Un compresor de aire es una máquina que utiliza la energía de un motor eléctrico o de combustión para aumentar la presión del aire. El aire comprimido puede utilizarse para accionar herramientas neumáticas, hacer funcionar equipos automatizados, inflar neumáticos o facilitar procesos industriales.
La mayoría de los compresores aumentan la presión reteniendo el aire y reduciendo su volumen. Otros, como los compresores centrífugos, aceleran el aire y convierten parte de esa velocidad en presión. Dependiendo de la instalación, el aire comprimido pasa por equipos de refrigeración y tratamiento antes de entrar en un depósito de almacenamiento o de fluir hacia los equipos que lo necesitan.
Comprender este proceso facilita la comparación entre los distintos tipos de compresores, el reconocimiento de los componentes esenciales del sistema y la elección del equipo más adecuado para su aplicación.
Componentes principales de un sistema de compresor de aire
Un sistema de aire comprimido no se limita al propio compresor. Cada componente contribuye a producir, controlar, almacenar o distribuir el aire.
| Componente | Función principal |
|---|---|
| Motor | Suministra energía mecánica para accionar el compresor |
| Filtro de aspiración | Elimina el polvo y las partículas más grandes del aire entrante |
| Elemento de compresión | Aumenta la presión del aire mediante pistones, tornillos u otro mecanismo |
| Sistema de refrigeración | Elimina el calor generado durante la compresión |
| Controles | Ajusta el funcionamiento del compresor para mantener la presión requerida |
| Depósito receptor de aire | Almacena aire comprimido y ayuda a equilibrar la oferta con la demanda |
| Secadores y filtros | Reducir la humedad, las partículas y la contaminación por aceite según sea necesario |
| Tuberías de distribución | Transporta aire comprimido a herramientas, máquinas y equipos de producción |
El compresor genera aire comprimido; el depósito de almacenamiento lo almacena. Algunas máquinas más pequeñas combinan ambos elementos en un solo equipo, mientras que las instalaciones industriales suelen utilizar compresores, depósitos y equipos de tratamiento independientes.
El depósito también actúa como amortiguador cuando la demanda aumenta momentáneamente y ayuda a reducir las fluctuaciones de presión. Su tamaño y ubicación dependen del diseño del sistema.
¿Cómo funciona un compresor de aire?
El proceso de funcionamiento se puede explicar en cinco pasos. El mecanismo de compresión y la configuración del tratamiento varían según el tipo de máquina y la aplicación.
1. El aire entra por la toma de aire
El compresor aspira aire atmosférico a través de un filtro de admisión. Este filtro ayuda a proteger los componentes internos del polvo y los residuos presentes en el aire.
El estado del aire de admisión es importante. Un entorno caluroso, polvoriento o contaminado puede afectar al rendimiento y aumentar las necesidades de mantenimiento, por lo que la instalación requiere una ventilación adecuada y un suministro de aire limpio.
2. El compresor aumenta la presión del aire
El motor acciona el elemento de compresión.
En un compresor de desplazamiento positivo, como un compresor de pistón o de tornillo rotativo, el aire queda atrapado en el interior de una cámara. A medida que disminuye el volumen de la cámara, aumenta la presión del aire.
Un compresor centrífugo funciona de forma diferente. Su impulsor giratorio aumenta la velocidad del aire, y el difusor situado aguas abajo convierte parte de esa energía cinética en presión.
En cualquier caso, la máquina transmite energía mecánica al aire.
3. La refrigeración elimina el calor de compresión
La compresión del aire requiere trabajo, lo que eleva su temperatura. Los equipos de refrigeración eliminan gran parte de este calor antes de que el aire llegue a los equipos situados aguas abajo.
Dependiendo del diseño, un compresor puede utilizar aletas de refrigeración, ventiladores, enfriadores de aceite, refrigeración por agua o una combinación de estos métodos. Un posenfriador reduce la temperatura del aire de descarga. Las máquinas multietapa también pueden utilizar intercooler entre las etapas de compresión.
Una refrigeración eficaz ayuda a proteger los componentes y reduce la carga sobre los equipos de tratamiento de aire situados aguas abajo.
4. Se reducen la humedad y los contaminantes
El aire atmosférico contiene vapor de agua. A medida que el aire caliente comprimido se enfría, parte de ese vapor puede condensarse y convertirse en agua líquida.
Los separadores de humedad y los drenajes eliminan el líquido acumulado. Un secador reduce el vapor de agua restante hasta el nivel exigido por la aplicación. Los filtros retienen las partículas y, cuando es necesario, los aerosoles de aceite u otros contaminantes.
Estos dispositivos cumplen funciones diferentes. Un desagüe elimina el agua que ya se ha acumulado; no sustituye a una secadora.
El tratamiento necesario depende del uso que se le vaya a dar al aire. Las herramientas neumáticas generales, la pintura en aerosol y los procesos de producción sensibles pueden tener requisitos de calidad del aire muy diferentes.
5. El aire se almacena o se suministra a los equipos
El aire comprimido entra en el sistema de distribución, en el que suele haber un depósito que sirve para almacenarlo y actuar como amortiguador ante las variaciones de la demanda.
Cuando una herramienta o un actuador conectado entra en funcionamiento, el aire comprimido fluye hacia el punto de uso de menor presión. Su energía de presión produce movimiento, fuerza u otro efecto útil.
Los controles responden a los cambios en la presión del sistema. Las unidades más pequeñas suelen ponerse en marcha y detenerse a niveles de presión preestablecidos. Las máquinas industriales pueden utilizar el control de carga/descarga, el funcionamiento a velocidad variable u otros métodos para adaptar la producción a la demanda.
Cómo funcionan los distintos tipos de compresores de aire
Los principales tipos de compresores se diferencian en la forma en que aumentan la presión del aire. Su idoneidad depende del caudal de aire, la presión de funcionamiento, el ciclo de trabajo y el patrón de demanda.
Compresores alternativos — de pistón —
Un compresor de pistón funciona mediante un pistón que se desplaza dentro de un cilindro.
Durante la carrera de admisión, el pistón aumenta el volumen del cilindro y aspira aire a través de una válvula de admisión. Durante la carrera de compresión, reduce dicho volumen. Una vez que la presión en el cilindro es lo suficientemente alta, se abre la válvula de escape y el aire sale.
A compresor de una etapa eleva la presión del aire desde la presión de entrada hasta la presión de descarga final en una sola etapa de compresión. A compresor de dos etapas hace pasar el aire por dos etapas sucesivas, normalmente con un proceso de enfriamiento entre ellas.
Los compresores de pistón son habituales en talleres mecánicos, talleres de reparación y aplicaciones con demanda intermitente. Los modelos industriales especializados también se utilizan para trabajos a alta presión.
Sus límites de funcionamiento varían, por lo que los compradores deben comprobar el ciclo de trabajo nominal en lugar de dar por sentado que todas las máquinas de pistón pueden funcionar de forma continua.
Compresores de tornillo rotativo
Un compresor de doble tornillo típico utiliza dos rotores helicoidales que engranan entre sí. A medida que giran, el aire queda atrapado entre los rotores y la carcasa. El espacio en el que queda atrapado el aire se reduce a medida que este se desplaza hacia la descarga, lo que aumenta su presión.
En un diseño con inyección de aceite, el aceite ayuda a enfriar el aire, a lubricar los componentes y a sellar los huecos internos. La mezcla de aire y aceite expulsada pasa por un equipo de separación antes de que el aire continúe su recorrido hacia abajo.
Los diseños de tornillos sin aceite evitan que el aceite lubricante entre en la cámara de compresión y utilizan diferentes sistemas de refrigeración y sellado.
Los compresores de tornillo rotativo se utilizan ampliamente para satisfacer una demanda industrial constante. Proporcionan un flujo de aire relativamente constante y están disponibles con diferentes sistemas de control para adaptarse a las necesidades de producción.
Compresores centrífugos
Un compresor centrífugo utiliza un impulsor que gira rápidamente para acelerar el aire. A continuación, un difusor frena el flujo de forma controlada, convirtiendo parte de su velocidad en presión.
Se pueden utilizar varias etapas para alcanzar la presión de descarga requerida.
Estas máquinas suelen elegirse para grandes instalaciones industriales con elevados requisitos de caudal de aire. Su eficiencia depende de las condiciones de funcionamiento, por lo que a la hora de elegirlas hay que tener en cuenta tanto los periodos de demanda normal como los de demanda reducida.
Compresores de aire con aceite frente a compresores de aire sin aceite
Los términos «con inyección de aceite» y «sin aceite» se refieren al sistema de lubricación, no a mecanismos de compresión distintos. Por ejemplo, un compresor de tornillo puede ser con inyección de aceite o sin aceite.
Compresores con inyección de aceite
Las máquinas lubricadas con aceite utilizan aceite en el mecanismo de compresión, aunque el método de lubricación varía según el diseño. En un compresor de tornillo con lubricación por aceite, el aceite proporciona refrigeración, lubricación y estanqueidad.
La mayor parte se separa del aire de descarga y se devuelve al circuito de aceite.
Es posible que siga siendo necesario un tratamiento posterior para cumplir con los requisitos de calidad del aire. Estas máquinas son habituales en la industria manufacturera, en talleres y en sistemas neumáticos en general.
Compresores sin aceite
Compresores de aire exentos de aceite No se debe utilizar aceite lubricante en la cámara de compresión. Pueden emplear tornillos de funcionamiento en seco, espirales, pistones de diseño especial u otras tecnologías de compresión.
Que sea «sin aceite» no significa que toda la máquina carezca de lubricante. Es posible que los cojinetes o los engranajes sigan necesitando lubricación fuera del circuito de compresión de aire.
Tampoco significa automáticamente que el aire suministrado esté libre de humedad, partículas o cualquier otro contaminante posible. La calidad del aire debe evaluarse en función de los requisitos de la aplicación y del rendimiento documentado del equipo.
Ninguna de las dos categorías presenta una ventaja general en cuanto a ruido, vida útil o capacidad de funcionamiento continuo. Estas características dependen del diseño concreto, la instalación, el mantenimiento y las condiciones de funcionamiento.
¿Por qué se utiliza aire comprimido en los sistemas industriales?
El aire comprimido resulta útil porque distribuye la potencia a numerosos puntos de uso y funciona bien con una amplia gama de herramientas y actuadores.
Los cilindros neumáticos permiten realizar movimientos lineales sencillos y repetitivos. Las herramientas pueden ser compactas, y un sistema central puede abastecer a varias máquinas repartidas por toda la zona de producción. El aire comprimido también puede realizar tareas como la pulverización de pintura o el transporte de materiales adecuados.
Sin embargo, El aire comprimido no es necesariamente más barato ni más eficiente que la energía eléctrica directa.. La compresión genera calor, y las fugas, las caídas de presión y los controles inadecuados provocan pérdidas adicionales. El Departamento de Energía de EE. UU. considera que el aire comprimido es un servicio industrial costoso que requiere una gestión cuidadosa.
Por lo tanto, la elección entre equipos neumáticos y eléctricos debe tener en cuenta la tarea a realizar, el entorno de funcionamiento, las necesidades de mantenimiento y el coste total de explotación.
Características técnicas clave que hay que tener en cuenta antes de elegir un compresor
Comprender el principio de funcionamiento es el primer paso. Para adaptar la máquina a tu aplicación, es necesario tener en cuenta algunos detalles de funcionamiento.
Presión: PSI o bar
La presión determina si el aire puede proporcionar la fuerza que necesita el equipo.
El sistema debe mantener una presión adecuada en el punto de uso, teniendo en cuenta las pérdidas que se producen en los secadores, los filtros y las tuberías. Aumentar la presión del compresor sin que sea necesario incrementa el esfuerzo requerido para comprimir el aire.
Caudal de aire — CFM o m³/min
El caudal de aire indica la cantidad de aire que suministra el compresor a lo largo del tiempo.
El caudal disponible debe ser suficiente para cubrir el funcionamiento simultáneo de los equipos, además de contar con un margen adecuado para hacer frente a los cambios en la demanda. Compara el rendimiento del compresor a la presión de funcionamiento requerida y utilizando una base de medición uniforme, como el caudal de aire libre.
El hecho de que un compresor tenga una presión nominal elevada no garantiza por sí solo que pueda suministrar suficiente aire.
Ciclo de trabajo y patrón de demanda
El ciclo de trabajo indica durante cuánto tiempo puede funcionar una máquina en las condiciones especificadas. El patrón de demanda describe si el equipo consume aire de forma constante, intermitente o en ráfagas cortas.
Un pequeño taller y una línea de producción que funciona de forma continua pueden necesitar configuraciones de compresores muy diferentes, aunque su caudal máximo de aire sea similar.
Calidad del aire
Define los niveles aceptables de humedad, partículas y aceite para la aplicación.
Estos requisitos influyen en la tecnología de compresión, el secador, los filtros y la disposición del sistema. Deben tenerse en cuenta desde el principio, en lugar de incorporarse una vez que surjan problemas de contaminación.
Costes de explotación y mantenimiento
El precio de compra es solo una parte del coste total de propiedad. La electricidad, el mantenimiento, los consumibles y el tiempo de inactividad también son importantes.
Compara las máquinas en función de las condiciones de funcionamiento previstas. Un compresor que se adapte al perfil de demanda real puede ofrecer un mayor valor a largo plazo que uno seleccionado únicamente en función de la potencia del motor o del precio inicial.
