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Air compressors and their lubrication

2.1 Alternativos

Su funcionamiento es similar a los motores de combustión interna, en cuyo diseño encontraremos cilindros, pistones, válvulas...

Las características principales que tienen los compresores alternativos son:

Son muy ruidosos. El flujo de aire es discontinuo. El mantenimiento no es demasiado costoso. Generan altas presiones con un volumen moderado. Están desapareciendo del mercado, generalmente sustituidos por compresores de tornillo.

Requieren lubricación, tanto las válvulas, como los pistones y los cojinetes. Los compresores alternativos contemplan dos diferentes zonas según la aplicación del lubricante: el cárter y los cilindros. Es por esto, que dividiremos los tipos de compresores según su lubricación sea:

De cárter y cilindros al mismo tiempo. Del cárter. De los cilindros.

De hecho es uno de los elementos básicos, que permite que un buen número de herramientas puedan funcionar como complemento en cualquier taller. Las pistolas de pintar, de engrase, taladradoras, atornilladores y un sin fin de herramientas neumáticas aprovechan al máximo la función del compresor.

b) Lubricación del cárter: Cárteres: Oxidación, Corrosión,

Desemulsibilidad En el cárter el sistema de lubricación es por circulación y barboteo. Desde el punto de vista de la lubricación, casi cualquier aceite de viscosidad SAE 20, ó SAE 30, ISO-VG 68 ó 100, sería suficiente.

Sin embargo, existen otras consideraciones que se deben tener en cuenta para que el costo de la lubricación no sea elevado. En el cárter el aceite es batido continuamente, y esto provoca la oxidación, siendo necesario por tanto usar un lubricante con buenas propiedades antioxidantes. El condensado de los cilindros, especialmente de baja presión, puede entrar en el cárter, provocando la herrumbre y la emulsión del aceite. Para evitar esto, el aceite debe llevar aditivos anticorrosión, y no debe tener aditivos detergente/dispersante.

Para alargar la vida del lubricante hay que eliminar el agua, y por esto es importante que el aceite tenga buenas propiedades de separación de agua. Así, cuando el compresor ha estado parado durante un largo periodo, el agua se puede eliminar sencillamente abriendo la purga del cárter. A causa de la mala demulsibilidad de los aceites de motor, hay que evitar su empleo.

Desgaste, Fricción Las características de antioxidación y antiherrumbre son bien conocidas y se refiere a un lubricante llamado "R & O" ( en inglés, Rust & Oxidación inhibited - inhibido contra la herrumbre y oxidación). Sin embargo, también existen otras consideraciones como el desgaste y la fricción. La incorporación de aditivos antidesgaste tiene dos efectos.

El primero es obvio, la reducción del desgaste de las guías y los cojinetes. El segundo efecto no es tan obvio, la reducción de la temperatura dentro del cárter, si hay menos fricción también habrá menos desgaste, y menor temperatura. En estos compresores, se estima que la potencia absorbida por la fricción se reparte aproximadamente en un 80% a los cilindros y un 20% al cárter.

La incorporación de aditivos para modificar la fricción reducirá el consumo de energía, y también la temperatura dentro del cárter, aumentando la vida de lubricante y alargando bastante los periodos entre los cambios de aceite.

c) Lubricación de los cilindros.- Gran importancia del lubricante.

El lubricante que se inyecta en los cilindros se encuentra en contacto directo con el aire que se comprime y por eso, el método de bombear aceite directamente a las paredes es una fuente de muchos problemas.

Una sobrelubricación frecuentemente provoca el inicio de la formación de la carbonilla. Si el aire que entra no está limpio, el polvo catalizará, la formación de depósitos sobre las válvulas, reduciendo la eficacia de compresión, y aumentando la temperatura. Este aumento de la temperatura, formará más carbonilla.

La buena lubricación de los cilindros es muy importante para una operación eficaz de los compresores, pero suele ser tratada con indiferencia, produciendo elevados gastos de mantenimiento (cambios de válvulas, limpieza de circuitos y calderines, etc).

Cilindros:

Oxidación, Corrosión.

La lubricación correcta de los cilindros de estos compresores es muy importante, para conseguir su máximo rendimiento y alargar el número de horas entre las paradas para el mantenimiento. Durante la ultima parte de la compresión la temperatura del aire comprimido aumenta, y el lubricante debe resistir estas temperaturas. Los aceites convencionales, tipo "R & O", están preparados para trabajar a temperaturas menores de 100ºC. con picos de hasta 120ºC. Para lubricar estos cilindros, el lubricante debe resistir hasta 150ºC durante largos periodos, lo que exige que el aceite tenga una resistencia extraordinaria contra la oxidación.

El engrase de los cilindros es por el sistema de "pérdida total", y poco a poco el lubricante va a la red de aire, pasando sobre las válvulas y por los intercambiadores de calor, acumulándose en el calderín. Como en la compresión de aire siempre existe "condensado", el lubricante debe tener unas propiedades excelentes de anticorrosión a altas temperaturas.

Desgaste, Fricción, Sellado.

Como el lubricante debe evitar el desgaste, y ayudar al deslizamiento de los segmentos contra las paradas de los cilindros, es necesario incluir aditivos antidesgaste. También, el aceite debe actuar como un sellante y amortiguador del segmento dentro de su ranura. Por estas razones es importante que se adhiera bien a las superficies metálicas, es decir, debe ser "polar", sin la tendencia a formarse una emulsión, típica de aceites polares.

Carbonilla, Cenizas

En resumen, para los cilindros, el lubricante debe ser antidesgaste, antioxidante y anticorrosivo. Pero hay también otras consideraciones, por ejemplo, ni el aceite ni los aditivos incorporados deben dejar cenizas y/o carbonilla. Hay pruebas de laboratorio para evaluar la tendencia del aceite a producir dichos residuos. Una de las ventajas de los aceites sintéticos es que no dejan ni residuos ni cenizas, y solamente pueden formar carbonilla a temperaturas muy altas, normalmente por encima de las máximas que se puede encontrar dentro de estos compresores.

Consumo de Aceite.

Es un error pensar que el aplicar un poco más de lubricante que la cantidad recomendada por el fabricante va a proteger mejor el compresor. El aceite que sobra, especialmente cuando se emplean los aceites tipo "R & O" ó aceites de motor, es el que origina la formación de carbonilla sobre las válvulas, y dentro los intercambiadores de calor. Al abrir un compresor, nunca se deben ver charcos de aceite en ninguna parte. El interior, los pistones, las válvulas, el intercambiador de calor, etc., deben estar cubiertos por una película de aceite tan fina que no escurra.

Energía.

Normalmente en un compresor, el 80% de la energía o potencia que se pierde para vencer la fricción se consume en los cilindros. El aceite puede modificar este consumo, reduciéndolo, y al mismo tiempo reducir la temperatura y aumentar el coeficiente de compresión, o la eficacia de compresión. Se puede comprimir un peso de aire fraccionalmente mayor en cada ciclo. Esta modificación se puede conseguir añadiendo aditivos modificadores de fricción, que no deben confundirse con los aditivos antidesgaste. Como las exigencias son mayores, se puede concluir que el aceite para los cilindros valdrá para los cárteres, pero no al revés.

En muchos casos, para reducir estos gastos, se han empleado lubricantes sintéticos, que no dejan, o al menos dejan muy pocos residuos. El resultado es una reducción en gastos de mantenimiento y un aumento en el costo de producción de aire comprimido.

El problema ha sido la falta de disponibilidad de lubricantes formulados exclusivamente para esta aplicación debido a los aceites base muy especialmente necesarios, aceites conocidos como nafténicos.

Un aceite nafténico, formulado exclusivamente para compresores, tampoco dejará residuos cuando se trata de presiones normales - hasta 20 atmósferas. Los aceites minerales pueden actuar hasta alrededor de 20/25 atmósferas de diferencia de presión dentro del cilindro. Estas presiones diferenciales se alcanzan en compresores de cuatro o cinco etapas. Son compresores especiales, como los que se utilizan para separar el argón, el nitrógeno y el oxígeno del aire.

En estos compresores las presiones diferenciales de las últimas etapas son muy elevadas y la lubricación con aceites sintéticos se puede justificar. La mayor polaridad natural de los sintéticos resiste el arrastre por la presión diferencial, evitando que el aceite se escape de un lado del pistón hasta el otro.

En relación con los compresores alternativos, del tipo Atlas Copco AR, AT, ER, Betico LK, o del tipo horizontal como ABC (Crepelle), la lubricación de los cilindros es muy importante, tanto la calidad como la cantidad que se aplica. Excepto durante el período de rodaje, las cantidades fijadas por el fabricante para lubricar los cilindros no se deben sobrepasar.

Durante el rodaje, las cantidades son el doble de lo normal. No solamente es una pérdida de dinero sino que pudiera llegar a ser peligroso. El lubricante suministrado a los cilindros de baja presión es arrastrado a los cilindros de alta presión. Por eso, las cantidades a suministrar en alta son mayores que las de baja. También, el volumen de los cilindros de alta presión es menor y hace falta menos lubricante.

Puntos de inflamación, combustión y autoignición.

Existe bastante confusión sobre la utilidad de estas características de un aceite por no entender precisamente las diferencias. El punto de inflamación es la temperatura a la cual los vapores del aceite se puede inflamar instantáneamente en presencia de una llama sin que el aceite se queme.

El punto de combustión es la temperatura en la presencia de una llama a la cual los vapores del aceite se puede mantener en llamas por lo menos durante cinco segundos. El punto de autoignición es la temperatura a la cual el aceite empieza a quemarse sin necesidad de una llama.

Los puntos de inflamación y de combustión tienen poco que ver con la temperatura máxima de utilización de un lubricante pero sí con la seguridad de equipos trabajando cerca de fuentes de calor como, por ejemplo, hornos etc. La temperatura máxima de utilización de un lubricante frecuentemente depende de los aditivos que contenga, sobrepasando una cierta temperatura estos pueden dejar de funcionar o perder su efectividad.

El punto de autoignición sí tiene importancia, especialmente en la lubricación de compresores de aire alternativos y rotativos, pero más en los alternativos. La temperatura de autoignición de productos petrolíferos va en sentido inverso de los pesos moleculares.

Los aceites nafténicos (CxH2x) tienen un peso molecular menor que los parafínicos (CxH2x+2) y por eso tienen puntos de inflamación algo más bajos, siendo sus puntos de autoignición algo más altos.

RESUMIENDO:

Viscosidad adecuada para cada tipo de compresor Estabilidad a la oxidación: Formación de depósitos, explosiones, saturación de filtros Baja formación de residuos: Fuegos y explosiones, depósitos en las válvulas Buena desemulsión: Depósitos en las válvulas, oxidación Protección contra la oxidación y la herrumbre: Desgastes y depósitos en las válvulas Protección antidesgaste: Bajo rendimiento Antiespumante: Cavitación, desgaste. Alto punto de inflamación y de autoignición: Fuegos Compatibilidad con los gases que se comprimen: reacción con el aceite . Compatibilidad con las juntas: pérdidas de aceite, pérdida de eficiencia. Baja volatilidad.