Hablemos de algunos conocimientos técnicos y precauciones sobre el motor principal del compresor de aire.
El elemento de tornillo es la parte más importante de cualquier compresor de tornillo.
Es esa parte de la máquina donde tiene lugar la compresión real.
Es el corazón del compresor de aire de tornillo rotativo.
A menudo, el elemento de tornillo del compresor también se denomina cabezal de aire.
Son de flujo constante (volumen) con compresores de presión variable. Lo que significa que a una determinada velocidad (rpm), siempre suministran la misma cantidad de aire (en litros por segundo por ejemplo), pero pueden hacerlo a diferentes presiones.
¿Por qué son tan populares? Dado que es un proceso continuo (a diferencia de los compresores de pistón alternativo), suministran un flujo de aire constante y sin pulsaciones, con vibraciones y mantenimiento mínimos y una vida útil máxima.
Pueden operar 24 horas al día, 7 días a la semana, 365 días al año. La vida útil normal de un elemento de tornillo es de aproximadamente 40.000 horas de funcionamiento, antes de que sea necesaria una revisión completa.
EL ELEMENTO DE TORNILLO ROTATIVO
Permítanme explicarles cómo se construye un elemento de tornillo rotativo. Vea esta imagen de ejemplo de un elemento de tornillo sin aceite.
Elemento compresor (tipo sin aceite).
Foto: Compressor Air end
Por supuesto, vemos los dos rotores (rotor macho en la parte inferior, rotor hembra en la parte superior) y la carcasa (la parte gris).
Como vemos, los rotores tienen diferentes tipos de cojinetes en ambos lados, por lo que funcionan sin problemas durante años sin ningún tipo de mantenimiento.
Por lo general, hay dos pares de cojinetes en ambos lados; cojinetes para cargas radiales (cargas por giro de los rotores) y cojinetes axiales.
Debido a que el tornillo 'empuja' está hacia un lado (el lado de alta presión), los rotores quieren moverse en la dirección opuesta. Los cojinetes axiales asumen esta carga.
También podemos ver que el rotor macho tiene un eje que sobresale con un engranaje. Este es el mecanismo de conducción.
A veces es una polea. Los dos rotores también están conectados entre sí por engranajes (en el lado izquierdo de la imagen) estos son los engranajes de sincronización.
El elemento está refrigerado por agua, para ello hay bolsas de refrigeración por agua en la carcasa del elemento. Los engranajes están lubricados con aceite, como lo indican las partes amarillo / marrón. Los elementos de tornillo con inyección de aceite no tienen esto, ya que son refrigerados por el aceite inyectado.
Hay una junta entre el aceite y los compartimentos de aire comprimido, para evitar que el aceite contamine el aire comprimido (específico para elementos compresores exentos de aceite).
La carcasa se puede desmontar para su mantenimiento.
CÓMO SE VE UN ELEMENTO DE TORNILLO
Los extremos de aire vienen en muchos tamaños diferentes, pero todos se ven básicamente iguales.
Aquí hay algunas fotos de los elementos del compresor de aire.
Elemento de compresores de aire. Este está en un compresor nuevo, ya que todavía está limpio y brillante.
Elemento compresor de aire en compresor de velocidad variable. Así es como suele verse un compresor: ¡sucio!
CÓMO FUNCIONA
¿Como funciona? Dentro del elemento compresor hay dos tornillos (llamados 'rotores') que giran en dirección opuesta.
El compresor de tornillo rotativo es un compresor de "desplazamiento positivo". Lo que simplemente significa que el aire es comprimido físicamente por una fuerza externa (como compresores de pistón y scroll, que también son compresores de desplazamiento positivo).
Aire atrapado entre los rotores
En el caso del tornillo rotativo, el aire queda atrapado entre los dos rotores. Los rotores tienen un diseño especial para una eficiencia y un rendimiento óptimos.
Un rotor se llama 'macho'rotor, el otro se llama rotor' hembra '.
Como se puede ver en la imagen: el aire se aspira por un lado (frío, baja presión), queda atrapado entre los rotores y se descarga por el otro lado (caliente, alta presión).
Esta compresión requiere energía, que generalmente es suministrada por un gran motor eléctrico.
TIPOS DE ELEMENTOS DE COMPRESOR DE TORNILLO
Hay dos tipos básicos de compresores de tornillo: con inyección de aceite y sin aceite.
Los compresores de tornillo rotativo con inyección de aceite son los más comunes, ya que son los más baratos de los dos tipos.
Los compresores de tornillo exentos de aceite solo se utilizan en aplicaciones en las que el aire comprimido debe estar 100% exento de aceite (generalmente en plantas de procesamiento de alimentos, plantas químicas, etc.).
Más adelante explicaré por qué el tipo sin aceite es más caro.
ROTORES / TORNILLOS HELICOIDALES
Los rotores tienen la forma de lo que se denomina un "tornillo helicoidal". Sí, parece un tornillo. Hay un rotor macho y un rotor hembra.
Rotores de tornillo helicoidal macho y hembra.
El rotor macho es el 'grueso', tiene lóbulos. El rotor hembra es el 'delgado' y tiene ranuras o 'flautas'.
El aire queda atrapado entre los rotores macho y hembra y se transporta al lado de escape del elemento en "bolsas de aire", bolsas de aire que quedan atrapadas entre los rotores.
En su mayoría, el rotor macho tiene 4 lóbulos, mientras que el rotor hembra tiene 6 ranuras. Pero esto no está escrito en piedra.
Los fabricantes siempre buscan mejorar el diseño de los tornillos. Buscan un diseño que les brinde la mejor eficiencia. En otras palabras: cómo bombear al máximo es con la menor potencia posible.
El diseño y la fabricación exactos del tornillo es uno de los secretos mejor guardados de cualquier fabricante de compresores de aire. Es un área prohibida / sin fotografías de la fábrica.
EJE DE TRANSMISIÓN Y ENGRANAJES DE SINCRONIZACIÓN
El rotor hembra es impulsado por engranajes del eje del rotor macho. Cuando el rotor macho gira 1 vez, el rotor hembra gira exactamente 1,5 veces. Están sincronizados. Los engranajes que impulsan el rotor hembra se denominan engranajes de sincronización.
El rotor macho es impulsado por un motor eléctrico o, a veces, un motor diesel (que es el caso de los compresores portátiles). Funcionan entre 1000 y 6000 rpm.
RELACIÓN DE PRESIÓN
Debido a la compresión, el aire se calienta. El aire caliente también calentará los rotores y la carcasa metálica del elemento compresor.
Esto es un problema, porque el metal caliente se expande, se vuelve más grande. Cuando se expande demasiado, los dos rotores se tocarán entre sí y / o la carcasa ... esto generalmente resultará en un elemento de tornillo completamente estropeado (¡costoso!).
Por esta razón, no podemos hacer una presión alta ilimitada de esta manera; simplemente haría demasiado calor.
La presión máxima que puede crear un elemento de tornillo se llama relación de presión. Esa es la presión de salida máxima dividida por la presión de entrada.
Para los tipos con inyección de aceite, la relación de presión es normalmente máxima de 13. Para los tipos sin aceite, esta relación de compresión es de aproximadamente 3,5 máx. Veremos más tarde por qué.
Más sobre compresores de tornillo sin aceite e inyectados con aceite en los siguientes párrafos.
LÍMITES DE DISEÑO PARA CREAR EL MEJOR ELEMENTO DE TORNILLO
El elemento de tornillo rotativo es un ejemplo de una pieza de alta ingeniería, con miles de horas de investigación. Hay muchas variables en las que pensar al diseñar el mejor elemento de tornillo.
Como se dijo anteriormente, los compresores de tornillo sin aceite usaban dos etapas, con un intercooler para alcanzar la presión final deseada. Pero, ¿por qué es tan difícil, en esta era de diseño asistido por computadora, máquinas cnc controladas por robots y modelos matemáticos complicados, crear un compresor de aire sin aceite de una sola etapa?
El problema es que muchos factores se influyen entre sí.
Una relación de presión más alta significa más fugas de aire internas (a una presión más alta, fluye más aire a través del mismo espacio). Esta mayor fuga reduce la eficiencia general del elemento.
Debido a la menor eficiencia, los rotores deberán funcionar a mayor velocidad. Esto genera problemas adicionales con las vibraciones y la vida útil de los rotores y cojinetes.
La alta relación de compresión dará como resultado una temperatura de escape más alta. El acero tiene la mala costumbre de expandirse cuando hace más calor. Las altas temperaturas dan como resultado una alta expansión térmica de los rotores.
Todo estose suma al problema de hacer que el espacio libre sea lo más pequeño posible (¡demasiado pequeño y los rotores se tocarán entre sí cuando se calienten!).
SIN ACEITE VERSUS INYECTADOS CON ACEITE
¿Cuáles son las diferencias entre los elementos de tornillo rotativo sin aceite y con inyección de aceite? ¿Y por qué un elemento sin aceite es más caro en comparación con un elemento con inyección de aceite?
El aceite inyectado tiene varias funciones; una de esas funciones es sellar cualquier espacio y holgura entre los rotores macho y hembra y entre los rotores y la carcasa.
Los espacios y holguras permiten que el aire comprimido fluya hacia atrás por el "camino equivocado". Reduce la eficiencia y el rendimiento de la unidad de aire.
Debido a que los compresores de tipo sin aceite no tienen aceite, la holgura entre los rotores y la carcasa debe ser mucho menor en comparación con los elementos de tornillo con inyección de aceite. Debido a esto, el precio de una unidad de aire libre de aceite es mucho más alto.
La holgura máxima necesaria depende del diámetro del rotor y es aproximadamente 1 mil del diámetro, máx. Entonces, si el diámetro del rotor es de 200 mm, el espacio libre sería de solo 0,2 mm, que es bastante pequeño para una forma tan complicada.
Además de esto, los elementos sin aceite requieren bolsillos y canales adicionales para el agua de refrigeración. El elemento de tipo de aceite inyectado es enfriado por el aceite inyectado y no necesita agua de enfriamiento adicional.
Al comprender el conocimiento de rendimiento del host del extremo de aire del compresor anterior, sabemos cómo funciona el host del extremo del aire del compresor de manera efectiva y también aprendemos cómo mantenerlo razonablemente, ¿es muy conveniente?
