1-3--a Compressore aria

L’aria viene aspirata e filtrata dal filtro posto sulla condotta di aspirazione, è molto importante il filtraggio perché eventuali polveri danneggerebbero di sicuro sia le valvole che i cilindri. L’aria verrà aspirata dal pistone di 1° stadio, quello con alesaggio maggiore. Successivamente durante la corsa verso il PMS l’aria verrà compressa e inviata nel refrigerante di primo stadio grazie all’unica via di uscita consentita dalla valvola di mandata.

All’uscita del refrigerante di primo stadio l’aria viene aspirata in pressione dal pistone con alesaggio inferiore di 1° stadio grazie alla valvola di aspirazione che ne permette l’ingresso in un solo senso. Il pistone di 1° stadio durante la corsa verso il PMS innalzerà la pressione fino ad uscire da cilindro grazie alla valvola di mandata che permetterà il suo ingresso al refrigerante di secondo stadio e la corsa verso il serbatoio di stoccaggio.

Punto cruciale di questa tipologia di compressori sono i cuscinetti del manovellismo in quanto sottoposti a sforzi notevoli e non periodici dovuti alla fase compressione specie sul lato del 2° stadio. Anche la lubrificazione del cilindro è importante però comporta l’inquinamento dell’aria in uscita dal compressore che deve essere filtrata da un sistema che permette la separazione sia del lubrificante che della condensa contenuta grazie ai due raffreddatori presenti sul compressore. In un compressore alternativo sarà presente quindi una pompa trainata con relativo filtro e manometro. L’olio serve anche da raffreddamento, però su compressori di grossa portata il raffreddamento è assicurato dalla circolazione di acqua dolce che oltre a raffreddare l’aria raffredda anche i cilindri con la stessa metodologia di un grosso motore a combustione interna.

COMPRESSORE ARIA ALTERNATIVO A DOPPIO EFFETTO

Sono quelli nei quali la compressione ha luogo in entrambe le corse che effettua in un giro.

COMPRESSORE ARIA ALTERNATIVO A MEMBRANA

Nei compressori a membrana si usa un cilindro con una membrana elastica al posto del pistone. Sono impiegati per piccole portate. Per la sua costruzione, l'aria compressa risulta priva di olio, pertanto è utilizzato nell'industria alimentare, farmaceutica e chimica. Un diaframma in materiale plastico extraduro aspira e comprime aria filtrata dall’esterno. L’aria è priva di qualsiasi sostanza che potrebbe inquinarla e quindi questa tipologia di compressori è molto usata in rami dove è prevista la purezza dell’aria come nei laboratori odontoiatri. A bordo trovano applicazione in piccole automazioni dove è prevista la purezza dell’aria.

COMPRESSORE ARIA ROTATIVO A PALETTE

L’aria viene aspirata attraverso un filtro di aspirazione e, passando in una valvola di aspirazione, entra nelle camere di compressione detta gruppo pompante. Il gruppo pompante è costituito da due componenti principali: il rotore e lo statore. Il rotore è montato eccentricamente rispetto allo statore (cioè l'involucro in ghisa melanitica che contiene il rotore), ed è munito di scanalature longitudinali. Lo statore, alimentato dal motore, ruota sul proprio asse sui cui sono montate delle palette innestate sulle scanalature.

La forza centrifuga permette alle palette di scivolare sulle scanalature del rotore ed uscire all'esterno fino a raggiungere lo statore.

Questo tipo di movimento meccanico provoca la pressione di tipo volumetrica, secondo il principio di riduzione di volume che si crea durante la rotazione nello statore tra rotore e palette. Un efficiente sistema di iniezione dell'olio garantisce la tenuta tra le parti in movimento, il raffreddamento e la lubrificazione del compressore.

Una pellicola di olio sulla superficie interna dello statore (e sulle bronzine) impedisce il contatto diretto tra le parti in movimento: in questo caso si può affermare che il compressore "galleggi nell'olio". La miscela di aria compressa e olio, passando attraverso varie fasi di separazione, meccaniche e a coalescenza, viene depurata fino ad un contenuto d’olio nell’aria inferiore a 5 ppm (parti per milione). Tramite una valvola di ritorno olio il compressore riutilizza l'olio separato dall'aria per raffreddare i componenti della macchina e ritornare nella camera olio.

COMPRESSORE ARIA ROTATIVO 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. Per ogni giro del rotore si ottengono due cicli di compressione.

L'aria da comprimere viene a diretto contatto con il liquido contenuto nella macchina e poiché la velocità di rotazione è relativamente alta, una certa quantità di liquido si mescola inevitabilmente con l'aria compressa. Pertanto il compressore deve essere munito di un filtro separatore sul lato mandata e di un dispositivo per mantenere costante il livello del liquido nella camera di compressione.

La regolazione è sovente ottenuta per laminazione all'aspirazione, eventualmente accoppiata con un reflusso tra mandata e aspirazione. 

COMPRESSORE ARIA ROTATIVO A LOBI

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.

COMPRESSORE ARIA ROTATIVO CENTRIFUGO ASSIALE

La loro architettura costruttiva comporta una serie di corone di palettature ruotanti, opportunamente profilate, intervallate da un’altra serie di corone di palette fisse. L’insieme di una corona di palette ruotanti, detta girante, e di una corona di palette fisse consecutiva, detta diffusore costituisce uno stadio o elemento del compressore. I condotti rotorici e statorici sono entrambi divergenti. Il rotore girando cede energia all’aria, aumentando notevolmente l’energia cinetica. Essendo i condotti della girante divergenti, l’energia cinetica associata alla velocità relativa diminuisce e si trasforma in energia di pressione. Lo statore, posto subito dopo il rotore, converte una parte della energia cinetica assoluta in energia di pressione in quanto i condotti sono divergenti.

COMPRESSORE ARIA ROTATIVO A VITE

Sono i compressori più utilizzati a bordo per i circuiti di bassa pressione (8 bar). Sono compressori con alte portate di aria, velocissimi nella messa in servizio, sono raffreddati sia ad aria ambiente che ad acqua dolce. Il principio di funzionamento è simile a quello a palette con la differenza che il rotore qui è formato da due vitoni elicoidali. Il cuore di questo compressore è il filtro disoleatore ovvero il filtro che ha il compito di separare l’olio dall’aria. Sono normalmente utilizzati come compressori stazionari con portate da meno di 2,5 a 85 m3/min ad una pressione fino a 10 bar (monostadio) a circa 28 bar (bistadio). Il compressore trova largo impiego nel campo dell'aria compressa a bassa pressione servizio automatismi e scafo, usualmente trainato da motore elettrico.

Come detto la macchina monostadio consiste di due rotori che ruotano in una cassa con due cilindri che si intersecano. Il rotore principale ha dei lobi che ingranano con le gole del rotore secondario. Molte macchine hanno 4 lobi sul rotore principale e 6 lobi sul rotore secondario. Un albero sul rotore primario serve all’accoppiamento di un motore elettrico o un motore diesel. Il rotore secondario viene condotto dal rotore principale, senza che vi sia contatto fra le due parti metalliche grazie al film d’olio fornito dall’iniezione d’olio. In alcuni casi, il rotore secondario è trascinato da una coppia di ingranaggi elicoidali che tengono i due rotori sincronizzati senza contatto. La cassa nella quale ruotano i due rotori ha un’apertura per il passaggio dell’aria aspirata ed un passaggio per lo scarico e punti per l’iniezione d’olio. I rotori sono sostenuti da cuscinetti a strisciamento alle due estremità. Un’estremità, oltre a sopportare i carichi radiali, impedisce il movimento assiale. Il cuscinetto all’altra estremità è libero in modo da permettere un’espansione termica. In quasi tutte le macchine la bocca d’aspirazione è situata sulla parte superiore del cilindro dal lato accoppiamento. La bocca di mandata è situata sulla parte inferiore e sul lato opposto. All’estremità della bocca di aspirazione, l’aria è aspirata fra il lobo del rotore principale e la gola del rotore secondario. Come viene

superata la bocca di aspirazione, l’aria è intrappolata fra i due rotori e le pareti del cilindro. Proseguendo la rotazione si riduce il volume e pertanto cresce la pressione e l’aria viene spinta verso la bocca di scarico. Come i rotori passano davanti alla bocca di scarico sia l’aria compressa che l’olio vengono espulsi.

Questo ciclo, naturalmente, avviene anche per tutti gli altri lobi e gole..

Il diagramma pressione-volume di un compressore a vite è simile a quello degli altri tipi di compressori volumetrici. L’effettivo ciclo di compressione è molto prossimo a quello di una trasformazione isoterma a causa della refrigerazione dovuta all’iniezione d’olio. L’efficienza generale di tale tipo di compressore dipende essenzialmente dal gioco fra i rotori.

Molte macchine sono progettate per una pressione relativa di mandata di 7 bar. Come abbiamo già visto se si lavora a pressioni più basse (es. 6 bar) o più alte (es. 8,5 bar) vi è una piccola perdita di rendimento.