Generación y almacenamiento de aire comprimido.

Compresores. Clasificación.

Un compresor es una máquina que está diseñada y construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como gases y vapores.

En toda instalación neumática, la generación de aire empieza por la compresión del aire por medio de un compresor. Dependiendo del tipo de compresor, sus características y su ubicación en el sistema neumático, repercute en mayor o menor grado la cantidad de partículas, aceites y aguas incluidas en el sistema.

Los compresores de pueden clasificar de la siguiente forma:

Clasificación de los compresores.

Compresores de émbolo.

Constructivamente los compresores de embolo pueden ser:

• Compresores de émbolo. (una etapa, dos etapas, varias etapas.).
• Compresores de membrana.

Compresores de émbolo.

El émbolo o pistón comprime el aire que entra por la válvula de aspiración y a continuación el aire pasa al acumulador a través de la válvula de escape. Se trata de un mecanismo que transforma un movimiento circular de un cigüeñal, movido generalmente por un motor eléctrico, en un movimiento rectilíneo alternativo mediante un mecanismo biela-pistón.

Los compresores de émbolo pueden ser de una, dos o varias etapas, y los émbolo de simple o doble efecto.

Compresor de una etapa.

Los compresores de una etapa se emplean en aplicaciones cuya presión solicitada sea inferior a 10 bar; ya que el aumento de la temperatura del aire debido a la compresión, resultaría inadmisible.

Compresor de dos etapas.

Entre 9 y 70 bar, se utilizan compresores de émbolos de dos etapas. La temperatura del aire se mantiene dentro de unos límites aceptables ya que se colocan enfriadores intermedios. El rendimiento es superior al de los compresores de una etapa.

Émbolo de doble efecto.

En compresores multietapas pueden conseguirse presiones de hasta 700 bar.  

Compresores de membrana. 

Es una construcción especial de los compresores de embolo. En este tipo de compresores la cámara de compresión está separada del émbolo mediante una membrana, con el fin de no permitir el paso de aceite del compresor al aire.

Es un compresor que suministra presiones inferiores a 8 bar, y es muy empleado en la industria alimentaria, farmacéutica y química.

Compresor de membrana.

Compresores rotativos.

Los compresores rotativos consiguen aumentar la presión del aire mediante el giro de un rotor. El aire se aspira, cuando el rotor gira en un determinado sentido y se comprime dentro de una cámara o acumulador.

Constructivamente los compresores rotativos pueden ser:

• Compresores de paletas.
• Compresores de tornillo.
• Compresores Roots.

Compresor de paletas.

El compresor de paletas está formado por un rotor que gira excéntricamente en el interior de un cárter cilíndrico. El rotor dispone de unas ranuras longitudinales en las que se alojan las paletas, estas paletas e ajustan elásticamente al interior del cárter.

Debido a la variación del volumen entre cámaras, se produce la aspiración del aire y su compresión. Necesitan aceite para mejorar la estanqueidad, lubricar las piezas móviles y reducir el rozamiento entre las paletas y el cárter. Son compresores muy silenciosos y proporcionan un caudal prácticamente constante.

Compresor de paletas.

Compresor de tornillo.

El compresor de tornillo está formado por dos rotores helicoidales que engranan entre sí, ajustados al interior de un cárter. El aire es desplazado axialmente entre el hueco y las ranuras helicoidales y las paredes internas del cárter. Precisan, al igual que los compresores de paletas, de aceite para optimizar su funcionamiento.

Compresor de tornillo.

Compresor Roots.

El compresor Roots está formado por dos rotores, de una forma especial, que giran en el interior de un cárter. En su funcionamiento no hay modificación de volumen, la presión se genera por la aportación de más aire que el que se consume.

Compresor Roots.

Pueden utilizarse también como bombas de vacío y como medidores de caudal.

Compresores de flujo o centrífugos.

Los compresores de flujo, centrífugos o también denominados turbocompresores, trabajan según el principio de las leyes de la dinámica de fluidos. Aunque proporcionan presiones reducidas, manejan gran cantidad de caudal.

Consta de un rodete (turbina) en el interior de una cámara, el rápido giro del mismo transforma la energía cinética del fluido en energía de presión. Pueden acoplarse directamente a elementos motrices de alta velocidad.

Dentro de los compresores de flujo nos encontramos con dos tipos que son:

• Compresores de flujo axiales: la rotación de los álabes de la turbina aumenta la energía cinética del aire en el sentido del flujo.

Compresor de flujo axial.

• Compresores de flujo radiales: se produce un aumento de la velocidad del fluido progresiva de cámara a cámara en sentido radial hacia afuera del compresor.

Compresor de flujo radial.

Criterios de selección de un compresor.

La elección de un compresor, para una instalación en concreto, depende de varios factores como son:

• Caudal.
• Presión.
• Tipo de accionamiento.
• Regulación. 

Caudal.

Por caudal se entiende la cantidad de aire que es capaz de suministrar el compresor. Cabe diferencia entre caudal teórico y caudal efectivo o real.

• Caudal teórico es aquella cantidad de aire que es capaz de proporcionar el compresor teniendo en cuenta su construcción con un funcionamiento ideal, sin perdidas, es decir con rendimiento perfecto, igual a 1. En el caso de los compresores de émbolo el caudal teórico seria el producto de la cilindrada del cilindro por la velocidad de rotación.
• Caudal efectivo o real es aquella cantidad de aire capaz de proporcionar el compresor teniendo en cuenta su construcción y considerando las pérdidas del propio compresor.

Presión.

La presión a la que debe trabaja el sistema neumático es un criterio a tener en cuenta, por ello es necesario diferenciar:

• Presión de servicio: es la presión suministrada por el compresor y existente en las tuberías de alimentación de los elementos neumáticos.
• Presión de trabajo: es la presión que debe de llegar a cada puesto de trabajo o punto de empleo el aire comprimido.

Tipo de accionamiento.

Los compresores pueden ser accionados por medio de un motor eléctrico o por un motor de combustión interna. En la industria en la mayoría de los casos se suele usar un motor eléctrico.

Regulación.

Con objeto de adaptar el caudal suministrado por el compresor al consumo, se procede a ciertas regulaciones del compresor en función del tipo de consumo o régimen de funcionamiento. Se puede instalar compresores con diferentes clases de regulación:

Regulación de marcha en vacío: - a su vez puede ser:

Por escape: el compresor trabaja hasta alcanzar la máxima presión de la válvula limitadora. Alcanzada la presión máxima de la válvula limitadora, esta se abre desviando el aire sobrante al exterior.

Regulación por escape.

Aislamiento de la aspiración: se bloquea la aspiración del compresor. El compresor no aspira aire del exterior.

Regulación por aislamiento de la aspiración.

Apertura de la aspiración: mediante un pinzamiento o control, la válvula de aspiración se mantiene abierta. El compresor no puede comprimir el aire.

Regulación por apertura de la aspiración.

Regulación de carga parcial: se regula la velocidad del motor que acciona o  manda el compresor, o bien se regula el caudal de aspiración.

Regulación a carga parcial regulando el caudal de aspiración.

Regulación intermitente: El compresor adopta de forma alternativa un régimen de marcha y un régimen de reposo. De esta forma el compresor de desconecta cuando alcanza la máxima presión y vuelva a conectarse cuando alcanza un cierto valor de presión mínima.

Regulación intermitente.

Acumulador.

El acumulador o también denominado depósito, tiene la función de estabilizar el suministro de aire comprimido, compensando las oscilaciones de presión en la red de tuberías a medida que el aire se va consumiendo. De esta forma si en el acumulador cae la presión por debajo de un determinado valor, el compresor lo llenará hasta alcanzar el valor superior de presión al que se encuentra tarado. Con esto se consigue que el compresor no trabaje continuamente.

El acumulador debe tener un volumen grande con el fin de que la instalación tenga siempre una garantía de funcionamiento, aun cuando por cualquier motivo el compresor deje de funcionar. Además debido a su gran superficie de contacto con el aire, este se enfría transformándose parte de la humedad contenida en el aíre en agua.

El acumulador suele ir equipado con una serie de elementos:

Acumulador o deposito de aire.

• Termómetro.
• Manómetro.
• Válvula limitadora de presión.
• Válvula de cierre.
• Válvula de vaciado de agua.
• Compuerta.

Secadores de aire.

El aire comprimido con un contenido elevado en humedad reduce la vida útil de los sistemas neumáticos. Por ello se hace necesario instalar secadores de aire, que disminuyan el contenido de humedad. Para secar el aire se puede recurrir a los métodos siguientes:

Secado por enfriamiento.

Es el empleado con mayor frecuencia. El aire circula por un intercambiador térmico, que enfría el aire mediante un agente frigorífico, de esta forma la humedad contenida en el aire es segregada y recogida en un recipiente.  

Secador de aire por enfriamiento.

Secado por adsorción.

Es un proceso puramente físico, el agente secador es un granulado compuesto principalmente de oxido de silicio. Este compuesto (silica-gel) adsorbe el agua y el vapor de agua.

La capacidad adsorvente de este secador es limitada, aunque se lleva a regenera de forma simple por medio de aire caliente.

Secador de aire por adsorción.

Secado por absorción.

Es un proceso puramente químico, el aire comprimido para a través de un lecho se sustancia secante, combinándose con el agua y el vapor de agua.

Esta mezcla de sustancia secante y agua es eliminada por medios manuales o de forma automática por el propio secador, de forma que la sustancia secante se va consumiendo, debiendo sustituirse a intervalos de 2 a 4 veces al años. Instalación de altos costes de funcionamiento, aunque instalación sencilla del equipo. Como gran ventaja de este sistema de secado, no es necesario recurrir a otras fuentes de energía externas.

Secador de aire por absorción.