Compresor de tornillo, ¿Cómo funciona?

En un compresor de pistón, primero se encierra aire en un cilindro que, después, es comprimido reduciendo su volumen mediante el desplazamiento de un pistón. 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).

Cuando el compresor de tornillo se pone en marcha, el aire llega al elemento a través de la válvula de aspiración y llena el hueco entre ambos rotores. Pero el espacio entre los rotores disminuye progresivamente a medida que estos giran en direcciones opuestas. Dicho de otra manera: el volumen del aire disminuye gradualmente al atravesar los rotores, así que cuando llega a la lumbrera de descarga ya ha aumentado su presión, ya es aire comprimido.

La relación de presiones en un compresor de tornillo es fija, esto quiere decir que la presión del aire comprimido que produce dependerá de la longitud del elemento, del paso del tornillo y de la lumbrera de descarga. La máxima eficiencia se alcanza cuando la relación de presiones del elemento coincide con la presión de trabajo requerida por una aplicación.

Una de las ventajas de los compresores de tornillo frente a otras tecnologías es que, por lo general, no están equipados con válvulas y no tienen fuerzas mecánicas que ocasionen desequilibrios. Pueden funcionar con una alta velocidad del eje y combinar un gran caudal con dimensiones compactas. Los rodamientos, por otro lado, se encargan de absorber la fuerza axial producida por la diferencia de presión entre la entrada y la salida de aire.

Los compresores de tornillo operan a temperaturas más bajas que otro tipo de compresores, lo que les permite alcanzar ciclos de trabajo del 100%. Generan menos ruido y vibraciones y se desgastan menos, así que su vida útil es mayor. Además, son más fiables, robustos y eficientes que los compresores de pistón. También ofrecen aire de mejor calidad.

En algunos compresores de tornillo se inyecta líquido en la cámara de compresión y a veces también en los rodamientos. La función de este líquido es enfriar y lubricar las piezas móviles del elemento, enfriar internamente el aire comprimido producido y minimizar las fugas de retorno a la aspiración.

Aunque el aceite es el líquido más común a la hora de lubricar estas máquinas (sobre todo por sus propiedades para la lubricación y el sellado), también se inyectan otras sustancias, como agua o polímeros. Hay elementos de tornillo que pueden alcanzar una alta relación de presiones, siendo habitual que con una etapa puedan alcanzar presiones de 14 bares e incluso 17, aunque a menudo a costa de sacrificar la eficiencia energética.

Los primeros compresores de tornillo tenían un perfil simétrico y no usaban ningún tipo de líquido de refrigeración en la cámara de compresión. En un primer momento se les bautizó como tornillos exentos de aceite o secos. No obstante, los compresores de tornillo exentos de aceite modernos tienen perfiles asimétricos, una característica que mejora sensiblemente la eficiencia energética y contribuye a reducir las fugas internas.

También se suelen emplear engranajes externos para sincronizar la posición de los rotores, que giran en sentido contrario. Como los rotores no hacen contacto entre sí, ni tampoco con la carcasa, no se necesita lubricación dentro de la cámara de compresión. De esta manera, el aire comprimido resultante estará libre de aceite.

Los rotores y la carcasa deben ser fabricados con gran precisión para minimizar las fugas desde el lado de la compresión hacia el lado de aspiración. La relación de presiones integrada también está limitada por la diferencia de temperaturas entre la aspiración y descarga. Así que para alcanzar grandes presiones, los compresores de tornillo exentos de aceite a menudo se fabrican con varias etapas de refrigeración intermedia.

Cuando hablamos de compresores de velocidad variable o VSD, nos referimos a compresores en los que la velocidad del motor se ajusta automáticamente según la demanda de aire comprimido. Los de velocidad fija, en cambio, se limitan a dos estados: apagado o a máxima velocidad. Estas son algunas de las principales características de los VSD frente a los compresores tradicionales:

• Los compresores de velocidad variable solo consumen energía cuando realmente se necesita.
• Favorecen la productividad porque los motores operan a la velocidad óptima para cada aplicación, reduciendo los errores e impulsando el rendimiento general del sistema.
• La vida útil de los VSD es mayor porque, sencillamente, estas máquinas se utilizan de manera más eficiente. Tienen mejor protección ante sobrecargas electro-térmicas, caídas de tensión, sobretensión… y permiten arranques en carga suave.
• Menores tiempos de parada porque, al degradarse menos la máquina, necesita menos mantenimiento y estos se pueden programar fuera de los picos de uso.