¿Cuál es el mejor compresor de pistón y tornillo?
Compresores de aire son importantes para muchas operaciones industriales. Si alguna vez has considerado compra de compresores de aire, probablemente haya visto compresores de pistón y de tornillo. Existen muchos pros y contras para estos diferentes tipos de compresores de aire, pero ¿cómo decide o elige cuál es el adecuado para su negocio?
Ahora, BISON analiza las diferencias entre los compresores de pistón y de tornillo y cómo elegir el tipo adecuado para sus necesidades.
¿Qué es un compresor de pistón?
Los compresores de aire de pistón, también conocidos como compresores alternativos, funcionan mediante grandes pistones accionados por un cigüeñal. En este diseño, el cigüeñal impulsa el pistón para que aspire y comprima aire alternativamente dentro de una cámara. La gran cantidad de piezas móviles aumenta la fricción y el calor, lo que reduce la fiabilidad y aumenta las necesidades de mantenimiento.
Son mucho más grandes que los compresores de tornillo, en parte porque deben dimensionarse para producir más pies cúbicos por minuto (CFM) de aire de lo que requiere la aplicación. Esta dimensión adicional es necesaria para que el compresor funcione correctamente y evite un desgaste adicional.
¿Qué es un compresor de tornillo?
Los compresores de tornillo utilizan dos tornillos helicoidales para comprimir el aire, pero la diferencia clave radica en que los tornillos no se tocan entre sí. Estos rotores giran dentro de una cámara de compresión y, por lo general, dependen de la lubricación con aceite para la refrigeración, el sellado y la lubricación de los componentes. El fluido refrigerante en un sistema de tornillo rotativo cumple múltiples funciones: elimina contaminantes, lubrica los cojinetes, enfría el sistema y sella los rotores para prolongar la vida útil de los componentes. Dos rotores helicoidales mecanizados con precisión giran en direcciones opuestas para reducir progresivamente el volumen de la cámara de aire, generando un flujo de aire continuo y de baja fluctuación.
Al no haber contacto directo, se reduce el desgaste, disminuyendo la necesidad de mantenimiento y aumentando la fiabilidad del compresor de tornillo. Este mecanismo ofrece ventajas adicionales en cuanto a la generación de calor, el nivel de ruido, el tamaño, la eficiencia y el contenido de aceite en el aire de salida.
Los compresores de tornillo pueden funcionar de forma continua sin ciclo de trabajo, ya que presentan menor riesgo de sobrecalentamiento y desgaste. Esta ventaja también implica que el compresor puede dimensionarse para satisfacer los requisitos de CFM de la instalación, en lugar de adquirir un compresor más grande para cumplir con el ciclo de trabajo. Dado que se requiere menos limpieza de válvulas, también se reduce la necesidad de detener el compresor.
Además de eliminar el sobredimensionamiento, los compresores de tornillo también están diseñados para ser más pequeños. Su naturaleza compacta y su funcionamiento más silencioso significan que pueden colocarse más cerca de las aplicaciones del taller, lo que reduce la necesidad de tuberías. El compresor de tornillo tiene una rotación unidireccional para minimizar la vibración y se puede montar en patines sin cimientos adicionales.
¿Cuál es la diferencia entre un compresor de tornillo y uno de pistón?
La principal diferencia entre un compresor de tornillo y uno de pistón radica en cómo se comprime el aire dentro de la unidad. Los compresores de tornillo utilizan dos tornillos helicoidales que engranan entre sí, mientras que los compresores de pistón utilizan pistones accionados por un cigüeñal. Otra diferencia importante son las piezas móviles, ya que un compresor de tornillo tiene dos piezas que no entran en contacto, mientras que un compresor de pistón tiene muchas piezas móviles. La siguiente tabla resume cómo se manifiestan estas diferencias en la práctica.
| Dimensión | Pistón (alternativo) | Tornillo (rotativo) |
|---|---|---|
| Ciclo de trabajo | Limitado (necesita descansar) | 100% continuo |
| Ruido | 80 dB(A)+ | 65–75 dB(A) |
| arrastre de petróleo | 10 ppm+ (se desgasta con el tiempo) | 1–7 ppm |
| Eficiencia de flujo | 3–3,5 cfm/hp | 4–4,5 cfm/hp |
| Temperatura de funcionamiento | Descarga de 300–400 °F | Descarga a 170–200 °F |
| Costo inicial | Más bajo | Más alto |
| Costo operativo | Mayor con el tiempo | Inferior (opción VSD) |
| Presión máxima | ~200 psi (13,8 bar) | ~150 psi (10,3 bar) |
| Mantenimiento | Frecuente, interno | Menos frecuentes, a menudo subcontratados. |
solicitud
Los compresores de pistón son los más adecuados para aplicaciones de alta presión y bajo caudal, como las de la industria automotriz y los sistemas de climatización (HVAC), donde las ráfagas intermitentes de alta presión son más importantes que el volumen constante.
En el otro extremo del espectro, los compresores de tornillo rotativo son los preferidos para necesidades de aire comprimido continuo y de alto volumen en la fabricación en general. Los compresores de tornillo con inyección de aceite son excelentes para funcionamiento continuo, pero su arrastre de aceite significa que no son adecuados para aplicaciones de contacto directo o salas blancas sin la filtración apropiada, y la filtración por sí sola no puede alcanzar la Clase 0. Para las industrias que requieren aire muy limpio (farmacéutica, fabricación de semiconductores, procesamiento de alimentos, hospitales), se requiere un compresor de tornillo sin aceite (no un modelo con inyección de aceite): estas aplicaciones exigen aire Clase 0 según la norma ISO 8573-1 (aceite total inferior a 0,01 mg/m³), lo que solo una etapa de compresión sin aceite puede certificar.
| Aplicaciones de los compresores de aire de pistón | Aplicaciones de los compresores de tornillo |
|---|---|
| Pequeño taller de máquinas | Procesamiento y envasado de alimentos |
| Pistola rociadora | fabricación de robots |
| tienda de llantas | Producción en masa |
| Chorro de arena | Sistema de transporte |
| Trabajo de construcción | hospitales |
| limpieza de purga | línea de producción de pintura |
| uso residencial | Aplicaciones que requieren aire muy limpio |
| Herramientas eléctricas manuales | Industrias que requieren aire comprimido continuo |
Ciclo de trabajo
El ciclo de trabajo es el porcentaje de tiempo que el compresor puede funcionar sin riesgo de sobrecalentamiento y desgaste excesivo.
- Pistón: limitado
- Tornillo: 100%
El ciclo de trabajo se calcula dividiendo el tiempo de funcionamiento entre el tiempo total del ciclo. Por ejemplo, un funcionamiento de 6 minutos y un descanso de 4 minutos en un ciclo de 10 minutos dan como resultado un ciclo de trabajo de 60%. Los compresores de pistón tienen ciclos de trabajo limitados y requieren periodos de descanso para evitar el sobrecalentamiento y el desgaste, mientras que los compresores de tornillo funcionan de forma continua a 100%. Al evaluar un compresor para su operación, comprender cómo se calcula el ciclo de trabajo puede ayudarle a determinar si los requisitos de descanso de un modelo de pistón se ajustan a su flujo de trabajo o si la capacidad de funcionamiento continuo de un compresor de tornillo es necesaria para mantener la producción sin interrupciones.
Niveles de ruido
Los compresores de tornillo son mucho más silenciosos que los compresores de pistón, lo que permite una colocación más flexible. Si compra un compresor de pistón, debe asegurarse de que la colocación adecuada no afecte la audición del trabajador.
- Pistón: 80+ dB(A) más fuerte que un despertador
- Tornillo: 65-75 dB(A) similar a una descarga de inodoro
Una de las razones por las que los compresores de tornillo son mucho más silenciosos es su diseño mecánico: la ausencia de acoplamiento o engranajes entre el motor y el elemento de tornillo reduce el ruido mecánico. Al tener menos piezas móviles que generan vibración y fricción, los compresores de tornillo pueden funcionar a niveles de ruido similares a los de una descarga de inodoro, mientras que los compresores de pistón, con sus piezas recíprocas, son considerablemente más ruidosos. Esta diferencia estructural es clave para que los compresores de tornillo ofrezcan mayor flexibilidad en su ubicación en el espacio de trabajo, mientras que los compresores de pistón requieren una colocación precisa para proteger la audición de los trabajadores durante jornadas largas.
Residuo de aceite
Cuando el aceite usado para lubricar el compresor de aire entra en la línea de aire. Los compresores de tornillo tienen un sistema de separación de aceite que proporciona una eliminación de aceite más eficaz. Los compresores de pistón tienen concentraciones de aceite más altas porque carecen de un sistema de separación de aceite y los pistones y los anillos de aceite se desgastan.
- Pistón: 10 ppm+
- Tornillo: 1 – 7 ppm
Esta diferencia en el arrastre de aceite se debe al diseño interno de cada tipo de compresor. Los compresores de pistón solo utilizan anillos rascadores entre el aire y el aceite, lo que permite que las partículas de aceite pasen y alteren el flujo de aire uniforme necesario para las aplicaciones de pintura, donde un suministro de aire limpio y constante es esencial para un acabado de calidad. Con el tiempo, a medida que los pistones y los anillos de aceite se desgastan, este problema se acentúa, lo que contribuye a las mayores concentraciones de aceite que se observan en las unidades de pistón.
Los compresores de tornillo rotativo adoptan un enfoque diferente: utilizan un elemento separador para eliminar el aceite de la zona de compresión, mejorando la calidad del aire y prolongando la vida útil de las herramientas y equipos. Este sistema de separación es la razón principal por la que los compresores de tornillo alcanzan un nivel de residuos de aceite mucho menor. Para los compradores cuyo trabajo depende del suministro de aire limpio, esta diferencia en la tecnología de separación de aceite puede afectar significativamente tanto la calidad del aire de salida como la vida útil de los equipos posteriores.
Fluir
El caudal es la capacidad de un compresor de aire para funcionar de forma continua, y se suele medir en CFM. Debido a los requisitos del ciclo de trabajo, los compresores de pistón deben ser mucho más grandes que el caudal necesario. Los compresores de tornillo, en cambio, pueden ajustarse mejor al tamaño requerido.
- Pistón: 3–3,5 cfm/hp
- Tornillo: 4–4,5 cfm/hp
Los compresores de tornillo proporcionan más aire útil por unidad de energía consumida, un factor importante a tener en cuenta para los costes de funcionamiento a largo plazo.
Humedad
Cuanto más caliente es el aire, más humedad retiene. La capacidad del aire para retener la humedad se duplica por cada aumento de temperatura de aproximadamente 20 °F.
Pistón
- Temperatura interna de funcionamiento: 300–400 °F
- Temperatura de descarga: 100 °F+ por encima de la temperatura ambiente
Tornillo
- Temperatura interna de funcionamiento: 170–200 °F
- Temperatura de descarga: 15–25 °F por encima de la temperatura ambiente.
Los compresores de aire de pistón funcionan a temperaturas internas de entre 300 y 400 grados, lo que provoca que el aire comprimido retenga más humedad y, potencialmente, requiera equipos de secado adicionales. Esta elevada temperatura interna explica directamente por qué las unidades de pistón también generan temperaturas de descarga superiores a 100 °F por encima de la temperatura ambiente, ya que un funcionamiento interno más caliente se traduce en una mayor temperatura general del aire de salida.
Un factor relacionado que agrava este problema es la falta de posenfriadores estándar en los compresores alternativos. Sin un posenfriador que reduzca la temperatura del aire de descarga antes de que entre en la línea de aire, los usuarios de compresores de pistón a menudo se ven obligados a utilizar secadores de alta temperatura, más costosos, para eliminar la humedad adicional que transporta el aire comprimido caliente y húmedo. Los compresores de tornillo, por el contrario, operan a temperaturas internas mucho más bajas, de 77 a 93 °C, y descargan solo entre 8 y 13 °C por encima de la temperatura ambiente, lo que resulta en una menor retención de humedad y una menor dependencia de equipos de secado especializados y costosos.
Costo
Si desea evitar gastar una fortuna, un compresor de pistón puede ser más fácil de conseguir. Sin embargo, recuerde tener en cuenta los costos asociados con cualquier necesidad de ubicación especial, como recintos y cimientos insonorizados. También es posible que desee realizar un análisis de costos para ver si otros ahorros asociados con un compresor de tornillo pueden compensar su costo inicial adicional.
- Pistón: menor costo inicial
- Tornillo: Menores costos operativos
Los compresores de pistón generalmente tienen un precio de compra, un costo de instalación y una inversión inicial menores que los compresores de tornillo rotativo, razón por la cual muchos compradores con presupuestos ajustados se inclinan por los modelos de pistón. Los compresores de tornillo compensan el precio inicial más alto con menores costos operativos a largo plazo. Gran parte de este ahorro proviene de cómo la unidad gestiona el consumo de energía: un variador de velocidad (VSD) permite que un compresor de tornillo ajuste la velocidad de su motor para adaptarse a la demanda real de aire, en lugar de funcionar continuamente a máxima potencia, lo que reduce el desperdicio de energía y los costos de electricidad. Las diferencias de presión también influyen en los gastos operativos: cuando un compresor tiene que trabajar más para superar mayores fluctuaciones entre la presión requerida y la suministrada, consume más energía. Los compresores de tornillo suelen estar mejor equipados para gestionar estas diferencias de manera eficiente, lo que ayuda a mantener bajos los costos de energía a largo plazo. Los compresores de pistón, al carecer de este tipo de control de velocidad, tienen más probabilidades de ver aumentar sus costos operativos bajo una demanda variable o fluctuante.
Salida de presión
La presión de salida es otro punto de comparación entre ambos diseños. Los compresores de pistón alcanzan presiones máximas de hasta 200 psi (13,8 bar), superiores a los 150 psi (10,3 bar) típicos de los compresores de tornillo. Este mayor límite de presión puede hacer que los compresores de pistón resulten atractivos para aplicaciones que requieren mayor potencia, aunque esto conlleva la desventaja de un mantenimiento más frecuente debido a las piezas móviles adicionales.
Mantenimiento
Los compresores de pistón requieren más atención que los de tornillo. Los compresores de pistón necesitan mantenimiento y limpieza frecuentes, pero generalmente pueden ser realizados por el personal interno, mientras que para los compresores de tornillo puede ser necesario subcontratar el servicio. Además, los compresores de pistón requieren más repuestos para su reparación, mientras que los de tornillo tienen menos.
Sin un mantenimiento adecuado, los compresores alternativos experimentan una disminución del caudal y un aumento del arrastre de aceite a medida que sus pistones envejecen, razón por la cual requieren una atención más minuciosa y frecuente que los compresores de tornillo. Además, los compresores de pistón tienden a perder eficiencia con el tiempo debido a los frecuentes ciclos de arranque y parada y a la degradación del rendimiento por desgaste, lo que incrementa aún más su mantenimiento.
El compresor adecuado para su negocio debe seleccionarse cuidadosamente en función de las necesidades y objetivos operativos únicos de su organización. Una empresa que comienza con compresores de pistón puede crecer, por lo que vale la pena revisar periódicamente los costos de su compresor y determinar cuál es el adecuado para su negocio.
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