El aire comprimido es el servicio que la mayoría de las plantas dan por sentado como gratuito hasta que se rechaza un lote. Un aerosol de aceite, invisible en un manómetro, puede estropear una línea de producción alimentaria, contaminar una zona de envasado estéril o arruinar una oblea, y ese riesgo ha llevado a un número cada vez mayor de compradores a optar por compresores exentos de aceite.
Un compresor de aire de tornillo rotativo sin aceite comprime el aire entre dos rotores helicoidales entrelazados que nunca entran en contacto entre sí ni con la carcasa, por lo que no se necesita aceite en la cámara de compresión para lubricar las superficies ni sellar los huecos. Las holguras mecanizadas con precisión, un par de engranajes de sincronización y los recubrimientos de los rotores para funcionamiento en seco mantienen los rotores sincronizados y limitan las fugas. Dado que un elemento seco solo tolera una relación de presión de aproximadamente 3,5, el aire se comprime en dos etapas con un intercooler entre ellas; a continuación, se enfría y se descarga como aire sin aceite.
En los apartados siguientes se describe el recorrido del aire desde el filtro de entrada hasta la brida de descarga y, a continuación, se analiza el coste de dicha configuración.
¿Los compresores de aire de tornillo rotativo son sin aceite?
No, no por defecto. El tornillo rotativo es un tipo de diseño de máquina, no una clasificación de pureza. La misma geometría de doble rotor se fabrica en versiones con inyección de aceite y sin aceite, y la diferencia radica en si se inyecta lubricante en la cámara de compresión. El término «sin aceite» se refiere al lugar donde se almacena el aceite, no a si la máquina contiene aceite en absoluto.
En un compresor con inyección de aceite, el aceite pulverizado en la malla del rotor sella los huecos de holgura, disipa el calor de la compresión y lubrica los cojinetes, razón por la cual una etapa alcanza entre 7 y 13 bar a unos 80 °C.
Donde el petróleo sigue funcionando
El aceite sigue lubricando los engranajes de distribución, los cojinetes de los ejes y la caja de cambios, aislados del flujo de aire mediante juntas laberínticas y de anillo de carbono, además de —en muchos diseños— un sistema de alimentación de aire de barrera que mantiene una ligera presión positiva hacia el cárter. Por lo tanto, las filtraciones se dirigen hacia el exterior, no hacia el interior de la cámara. Lo que desaparece es el elemento separador, el arrastre y el condensado aceitoso.
Tres formas de fabricar un compresor de tornillo sin aceite
| Design | ¿Qué es lo que llena los huecos? | Etapas de 7 a 8 bar | Alta de la fase 1 |
| Tornillo seco, sin contacto | Espacios reducidos y recubrimiento | Dos | De 160 a 180 °C |
| Tornillo lubricado con agua | Agua inyectada | Uno o dos | De 70 a 90 °C |
| Filtros «Oil-injected plus» | Aceite y, a continuación, filtración | Uno | Unos 80 °C |
La inyección de agua en lugar de aceite restablece la estanqueidad y la refrigeración, y permite una relación de presión más elevada por etapa, pero añade un circuito de tratamiento y un riesgo de proliferación bacteriana.
El proceso de compresión, etapa por etapa
El aire ambiente filtrado entra en el par de rotores de la primera etapa, se comprime hasta alcanzar una presión de entre 2 y 2,5 bar y se calienta hasta entre 160 y 180 °C; a continuación, pasa por un intercooler que reduce su temperatura a entre 25 y 30 °C y elimina el agua condensada, y, a continuación, entra en el par de rotores de la segunda etapa, que eleva la presión hasta los 7 a 13 bar finales antes de que un posenfriador lo enfríe de nuevo.
Admisión y primera etapa
El aire pasa por un filtro de entrada diseñado para retener partículas del orden de unas pocas micras y por una válvula de descarga que alterna entre los estados de carga y descarga de la máquina. Al no haber una película de aceite que absorba el calor, la primera etapa alcanza temperaturas mucho más elevadas que su equivalente lubricado, por lo que su carcasa se refrigera mediante camisas de agua o una corriente externa de aceite o aire.
Refrigeración intermedia y eliminación de humedad
La refrigeración entre etapas reduce el trabajo que debe realizar la segunda etapa, protege el elemento de alta presión y condensa gran parte del vapor de agua de entrada, que es recogido por un separador situado aguas abajo.
Segunda etapa, refrigeración posterior y descarga
El elemento de alta presión lleva el aire enfriado hasta la presión final; a continuación, un amortiguador de pulsaciones suaviza el pulso de descarga y una válvula de retención impide el reflujo durante la parada. El posenfriador lleva el aire a una temperatura de aproximadamente 25 °C por encima de la del medio de refrigeración, y desde allí pasa a un secador y a unos filtros, ya que la compresión sin aceite no garantiza la ausencia de agua ni de partículas.
| Punto en el camino | Presión | Temperatura | ¿Qué ocurre? |
| Alta de la fase 1 | De 2 a 2,5 bar | De 160 a 180 °C | Primera compresión |
| Salida del intercooler | Ligeramente inferior | De 25 a 30 °C | Eliminación de calor, separación de condensado |
| Alta de la fase 2 | De 7 a 13 bar | De 140 a 175 °C | Compresión final |
¿Por qué dos fases en lugar de una?
Dado que un elemento de tornillo seco carece de una película de aceite que selle los huecos o disipe el calor, su relación de presión se limita a unos 3,5 por etapa. Comprimir directamente hasta 7 bar en una sola etapa seca elevaría las temperaturas del rotor y la carcasa por encima de lo que pueden soportar las holguras y los recubrimientos, por lo que se colocan dos elementos en serie con un intercooler entre ellos.
La relación de presión es la presión absoluta de salida dividida por la presión absoluta de entrada. Un elemento con inyección de aceite alcanza una relación cercana a 13 en una sola etapa; un elemento seco alcanza aproximadamente 3,5. Dividir el trabajo también ahorra energía, ya que enfriar el aire hasta una temperatura cercana a la ambiente entre etapas acerca el proceso a una compresión isotérmica.
La consecuencia es de carácter mecánico: dos elementos, una caja de cambios que acciona ambas etapas a partir de un solo motor, tolerancias más ajustadas y un conjunto de mayores dimensiones. Las etapas también están sincronizadas, ya que todo lo que entrega la primera etapa debe ser absorbido por la segunda, y el desgaste del revestimiento se manifiesta en forma de desviaciones en la presión entre etapas mucho antes de que se produzca un fallo.
El interior del bloque compresor: rotores, engranajes de sincronización y holguras
Un rotor macho con lóbulos convexos acciona un rotor hembra con ranuras a juego, girando en direcciones opuestas dentro de una carcasa de ajuste preciso. Un par de engranajes de sincronización situados en el extremo del eje los mantiene sincronizados, de modo que los lóbulos pasan entre sí con un juego que se mide en centésimas de milímetro, y ese juego, junto con el recubrimiento del rotor, es lo que controla las fugas internas.
A medida que giran los rotores, el espacio entre los lóbulos y la carcasa se va cerrando, de modo que queda atrapado un volumen fijo de aire, que se desplaza axialmente y se comprime hacia el orificio de descarga. Esa geometría determina la tornillo rotativo air end la eficiencia, por encima de cualquier otro factor.
Perfil del rotor y tratamiento superficial
Dado que los rotores nunca entran en contacto, las superficies están recubiertas de PTFE, de un material a base de molibdeno o de carbono tipo diamante para reducir la fricción durante el contacto transitorio y proteger el metal base de la corrosión.
Engranajes de distribución, cojinetes y juntas de eje
Los engranajes existen porque los rotores no deben accionarse entre sí. En un elemento con inyección de aceite, la película de aceite permite que el rotor macho empuje al hembra, pero un elemento seco se destruiría en cuestión de segundos con ese contacto. Todos los cojinetes se encuentran en el lado del aceite de los reténes del eje.
Circuitos de refrigeración y recuperación de calor
Un compresor de tornillo rotativo sin aceite hace funcionar dos circuitos de refrigeración independientes. El agua o el aire eliminan el calor del aire comprimido en el intercooler y el posenfriador, así como de las carcasas de los elementos, mientras que un pequeño circuito de aceite enfría y lubrica los engranajes y los cojinetes. Ambos nunca se mezclan, y esa separación es precisamente lo que mantiene el aire libre de aceite.
En las unidades refrigeradas por agua, el circuito suele estar dividido: un circuito da servicio al elemento de baja presión y al intercooler, y otro al elemento de alta presión y al posenfriador.
Dado que casi toda la potencia del eje se transforma en calor, a menudo se puede recuperar entre el 70 % y el 90 % de esa energía en forma de agua caliente a una temperatura de entre 60 y 90 °C, que se puede utilizar para el lavado o como agua de alimentación de calderas.
Qué garantiza realmente la denominación “sin aceite” según la norma ISO 8573-1
Garantiza que no se introduzca lubricante alguno en la cámara de compresión, y se puede verificar que una máquina certificada como «seca» cumple con la Clase 0 en cuanto a aceite en ISO 8573-1, la norma internacional sobre la pureza del aire comprimido. No garantiza que el aire que llega a tu proceso esté limpio, ya que el agua, las partículas y los contaminantes gaseosos constituyen clases distintas dentro de la misma norma.
| Clase de petróleo | Contenido total de aceite | Fuente típica |
| Clase 0 | Lo establecen el usuario y el proveedor; por debajo de la Clase 1 | Compresión sin aceite certificada |
| Clase 1 | 0,01 mg/m³ o menos | Sin aceite, o con inyección de aceite y filtración completa |
| Clase 2 | 0,1 mg/m³ o menos | Con inyección de aceite y filtros coalescentes |
| Clase 3 | 1 mg/m³ o menos | Con inyección de aceite, filtración básica |
| Clase 4 | 5 mg/m³ o menos | Compresor lubricado sin filtro |
La distinción que importa desde el punto de vista comercial es la que existe entre «sin aceite» y «técnicamente sin aceite»; este último se refiere a un compresor con inyección de aceite seguido de filtros coalescentes y de carbón, que puede alcanzar la Clase 1 en condiciones óptimas. El rendimiento de los filtros se degrada con el paso del tiempo, y un fallo en el separador provoca que, en cuestión de minutos, se produzca una descarga de aceite hacia la parte posterior del sistema.
Ámbitos de aplicación de los compresores rotativos de tornillo sin aceite
Se utilizan en cualquier lugar donde el aire comprimido entre en contacto con el producto, el envase, un dispositivo médico o el aliento humano, donde la presencia de una sola partícula de aceite en forma de aerosol supone el rechazo de todo el lote, más que una simple molestia de mantenimiento.
| Industria | Función habitual | ¿Qué influye en la elección? |
| Alimentación y bebidas | Aireación por contacto directo, moldeo por soplado de PET | Normas de higiene y riesgo de retirada del mercado |
| Farmacéutico | Aire para fermentación, recubrimientos, salas blancas | Cumplimiento de las buenas prácticas de fabricación (GMP) y pureza validada |
| Electrónica | Aire de sala limpia, manipulación de obleas, montaje | Límites de partículas y aceite en el punto de uso |
| Médica y dental | Aire respirable, esterilizadores, aire para instrumentos | Límites reglamentarios sobre el contenido de aceite |
Las desventajas de los compresores de aire de tornillo rotativo sin aceite
Las principales desventajas son un precio de compra más elevado, un consumo energético ligeramente superior por metro cúbico de aire, una mayor sensibilidad al polvo de la entrada y a la calidad de la refrigeración, y unas reparaciones más costosas cuando falla un elemento o una caja de cambios.
A igual potencia del motor, el precio de compra suele ser entre un 30 % y un 60 % superior al de una máquina con inyección de aceite, y la potencia específica suele ser entre un 3 % y un 8 % mayor a la misma presión. Las revisiones del bloque compresor requieren un servicio especializado, y el rendimiento a carga parcial solo resulta competitivo con un control de velocidad variable.
¿Sin aceite o lubricado con aceite? ¿Cuál es mejor?
Ninguna de las dos opciones es mejor en teoría. Si el aire nunca entra en contacto con el producto ni con una persona, un compresor de aire lubricado con aceite suele proporcionar el mismo caudal con menos inversión y menos energía. Si el aire entra en contacto con el producto, los costes de filtración, control y riesgo de contaminación de la vía lubricada suelen ser superiores a los de la opción sin aceite.
| Factor decisivo | Prefiere los productos sin aceite | Prefiere los de inyección de aceite |
| El aire entra en contacto con el producto o con el paciente | Sí | No |
| Riesgos relacionados con la auditoría o la certificación | Alta | Bajo |
| Horas de funcionamiento anuales | De bajo a moderado | Muy alta, dominada por la energía |
La electricidad suele ser la partida más importante en el coste del ciclo de vida de un compresor, por lo que una diferencia de eficiencia de entre el tres y el ocho por ciento cobra gran importancia cuando el número de horas de funcionamiento es elevado. Esto justifica que se compare el coste total a lo largo de diez años, en lugar del precio de venta. Dentro de la gama de compresores sin aceite, un de una etapa frente a dos etapas La comparación es igual de importante, ya que una máquina de dos etapas solo amortiza su coste adicional en funcionamiento continuo.
Notas sobre el mantenimiento y las especificaciones
El mantenimiento pasa de los cambios de aceite a la limpieza de los conductos de aire. El estado del filtro de admisión, la limpieza del enfriador, la integridad del sello del eje, el estado del aceite de la caja de cambios y la evolución de la presión entre etapas son los cinco factores que determinan si un elemento sin aceite alcanza su vida útil prevista.
- Sustituya los elementos de entrada en función de la presión diferencial, y no solo según el intervalo de tiempo establecido.
- Limpia el intercooler y el postenfriador según un calendario establecido; hazlo con mayor frecuencia en lugares polvorientos.
- Comprueba si hay fugas en la barrera de aire y en las juntas cada vez que aumente el consumo de aceite de la caja de cambios.
Al especificar los datos, comprueba el caudal suministrado a tu presión real en lugar de a la presión nominal, y solicita datos medidos según las normas de ensayo de aceptación publicadas por la Asociación del Sector del Aire Comprimido.
Preguntas frecuentes
¿Se puede hacer funcionar un compresor de aire sin aceite en posición horizontal?
No, si se trata de una máquina de tornillo rotativo. El bloque compresor, la caja de cambios y el cárter de aceite deben montarse en posición horizontal, ya que si se inclina la unidad, los cojinetes se quedan sin lubricación y el lado del aire puede inundarse de aceite. A veces, las pequeñas unidades portátiles sin aceite están diseñadas para funcionar en cualquier orientación, pero es una característica de diseño que hay que confirmar para el modelo concreto.
¿Cuánto tiempo dura un elemento de tornillo sin aceite?
Con aire de entrada limpio, una refrigeración adecuada y temperaturas estables, un elemento secador suele funcionar entre 40.000 y 60.000 horas antes de que los recubrimientos y las holguras lleguen a un punto en el que el caudal y la eficiencia disminuyan de forma notable. Los arranques en caliente frecuentes y las paradas repetidas por altas temperaturas pueden reducir esa duración a la mitad.
¿Puede funcionar un compresor de tornillo sin aceite a altas temperaturas ambientales?
Sí, es posible, pero hay que seleccionar el modelo adecuado para ello. El rendimiento disminuye a medida que aumenta la temperatura de entrada y se reduce el margen térmico del motor, por lo que una unidad dimensionada según una ficha técnica de 25 °C no tendrá suficiente ventilación en una sala de máquinas a 45 °C.
