Los compresores son máquinas (en muchos casos de tipo térmicas) cuya única finalidad es aumentar la presión de un gas comprimiendo su volumen. Los fluidos que se comprimen toman el nombre de comprensibles, y aunque el comprensible más frecuente es el aire, en la industria podemos encontrar compresores de que funcionen con diferentes tipos de gases y vapores.
Funcionamiento básico de un compresor
Este pequeño video explica perfectamente de manera sencilla y visual el funcionamiento de un motor volumétrico, una vez comprendido esto nos daremos cuenta que este tipo de motores son extremadamente útiles y que pueden servir desde su uso en compresores de aire hasta para realizar motores de combustión utilizados en los coches. (Son más complejos pero mantienen el principio básico de funcionamiento)
Sin embargo, el funcionamiento y los tipos de compresores han evolucionado mucho con el paso de los años. Y aunque este tipo de compresores puede que nos haya sido muy útil a lo largo de mucho años, hoy en día y gracias a la tecnología existen alternativas realmente eficientes.
Tipos de Compresor de Aire según su el Tipo de Compresión (Funcionamiento)
Vamos a explicar todos y cada uno de los tipos de compresores que podemos encontrar, así como su funcionamiento. Para entender el funcionamiento de los compresores, vamos a dividirlos por el tipo de compresión según el esquema.
- Compresores Volumétricos o de Desplazamiento Positivo. Las características que comparten es la compresión del fluido mediante movimientos mecánicos (frecuentemente utilizando un pistón). Y están especialmente preparados para uso neumático.
- Compresores Dinámicos. El fluido se comprime sometiéndole a altas velocidades (conocidos como compresores de energía centrífuga).
Compresores Dinámicos o Centrífugos (Flujo Radial y Flujo Axial)
Para entender como funcionan este tipo de compresores, vamos a explicar cual es el compresor de aire dinámico más sencillo del mundo, un ventilador. Lo utilizamos para aumentar la velocidad del aire de nuestro entorno y refrescarnos. Este tipo de compresores se utilizan cuando el volumen es muy alto y la presión muy baja.
Su principal característica es la presión de salida, que es directamente proporcional a la velocidad de rotación, e independientemente de la velocidad de este, estos compresores consiguen un muy buen flujo de aire constante. Este tipo de motores consiguen velocidades superiores a las 10.000 revoluciones por minuto (R.P.M).
Diferencias entre Compresores Centrífugos de Flujo Radial y Axial
Ambos tipos de compresores son centrífugos y presentan las mismas características. Lo que los diferencia es el tipo de flujo de aire que generan.
- Los compresores de flujo axial generan corrientes de aire comprimido en la misma dirección que los gases de entrada, quedando estos y los de salida de forma paralela. Como por ejemplo un motor a reacción de un avión.
- Los compresores de flujo radial convierten los gases de entrada en gases de movimiento rotativo (o radial), asignando a los gases un velocidad angular en lugar de lineal. Por ejemplo, una bomba de agua es un perfecto ejemplo de compresor centrífugo de flujo radial.
Ventajas de los compresores de aire del Tipo Centrífugo
- Nivel de eficiencia. Son compresores relativamente de alta eficiencia, por lo que en uso industrial supone una gran ventaja.
- Gran cantidad de flujo de volumen. Esta es su otra ventaja indiscutible, y es que a diferencia de los compresores volumétricos estos son capaces de conseguir un gran flujo de aire.
Usos de los compresores centrífugos
Utilizados casi exclusivamente en la industria debido a que aunque no lleven aceite, su mantenimiento es costoso. Algunos de los ámbitos industriales donde los podemos encontrar son las industrias de la química y la petroquímica. plantas de generación eléctrica, motores a reacción, manejo de gases industriales…
Este tipo de compresores son los más utilizados en la industria del automovilismo, conocidos como «turbos», hoy en día prácticamente todos los motores de combustión Diesel, y la mayoría de los Gasolina cuentan con un compresor de este tipo. El turbo de un coche, en esencia es un compresor de aire dinámico del tipo centrífugo.
Compresores Volumétricos o de Desplazamiento Positivo
Este tipo de compresores son usados en neumática y son aquellos en los que su funcionamiento básico se basa en la compresión del volumen de una cámara de aire. Existen muchos tipos dependiendo de la forma en la que los motores actúan y comprimen el aire.
Diferencias entre Compresores Rotativos y Alternativos
Ambos pertenecen a la categoría de compresores volumétricos, por lo que sabemos que ambos comprimen el aire mediante el desplazamiento de movimientos y partes mecánicas, pero la diferencia entre estos se encuentra en el tipo de movimiento que realizan los ejes.
Esa es la diferencia, es así de simple. Los compresores alterativos (pistón y diafragma), comprimen el aire mediante un movimiento vertical del pistón, mientras que los rotativos utilizan directamente el movimiento y la velocidad angular de los motores (movimiento radial)
Esquema de los Diferentes Tipos de Compresores Volumétricos (Desplazamiento Positivo)
Estos son los tipos de compresores de desplazamiento positivo, y los vamos a ir explicando en este orden.
- Rotativos
- Tornillo
- Paletas
- Lóbulos
- Scroll
- Alternativos
- Pistón
- Diafragma
Compresores de Tornillo
Se compone de dos tornillos que giran (dentro de una carcasa) en sentidos opuestos. Uno de ellos con lóbulos convexos (denominado como el macho) y otro con un depresión cóncava (hembra).
El aire entra por uno de los extremos (pongamos por ejemplo el lado derecho) y va pasando por tornillos hasta el lado izquierdo. Gracias a la forma y el movimiento de los tornillos el aire se va comprimiendo poco a poco hasta llegar al final, donde se produce la salida.
Es importante destacar, que en este proceso cuando el aire se comprime también se calienta, por lo que si queremos utilizar el aire comprimido a baja temperatura será necesario pasarlo antes por radiador para enfriarlo.
Existen dos tipos de compresores de Tornillo:
- Lubricados. Los cuales llevan un película de aceite que evita la fricción entre los metales (los dos tornillos). Estos motores son algo más complejos porque necesitan separar posteriormente el aire del aceite y enfriar el aceite antes de ser introducido de vuelta al compresor.
- Sin lubricante. Estos compresores son llamados como motores de trabajo en seco. La desventaja es que si se trabaja a altas presiones, el compresor debe comprimir en dos etapas y refrigerar entre estas.
Ventajas y Desventajas del compresor de Tornillo
- Ventajas: Son más eficientes que los compresores alternativos, menos ruidosos y generan un flujo constante de aire.
- Desventajas: Son más costosos (en cuanto al diseño y la manufacturación) y además necesitan un mayor mantenimiento.
Compresores de Paletas
Se compone de un motor excéntrico y unas paletas que giran junto al motor dentro de una carcasa. El motor al ser excéntrico y unido a unas paletas que permiten su compresión, conseguimos una variación de volumen o compresión.
La entrada se produce por el lado en el que hay más espacio, un mayor volumen. Y el aire va cruzando de un lado a otro debido al movimiento del motor y gracias a la compresión de las paletas y la forma de la cámara o carcasa conseguimos una reducción de volumen o compresión.
Es un mecanismo bastante original y sencillo de entender.
Tipos de Compresores de Paletas según su Lubricación.
En este tipo de compresores la diferencia se encuentra en el material de las paletas. Encontramos:
- Compresor de paletas o álabes de grafito. No necesita ningún tipo de lubricación.
- Compresor de paletas o álabes de fibra. Los cuales si necesitan lubricación mediante aceite.
Compresores de Lóbulos
Están compuestos por dos lóbulos dentro de una cámara, estos están en ejes perpendiculares y debido a la rotación entre ellos (giran siempre en sentido contrario uno del otro) los gases de salida salen comprimidos.
Su funcionamiento es bastante básico pero no son muy utilizados, son bastante comunes en los sopladores.
Compresores Scroll o Rotativo de Espiral
Están compuestos por dos espirales, una fija y otra móvil. En la fase de admisión el aire entra y llena el volumen libre entre las dos espirales, y con el movimiento de la espiral móvil el aire se va comprimiendo poco a poco a medida que avanza hacia el centro de la espiral (se necesitan 2 o 3 vueltas para que la compresión sea máxima).
Ventajas y Desventajas de los Compresores de Scroll o de Espiral
- Ventajas. Son muy silenciosos, compactos, simples (en cuanto a la cantidad de piezas necesarias) y requieren poco mantenimiento.
- Desventajas. La capacidad de aire que generan es baja, son de precio elevado y la temperatura de salida de los gases puede ser demasiado alta en algunas ocasiones.
Compresores de Pistón y de Diafragma
El ejemplo más sencillo de un compresor de pistón es la bomba de inflado de una bicicleta.
En este proceso cuando el émbolo sube la válvula se encuentra abierta y deja pasar el aire (1), una vez llena la cámara de aire comenzamos con la compresión (2) y finalmente se libera el aire comprimido abriendo la válvula (3).
En la industria se utiliza un pistón conectado a un sistema de biela/manivela, el funcionamiento es el mismo, una etapa de admisión donde entra el aire, compresión y escape mediante la válvula de descarga.
Existen dos tipos de compresores de pistones dependiendo del número de estos:
- Compresores de Simple Efecto. Son aquellos en los cuales encontramos una cámara de compresión por cada pistón. Son los más comunes, como por ejemplo la última imagen.
- Compresores de Doble Efecto. Son aquellos que cuentan con dos cámaras de compresión por cada pistón. Como se muestra en la siguiente imagen.
Además este tipo de compresores admiten diferentes etapas de compresión, que son muy útiles si queremos superar compresiones a los 10 bares.
- Compresores de una etapa. Son aquellos en los cuales el aire se comprime una única vez en un solo pistón, como todos los ejemplos mencionados anteriormente.
- Compresores de dos etapas. Son aquellos en los cuales el aire se comprime dos veces, primero en un pistón y luego en otro. Destacar que entre las etapas el aire comprimido debe ser enfriado.
Estos compresores también se pueden diferenciar según su tipo de lubricación. Están los compresores lubricados que necesitan aceite, y los exentos de aceite que no lo necesitan.