1 Compressori aria e circuiti

Sono raffreddati ad aria, i modelli più grandi invece raffreddati ad acqua dolce. Lubrificati allo stesso modo di un motore diesel a 4 tempi perché il manovellismo all’interno è identico solo che l’olio che lubrifica i cilindri non viene del tutto bruciato ma una piccolissima parte espulso insieme all’aria pompata per cui è equipaggiato con uno scaricatore di condensa dove si raccolgono tutte le impurità contenute nell’aria in uscita dal compressore. Gli stantuffi possono essere a semplice o duplice effetto (entrambe le facce dello stantuffo sono attive). La disposizione dei cilindri è ad asse verticale od orizzontale nel caso di un unico stantuffo, a V, W, X nel caso di più stantuffi; talvolta si possono trovare cilindri fra loro contrapposti. I compressori alternativi sono in generale impiegati per portate molto basse (di solito < 1 Nm3/min e comunque non oltre 20 Nm3/min. ) e per pressioni di 7-10 bar; quando la pressione richiesta supera i 20 bar si devono adottare compressori alternativi multistadio. I compressori alternativi hanno normalmente stantuffi lubrificati, con lo svantaggio che l'aria compressa contiene in sospensione particelle di olio: essi pertanto non sono adatti per utenze richiedenti aria "pulita". Sono però disponibili compressori alternativi non lubrificati (detti anche "a secco"), nei quali i tradizionali anelli di tenuta metallici(che necessitano di lubrificazione) fra stantuffo e cilindro sono sostituiti da anelli in teflon o in grafite oppure da dispositivi a labirinto. 

Le valvole sono del tipo mostrate nel video, composte da anelli elastici che assicurano la perfetta chiusura sia nella valvola di mandata che in quella di aspirazione. Le più soggette a consumo sono ovviamente quelle di mandata che tendono a lasciare una loro impronta sul piatto dove alloggiano le molle con il restante dei componenti. Se queste impronte si fanno più marcate verrà meno la tenuta della valvola per cui il compressore impiegherà sempre più tempo a portare in pressione il serbatoio da supplementare e l’aria avrà una temperatura sempre più alta. La manutenzione è molto importante e anche la qualità del materiale di cui è fatta la valvola, immaginare i danni ricavati dalla rottura di queste parti metalliche tra fasce e pistoni.

COMPRESSORI VOLUMETRICI A MEMBRANA

Il principio di funzionamento delle soffianti a membrana è basato sull’ oscillazione elettromagnetica. Gli elettromagneti, attivati dalla corrente elettrica, fanno oscillare un albero che costituisce il supporto del magnete. Sulle estremità dell’albero è fissata una membrana elastica che, per effetto dell’oscillazione, fa variare il volume di una camera di cui la membrana costituisce una parete. Nella camera l’aria può entrare attraverso una valvola unidirezionale di aspirazione nella fase di espansione e dalla camera può uscire attraverso una seconda valvola unidirezionale che si apre nella fase di compressione. All’uscita di questa seconda valvola viene collegato l’utilizzo dell’aria compressa.

L'utilizzo di cartucce filtranti a fibre di borosilicato consente di ridurre il consumo di olio fino a valori di circa 0.001 g/Nm3. Il residuo di olio è indicato in ppm in peso: poiché 1 Nm3 di aria pesa ≈1.3 kg, 1 ppm di olio rappresenta 0.0013 g. L'aria erogata dai compressori a media pressione ad iniezione di olio contiene un residuo di olio compreso fra 1 e 5 ppm. I compressori a 7-10 bar e portata superiore a 20 Nm3/min. sono generalmente raffreddati ad acqua, in quanto lo smaltimento del calore generato sarebbe problematico e costoso con radiatori raffreddati ad aria. Il fabbisogno di acqua di raffreddamento alla temperatura di 15 °C varia da 2 a 3,5 litri per m3 di aria aspirata. 

COMPRESSORI VOLUMETRICI ROTATIVI A VITI

I compressori a viti sono costituiti da due rotori, uno con lobi convessi e l'altro con lobi concavi, ruotanti in senso opposto dentro uno statore. L'aria viene aspirata attraverso la luce di immissione nello spazio che si forma fra i lobi dei due rotori; con il procedere della rotazione, lo spazio in cui essa è contenuta viene dapprima isolato dalla luce di immissione, quindi ridotto di volume dando inizio ad una compressione graduale più o meno pronunciata a seconda del rapporto di compressione da realizzare(più pronunciata per β più elevati, per ridurre la potenza assorbita). Terminata la compressione graduale l'aria viene spinta verso la luce di uscita e quindi scaricata. Esistono due tipologie di compressori a vite: quelli lubrificati e quelli non lubrificati o a secco. La prima categoria realizza cicli di compressione monostadio(raggiungendo pressioni fino a 13 bar) e bistadio (per pressioni fino a 20 bar) e la portata d'aria è inferiore ai 70 Nm3/min. 

Le tolleranze devono essere molto ridotte per ottenere un funzionamento efficiente, quindi la costruzione di questo tipo di compressore richiede elevata precisione. Inoltre la compressione oltre i 4 bar non può essere effettuata in un unico stadio in quanto le temperature raggiunte sarebbero troppo elevate, con dilatazioni dei materiali tali da impedire un corretto funzionamento. Per contro, l'assenza di contatti permette di realizzare una macchina in cui le parti lambite dall'aria non necessitano di lubrificazione e quindi l'aria compressa risulta priva d'olio, requisito assai importante per molte applicazioni. Le portate d'aria arrivano fino a 100 Nm3/min si ricorre di solito a compressori dinamici. Nei compressori a viti la regolazione della portata, cioè della quantità d'aria compressa erogata dal compressore, è normalmente ottenuta per mezzo di una valvola che parzializza la luce di aspirazione. Compressori di questo tipo hanno poche parti soggette a usura, non richiedono basamenti e producono rumori e vibrazioni meno elevati di altri compressori.

 COMPRESSORI VOLUMETRICI ROTATIVI ROOTS

Il compressore Roots, detto anche soffiante, consiste in uno statore in cui sono alloggiati due rotori controrotanti, dotati di due e tre lobi ciascuno. In tal caso l'aria è spinta dai lobi verso la mandata dove subisce un repentino aumento di pressione. In altre parole la compressione non avviene grazie a una progressiva riduzione del volume prima del collegamento con i condotti di mandata, ma per reflusso dell'aria del compressore, con risultati di rendimento molto modesti. Le soffianti Roots non sono utilizzabili per pressioni di esercizio elevate (il limite si aggira intorno a 1 bar nei tipi monostadio e a 2,5 bar nei tipi a due stadi). Il movimento dei due rotori è sincronizzato per mezzo di ingranaggi in modo da non avere contatto tra i rotori o tra i rotori e la carcassa. Queste parti pertanto non richiedono lubrificazione e di conseguenza, in analogia ai compressori a viti, l'aria compressa è priva d'olio. I compressori Roots sono in genere raffreddati ad aria.

 COMPRESSORI VOLUMETRICI ROTATIVI AD ANELLO LIQUIDO

In uno statore di forma ellittica è montato un rotore con palette fisse che trascina in rotazione un liquido (in genere acqua) e lo proietta per forza centrifuga contro la parete dello statore, dando forma ad un vero e proprio anello rotante. Poiché lo statore ha forma ellittica, il liquido assume un movimento tale da variare periodicamente il volume del vano compreso fra paletta e paletta, comprimendo l'aria in esso contenuta. La distribuzione avviene attraverso luci previste nelle testate dello statore oppure in cavità praticate nell'albero del rotore: l'aria affluisce fra le palette, viene compressa e quindi espulsa quando il rotore nella sua rotazione supera la zona di compressione.