Principio de funcionamiento de un compresor de aire de tornillo rotativo

Los compresores de aire de tornillo rotativo están diseñados para producir un caudal constante, ideal para diversas aplicaciones industriales. Entre las aplicaciones más populares se incluyen los pequeños talleres mecánicos, la producción de alimentos y bebidas, la fabricación de automóviles, la industria farmacéutica, etc.

Los compresores de aire de tornillo rotativo son ideales para empresas industriales y comerciales por su durabilidad, eficiencia y ahorro energético. Ya sea que necesite un compresor de aire con transmisión directa o por correa, velocidad fija o variable, caballos de fuerza y CFM bajos o altos, Gardner Denver tiene una amplia selección de modelos para elegir.

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¿Cómo funcionan los compresores de aire de tornillo rotativo?

El compresor de aire de tornillo rotativo con inyección de aceite es una maquinaria industrial versátil que convierte eficazmente la energía en aire comprimido mediante un movimiento rotativo continuo. Comúnmente conocido como compresor de doble tornillo (figura 1), este tipo de compresor consta de dos rotores, cada uno con un conjunto de lóbulos helicoidales unidos a un eje.

Un rotor se denomina rotor macho y el otro rotor es el rotor hembra. El número de lóbulos en el rotor macho y el número de estrías en el rotor hembra varía de un fabricante de compresores a otro.

Sin embargo, el rotor hembra siempre tendrá numéricamente más valles (flautas) que los lóbulos del rotor macho para mejorar la eficiencia. El lóbulo macho actúa como un pistón continuo rodando por la flauta hembra que actúa como un cilindro atrapando el aire y reduciendo el espacio continuamente.

Este tipo de compresores de doble tornillo puede ser exento de aceite o con inyección de aceite. En el caso del compresor lubricado por aceite, se inyecta aceite.

El aceite desempeña cuatro funciones cruciales:

• Refrigeración
• Lubricación
• Hermeticidad
• Disipación del ruido

La finalidad de un compresor es convertir el trabajo del eje en un rendimiento útil, es decir, en caudal de aire. Como la compresión del aire genera calor, todo el calor se retiene dentro de la cámara de compresión; es la compresión adiabática. Si durante el proceso de compresión se añade o se quita calor, se habla de compresión isotérmica.

Los compresores de tornillo con inyección de aceite tienen un proceso de compresión casi isotérmico, ya que el calor generado por el proceso de compresión es casi disipado por el aceite.

La temperatura del aceite inyectado en la cámara de compresión se controla generalmente entre 60-700C. La temperatura de descarga debe permanecer por encima del punto de rocío a presión para evitar la condensación de humedad que se mezclaría con el aceite.

Una válvula termostática controla la cantidad de aceite que circula hacia el enfriador de aceite o hacia el bypass para mantener la temperatura deseada en una amplia gama de temperaturas ambiente.

Una mezcla de aire comprimido y aceite sale del extremo de aire y pasa a un separador donde la mayor parte del aceite se elimina del aire comprimido mediante cambios direccionales y de velocidad. A continuación, se utilizan filtros coalescentes para eliminar el aceite restante, lo que da como resultado un arrastre de aceite muy bajo (normalmente de 2 a 5 ppm).

Aire después de refrigeradores

Además de refrigerar el aceite, se utiliza un postenfriador de aire para enfriar el aire descargado y eliminar el exceso de humedad.

En la mayoría de las aplicaciones, se utilizan refrigeradores de tipo radiador (figura 4) para recuperar el calor del proceso de compresión y utilizarlo para la calefacción de las instalaciones. Los intercambiadores de calor refrigerados por agua también están disponibles en la mayoría de los compresores de tornillo rotativo.

Todos los compresores de aire tienen un rendimiento inferior al 100%. La mejor forma de medir la eficiencia de la compresión es observar su eficiencia isentrópica. La eficiencia isentrópica de la compresión es la relación entre el trabajo isentrópico ideal y el trabajo real:

n_c = trabajo isentrópico del compresor (ws)

Trabajo real del compresor (wa)

Cuando aumentamos la presión del aire, la temperatura aumenta y, por tanto, también lo hace la entropía del fluido. La entropía es una medida de la pérdida de energía. Un compresor real requiere más trabajo para elevar la presión del aire a la misma presión de salida que un compresor teórico.

Pero la eficiencia de la compresión no lo es todo. Un compresor depende de la eficiencia de la unidad compresora y de la cámara de compresión, pero su consumo total de energía depende también de varias pérdidas y eficiencias de los componentes incluidos en el conjunto. (Véase la figura 5)

En realidad, tiene que haber una medida para comparar la eficiencia de un compresor con otro.

Por lo tanto, se utiliza la energía específica que equivale al trabajo necesario para comprimir una cantidad determinada de aire (metro cúbico) en un tiempo específico (minuto) a una presión determinada (barg). Se mide en kW.

Energía específica = energía / unidad de volumen

= kW por m³/min

La energía específica y la eficiencia del compresor dependen de la eficiencia de todos sus componentes y de la caída de presión de todo el sistema. La caída de presión puede medirse en la válvula de admisión y la caja de aspiración, el filtro de aire, las tuberías y el separador de aceite.

• Eficacia: Proporcionan un suministro continuo y constante de aire comprimido, lo que resulta esencial para aplicaciones que requieren un flujo constante de aire. Su diseño minimiza las fluctuaciones de presión, lo que mejora la eficacia y reduce el consumo de energía.

• Funcionamiento continuo: Los compresores de tornillo rotativo pueden funcionar de forma continua sin necesidad de arranques y paradas frecuentes, lo que puede prolongar la vida útil del compresor y mejorar la fiabilidad general del sistema.

• Adaptabilidad: Los compresores de tornillo rotativo pueden funcionar tanto en condiciones altas como bajas, incluso en zonas donde la seguridad restringe otras fuentes de energía.

• Fácil mantenimiento: Sus mínimas piezas móviles y en contacto facilitan el mantenimiento de los compresores, reduciendo el desgaste, ampliando los intervalos de servicio y simplificando las comprobaciones y reparaciones rutinarias.

• Bajos niveles de ruido: Estos compresores son generalmente más silenciosos que los compresores alternativos, lo que los hace adecuados para entornos en los que el ruido es una preocupación, como lugares de trabajo interiores.