Un compresor de aire es una máquina que toma aire ambiente de los alrededores y lo descarga a una presión más alta. Es una aplicación de un compresor de gas y un dispositivo neumático que convierte la potencia mecánica (de un motor eléctrico , motor diésel o de gasolina , etc.) en energía potencial almacenada en aire comprimido , que tiene muchos usos. Una aplicación común es comprimir aire en un tanque de almacenamiento, para su uso inmediato o posterior. Cuando la presión de suministro alcanza su límite superior establecido, el compresor se apaga o el exceso de aire se libera a través de una válvula de sobrepresión . El aire comprimido se almacena en el tanque hasta que se necesita. [1] La energía de presión proporcionada por el aire comprimido se puede utilizar para una variedad de aplicaciones, como herramientas neumáticas , a medida que se libera. Cuando la presión del tanque alcanza su límite inferior, el compresor de aire se enciende nuevamente y vuelve a presurizar el tanque. Un compresor es diferente de una bomba porque funciona con un gas, mientras que las bombas funcionan con un líquido.
Los compresores se pueden clasificar según la presión suministrada:
Existen numerosos métodos de compresión de aire, divididos en tipos de desplazamiento positivo o rotodinámicos. [3]
Los compresores de desplazamiento positivo funcionan forzando el paso del aire a través de una cámara cuyo volumen se reduce para comprimir el aire. Una vez que la presión es mayor que la presión fuera de la válvula de descarga , se abre un puerto o válvula y el aire se descarga en el sistema de salida desde la cámara de compresión. [5] Los tipos comunes de compresores de desplazamiento positivo son
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Las capacidades de los compresores de una y dos etapas generalmente se especifican en pies cúbicos estándar por minuto (SCFM) o litros por minuto y libras por pulgada cuadrada (PSI) o bar. En menor medida, algunos compresores se clasifican en pies cúbicos por minuto reales (ACFM). [ aclaración necesaria ] [ cita necesaria ] Otros se clasifican en pies cúbicos por minuto (CFM). [ aclaración necesaria ] [ cita necesaria ] El uso de CFM solo para clasificar un compresor es ambiguo porque representa un caudal sin una referencia de presión, es decir, 20 CFM a 60 PSI.
Los compresores de una sola etapa suelen tener una potencia que va desde 5 caballos de fuerza hasta 5. [ cita requerida ] Los compresores de dos etapas normalmente tienen una potencia que va desde 5 caballos de fuerza hasta 30. [ cita requerida ] [ aclaración necesaria ]
Los compresores de aire rotodinámicos incluyen compresores centrífugos donde las paletas giratorias imparten energía cinética a un gas y los pasajes estacionarios convierten la velocidad en un aumento de presión, y compresores axiales , donde las paletas del rotor imparten la energía cinética y las paletas del estator la convierten en un aumento de presión.
Debido al calentamiento adiabático , los compresores de aire requieren algún método para eliminar el calor residual . Generalmente, se trata de alguna forma de enfriamiento por aire o agua, aunque algunos compresores (en particular, los de tipo rotativo) pueden enfriarse con aceite (que a su vez se enfría por aire o agua). [6] Los cambios atmosféricos también se tienen en cuenta durante el enfriamiento de los compresores. [ aclaración necesaria ] El tipo de enfriamiento se determina considerando factores como la temperatura de entrada, la temperatura ambiente, la potencia del compresor y el área de aplicación. No existe un único tipo de compresor que pueda usarse para cualquier aplicación.
Los compresores de aire tienen muchos usos, como suministrar aire limpio a alta presión para llenar cilindros de gas , suministrar aire limpio a presión moderada a un buzo con suministro de aire en superficie sumergido, suministrar aire limpio a presión moderada para accionar algunas válvulas de sistemas de control de HVAC neumáticos de oficinas y edificios escolares , suministrar una gran cantidad de aire a presión moderada para alimentar herramientas neumáticas , como martillos neumáticos , llenar tanques de aire a alta presión (HPA, tanque de aire), para llenar neumáticos y para producir grandes volúmenes de aire a presión moderada para procesos industriales a gran escala (como oxidación para coquización de petróleo o sistemas de purga de bolsas de plantas de cemento). [7]
Los compresores de aire también se utilizan ampliamente en aplicaciones de petróleo y gas, minería y perforación como medio de lavado, aireación de lodos en perforaciones bajo balance y en el raspado de tuberías con aire.
La mayoría de los compresores de aire son de pistón alternativo, de paletas rotativas o de tornillo rotativo . Los compresores centrífugos son comunes en aplicaciones muy grandes, mientras que los compresores de aire de tornillo rotativo, de espiral [8] y alternativos son los preferidos para aplicaciones de tamaño pequeño y mediano.
Los compresores de aire están diseñados para utilizar una variedad de fuentes de energía. Si bien los motores de gasolina o diésel de accionamiento directo y los motores eléctricos se encuentran entre los más populares, los compresores de aire que utilizan motores de vehículos, tomas de fuerza o puertos hidráulicos también se utilizan comúnmente en aplicaciones móviles. [9]
La potencia de un compresor se mide en HP ( caballos de fuerza ) y CFM ( pies cúbicos por minuto de aire de admisión). [10] El volumen del recipiente a presión y la presión almacenada indican el volumen de aire comprimido (en reserva) disponible.
Los compresores a gasolina y diésel se utilizan ampliamente en áreas remotas con acceso problemático a la electricidad. Son ruidosos y requieren ventilación para los gases de escape, en particular si el aire comprimido se va a utilizar para un suministro de aire respirable. Los compresores eléctricos se utilizan ampliamente en la producción, talleres y garajes con acceso permanente a la electricidad. Los compresores de taller/garaje más comunes son de 110-120 voltios o de 230-240 voltios. Las formas del tanque del compresor son: "panqueque", "tanque doble", "horizontal" y "vertical". Dependiendo del tamaño y el propósito, los compresores pueden ser estacionarios o portátiles.
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Para garantizar que todos los tipos de compresores funcionen de manera eficiente y sin fugas, es necesario realizar un mantenimiento de rutina. El costo del mantenimiento solo representa el 8 % del costo del ciclo de vida de un compresor de aire. [11]
Según las hojas de datos de verificación del rendimiento del compresor de aire CAGI , cuanto mayor sea la eficiencia isentrópica, mayor será el ahorro de energía. La mejor eficiencia isentrópica del compresor de aire ha alcanzado el 95 %. [12]
Aproximadamente entre el 70 y el 80 % del costo total de la vida útil del compresor de aire es consumo de energía, por lo que el uso de un compresor de aire de alta eficiencia es uno de los métodos de ahorro de energía. [ cita requerida ]
