Compresor de gas
Un compresor es una máquina térmica diseñada para aumentar la presión de cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tales como gases y vapores. La compresión se realiza mediante un intercambio de energía entre la máquina y el fluido, en el cual el trabajo realizado por el compresor es transferido al fluido aumentando su presión y energía cinética impulsándole a fluir.
Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, estos son máquinas térmicas, ya que utiliza un fluido compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable.
En la antigüedad los herreros solían soplar para intensificar el fuego y facilitar la forja del hierro. Los fuelles inhalaban aire en su expansión, que luego se exhalaba mediante una pequeña apertura al final, logrando aumentar la cantidad de oxígeno insuflado en un sector específico. Con el tiempo mejoró la forma de realizar el soplado, y los griegos y romanos utilizaban fuelles para la forja de hierro y se sabe de diversos mecanismos hidráulicos y de fuelle para accionar órganos musicales.
Compresor utilizado para la recolección de algodón a inicios del siglo XIX.
Durante el siglo XVII, el ingeniero físico alemán Otto von Guericke experimentó y mejoró los compresores atmosféricos. En 1650, Guericke inventó la primera bomba de oxígeno, la cual podía producir un vacío parcial y von Guericke usó esto para estudiar el fenómeno del vacío y el papel del oxígeno en la combustión y la respiración.
En 1829, la primera fase o componente del compresor atmosférico fue patentada. Dicho componente comprimía oxígeno mediante la acción de cilindros sucesivos. Para 1872, la eficiencia del compresor fue mejorada mediante el enfriamiento de los cilindros por agua, que causó a su vez la invención de cilindros de agua.
Uno de los primeros usos modernos de los compresores atmosféricos fue para proveer aire respirable a los buzos de mares profundos. Hacia 1943 los buzos comenzaron a emplear compresores atmosféricos. Por su parte los mineros utilizaron motores de vapor para producir suficiente presión para operar sus taladros, incluso cuando dicho dispositivos probaban ser extremadamente peligrosos.
Con la invención del motor de combustión interna, se creó un diseño totalmente nuevo de compresores atmosféricos. En 1960 los lava-autos de autoservicios, alta-presión y «hazlo tú mismo» se hicieron populares gracias a los compresores atmosféricos.
Los compresores atmosféricos se pueden conseguir en su presentación eléctrica o de gasolina, siendo más accesibles para consumidores hogareños. En un compresor atmosférico un émbolo bombea aire y lo comprime dentro de un tanque a cierta presión, donde se mantiene hasta que es requerido, por ejemplo, para inflar cubiertas de vehículos o accionar herramientas neumáticas. En este sentido el aire comprimido es una fuente de energía sumamente importante y hoy en día su eficiencia, su bajo nivel de contaminación y su accesibilidad lo hacen popular.
Los compresores se clasifican según el método de intercambio de energía. Hay diferentes tipos de compresores atmosféricos, pero todos realizan el mismo trabajo: toman aire de la atmósfera, lo comprimen para realizar un trabajo y lo regresan para ser reutilizado.
Durante la carrera de descenso, todo el cilindro se llena de aire a una presión cercana a la presión exterior. Luego, cuando el pistón comienza a subir, la válvula de admisión se cierra, la presión interior comienza a subir y esta vence la fuerza del muelle de recuperación de la válvula de escape o salida, con lo que el aire es obligado a salir del cilindro a una presión algo superior a la que existe en el conducto de salida.
Excepto en casos especiales, en el cuerpo del compresor hay aceite para lubricar las partes en rozamiento, así como aumentar el sellaje de los anillos del pistón con el cilindro. Este aceite no existe en los compresores de tipo médico, usado en la respiración asistida, debido a que siempre el aire de salida contiene cierta cantidad de él o sus vapores.
Los compresores de doble etapa, trabajan con el mismo sistema simple de pistón-biela-cigüeñal, con la diferencia que aquí trabajan dos pistones, uno de alta y otro de baja presión. Cuando el pistón de alta presión (derecha) expulsa el aire, lo manda a otro cilindro de menor volumen. Al volver a recomprimir el aire, alcanzamos presiones más elevadas.
Si un cilindro tiene un volumen de un gas ideal y está «tapado» por un pistón que es capaz de deslizarse verticalmente sin fricción. En un principio este sistema se encuentra en equilibrio con el exterior, es decir, la presión que ejerce el gas sobre las paredes del cilindro y sobre el pistón (que es la misma en todas las direcciones) es igual a la presión que ejerce el peso del pistón sobre el gas , y ninguna otra fuerza obra sobre el sistema.
Si se aumenta la presión externa a y como la presión que ejerce el gas sobre el pistón es el equilibrio se romperá y el cilindro deslizará hacia abajo ejerciendo un trabajo . Esta energía, por el primer principio de la termodinámica, se convierte instantáneamente en un incremento de energía interna del gas en el recipiente, y es así como el gas absorbe el trabajo del desplazamiento pistón.
Esta forma de compresión es una secuencia de infinitas etapas, o estados, de equilibrio que se conoce como movimiento cuasi-estático, en los que siempre se cumple que la presión que ejerce el gas sobre las paredes del recipiente es igual a la presión que ejerce el pistón sobre el gas .
Los compresores son muy utilizados en la actualidad en diversos campos de la ingeniería y hacen posible nuestro modo de vida. Los compresores forman parte de: