Aire Comprimido y Compresores III
por Alfonso Froilan

Debido a diversas inquietudes expresadas en el foro, y como persona que vive del aire (comprimido), creo que no estaría de mas aclarar algunos conceptos.

Sobre todo el aire comprimido puede convertirse en un elemento peligroso si no se tienen en cuenta algunos detalles.

Primero mejor describir los elementos que compondrán nuestro circuito.

El COMPRESOR

Es la madre del cordero de toda instalación, y como es lógico su función es la de adquirir aire del ambiente e introducirlo dentro del circuito.

De lo que produce cabe distinguir claramente dos conceptos que, por estar relaccionados tienden a confundirse, presión y caudal. El caudal es la cantidad de aire (volumen) que vehicularemos por el circuito, mientras que la presión es la consecuencia que este ejercerá sobre las paredes interiores del circuito.

¿A qué viene esa parrafada?, sencillo, el compresor no produce presión como tal, sino que mueve el aire introduciéndolo en el circuito, y este sólo producirá presión si gastamos menos aire del que movemos con el compresor, al amontonarse dentro se generará presión en el interior. O sea, si el compresor mueve 100 lts /min y nosotros gastamos 110 lts /min nunca tendremos presión dentro del circuito por mucho que este trabaje. Y lo que es mas importante, el compresor, por pequeño que sea, puede provocar presiones peligrosamente altas si no lo consumimos, y dado que en nuestro caso no somos grandes consumidores, es algo a tener muy en cuenta. Para hacernos una idea, según el gas que use, la nevera de casa puede trabajar "sin despeinarse" a 20 bar de presión.

También en este sentido hay que contar que el caudal que es capaz de pasar por un tubo disminuye al reducirse el diámetro de este y aumentar su distancia, con lo que los tubitos para alimentar el aerógrafo, no deben de ser ni demasiado finos ni demasiado largos, porque ello facilitaría la perdida de presión y la condensación de gotas de agua.

El PREOSTATO

Es sólo un interruptor actuado a través de un fuelle por la presión del circuito.

La acción de este fuelle la podemos regular mediante un juego de muelles con los que podemos ajustar la presión a la que queremos que actue, y cuánto debe bajar esta para volver a la posición anterior, es decir a que presiones arrancará y parará el compresor.

Eléctricamente puede tener un simple contacto, algunos tres, o un contacto conmutado, el cual dispone de un punto común que conecta con uno u otro de la salida dependiendo de la posición.

Hay que tener esto en cuenta al conectarlo, puesto que si nos equivocamos en el caso del conmutado el compresor no arrancaría con la presión baja.

Las presiones se regularán de forma que el compresor sufra lo menos posible, ni tiempos de trabajo muy cortos que provoquen demasiados arranques y paros del compresor, ni muy largos, que provoquen fluctuaciones muy grandes de presión y trabajo demasiado continuado del compresor. En todo caso no es recomendable que los motores arranquen mas de 10 -12 veces hora.

En algunos casos disponen de válvula de descarga incorporada, de cuya función hablaremos mas adelante.

El MANOREDUCTOR

Es una válvula destinada a suministrar el aire a una presión constante pese a las fluctuaciones debidas al funcionamiento del compresor o cualquier otra causa en el circuito anterior a ella.

Como su nombre indica es reductor, por lo que deberemos disponer de una presión superior en el circuito de la que deseamos a partir de ella, y un volumen suficiente para mantenerla. Es decir, si queremos 2 bar de presión en el aerógrafo, deberemos tener mas de esta presión antes de la válvula, y garantizar el caudal necesario.

La mayoría disponen de manómetro, o toma para él, que nos indicará la presión de salida,no la del compresor.

FILTROS

Hablaremos de dos: el filtro de aspiración del compresor y el de aire a presión.

Siempre debiera montarse el primero de ellos, puesto que nos evitaría que la suciedad fuera a parar al aceite del compresor, y a sus mecanismos, permitiendo de esta manera alargar en mucho la vida útil de nuestro sistema incluido el aerógrafo. No sólo es por el polvo, que en nuestro hobbie es habitual, sino también por las partículas de pintura y sobre todo los vapores de disolventes, los cuales degradan el aceite y con el filtro, si bien no del todo, si los evitamos en gran medida.

Este puede tratarse simplemente de un trozo de espuma no demasiado densa, y con suficiente superficie como para permitir el paso de aire sin demasiadas dificultades. Hay en el mercado de papel, como los filtros de los coches, pero no hace falta llegar a tanto.

El filtro para el aire comprimido es un recipiente en forma de vaso a cuyo interior entra el aire a través de unas ventanillas inclinadas que centrifugan el aire depositando las partículas pesadas (sólidos, agua, aceite) en las paredes del vaso en cuyo fondo quedan depositadas. El aire sale entonces a través de un material poroso que evita que partículas solidas puedan salir de él, y por su construcción producen una pérdida de carga (caida de presión) que decantará parte de la humedad del aire también al fondo.

Esos productos depositados, han de ser evacuados, bién con un purgador, ya sea manual, automático o semiautomático. Unos los purgas a mano, otros llevan un purgador "de flotador" que cuando alcanza un nivel expulsa los condensados, y otros se purgan al quedarse el circuito sin presión.

El DEPÓSITO

Es simplemente un recipiente que nos servirá para varias cosas:

  • Acumular aire comprimido, con lo que garantizamos una correcta alimentación,del aerógrafo en este caso, y evitamos constantes arranques y paros del compresor.
  • Reduciremos la velocidad del aire a través del circuito, evitando arrastre de partículas y dejando que se precipiten al fondo del mismo.
  • Dejaremos que el aire se enfrie para que condense agua y proteja de la temperatura a tóricas y otras piezas del aerógrafo que pudieran verse deterioradas.

En el depósito además de un tubo de entrada y uno de salida debieran existir dos válvulas , la de purga y la de seguridad.

La de purga tiene por objeto eliminar los residuos decantados en el depósito, sin más, un grifo vale.

El tema de la válvula de seguridad merece una atención especial.

Seria recomendable pués y a modo de resumen, montar el depósito en posición vertical, para decantar y separar físicamente lo más posible los resíduos del circuito, y colocar el tubo de entrada de aire a media altura, y si fuese posible inclinado a uno de los lados, y el de salida lo mas alto posible para que en caso de avería de la válvula, o descuido, el depósito coja nivel de agua suficiente para "saltar" hasta el tubo de salida. Una válvula de seguridad debidamente escojida y situada también en un punto alto para que si abre expulse aire y no los resíduos del fondo, y una llave en el fondo para vaciar estos desechos. Yo recomiendo al finalizar la sesión de pintura, vaciar el circuito a través de esta llave, así evitamos que el agua del depósito lo oxíde, cosa que consigue en menos tiempo del deseado.

LA VÁLVULA DE SEGURIDAD

Es una válvula que aliviará la presión del depósito expeliendo aire al exterior

ES NUESTRA SEGURIDAD, por lo que se debe ser muy estricto con ella. Abrirá al alcanzar el depósito una presión para la que ha de venir tarada y sellada para no permitir su manipulación.

Obviamente, el presostato de trabajo debe de estar tarado a una presión sensiblemente inferior a la de la válvula de seguridad.

ES VITAL QUE NOS ASEGUREMOS DE QUE EL DEPÓSITO SEA CAPAZ DE SOPORTAR UNA PRESIÓN BASTANTE MAYOR DE LA SELECCIONADA PARA LA VÁLVULA.

También procurar que caso de abrir no dirija el aire sobre personas o aparatos eléctricos conectados a la red.

Hay que entender que un recipiente por poca capacidad que tenga puede producir graves daños en caso de explosión, puesto que al igual que en el caso de la apertura de la válvula de seguridad, o rotura de un tubo, las partículas sólidas o trozos de la pieza defectuosa pueden convertirse en proyectiles a velocidades importantes.

Y ya que tocamos el tema de seguridades con el aire, aunque todos sereis conscientes de ello, decir que nunca debe respirarse directamente el aire del tubo, ni soplarse la cara o cabeza, las lesiones oculares y sobre todo la perforación de tímpano, a causa de la manipulación inadecuada del aire comprimido son cosa más común de lo que se piensa.

COMPRESORES (funcionamiento)

A nuestro nivel usaremos sobre todo dos tipos de compresores:

Compresor de membrana

Un motor moverá un fuelle provisto de válvulas de admisión e impulsión, con el que introduciremos el aire en el circuito. Los que nos encontraremos nosotros, por ejemplo el "SPRAY WORK" de TAMIYA serán motores pequeños, incluso de contínua, y no precisarán de lubrificación, además de su escasa potencia su reducida velocidad dará como resultado un caudal de aire muy limitado y poco estable y una presión no demasiado alta, suficiente para utilizar el aerógrafo, pero no será fácil acumular aire en un depósito a mayor presión.

Compresor de pistón

Serán los más habituales, de diversos tamaños y múltiples potencias, todos funcionarán bajo el mismo principio; un motor arrastrará un cigüeñal unido a un juego biela-pistón que se desplazará por el interior de un cilindro admitiendo e impulsando el aire mediante unas válvulas de admisión e impulsión.

Veámoslo por partes, el giro del cigüeñal moverá la biela que a su vez arrastra el pistón en movimiento descendente a través del cilindro, esto produce una depresión dentro de este que permite al aire pasar desde la atmósfera a la cámara de compresión a través de la válvula de admisión.

Una vez finalizado el movimiento (carrera) tenemos el cilindro lleno de aire a presión ambiente.

Se inicia entonces el movimiento contrario y el pistón asciende desplazando el aire contra la placa de válvulas, el propio aire cerrará la válvula de admisión impidiendo que sea devuelto a la atmósfera, mientras vence la resistencia de la válvula de impulsión, que hasta ahora permaneció cerrada, abriéndola y empujando el aire de la cámara de compresión hacia el circuito, volviendo a iniciar el proceso una y otra vez.

Al final de la biela exíste una aguja que salpicará aceite sobre el sistema, siendo esta la forma más habitual de engrase de estos pequeños compresores.

Al lubrificar el cilindro resultará inevitable que una mínima parte del aceite escape con el aire, se trata de una cantidad insignificante, salvo en caso de avería, o desgaste excesivo.

Hay que destacar sobre las válvulas que para un correcto funcionamiento estas deben cerrar perféctamente, de ahí la importancia del filtro de admisión para evitar la suciedad que pudiera impedir la hermeticidad de las mismas.

Al igual que los de membrana resultan ruidosos y se ventilan por medio de su estructura, en muchos casos provista de un aleteado.

Compresor frigorífico

A estos compresores a alguien se le ha oido llamarlos, silenciosos, motor de nevera... y alguna cosa más. Se trata de un compresor frigorífico de tipo hermético, que no es mas que un compresor de pistón que se halla metido dentro de un recipiente cerrado del cual aspira e impulsa a través de un tubo que traspasa este recipiente.

Su funcionamiento es idéntico al del compresor de pistón normal, las diferencias estriban en que suelen trabajar con el pistón en posición horizontal, su lubrificación se efectua a través de unos orificios practicados en el cigüeñal, biela y pistón, que permiten que el aceite ascienda desde el fondo del recipiente. Al estar suspendido sobre unos muelles en el interior y unos sinemblocks en el exterior la vibración es muy reducida, así como poco ruidoso al estar en el interior del recipiente.

El diseño de este compresor, pensado para equipos frigoríficos le confiere varios puntos a trener en cuenta si vamos a utilizarlo.

Originalmente está pensado para que se enfrie con el refrigerante sobrante del circuito frigorífico, el cual al entrar en la carcasa disipa el calor generado por el motor eléctrico suspendido en el interior, esta temperatura ronda los 15 ºC como máximo, dado que esta temperatura no la tendremos como ambiente de forma habitual es normal que este tipo de compresores "se calienten" al funcionar. Si además queremos aprovechar un compresor "recuperado" de un equipo frigorífico hay que tener en cuenta que hay modelos que están pensados para trabajar con temperaturas muy bajas e incluso bastante por debajo de los 0ºC, con lo que estos se calentarán todavia más rápidamente. Y también contar con que si el compresor ha trabajado con un refrigerante, los restos de este en el aceite, mezclados con la humedad y acompañados de temperatura puede producir ácido clorídico o fluorídico en la mayoría de los casos, el cual ataca el barniz aislante del devanado del motor cortocircuitándo o derivando el compresor. Es recomendable pues cambiar el aceite que trae el compresor si este no es nuevo o ya preparado para trabajar con aire.

VALVULAS DE DESCARGA Y ANTIRETORNO

Estas válvulas quedan normalmente olvidadas a la hora de fabricarse los compresores en plan "bricolaje" y suponen sin embargo una protección eléctrica y mecánica importante para el equipo.

Pongamos un ejemplo, cojemos una jeringuilla, y ¿quien no se ha sorprendido jugueteando con una de ellas?, es algo que todos hemos comprovado, el pistón de un compresor hace lo mismo, al desplazar el émbolo hacia atrás llenamos la jeringuilla, pero, ¿que es lo que pasa si tapamos la salida e intentamos empujar el émbolo?, cuesta mucho e incluso a veces nos resulta imposible desplazarlo.Si queremos hacer este movimiento sin dificultad debemos destaparla.

Imaginemos por un momento que nuestro compresor ha estado cargando hasta llenar el recipiente a 4 Bar de presón, y el presostato lo para. Este no sabe en que posición quedará el pistón, digamos que queda en el punto mas bajo de la trayectoria descendente. En estas circurstancias, la válvula de impulsión separa la cámara de compresión del circuito que se halla a presión, es normal que si se tira un rato parado aunque sea mínimo la válvula fugue y llene de aire a estos 4Bar el interior del cilindro.

No hay demasiado problema hasta aquí, pero ¿Qué sucedería si el compresor intentase arrancar ahora?, como en el ejemplo de la jeringuilla intentaría subir el pistón pero se encontraría con una resistencia muy superior que si no tuviera presión alguna. El esfuerzo que realiza un motor, como cuando empujamos un coche, resulta máximo al intentar mover un objeto parado, una vez este en marcha nos resulta mas fácil acelerarlo, esto hace que en el arranque se produzca una intensa "punta" de consumo, y que incluso se disponga de ayudas eléctricas para aumentar el par de arranque de los motores.

Todo esto no sería demasiado importante en una instalación industrial, pero, nosotros lo usaremos en casa, y las instalaciones domésticas no siempre soportan bien estos esfuerzos.

Para tratar de evitar esto en lo máximo posible y alargar al máximo la vida útil de nuestro compresor sería conveniente arrancar siempre a presión ambiente, pero, ¿cómo hacerlo sin vaciar todo el circuito?, aqui entra la válvula anti-retorno, que nos permitirá que el aire, entre en el circuito, pero le impedirá que vuelva hacia el compresor. Van marcadas con una flecha que indica la dirección en la que nos permitirá que el fluido circule, pero ante la duda basta con soplar a través de ella, sólo nos lo permitirá en una de las dircciones.

Vale, ya evitamos que el aire vuelva, pero, seguimos teniendo el tubo a presión, ¿que hacer?. Muy sencillo mediante una válvula, electroválvula o incorporada al presostato, vaciaremos el tubo desde la placa de válvulas hasta la válvula anti-retorno, en el momento en que pare, para que así el compresor no tenga problemas al arrancar. Este es el típico ¡Pssssss¡ que se oye al parar los compresores.

AIRE COMPRIMIDO Y HUMEDAD

El resultado que pretendemos obtener de todo este tinglado es el aire comprimido con el que alimentamos nuestro aerógrafo. El aire posee una característica que nos fastidia bastante, y es ese momento en que a mitad de pintar una pieza, o al empezarla, una maldita gota sale disparada y se nos estampa en medio de ese camuflaje tan delicado.

A nuestro nivel no es fácil evitarlo del todo pero si podemos reducir en mucho las probabilidades de que nos ocurra.

Primero seamos conscientes de el porque de este fenómeno. El aire es un gas capaz de contener una cantidad determinada de vapor de agua en suspensión.Cuando ya no puede absorber ni una gota más diremos que se halla saturado o al 100% de humedad relativa, y si estuviera a la mitad diríamos que está al 50%. Esta capacidad aumenta con la temperatura y disminuye con la presión. Si tenemos 1m de aire a presión atmosférica y le aumentamos la presión hasta 4 Bar. , quiere decir que este lo hemos reducido de tamaño 4 veces, lo hemos "apretado" en un espacio 4 veces más pequeño, al reducir este espacio reducimos la cantidad de agua que puede contener, pero también lo hemos calentado, como todo gas el aire se calienta al comprimirlo,y por esto le hemos aumentado la capacidad para retenerla. En consecuencia, al salir del compresor, disponemos de aire a presión, que , por poco, no estará saturado.

Pero a la que este aire abandona el compresor, baja rápidamente de temperatura, y aqui si que empezará a quitarse el agua que le sobre en forma de gotas que arrastrará por el circuito, y así cada vez que disminuya su temperatura, pero como seguimos con aire saturado, aunque a menos temperatura, nos podemos encontrar con que al expandir el aire en la boquilla del aerógrafo nos aparezca una gota que en el tubo no estaba. Igual que se calienta el aire al comprimirlo, al descomprimirlo se enfriará, y esta bajada de temperatura, aveces no es suficientemente compensada con la disminución de la presión y hace aparecer la gota en el aire.

Como de momento no creo que sea necesario llegar a instalar secadores en el circuito, pongamos una serie de medidas para minimizar el problema.Como se dijo anteriormente, un depósito en posición vertical, un filtro antes del aerógrafo, y la purga en el depósito para vaciar el agua acumulada antes de que sea arrastrada al interior, ya serán grandes ayudas, pero aún se puede hacer algo más. Cuando montamos el circuito, sería interesante un tramo entre el compresor y el depósito, de un tubo que "entretuviera" el aire para que se enfriara lo más posible y condense el agua, para que esta se decante en el depósito.

EL CIRCUITO

Resumamos pues en forma de esquema el circuito del que hemos tratado sus componentes.

 

Texto y fotografía © Alfonso Froilán (Alf)
Octubre de 2001

 
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