Compresor de pistón: etapas, correa o directo y cuándo conviene

El compresor de pistón es, en palabras del manual de aire comprimido de Atlas Copco, «el más antiguo y común» de los compresores industriales. Es también el que hay en casi todas las casas y talleres: el de calderín para inflar ruedas, pintar o mover una clavadora. Se le llama además compresor alternativo o compresor reciprocante, porque su pieza principal va y viene en lugar de girar.

Cómo funciona un compresor de pistón

Funciona como una bomba de bicicleta con motor. Un cigüeñal y una biela suben y bajan el pistón dentro de un cilindro. Al bajar, el pistón aspira aire por la válvula de admisión; al subir, la cierra, reduce el volumen del aire encerrado y, cuando la presión basta, lo empuja por la válvula de descarga. Atlas Copco explica que la mayoría de estas válvulas son autoaccionadas: se abren y se cierran solas por la diferencia de presión a cada lado del disco, sin mando externo.

Si el pistón comprime solo por una cara se llama de simple efecto; si comprime por las dos, de doble efecto, una solución que Atlas Copco cita en los compresores industriales grandes. Según el mismo manual, en los compresores pequeños lo más habitual es la configuración en V, con dos cilindros inclinados.

El aire comprimido va a parar al calderín (el depósito), y de ahí a la manguera. Quien decide cuándo trabaja el motor es el presostato, que tiene dos valores: una presión mínima a la que arranca y una máxima a la que para. Atlas Copco señala que los compresores de menos de 5 a 10 kW se regulan casi siempre así, parando y arrancando el motor, y que el método solo es eficiente si hay un depósito de aire o una diferencia amplia entre las dos presiones, para que el motor no arranque demasiadas veces. Los más grandes suelen trabajar en carga y descarga: el motor sigue girando y una válvula mantiene abierta la admisión, con un consumo que Atlas Copco cifra a menudo por debajo del 10 % de la potencia a plena carga.

Una etapa o dos etapas

En un compresor de una etapa, todo el aire se comprime de una vez hasta la presión final. En uno de dos etapas, un primer cilindro de baja presión lo comprime en parte y lo pasa a otro de alta presión. ABAC describe en su gama de correa de dos etapas que, entre una y otra, el aire pasa por un sistema de refrigeración intermedia.

Enfriar entre etapas no es un detalle. Comprimir calienta el aire, y el manual de Atlas Copco calcula que, a 7 bar, la compresión sin enfriar pide en teoría un 37 % más de energía que la que se hace a temperatura constante. Dividirla en etapas y enfriar entre ellas acerca el proceso a ese ideal y mejora la eficiencia. Por eso la segunda etapa aparece cuando se busca más presión o más horas de trabajo: ABAC presenta sus dos etapas de correa para talleres medianos y grandes, con 10 u 11 bar, y su serie industrial ABAC Tech ATH de doble etapa llega a 30 bar y 20 CV.

Transmisión directa o por correa

En los de transmisión directa, el motor está unido al grupo compresor sin correa. Son los más compactos y ligeros. En la gama doméstica suelen ser para uso ocasional: FIAC presenta sus directos sin aceite como aptos para uso intermitente y fáciles de llevar en la mano o sobre ruedas, sin calderín o con 6, 24 o 50 litros y, en la mayoría de modelos, 8 bar de presión máxima.

Directo no quiere decir siempre de poca carga. Kaeser fabrica sus compresores de taller EUROCOMP con el motor acoplado directamente y dice que están hechos para el funcionamiento continuo en talleres, a 10 o 15 bar. ABAC afirma en el folleto de su serie Tech que la transmisión directa ahorra bastante energía frente a la de correa.

En los de correa, el motor mueve el grupo compresor con una polea. FIAC dice de su gama de correa que da buen rendimiento incluso a bajas velocidades de giro y que reduce las vibraciones; sus series AB llevan cilindros de hierro fundido y calderines de 50 a 500 litros a 10 bar. Es la forma clásica del compresor de taller con calderín horizontal grande.

Lubricado o sin aceite

Los lubricados llevan aceite en el cárter, que engrasa el cigüeñal y el cilindro por salpicadura o a presión, según el manual de Atlas Copco. Hay que vigilar el nivel y cambiarlo: Kaeser habla de unas 1.000 horas de funcionamiento entre cambios de aceite en su serie PREMIUM. A cambio, aguantan mejor el trabajo largo; FIAC destaca el cárter de aceite grande de su Stratos VX3650 (dos cilindros de hierro fundido, 3 HP y 10 bar) para una vida larga.

Los sin aceite sustituyen la lubricación por segmentos de PTFE o carbón en el pistón, según Atlas Copco. FIAC dice de los suyos que no necesitan apenas mantenimiento. Son los que interesan cuando el aire no puede llevar aceite: Kaeser los usa en sus equipos completos para laboratorios y para la industria farmacéutica, de bebidas y de alimentación.

Caudal aspirado y caudal efectivo

Es el dato que más confunde al comparar. El caudal aspirado (también llamado aspiración de aire o desplazamiento) es el aire que el pistón mueve al aspirar. El caudal efectivo, o aire libre suministrado (FAD, por sus siglas en inglés), es el que de verdad sale del compresor a una presión dada. Atlas Copco lo define referido a 1 bar y 20 °C en la admisión y medido en la descarga, como manda la norma ISO 1217, anexo C. Siempre es menor que el aspirado: parte del aire queda en el espacio muerto sobre el pistón y se vuelve a expandir, las válvulas tardan en abrir y hay fugas entre el pistón y el cilindro.

La diferencia es grande. ABAC publica las dos cifras de su serie industrial Tech ATL, medidas según la ISO 1217:

En la versión sin aceite de la misma serie, el de 2 HP aspira también 408 l/min, pero da 186 l/min a 7 bar. Muchas marcas solo publican el aspirado: Kaeser da el volumen de aspiración de sus gamas (de 130 a 660 l/min en las móviles y de 59 a 1.400 l/min en las estacionarias), y FIAC, el desplazamiento de su serie IRON, como los 320 l/min a 10 bar del IRON SE15. Al comparar dos compresores, compara la misma cifra y a la misma presión; si una ficha no dice cuál es, no la des por efectiva.

Ciclo de trabajo

Un compresor de pistón no está pensado, en general, para trabajar sin descanso. Kaeser lo dice con cifras: el tiempo ideal de conexión de un compresor de pistón está entre el 60 y el 70 %, y por eso los presenta como los especialistas cuando la demanda es variable, con picos de carga. FIAC habla de uso intermitente en sus directos sin aceite y lubricados. En el otro extremo, ABAC anuncia un ciclo de trabajo del 100 % (servicio S1) en los compresores industriales de su serie Tech. El dato está en la ficha o el manual de cada modelo, y conviene mirarlo antes de comprar.

Para qué se usa cada uno

• Bricolaje y casa: inflar, soplar, grapar o pintar de vez en cuando. Encaja un directo, con o sin aceite, de calderín pequeño o mediano, como los de 6 a 50 litros que ofrecen FIAC y ABAC para uso ocasional.
• Taller y oficios: herramientas que gastan más aire, como lijadoras, llaves de impacto o pistolas de pintar, durante más rato. Aquí entran los lubricados de correa o de hierro fundido sobre calderines de 50 a 500 litros, como las series AB e IRON de FIAC o los de dos etapas de ABAC. Kaeser destina sus móviles a obras y oficios, y los estacionarios a talleres e industria.
• Industria ligera y presiones altas: los industriales de pistón, de una o dos etapas, cubren la pequeña industria y las presiones altas, como los 30 bar de la serie ABAC Tech ATH o los 35 bar de algunos estacionarios de Kaeser.

Pistón o tornillo: cuándo conviene cada uno

El pistón conviene cuando el consumo de aire va a ratos, con picos y pausas, y cuando se busca un equipo sencillo y barato de comprar: Atlas Copco lo describe como el compresor más económico y simple del mercado.

El compresor de tornillo conviene cuando el aire se gasta de forma constante durante muchas horas. Según Atlas Copco, no lleva válvulas ni tiene piezas que causen desequilibrio, así que puede girar rápido y dar mucho caudal en poco tamaño. Puede ser lubricado o libre de aceite. Para caudales todavía mayores, en plantas grandes, están los compresores centrífugos. Si tu compresor de pistón no para nunca y aun así se queda corto, es la señal de que te toca mirar un tornillo.