En el ámbito industrial, los sistemas de aire comprimido se denominan la "cuarta utilidad pública", y su consumo energético representa aproximadamente el 10%-15% del consumo total de energía industrial. La selección correcta del tipo de compresor es decisiva para garantizar la estabilidad del proceso de producción y reducir los costos operativos. Este artículo analiza sistemáticamente las características técnicas de cinco tipos principales de compresores industriales, proporcionando una referencia profesional para la selección de equipos.
I. Compresor de Pistón
Principio de funcionamiento: Basado en el principio de compresión por desplazamiento positivo, convierte el movimiento rotatorio del motor en movimiento alternativo del pistón mediante un mecanismo de biela-manivela. Cuando el pistón se mueve hacia la caja del cigüeñal, el volumen del cilindro aumenta creando una presión negativa, la válvula de admisión se abre y aspira el gas; cuando el pistón se mueve en sentido contrario, el gas se comprime. Al alcanzar la presión nominal, se abre la válvula de escape. Completa un ciclo de trabajo a través de cuatro etapas: admisión, compresión, escape y expansión.
Parámetros técnicos:
Rango de presión: 0.7-100 MPa (compresión multietapa)
Rango de caudal: 0.5-100 m³/min
Potencia específica: 6.0-7.5 kW/(m³/min)
Características: Apropiado para condiciones de trabajo de alta presión y bajo caudal, pero con gran vibración y ruido (normalmente >85 dB), requiere refuerzo de base y dispositivos de silenciamiento.
II. Compresor Centrífugo
Principio de funcionamiento:Basado en el principio de compresión dinámica, el gas entra a través de una cámara de admisión axial hacia un impulsor de alta velocidad (velocidad de rotación: 3000-20000 rpm), adquiriendo energía cinética bajo la fuerza centrífuga, luego convierte esta energía cinética en energía de presión dentro del difusor. Utiliza múltiples impulsores en serie para lograr compresión gradual, con intercambiadores de calor entre etapas para controlar el aumento de temperatura.
Parámetros técnicos:
Rango de presión: 0.2-4.0 MPa (relación de compresión por etapa 1.1-1.5)
Rango de caudal: 100-5000 m³/min
Potencia específica: 5.8-6.3 kW/(m³/min)
Características: Adecuado para condiciones de gran caudal y presión media-baja, produce gas de salida sin contaminación por aceite, pero tiene limitaciones por la zona de surge (cuando el caudal es inferior al 30% del valor de diseño, se debe activar el control anti-surge).
III. Compresor de Tornillo
Principio de funcionamiento: A través de un par de rotores macho y hembra que engranan entre sí, realizando un movimiento rotativo dentro de la carcasa, el volumen entre los lóbulos cambia periódicamente con la rotación de los rotores, logrando una compresión continua del gas. El tornillo lubricado con aceite utiliza este para sellar, enfriar y reducir el ruido; el tornillo seco utiliza una transmisión por engranajes de sincronización y sellos sin contacto.
Parámetros técnicos:
Rango de presión: 0.7-1.6 MPa (convencional) / 2.5 MPa (diseño especial)
Rango de caudal: 5-200 m³/min
Potencia específica: 5.8-6.5 kW/(m³/min) (lubricado) / 6.2-7.0 kW/(m³/min) (seco)
Características: Funcionamiento estable (vibración <2.5 mm/s), adecuado para funcionamiento en condiciones variables, pero requiere alta precisión en el mecanizado de los perfiles de los rotores (tolerancia <0.01 mm).
IV. Compresor de Scroll
Principio de funcionamiento: Consiste en un scroll fijo y otro móvil que se acopla con movimiento excéntrico, formando múltiples cámaras de compresión cerradas. El scroll móvil realiza un movimiento circular orbital mediante un mecanismo anti-rotación; a medida que las cámaras se mueven hacia el centro a lo largo de la espiral, su volumen disminuye continuamente, logrando una compresión continua del gas.
Parámetros técnicos:
Rango de presión: 0.6-1.2 MPa
Rango de caudal: 1-20 m³/min
Potencia específica: 6.5-7.2 kW/(m³/min)
Características: Estructura compacta (número de piezas reducido en un 60% comparado con los de pistón), ruido <65 dB, pero capacidad de presión limitada, no apto para aplicaciones de alta presión.
V. Compresor de Láminas Deslizantes
Principio de funcionamiento: En un rotor excéntrico con ranuras radiales se colocan varias láminas deslizantes; al girar el rotor, las láminas se presionan contra la pared interior del cilindro por la fuerza centrífuga, formando varias unidades de volumen cerradas. A medida que gira el rotor, estas unidades se mueven desde la entrada de admisión hacia la de escape, disminuyendo su volumen progresivamente y comprimiendo el gas.
Parámetros técnicos:
Rango de presión: 0.7-1.0 MPa
Rango de caudal: 1-50 m³/min
Potencia específica: 6.8-7.5 kW/(m³/min)
Características: Estructura simple, mantenimiento conveniente, pero el desgaste de las láminas provoca una disminución de la eficiencia (generalmente se requiere reemplazo cada 2000 horas), eficiencia mecánica relativamente baja.
Análisis Comparativo Técnico:
Características de Eficiencia Energética: Los compresores centrífugos tienen la mayor eficiencia a plena carga, los de tornillo muestran ventajas evidentes a carga parcial, y los de pistón tienen la mejor relación de eficiencia energética en condiciones de alta presión.
Coste de Mantenimiento: El compresor de scroll tiene el ciclo de mantenimiento más largo (8000 horas), el compresor de láminas deslizantes requiere mantenimiento con mayor frecuencia (2000 horas).
Gases Aplicables: Los de pistón son adecuados para gases especiales, los centrífugos para aire limpio, y los de tornillo tienen la aplicabilidad más amplia.
Coste del Ciclo de Vida: Para grandes caudales elegir centrífugo, para condiciones variables elegir tornillo, para alta presión y bajo caudal elegir pistón.
Recomendaciones para la Selección:
Caudal < 10 m³/min, presión < 1.0 MPa: Preferible compresor de scroll o de láminas deslizantes.
Caudal 10-100 m³/min, presión 0.7-1.6 MPa: El compresor de tornillo es la mejor opción.
Caudal > 100 m³/min, presión < 1.0 MPa: Se debe seleccionar un compresor centrífugo.
Presión > 5.0 MPa: Se debe utilizar un compresor de pistón multietapa.
Gas con polvo/corrosivo: Es necesario agregar un sistema de pretratamiento en la etapa frontal.
Conclusión:
La selección del compresor requiere una consideración integral de los requisitos de presión, características del caudal, naturaleza del gas, indicadores de consumo energético y el coste total del ciclo de vida del equipo. Se recomienda delegar la evaluación del sistema a organismos profesionales y realizar auditorías de los sistemas de aire comprimido según la norma ISO 11011 para garantizar la óptima rentabilidad técnica y económica de la solución seleccionada.
