Compresor hidráulico

Un compresor hidráulico es un dispositivo que comprime aire utilizando energía hidráulica. Existen dos tipos muy diferentes de máquinas denominadas compresores hidráulicos.

Un tipo es el compresor de aire mecánico accionado por un motor hidráulico. Es un método para convertir la energía hidráulica en energía neumática . ^{[ 1 ]} Este tipo de compresor hidráulico se utiliza en diversas aplicaciones donde ya se dispone de energía hidráulica y se necesita una cantidad relativamente pequeña de aire comprimido, ya que no es muy eficiente en comparación con un compresor accionado eléctricamente. ^{[ 1 ]}

El otro tipo de compresor hidráulico utiliza la energía potencial y cinética de un chorro de agua para arrastrar aire y transportarlo a una cámara de separación a mayor presión, donde el aire se acumula sobre el agua y esta se drena. Este sistema tiene pocas piezas móviles, o ninguna, y además es ineficiente, por lo que se utiliza donde la energía cinética o potencial del agua está disponible a bajo costo.

La ventaja de un compresor hidráulico de segundo tipo radica en su capacidad para realizar compresión isotérmica sin piezas móviles, lo que lo hace relativamente fiable y con bajos costos de mantenimiento. Se utiliza un flujo de agua para arrastrar aire y transportarlo hacia abajo a través de una tubería, denominada bajante. El aire es aspirado por el flujo de agua debido a la diferencia de presión estática. A medida que la mezcla de aire y agua desciende por la tubería, la presión aumenta. La mezcla entra en la cámara de amortiguación, diseñada para reducir la velocidad del flujo , permitiendo que las burbujas de aire se separen del agua por flotabilidad. El aire comprimido sale de la cámara a través de otra tubería vertical, denominada elevador, y el agua sale a través de un desagüe sumergido cerca del fondo de la cámara de amortiguación. ^{[ 2 ]}

El principal problema de estos compresores radica en el desarrollo de la escala y las dimensiones de la cámara (depósito de aire comprimido). El precio de la cámara puede ser más elevado que el de la propia instalación, dependiendo del tamaño. A pesar del coste relativamente alto de la energía, el compresor hidráulico consume mucha menos electricidad y aumenta la producción de recursos energéticos renovables. ^{[ 3 ]}

Figura 2: Costo de energía, costo del compresor, costo de mantenimiento (basado en operación 24/7, $0.08/kWh, operación a plena carga). ^{[ 4 ]}

La mayor parte de los gastos derivados de la integración de un compresor corresponde al coste energético, como se muestra en la figura 2. Los factores principales son el tipo y el tamaño del compresor, que determinan su consumo de energía. Para lograr la máxima eficiencia, la capacidad de producción de aire debe ajustarse a las necesidades de aire para evitar cuellos de botella y pérdidas innecesarias de energía en forma de calor durante la liberación del aire. ^{[ 4 ]} Al optimizar la utilización o prevenir fugas, las empresas pueden aumentar sus márgenes de beneficio.

El diseño de las tuberías también puede afectar el costo del sistema. Una estructura de tuberías sin esquinas afiladas ni puntos muertos puede ayudar a mantener la presión y un paso eficiente para el aire comprimido. Los diseñadores deben considerar el tipo de material que se utilizará en el sistema hidráulico. El aluminio, por ejemplo, tiene menor peso y resistencia a la corrosión que el material más tradicional, el acero. ^{[ 4 ]} Debido a que es mucho más ligero que el acero, las tuberías de aluminio permiten a los soldadores y técnicos fabricarlas e instalarlas más fácilmente. El diámetro de la tubería también es crucial, ya que los diámetros más pequeños tienden a tener un mayor diferencial de presión. Esto provocaría que se convirtiera más energía de presión en calor o vibración, disminuyendo así la vida útil del compresor. ^{[ 5 ]}

Para calcular la potencia del flujo de aire comprimido, se utiliza la ecuación${\displaystyle W=mRT*ln(\beta )}$Se puede utilizar para medir la eficiencia máxima de un compresor hidráulico. Sin embargo, en un escenario real, es necesario tener en cuenta la pérdida de flujo de aire. Esto se puede hacer aplicando la ecuación de conservación de la energía para un flujo isotérmico (suponiendo que el agua y el aire tienen la misma presión y velocidad):${\displaystyle pérdida=m[RT*ln(P0/P1)-V^{2}/2]}$. Muchos otros factores también pueden causar la pérdida de aire, como la colisión contra las paredes o la fricción entre el agua y las burbujas de aire. ^{[ 6 ]}

El caudal de aire comprimido producido aumenta cuando también aumenta el caudal másico del líquido que circula por el sistema. Este caudal solo puede calcularse en puntos específicos de la bomba hidráulica , ya que se pueden implementar diversas configuraciones. Ejemplos de estas configuraciones incluyen un sistema de bombeo en paralelo o en serie. La curva de la bomba se puede definir mediante la derivación de la ecuación cuadrática:${\displaystyle Q=-b\pm *\surd (b^{2}-4a(cH))/2a}$La ecuación calcula la eficiencia del cabezal de la bomba o del motor, que se puede graficar con la potencia eléctrica consumida para comparar sistemas hidráulicos. ^{[ 7 ]}

• Bomba neumática : bomba que utiliza la diferencia de densidad debida a la inyección de aire en el líquido . El efecto contrario. 
• Compresor – Máquina para aumentar la presión de un gas reduciendo su volumen. 
• Aire comprimido : aire a una presión superior a la atmosférica. 
• Neumática : Uso de gas a presión en sistemas mecánicos 
• Herramienta neumática , también conocida como herramienta de aire : herramienta accionada por aire comprimido suministrado por un compresor de aire. 
• Energía hidráulica (desambiguación)
• Energía hidroeléctrica : generación de energía mediante el movimiento del agua. 
• Energía hidráulica : uso de fluidos a presión para generar, controlar y transmitir energía.