Opciones y tipos de compresores de aire comprimido

Comprimir el aire es una manera de almacenar energía para su uso futuro. El aire comprimido es flexible, versátil y seguro, especialmente si lo comparamos con otras alternativas para almacenar energía, como las baterías, voluminosas y con una vida útil limitada, o el vapor, poco rentable y difícil de usar.

Un compresor de aire es una máquina diseñada para producir aire comprimido: primero toma aire atmosférico -el aire común que nos rodea, compuesto por distintos gases- para luego aumentar su presión de diferentes maneras. Dependiendo de la tecnología que integre un compresor, este incrementará la presión del aire de una u otra forma.

En este artículo veremos los diferentes tipos de compresores de aire que existen y cómo opera cada uno de ellos.

Compresores de desplazamiento

Existen dos procedimientos para comprimir el aire y otros gases: la compresión por desplazamiento y la compresión dinámica. Y todos los tipos de compresores de aire, con sus diferentes tecnologías, se ubican en una de estas dos categorías.

En la compresión por desplazamiento, se confina cierto volumen de gas y después se incrementa su presión mediante el desplazamiento de una o más piezas móviles. Una bomba de bicicleta es un ejemplo sencillo de este tipo de compresor de aire. El aire se introduce en un cilindro y su presión aumenta con el movimiento de un pistón que, en este caso, mueve el propio usuario. Y cuando el aire alcanza una presión determinada, se abre una válvula que libera el aire ya comprimido.

Los compresores de aire más populares pertenecen a esta categoría: los de pistón, de tornillo, de uña, los scroll y los compresores de paletas.

Compresor de pistón

Los compresores de pistón son los más antiguos y comunes de todos los compresores industriales. Cuentan con un sistema de válvulas formado por discos de acero inoxidable (1). Cuando el pistón se desplaza hacia abajo, el disco de mayor tamaño se dobla, permitiendo así el paso del aire al interior del cilindro (2). Y cuando el pistón asciende, el disco grande se dobla hacia arriba impidiendo la entrada de más aire mientras que el disco pequeño, también flexible, permite el paso de aire ya comprimido a través de la válvula de salida (3).

Existen diversos tipos de compresores de aire de pistón: pueden ser lubricados o exentos, dependiendo de si usan o no aceite para reducir la fricción de las piezas móviles; simples o de doble efecto, si el pistón comprime el aire cuando se desplaza en una o en ambas direcciones; de una o de dos etapas, si todos los pistones actúan de igual forma o cada uno comprime el aire a diferentes presiones.

Compresor de tornillo

En un compresor de tornillo, la labor de compresión la realiza el elemento de tornillo rotativo, que está compuesto por dos rotores (uno macho y otro hembra). En el momento en el que el compresor se pone en marcha, el aire llega al elemento y llena el espacio vacío entre ambos rotores. Pero este espacio disminuirá progresivamente a medida que estos giren en direcciones opuestas. Cuando el aire llega a la lumbrera de descarga, después de atravesar todo el elemento, ya es aire comprimido.

También muy populares, sobre todo en aplicaciones industriales, los compresores de tornillo pueden ser lubricados o exentos y de velocidad fija o variable. En líneas generales, son máquinas más robustas, fiables, silenciosas y eficientes que los compresores de pistón. También ofrecen aire de mejor calidad y grandes caudales de aire comprimido, más estables y con condiciones de presión variables. No obstante, la inversión en la máquina en sí es superior a la de otros tipos de compresores de aire.

Compresor de uña

El elemento de compresión de un compresor de uña funciona con dos rotores que giran en sentido contrario dentro de una cámara de compresión. Durante la fase de aspiración, el aire se introduce en la cámara de compresión hasta que los rotores bloquean la entrada. Después, el aire aspirado se comprime en la cámara porque su volumen se reduce a medida que giran los rotores.

La descarga tiene lugar cuando uno de los rotores abre la lumbrera de salida y el aire comprimido se expulsa de la cámara de compresión. Con todo, la relación de presiones máxima que se puede obtener con este tipo de compresores de aire exento de aceite está limitada por la diferencia de temperatura entre la aspiración y la descarga. Así que, para alcanzar presiones más altas, se necesitan varias etapas con refrigeración intermedia.

Compresor de scroll

El elemento de los compresores de scroll, normalmente tipos de compresores de aire exento de aceite, se compone de una espiral fija y otra móvil dentro de una carcasa. Las espirales se colocan con un desfase de 180º de manera que formen bolsas de aire. Y cuando el elemento se pone en marcha, el aire de las bolsas se comprime gradualmente en su avance hacia el centro de la espiral, donde se sitúa la válvula de salida.

Cómo elegir compresor de aire

El ciclo de compresión continúa durante 2,5 vueltas, lo que proporciona un flujo de aire prácticamente constante y sin pulsaciones. El procedimiento es relativamente silencioso y sin vibraciones, sobre todo comparado con, por ejemplo, un compresor de pistón. Por sus características (exento y silencioso) son equipos ideales para laboratorios, hospitales, universidades, dentistas y también para la industria de la alimentación.

Compresor de paletas

Las paletas normalmente se fabrican con aleaciones especiales de fundición y la mayoría de estos compresores están lubricados con aceite. El elemento compresor cuenta con paletas radiales flotantes montadas excéntricamente dentro de una carcasa cilíndrica. Estas paletas se desplazan hacia la carcasa cilíndrica por la fuerza centrífuga, formando bolsas de aire independientes.

El aire se aspira en el punto donde el eje del rotor y las paredes del cilindro están más alejados. Este aire, confinado entre dos paletas (bolsa de aire), se comprimirá a medida que gire el rotor. El aire se descargará en la lumbrera de salida, ubicada en el punto donde el eje del rotor y las paredes del cilindro están más próximas, es decir, en el punto en el que el volumen de una bolsa de aire es menor.

Compresores dinámicos

En los compresores dinámicos, el aumento de la presión del aire no se produce por la disminución de su volumen, sino mientras el aire o el gas fluye. Estos tipos de compresores de aire están disponibles en diseño axial y radial. También se les suele llamar turbocompresores y, a los de diseño radial, compresores centrífugos.

Estas máquinas, primero, aumentan la velocidad del aire por medio de rodetes y, después, lo descargan a través de unos difusores, donde la energía cinética se transforma en presión estática. La relación de presión en la compresión dinámica no suele ser mayor a 3, por eso a menudo se emplean compresores dinámicos de varias etapas e incluso varios compresores en serie para alcanzar la presión deseada.

Los compresores dinámicos funcionan a presión constante, a diferencia de los compresores de desplazamiento, y su rendimiento depende en gran medida de las condiciones ambientales. Un pequeño cambio en la temperatura de entrada puede influir sobremanera en la producción de aire.

Compresor centrífugo

En un compresor centrífugo, el aire entra por el centro de un rodete con álabes radiales y es impulsado hacia su perímetro por la fuerza centrífuga. El movimiento radial del aire genera, simultáneamente, un aumento de la presión y la energía cinética. Luego el aire pasa por un difusor y una carcasa espiral donde la energía cinética se convierte en presión.

El rodete, fabricado normalmente de una aleación especial de acero o aluminio, alcanza velocidades muy superiores a la de otros tipos de compresores de aire (15.000-100.000 rpm). Como hemos visto, los compresores centrífugos no alcanzan altas presiones, aunque sí grandes caudales, y tienen aplicaciones muy diversas: en una planta de tratamiento de aguas residuales, por ejemplo, o hasta en las industrias del gas o petróleo.

Compresor axial

Los compresores axiales tienen un flujo axial. Es decir, el aire circula paralelo al eje del compresor a través de hileras de álabes giratorios y estacionarios. De esta forma, la velocidad del aire aumenta gradualmente al mismo tiempo que los álabes estacionarios convierten la energía cinética en presión.

Estos tipos de compresores de aire suelen ser más pequeños y ligeros que sus equivalentes centrífugos y funcionan todavía a mayores velocidades. Se emplean para obtener elevados caudales, constantes y a una presión moderada (en un sistema de ventilación, por ejemplo).

Otros tipos de compresores de aire

Bombas de vacío

Cuando hablamos de “vacío” nos referimos a una presión menor que la atmosférica. De modo que una bomba de vacío es un compresor que “comprime un vacío” a presiones superiores, generalmente a presión atmosférica. Como es típico que funcionen con una relación de presión muy alta, es habitual encontrar máquinas de varias etapas.

Boosters

Un compresor booster es un compresor que comprime aire a una presión muy alta. Se suelen usar para compensar caídas de presión, pero también para aplicaciones que requieren presiones más altas de lo habitual. Pueden tener una o varias etapas y pueden ser de tipo dinámico o de desplazamiento, aunque los más comunes son los boosters de pistón.