German Luna
Por: Oscar Eduardo Martínez Costa (Ingeniero de Aplicaciones KAESER México, Oficina SLP)
La calidad del aire afecta al producto terminado
Para los usuarios de sistemas de aire comprimido pequeños, los compresores de pistón siguen siendo la opción más utilizada. Para la mayoría de estas aplicaciones la calidad y demanda de aire relativamente baja, hace del compresor de pistón la opción más económica. Sin embargo, un segmento de esta industria requiere una mejor calidad de aire comprimido. Un taller de reparación automotriz especializado, por ejemplo, tiene una mayor demanda de aire y requiere una mejor calidad de aire que otros talleres de servicio.
Actualmente, los pequeños usuarios de sistemas de aire comprimido están dándose cuenta que sus necesidades son similares a las instalaciones industriales más grandes y que los compresores de tornillo ofrecen importantes beneficios operativos. Esto es porque dependen de un suministro constante de aire de mayor calidad.
Los compresores de tornillo proveen un suministro extremadamente confiable de aire comprimido limpio y seco. Tal vez esto no sea crítico para reparaciones generales o simples limpiezas (sandblasting), pero cuando se requiere aplicar algún acabado o un recubrimiento, el producto final es directamente afectado por la calidad del aire. Cuando se decide entre un compresor de tornillo o un compresor de pistón, es importante considerar los ciclos de trabajo y rendimiento, eficiencia energética, calidad del aire, mantenimiento y costos de instalación.
Imagen. Los talleres de carpintería/mueblerías son una parte del segmento de pequeños usuarios de sistemas de aire comprimido, suelen demandar grandes volúmenes de aire con alta calidad para la aplicación de acabados de alta calidad.
Ciclo de trabajo y flujo.
Una diferencia importante entre el compresor de tornillo y el compresor de pistón es el ciclo de trabajo. El ciclo de trabajo es el porcentaje del tiempo que un compresor puede operar sin riesgo de sobrecalentamiento y sin causar un desgaste excesivo. Un compresor de pistón puede suministrar el flujo adecuado por un periodo corto, pero su ciclo de trabajo permisible debe ser considerado. Los compresores de pistón más pequeños tienen un ciclo de trabajo permisible de 60% a 70%. Por esta razón, los compresores de pistón suelen ser sobre dimensionados para permitir que el compresor se apague periódicamente y se enfríe debido a las temperaturas relativamente altas de operación. Incluso con el almacenamiento adecuado de aire esto puede ocasionar problemas de capacidad durante horas pico de operación. Sin embargo, si la producción incrementa, la falta de capacidad de aire puede llegar a ser más que un problema.
Los compresores de tornillo tienen un ciclo de trabajo permisible de 100% y pueden operar continuamente si surge la necesidad. Esto es posible porque el compresor de tornillo es enfriado por fluido. El fluido realiza cuatro funciones importantes:
– Lubricar los rodamientos
– Remover contaminantes del aire
– Formar un sello entre los rotores y la carcasa
– Remover el calor generado por la compresión.
Calor y humedad.
Todos estos beneficios son importantes, pero el último punto es muy relevante para la calidad del aire. Los compresores de pistón operan a temperaturas internas de 148 °C a 204 °C, mientras un compresor de tornillo opera a temperaturas internas mucho más bajas (entre 76 °C y 93 °C). Al igual que el aire caliente del verano tiene más humedad, el aire comprimido caliente puede contener mayor humedad y requiere componentes adicionales para secarlo y limpiarlo.
Imagen. Comparativo del ciclo de trabajo entre compresores de pistón y compresores de tornillo.
Los compresores de tornillo modernos ya incluyen post enfriadores diseñados con un área superficial amplia y un potente ventilador para disminuir la temperatura del aire comprimido a medida que sale del compresor. En cambio, el aire de salida de un compresor de pistón es muy caliente y difícil de secar. Incluso con un post enfriador y un secador especialmente diseñado para altas temperaturas, es difícil alcanzar el mismo punto de rocío que un compresor de tornillo.
Imagen. Aunque el mantenimiento rutinario de los equipos de pistón es barato, tienen mucho más arrastre de aceite y tienen temperaturas más altas de operación.
Una temperatura más baja de operación hace que sea más fácil eliminar la humedad y otros contaminantes, lo cual es más benéfico para las instalaciones con herramientas costosas, cabinas de pintura y algunas otras aplicaciones sensibles a la humedad.
Arrastre de Aceite.
A nivel que se desgastan los pistones, cilindros, anillos y válvulas, el compresor de pistón entrega menos aire. Un efecto secundario es que más aceite lubricante consigue pasar de los anillos hacia la tubería de aire comprimido y a los puntos de uso. A esto se le conoce generalmente como “arrastre de aceite”.
Incluso los compresores de pistón nuevos pasan más aceite que los compresores de tornillo. Esto no es deseable si el proceso es un acabado.
Con los compresores de tornillo, hay poco o ningún cambio dependiendo del fabricante, en el rendimiento a largo plazo debido a que los rotores no se tocan entre sí o a la carcasa, por lo que no se desgastan.
El fluido del compresor actúa como un sello sin desgaste. Éste es capturado, filtrado, enfriado y recirculado. Esto alarga en gran medida la vida de la unidad de compresión y muy poco lubricante ingresa a la red.
Eficiencia energética.
La eficiencia energética se puede creer que no importa mucho para un taller de reparación o una vulcanizadora que usa de forma intermitente un compresor de 5 hp o 10 hp, pero los usuarios que requieren una mayor calidad de aire generalmente requieren más volumen de aire. Muchos de estos usuarios llegan a tener compresores de 30 hp. En estos tamaños, la eficiencia energética se vuelve una ventaja competitiva, especialmente cuando la electricidad es costosa.
Los compresores de tornillo normalmente entregan más aire por unidad de energía de entrada que los compresores de pistón. Los compresores de pistón nuevos generalmente entregan de 3 a 4 cfm por hp. Los compresores de tornillo entregan de 4 a 5 cfm por hp. Como se paga por kWh usado, es más adecuado y práctico comparar eficiencias en términos de kW y cfm.
Imagen. Los compresores de tornillo tienen un costo inicial alto, pero puede ser una solución rentable a largo plazo.
Mantenimiento.
El mantenimiento de rutina para el compresor de pistón es simple y barato. Se suele revisar, cambiar bandas de transmisión, filtros de admisión y aceite lubricante. También es común añadir “aceite de reposición” debido al arrastre de aceite, y hacerlo con frecuencia reducirá lentamente el desgaste del compresor.
No cometa el error:
Los compresores de tornillo requieren de un mantenimiento más extensivo que los compresores de pistón, incluido el filtro para aceite y el separador. Los costos anuales por mantenimiento de rutina serán más altos. Las unidades de pistón, sin embargo, llegarán al punto en que necesiten mayor servicio (reconstrucción) para revertir la pérdida gradual de flujo y el incremento de arrastre de aceite. Este gasto debe ser considerado en la comparación de costos del ciclo de vida.
Niveles de ruido y vibración.
Un compresor de pistón tiene bien ganada su reputación por ser muy ruidoso y generar mucha vibración, por lo que puede escucharse y sentirse por toda la fábrica. Por estas razones, suelen ser colocados en cuartos separados, en esquinas olvidadas o en el exterior, expuesto a los elementos. Donde se coloque un compresor impacta directamente la calidad del aire y la vida del compresor.
Un cuarto mal ventilado, por ejemplo, aumentará la temperatura de operación, acortará la vida del compresor y hará más difícil remover la humedad y el aceite del aire comprimido. Además, el costo de construir cuartos separados o cercas para el compresor debe considerarse en una comparación precisa de costos.
Los compresores de tornillo son mucho más silenciosos y producen menos vibraciones. No necesitan cuartos especiales y no necesitan ser anclados al piso para mantenerlos en un solo lugar.
El sonido es lo suficientemente bajo como para tener una conversación normal cerca de la máquina (entre otras ventajas es más seguro y conveniente). Siendo relativamente silencioso y libre de vibración, estos equipos ofrecen mayor flexibilidad para elegir el lugar donde se coloquen. Esto resulta generalmente en un lugar con mejor ventilación, iluminación y acceso para servicio.
Costo real.
La razón principal para seleccionar un compresor de pistón es el precio de compra: bajo. Pero la comparación de costos reales se extiende más allá de la transacción inicial. Es importante considerar todos los argumentos necesarios cuando se tenga una instalación nueva o el re-equipamiento de las instalaciones actuales.
– Los compresores de tornillo son más eficientes que los modelos de pistón y no necesitan ser sobredimensionados para compensar el ciclo de trabajo limitado. Un compresor de tornillo de 7.5 hp podría realizar el trabajo de un compresor de pistón de 10 hp. Una unidad de menor potencia usará menos electricidad y reducirá los costos de operación.
– Mejor calidad de aire comprimido genera ahorros significativos en el proceso.
– Mejor calidad de aire comprimido alargará la vida útil de sus equipos y herramientas neumáticas.
– Un compresor más confiable mantendrá a los empleados trabajando y produciendo, no esperando por la reparación del compresor.
– Menos calor, ruido y vibración elimina la necesidad de un cuarto independiente.
Cada una de estas ventajas contribuye a un retorno de inversión (ROI) positivo para un compresor de tornillo. Algunas de ellas harán rápidamente una diferencia en el costo inicial. Tome en cuenta cuanto invierte en reparaciones y reposiciones de herramientas cada mes. Los ahorros compensan por muchas veces más la inversión inicial.
Imagen. Diferencias entre compresores de tornillo y compresores de pistón