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Dos principios básicos de compresión: compresión de desplazamiento y compresión dinámica

Compressor Types Compressors Basic Theory Compressed Air Wiki Compressed Air

Antes de hablar de los diferentes métodos de compresión y compresores, primero tiene que conocer los dos principios básicos de la compresión del gas. Después, compararemos ambos y examinaremos los distintos compresores de esas categorías.

¿Cuáles son los dos principios básicos de compresión?

compresión de desplazamiento y dinámica

Existen dos principios genéricos de compresión de aire (o gas): compresión de desplazamiento positivo y compresión dinámica. El primero de ellos incluye, por ejemplo, los compresores alternativos (pistón), los compresores orbitales (scroll) y los diferentes tipos de compresores rotativos (tornillo, uña o paletas). En la compresión de desplazamiento positivo, el aire se aspira en una o varias cámaras de compresión, donde queda confinado. El volumen de cada cámara disminuye gradualmente y el aire se comprime internamente. Cuando la presión ha alcanzado la relación de presiones establecida, se abre una lumbrera o una válvula y el aire se descarga en el sistema de salida debido a la reducción continua del volumen de la cámara de compresión.

En la compresión dinámica, el aire se aspira entre los álabes de un rodete que gira con rapidez y acelera a gran velocidad. A continuación, el gas se descarga a través de un difusor, donde la energía cinética se convierte en presión estática. La mayoría de los ejemplos de compresión dinámica son turbocompresores con un patrón de flujo axial o radial.

¿Qué son los compresores de desplazamiento positivo?

compresor de pistón

Una bomba de bicicleta es la forma más simple de compresión de desplazamiento positivo, donde el aire se aspira en un cilindro y se comprime mediante un pistón móvil. El compresor de pistón tiene el mismo principio de funcionamiento y utiliza un pistón cuyo movimiento hacia delante y hacia atrás se logra mediante una biela y un cigüeñal giratorio. Si solo se utiliza un lado del pistón para la compresión, se denomina "compresor de simple efecto". Si se utilizan tanto la parte superior como la inferior del pistón, el compresor es de doble efecto.

La relación de presiones es el coeficiente entre la presión absoluta en los lados de entrada y de salida. Por consiguiente, una máquina que aspira aire a presión atmosférica (1 bar[a]) y lo comprime a 7 bar trabaja en una relación de presiones de (7 + 1)/1 = 8.

Diagrama del compresor para compresores de desplazamiento positivo

Los dos gráficos siguientes ilustran (respectivamente) la relación de presión-volumen para un compresor teórico y un diagrama de compresor más realista para un compresor de pistón. El volumen de carrera es el volumen del cilindro que recorre el pistón durante la etapa de aspiración. El volumen de la cámara de compresión es el volumen justo debajo de las válvulas de entrada y salida y por encima del pistón, que debe permanecer en el punto de retorno superior del pistón por razones mecánicas.


La diferencia entre el volumen de carrera y el volumen de aspiración se debe a la expansión del aire restante en el volumen de la cámara de compresión antes de que comience la aspiración. La diferencia entre el diagrama p/V teórico y el diagrama real se debe al diseño práctico de un compresor, por ejemplo, un compresor de pistón. Las válvulas no están nunca completamente selladas y siempre hay un cierto grado de fugas entre la superficie lateral del pistón y la pared del cilindro. Además, las válvulas no pueden abrirse y cerrarse totalmente sin un retardo mínimo, lo que se traduce en una caída de presión cuando el gas fluye a través de los canales. El gas también se calienta cuando fluye hacia el cilindro como consecuencia de este diseño.


Fórmula de compresión isotérmica

Trabajo de compresión con compresión isotérmica:

Fórmula de compresión isentrópica

Trabajo de compresión con compresión isentrópica:


Estas relaciones muestran que se requiere más trabajo para la compresión isentrópica que para la compresión isotérmica.

¿Qué son los compresores dinámicos?

En un compresor dinámico, el aumento de presión tiene lugar mientras fluye el gas. Los álabes de un rodete giratorio aceleran el gas que fluye a alta velocidad. La velocidad del gas se transforma posteriormente en presión estática cuando se fuerza su desaceleración bajo la expansión en un difusor. En función de la dirección principal del flujo de gas utilizado, estos compresores pueden ser radiales o axiales. En comparación con los compresores de desplazamiento, los compresores dinámicos tienen una característica según la cual un pequeño cambio en la presión de trabajo se traduce en una gran variación en el caudal.

La velocidad de cada rodete tiene un límite de caudal superior e inferior. El límite superior significa que la velocidad de flujo del gas alcanza una velocidad sónica. El límite inferior significa que la contrapresión se hace mayor que la acumulación de presión del compresor, lo que produce un flujo de retorno dentro del compresor. Esto a su vez se traduce en pulsaciones, ruido y riesgo de daños mecánicos.

Compresión en varias etapas

En teoría, el aire o gas se puede comprimir de manera isentrópica (a entropía constante) o isotérmica (a temperatura constante). Cualquiera de estos procesos puede ser parte de un ciclo teóricamente reversible. Si el gas comprimido se puede utilizar inmediatamente después de la compresión a su temperatura final, el proceso de compresión isentrópica tendría ciertas ventajas. En realidad, el aire o gas raramente se utiliza directamente después de la compresión, y normalmente se enfría a temperatura ambiente antes de su uso. Por consiguiente, se prefiere el proceso de compresión isotérmica, ya que requiere menos trabajo. Un enfoque práctico y común para ejecutar este proceso de compresión isotérmica implica la refrigeración del gas durante la compresión. A una presión de trabajo efectiva de 7 bares, la compresión isentrópica requiere teóricamente un 37 % más de energía que la compresión isotérmica.


Un método para reducir el calentamiento del gas es dividir la compresión en varias etapas. El gas se enfría después de cada etapa antes de comprimirse más hasta la presión final. Esto también aumenta la eficiencia energética, obteniéndose los mejores resultados cuando cada etapa de compresión tiene la misma relación de presiones. Al aumentar el número de etapas de compresión, todo el proceso se acerca a la compresión isotérmica. Sin embargo, hay un límite económico del número de etapas que puede utilizar el diseño de una instalación real.


¿Cuál es la diferencia entre un turbocompresor y un compresor de desplazamiento positivo?

A velocidad de rotación constante, la curva de presión/caudal de un turbocompresor difiere significativamente de una curva equivalente para un compresor de desplazamiento positivo. El turbocompresor es una máquina con un caudal variable y presión variable. Por otro lado, un compresor de desplazamiento es una máquina con un caudal constante y una presión variable. Un compresor de desplazamiento proporciona una mayor relación de presiones incluso a baja velocidad. Los turbocompresores están diseñados para grandes caudales de aire.


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