¿Compresor de diafragma o alternativo: cuál elegir?

Conceptos básicos de los compresores

Los compresores son equipos mecánicos diseñados para aumentar la presión de un gas al reducir su volumen. Se basan en dos diseños principales: los compresores de desplazamiento positivo y los dinámicos. En los compresores de desplazamiento positivo, como los alternativos y los de tornillo rotativo, se confina cierta cantidad de gas y se comprime en un volumen determinado. Los compresores dinámicos, como los centrífugos y axiales, usan impulsores de alta velocidad para acelerar el gas, lo que finalmente aumenta su presión.

Estos compresores se utilizan ampliamente en diversas industrias, como la manufactura, los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado, y la generación de energía. Sus aplicaciones abarcan desde el accionamiento de herramientas neumáticas hasta la refrigeración. Al elegir un compresor, es fundamental comprender cómo funciona y en qué situaciones ofrece mejores resultados.

¿Qué es un compresor de diafragma?

Los compresores son máquinas diseñadas para funcionar en ciclos continuos y comprimir aire, gases de carbón y otros gases inertes. El gas que se debe separar circula en un espacio entre dos membranas e interactúa con ellas cuando vibran. El volumen de trabajo de estas membranas está limitado por la carcasa de la cámara de compresión. Como esta cámara no contiene lubricante, el gas de proceso permanece libre de contaminación. Por eso, estos equipos son mucho más adecuados que los compresores convencionales para manejar gases ultrapuros o peligrosos, como el hidrógeno o el helio.

Las turbinas de gas se utilizan en diversos entornos, incluidas aplicaciones industriales de los sectores químico, médico y de generación de energía alternativa, entre muchos otros. Por ejemplo, en algunas instalaciones se suministra aire a alta presión para contener fugas de gas y reducir las pérdidas. Entre sus características esenciales se encuentran su capacidad para contener fugas, la facilidad de reparación y la posibilidad de manejar gases combustibles, gases licuados y gases de combustión o vapores durante el funcionamiento del compresor. Además, sus sistemas de seguridad integrados permiten utilizarlas en condiciones de trabajo exigentes.

¿Qué es un compresor alternativo?

En termodinámica, la carrera del pistón comprende las etapas de succión y compresión, durante las cuales el movimiento alternativo expulsa el gas y permite que vuelva a ingresar al sistema. Esto sucede porque el cilindro funciona en dos sentidos, con una carrera de succión y otra de compresión o descarga. Los compresores también se clasifican según distintos criterios, como el número de etapas, el método de enfriamiento (por aire o agua) y la disposición de los cilindros con respecto al pistón.

Los compresores alternativos se utilizan en numerosos entornos industriales que requieren alta presión de descarga, como plantas petroquímicas, sistemas criogénicos y plantas de procesamiento de gas. Estos equipos son versátiles y pueden manejar diversas sustancias gaseosas, incluidas las inflamables, tóxicas e inocuas. Los compresores alternativos actuales incorporan materiales y sistemas de lubricación avanzados que mejoran la eficiencia energética, reducen el desgaste mecánico y permiten cumplir las normas y especificaciones vigentes de seguridad y medioambiente.

Diferencias entre los compresores de diafragma y los alternativos

Principios de funcionamiento de las tecnologías de diafragma y alternativa

Los compresores de diafragma funcionan mediante un diafragma que comprime el gas con un mecanismo flexible accionado hidráulicamente. Se utilizan principalmente en aplicaciones de ultraalta pureza, donde el gas que se comprime no puede contener elementos extraños. Además, el movimiento alternativo del diafragma puede generar cambios transitorios en la carga y provocar vibraciones alrededor del eje de la válvula cuando el equipo funciona a alta velocidad. El movimiento del diafragma presiona el gas y reduce el volumen de la cámara de compresión, lo que produce su compresión.

A diferencia de los compresores de diafragma, los compresores alternativos utilizan un pistón que se desplaza por un cilindro para comprimir el gas. Esta tecnología permite cubrir eficazmente numerosas aplicaciones que requieren alta presión y un caudal elevado. Sin embargo, en la mayoría de los casos, el gas dentro de los compresores alternativos entra en contacto con lubricantes y otros componentes del sistema, lo que puede contaminar las salas limpias. En cambio, las bombas alternativas son voluminosas, pero se adaptan a una amplia variedad de aplicaciones industriales y ofrecen mayor flexibilidad operativa.

Cómo funcionan los compresores de diafragma

Los compresores de diafragma comprimen el gas mediante el movimiento de un diafragma flexible, que evita las fugas entre el gas y las piezas móviles. Por ello, durante el funcionamiento no requieren lubricación líquida ni seca. El diafragma suele accionarse con una bomba hidráulica, aunque también es posible accionarlo mecánicamente. Por ejemplo, los componentes de la suspensión de un vehículo permiten que este se desplace con comodidad y ayudan a evitar que el movimiento de una capa se transmita al vehículo.

La compresión de aire comienza con una carrera de succión. En esta etapa, el pistón se desplaza hacia afuera y el gas entra en el cilindro. Durante la compresión, el pistón se mueve en dirección opuesta, hacia la pared del cilindro. Al ocupar el gas el espacio reducido, su presión aumenta. Cuando alcanza el valor máximo, el gas sale del sistema a través de una válvula de salida. Los compresores de diafragma son adecuados para comprimir gases de alta pureza, como hidrógeno o helio, en aplicaciones comunes en las industrias farmacéutica, electrónica y petroquímica. Estos equipos se centran en ofrecer limpieza y pureza. Su diseño protege el medioambiente y cumple las normas de protección ambiental.

Cómo funcionan los compresores alternativos

Los compresores alternativos comprimen gases dentro de un espacio confinado mediante el movimiento de un componente de ida y vuelta. Cuando el sistema comienza a funcionar, el pistón desciende sin energía térmica. Luego, el gas permanece en el cilindro y entra por la válvula de admisión. Durante la compresión, el pistón sube y reduce el volumen interno del cilindro. Esto aumenta la presión del gas. Cuando la presión comienza a disminuir, el gas se descarga.

La eficacia de los compresores alternativos de gas de desplazamiento positivo depende en gran medida de su construcción y de las condiciones de operación. En algunos casos, estos sistemas utilizan compresión en varias etapas para alcanzar la alta presión requerida con eficiencia. El enfriamiento del gas elimina el calor de la descarga antes de que llegue a la siguiente etapa de menor presión, lo que reduce la carga de los compresores y contribuye a mantener su buen rendimiento. Los avances tecnológicos recientes en materiales, sellado y lubricación reducen el desgaste y otras pérdidas térmicas en los pistones, lo que prolonga la vida útil y mejora la confiabilidad de los compresores.

Análisis comparativo de la eficiencia operativa

La eficiencia operativa de un compresor alternativo puede ser favorable gracias a su gran adaptabilidad a distintos niveles de presión y rangos de carga. Estos compresores son adecuados para aplicaciones que requieren un control preciso. También funcionan con eficiencia sin carga. En otras palabras, un compresor alternativo mantiene su rendimiento independientemente del nivel de operación. En cambio, los compresores centrífugos ofrecen su mejor rendimiento a plena carga y pierden eficiencia cuando esta disminuye.

Los avances en el diseño de válvulas y en las tecnologías de automatización han mejorado considerablemente la eficiencia de los compresores alternativos al reducir el consumo eléctrico durante la operación. También destacan las mejoras en los compresores alternativos centrípetos. En cambio, no ha ocurrido lo mismo con el consumo energético de los compresores centrífugos, aunque estos equipos ahora pueden ofrecer una mayor eficiencia en condiciones de operación estables. Esta ventaja es especialmente importante en algunas industrias, como la química y la refinación petroquímica, donde los parámetros de operación cambian constantemente y dificultan que otros compresores alcancen la eficiencia energética necesaria, sobre todo según la ubicación del equipo.

Comparación de los compresores de diafragma y los alternativos

Las principales características de los compresores de diafragma y los alternativos están relacionadas con su diseño y sus aplicaciones adecuadas. Los compresores de diafragma son especialmente adecuados para comprimir gases de alta pureza, ya que su diseño evita que el gas entre en contacto con aceites lubricantes viscosos o materiales plásticos. Esto los hace ideales para actividades como la fabricación de productos farmacéuticos, la producción de alimentos y el manejo de gases especiales, entre otras.

Por otro lado, los compresores alternativos son más adecuados para aplicaciones de alta presión y sistemas que manejan varios gases, como las refinerías y las instalaciones marinas. Los compresores de desplazamiento por convección natural, de construcción hermética y limpia, son ideales para trabajos de laboratorio. Los compresores alternativos, por su parte, pueden utilizarse de forma independiente o como sustitutos de los compresores de diafragma.

Indicadores de rendimiento: eficiencia y capacidad de salida

Al evaluar el rendimiento de los compresores de diafragma y alternativos, siempre deben considerarse dos aspectos clave: la eficiencia y la capacidad de salida. En los sistemas de diafragma se puede alcanzar una eficiencia especialmente alta porque no hay fugas y las pérdidas de energía son muy bajas. Estas características son útiles en salas limpias, plantas de fabricación tecnológica y otras instalaciones que requieren un suministro de gas de alta pureza. Sin embargo, aunque la dosificación con diafragma puede satisfacer eficazmente los requisitos de limpieza del gas, en muchos casos el material y, en última instancia, el desgaste del propio diafragma durante el funcionamiento prolongado son factores limitantes.

En general, los compresores de pistón tienen una mayor capacidad de suministro y se adaptan con más eficiencia a la presión y la capacidad de descarga requeridas. Su eficiencia es algo menor que la de los compresores rotativos debido a las pérdidas por fricción y calor, aunque los avances pueden mejorar su productividad. Hay distintos tipos de compresores alternativos, incluidos los que cuentan con compresores elevadores de presión para aumentar la presión de descarga y los que incorporan cilindros más eficientes. Estos avances han permitido superar los desafíos y lograr que los compresores alternativos tengan tasas de falla mínimas en todas las condiciones de operación.

Consideraciones de costos

Al comparar los costos de los compresores alternativos y rotativos, hay varios aspectos que considerar. En particular, la inversión inicial en compresores alternativos puede ser muy alta, principalmente debido a su estructura compleja y rígida, que exige tolerancias de fabricación más estrictas. En cambio, las aspas o los tornillos de los compresores rotativos pueden reducir su costo de adquisición. Sin embargo, la decisión también depende de los costos de operación.

Por ejemplo, los compresores rotativos son más fáciles de manejar y requieren menos atención. Los alternativos pueden consumir muchos recursos, sobre todo en el mantenimiento periódico de piezas como las válvulas de seguridad, los pistones y los sellos. Por otro lado, el mantenimiento de los equipos con menos piezas móviles puede ser más sencillo, pues el desgaste del sistema afecta a menos componentes propensos a deformarse.

La eficiencia energética también influye en los costos a largo plazo. Cuando el sistema opera de manera continua y estable, los compresores de tornillo rotativo ofrecen un buen rendimiento durante períodos prolongados y consumen menos energía. En los compresores alternativos, se presta especial atención a los mecanismos de ahorro energético cuando el equipo se enciende y se apaga. Sin embargo, si se utilizan sistemas de recuperación de calor, esta opción no resulta tan económica.

Aplicaciones en distintos sectores

Los compresores se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones porque permiten gestionar y controlar sistemas de presión con precisión. En el sector energético son fundamentales para procesar gas natural y aumentar su presión de transporte en los gasoductos. En la manufactura industrial, se emplean para comprimir el aire que necesitan las máquinas neumáticas y los equipos de control, así como para realizar operaciones altamente automatizadas y productivas.

Por otro lado, los compresores de grado médico se utilizan en centros de atención de salud para producir aire medicinal destinado al funcionamiento de diversos instrumentos, purificadores y otros equipos relacionados. Además, muchos espacios habitables cuentan con sistemas de aire acondicionado y refrigeración que crean y mantienen las temperaturas deseadas, y todos ellos requieren compresores. En definitiva, los compresores son esenciales para la mayoría de los procesos de producción en distintas industrias.

Industrias que utilizan compresores de diafragma

Los compresores de diafragma se utilizan en sectores específicos porque permiten manejar gases tóxicos, cáusticos o peligrosos sin riesgo de fugas. Suelen emplearse en las industrias química y petroquímica, por ejemplo, para comprimir hidrógeno, cloro y otros gases que pueden atacar las estructuras de los recintos que los contienen, en particular los túneles. También se utilizan en la producción de alimentos y bebidas. Por ejemplo, permiten operar plantas de bebidas carbonatadas y mantener líneas limpias y libres de aire durante el envasado final de alimentos y bebidas.

Además de estas aplicaciones, los compresores de diafragma también se utilizan para producir gases de grado médico, lo que aumenta su utilidad en la aviación gracias a su capacidad para almacenar y transportar gas con eficiencia. Estas características favorecen el uso de compresores de diafragma en energías renovables y en el almacenamiento y transporte de hidrógeno para tecnologías de celdas de combustible. Su construcción cumple los requisitos más exigentes de la industria y los hace indispensables en aplicaciones donde la seguridad, la sensibilidad y la precisión son esenciales.

Industrias que utilizan compresores alternativos

Los compresores alternativos se utilizan ampliamente en diversas industrias por su capacidad para suministrar una compresión limpia, sin lubricación y de gran capacidad. El sector del petróleo y el gas es un ejemplo destacado: estos compresores se emplean en el tratamiento, la refinación y el transporte de gas. Pueden impulsar el gas natural a través de gasoductos o almacenarlo en depósitos subterráneos. Además de usarse habitualmente en la generación de electricidad, las plantas químicas y petroquímicas utilizan ampliamente los compresores alternativos. Estos equipos son especialmente necesarios para modificar las fases de ciertas sustancias químicas y manejar gases a distintas presiones con precisión.

En la manufactura industrial, los compresores alternativos se utilizan con frecuencia para accionar herramientas neumáticas, realizar trabajos mecanizados y suministrar aire a sistemas de presurización, entre otras aplicaciones. Su configuración permite satisfacer requisitos específicos, y el equipo funciona con eficiencia y durabilidad en entornos exigentes. Además, en la industria alimentaria se utilizan para evitar el deterioro de productos refrigerados y congelados. Esto incluye las operaciones de refrigeración correspondientes y el control de las condiciones ambientales para almacenar y proteger adecuadamente los alimentos.

Cómo elegir el compresor adecuado para cada aplicación

Elegir el compresor de aire adecuado para cada aplicación es un proceso complejo que abarca diversos requisitos y capacidades del sistema, entre otros factores. En situaciones que implican aspectos complejos, como los procesos de enfriamiento, suelen utilizarse compresores alternativos por su capacidad para alcanzar altas presiones con distintas densidades. Esto es importante, en especial para la industria farmacéutica, donde el ruido durante el funcionamiento de los equipos es un factor por considerar. En marcado contraste, los compresores de tornillo rotativo son los más adecuados para instalaciones con sistemas centralizados de suministro de aire, donde se necesita un caudal prácticamente constante y estable, como en las líneas de producción y los procesos físicos automatizados.

Se recomienda ampliamente utilizar un compresor libre de aceite en áreas que requieren precisión crítica, como los campos médico y de laboratorio, especialmente cuando las configuraciones impiden el uso de oxígeno comprimido en el aire para garantizar la esterilización del aire consumible (compresor de aire hospitalario). Estos sistemas están diseñados para satisfacer el nivel de limpieza requerido en el espacio de trabajo y mantener un aire operativo que no contamine. Además de considerar el compresor, es necesario tener en cuenta la magnitud de las fuerzas que hacen fluir el aire comprimido, conocidas como presión de descarga. Asimismo, debe considerarse la ventaja mecánica: todos los compresores que realizan trabajo ejercen cierta fuerza de elevación, y se requiere esa fuerza para elevar agua a determinada altura si se instalan bombas de servicio.

En general, los avances en el diseño de compresores incluyen la incorporación de elementos como los accionamientos de velocidad variable (VSD), que reducen el consumo de energía al ajustar la potencia de entrada del compresor según los requisitos. Estos métodos pueden ser más útiles en distintos sectores para optimizar el uso de tecnologías modernas, reducir el consumo de electricidad y garantizar que la contaminación ambiental no supere los límites operativos establecidos. Esto significa que, al diseñar sus sistemas, los operadores deben procurar incorporar los avances más recientes y asegurarse de que sean compatibles con el uso previsto, a fin de impulsar el progreso y la durabilidad.

Cómo elegir el compresor adecuado para sus necesidades

En primer lugar, para elegir el compresor adecuado, es necesario conocer exactamente las características que requiere el funcionamiento de cada tipo de equipo, es decir, las presiones, los caudales y, en general, los ajustes de operación. También es importante que el compresor tenga la configuración apropiada, ya sea rotativa, alternativa o centrífuga. Cada una de estas opciones es adecuada para una necesidad determinada. Tampoco debe pasarse por alto el consumo de energía: los VSD u otros equipos de fácil aplicación y bajo costo pueden generar grandes ahorros en el consumo y los costos de mantenimiento.

Evalúe la facilidad de uso del compresor teniendo en cuenta la carga, el espacio disponible y el nivel de mantenimiento requerido. Esto ayudará a garantizar que el compresor pueda integrarse al sistema sin interferencias. Además de estas consideraciones, tenga en cuenta la confiabilidad de fabricación, las garantías ofrecidas y la atención al cliente para obtener la mayor productividad posible del equipo y reducir al mínimo los tiempos de inactividad.

Escala operativa y requisitos de la aplicación

Al elegir el tipo de compresor adecuado para su planta, es indispensable evaluar cuidadosamente, en primer lugar, su escala de operación y las condiciones específicas de la aplicación. En las industrias de gran escala deben utilizarse compresores de alta capacidad que funcionen bien incluso con cargas pesadas. En cambio, las industrias más pequeñas pueden utilizar un modelo compacto y eficiente en el consumo de energía, que ofrezca un rendimiento adecuado durante periodos de actividad intermitente o ligera y no ocupe mucho espacio. Durante la selección, también deben considerarse los niveles de presión deseados, las normas para el aire y la frecuencia de los ciclos de operación, a fin de garantizar que el equipo responda a las necesidades operativas.

Las mejoras en la tecnología de máquinas herramienta que otros participantes han incorporado han aumentado la flexibilidad y la precisión de las máquinas. Los equipos industriales incorporaron controladores que permiten realizar ajustes y optimizaciones en tiempo real dentro de la industria. Las investigaciones han demostrado que el uso de estos sistemas mejorados puede aumentar la productividad entre un 20-30%. En situaciones en las que la demanda cambia constantemente, es posible alcanzar cifras de dos dígitos. En aplicaciones como las industrias alimentaria y farmacéutica, donde los requisitos de calidad son altos, los equipos de producción también deben ser de alta calidad y libres de aceite.

Conclusión: tomar una decisión informada

Fuentes de referencia

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