitir la entrada de aire, quedando atrapado entre los dos tornillos.
Válvula de descarga: Finaliza el ciclo de compresión, expulsando el aire o gas encapsulado.
Motor: Impulsa la rotación de los tornillos y el funcionamiento del compresor, generalmente accionado por energía eléctrica.
Sistema de control: Permite al operador controlar el rendimiento del compresor.
Tanque: Lugar de almacenamiento del aire o gas.
Separadores de aceite: Actúan como un mecanismo de defensa contra las mezclas de gas y aceite.
Manómetro: Es un componente clave que mide la presión del aire dentro del tanque y/o en la salida del compresor. Proporciona información en tiempo real sobre los niveles de presión, lo que permite monitorear y controlar el funcionamiento del compresor, siendo esto esencial para mantener la presión adecuada y garantizar un rendimiento óptimo de las herramientas y equipos conectados.
Tipos de Compresores
En la industria del aire comprimido, dos de los tipos más comunes de compresores de aire son los libres de aceite y los lubricados con aceite. Cada uno tiene ventajas específicas dependiendo del uso que se le dé. Ambos tipos de compresores de aire son fundamentales en la industria de América Latina y el mundo, y es importante conocer las principales diferencias entre ellos.
Una diferencia clave es que los compresores libres de aceite no son tan susceptibles a la contaminación como los compresores lubricados con aceite. Estos últimos son adecuados para industrias con requisitos de pureza de aire menos estrictos.
Compresores de aire libres de aceite: Estos compresores no utilizan ningún lubricante en la cámara de compresión. Existen diversas tecnologías de compresores libres de aceite en el mercado. Es importante destacar que el aire 100% libre de aceite solo se logra con la clasificación Clase 0, que define la máxima pureza del aire. Cuando hablamos de compresores que ofrecen “aire técnicamente libre de aceite”, nos referimos a compresores que toleran ciertas cantidades de contaminación ya que utilizan lubricación con aceite y, para contrarrestar este efecto, incluyen filtros de eliminación de aceite.
Compresores de aire lubricados con aceite: Estos dispositivos utilizan aceite para lubricar la cámara de compresión de aire, lubricar las piezas y sellar el aire. Son los tipos de compresores más comunes en el mercado, con costos iniciales y de mantenimiento más bajos, además de una mayor vida útil.
Tecnología de los compresores de aire
Compresor de aire de tornillo rotativo:
Los compresores de aire de tornillo rotativo utilizan un movimiento circular giratorio para comprimir el aire. Pueden funcionar de manera continua sin necesidad de apagarse y encenderse, lo que los convierte en uno de los tipos de compresores más populares en diversas industrias.
En estos compresores, el aire entra a través de la válvula de entrada y se dirige hacia tornillos helicoidales gemelos, conocidos como rotores, que presurizan el aire. A medida que los tornillos giran, el volumen disminuye y la presión del aire aumenta.
Se utilizan compresores de tornillo rotativo cuando se requieren grandes volúmenes de aire a alta presión.
Compresor de pistón (alternativo):
El compresor de pistón convencional, uno de los más comunes, consta de cinco partes clave: cigüeñal, biela, pistón, cilindro y cabeza de válvula. La cabeza de la válvula contiene delgadas aletas metálicas que actúan como válvulas de entrada y descarga, ubicadas en el vértice del cilindro. Una válvula está montada debajo y la otra encima de la placa de la válvula.
Cuando el pistón se mueve hacia abajo, crea un vacío sobre él, permitiendo que el aire exterior a presión atmosférica abra la válvula de entrada y llene el área sobre el pistón. Al moverse hacia arriba, el aire se comprime, cerrando la válvula de entrada y abriendo la válvula de descarga, lo que permite que el aire se mueva del puerto de descarga al tanque. Con cada golpe, más aire entra al tanque, aumentando la presión.
Compresor scroll:
El compresor scroll, generalmente libre de aceite, funciona con un movimiento circular. Un solo rotor en forma de espiral oscila contra una espiral fija similar. A medida que estas espirales se mueven una contra la otra, la cavidad que atrapa el aire entre ellas se vuelve progresivamente más pequeña, aumentando la presión del aire. Cuando la espiral en órbita se mueve, el aire entra y se captura en una de las bolsas de aire donde se comprime gradualmente mientras se mueve hacia el centro. El ciclo de compresión continúa durante 2.5 vueltas, proporcionando un flujo de aire casi constante y sin pulsaciones. Este proceso es relativamente silencioso y sin vibraciones, lo cual es deseable para cualquier empresa.
Compresor centrífugo:
En este tipo de compresor, el aire se introduce en el centro de un impulsor giratorio con álabes radiales mediante la fuerza centrífuga. Este movimiento de aire aumenta la presión y genera energía cinética. Antes de que el aire sea conducido al centro del impulsor, la energía cinética se convierte en presión al pasar a través de un difusor.
Compresor axial:
Un compresor axial es un tipo de compresor en el que el flujo de aire o gas se mueve de manera paralela al eje de rotación del compresor. Este tipo de compresor se utiliza comúnmente en aplicaciones donde se requiere un flujo de aire continuo y eficiente, como en motores de aviones a reacción, turbinas de gas, y ciertos tipos de ventiladores industriales. Su diseño permite manejar grandes volúmenes de aire a alta presión, optimizando el rendimiento y la eficiencia energética en comparación con otros tipos de compresores.
Compresor de dientes rotativos:
El elemento de compresión en un compresor de dientes consta de dos rotores que giran en direcciones opuestas dentro de una cámara de compresión. Durante la fase de admisión, el aire entra en la cámara de compresión hasta que los rotores bloquean la entrada. Luego, el aire aspirado se comprime en la cámara de compresión, que se contrae a medida que los rotores giran. Uno de los rotores bloquea el puerto de salida durante la compresión, mientras que la entrada está abierta para introducir aire nuevo en la sección opuesta de la cámara de compresión. Cuando uno de los rotores abre el puerto de salida, el aire comprimido sale de la cámara de compresión.
Compresor de paletas:
El compresor de paletas, comúnmente lubricado con aceite, se fabrica generalmente con aleaciones de fundición especiales. Contiene un rotor cilíndrico colocado dentro de una cavidad o carcasa. El rotor también tiene ranuras donde se colocan las paletas. El rotor se ubica intencionalmente de manera que casi entra en contacto con la carcasa. Esta ubicación descentrada, mediante la fuerza centrífuga, permite que las paletas se empujen hacia afuera, atrapando el aire entre ellas. Este aire luego disminuye de volumen y se presuriza con el movimiento giratorio del rotor.
Diseño de un compresor de aire
1. Compresores de velocidad
Compresores de velocidad Fija
- Funcionamiento: Estos compresores operan a una velocidad constante, siendo más eficientes cuando trabajan al máximo de su capacidad continua.
- Eficiencia: Pueden volverse ineficientes cuando no producen aire, continuando en funcionamiento para evitar ciclos frecuentes de arranque y parada.
- Aplicación: Ideal para entornos con demanda estable de aire comprimido.
Compresores de velocidad variable (VSD)
- Funcionamiento: Ajustan automáticamente la velocidad del motor según la demanda de aire, aumentando la velocidad cuando se necesita más aire y disminuyéndola cuando la demanda baja.
- Beneficios: Reducen el consumo eléctrico y los costos operativos al adaptarse dinámicamente a variaciones en la producción.
- Uso: Recomendados para operaciones con fluctuaciones diarias en la demanda de aire.
2. Compresores por etapas
Compresores de una etapa
- Funcionamiento: Aspiran y comprimen el aire en un solo paso con un pistón, luego lo almacenan en un tanque.
- Características: Adecuados para aplicaciones que requieren presiones moderadas de aire.
- Aplicación: Comunes en pequeños talleres y situaciones de demanda baja y constante.
Compresores de dos etapas
- Funcionamiento: Comprimen el aire en dos etapas sucesivas para alcanzar presiones más altas, sin almacenar aire entre las etapas.
- Ventajas: Ideales para aplicaciones que necesitan altas presiones y un flujo constante de aire.
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Uso: Utilizados en industrias con requerimientos exigentes de presión y volumen de aire.
Ventajas:
- Versatilidad: Pueden ser utilizados para una amplia gama de aplicaciones, desde inflar neumáticos hasta operaciones industriales.
- Eficiencia: Producen una cantidad significativa de aire comprimido con relativamente poco consumo de energía.
- Durabilidad: Muchos compresores están diseñados para ser robustos y duraderos, especialmente los modelos industriales.
- Autonomía: Permiten trabajar sin interrupciones, especialmente los compresores con tanques de almacenamiento de aire.
Desventajas:
- Ruido: Algunos compresores pueden generar niveles de ruido considerable, especialmente los de tipo pistón.
- Mantenimiento: Requieren mantenimiento regular, como cambio de aceite, limpieza de filtros y revisión de válvulas.
- Costo inicial y operativo: Dependiendo del tamaño y tipo, pueden ser costosos de adquirir y operar.
- Espacio: Los compresores grandes ocupan mucho espacio, lo que puede ser una limitación en entornos pequeños.