1.2.1.10 Compressori

COMPRESSORI VOLUMETRICI ROTATIVI A VITE

Sono normalmente utilizzati come compressori stazionari con portate da meno di 2,5 a 85 mc/min ad una pressione fino a 10 bar (monostadio) a circa 28 bar (bistadio). Come compressore portatile è disponibile da meno di 2,5 a 140 mc/ min alla pressione fino a 12 bar (monostadio) e fino a 17 bar (bistadio). Il compressore trova largo impiego nel campo minerario, nel campo delle costruzioni come macchina portatile trainata generalmente da motore diesel. Si fa anche largo utilizzo di questo compressore nel campo industriale, 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. Nella macchina a due stadi, l’aria scaricata dalla prima coppia di rotori, viene immessa in una seconda coppia. Di solito la seconda coppia è montata sullo stesso albero e le due coppie sono separate da una parete. L’olio è iniettato sia nella coppia di rotori di alta pressione che in quella di bassa. Una tenuta fra i due stadi riduce al minimo le perdite.

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. Nelle macchine a due stadi, come detto, l’aria dal primo stadio passa nel secondo e segue lo stesso ciclo. Solitamente le macchine a due stadi risultano più efficienti di quelle monostadio.

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. I compressori a due stadi sono più efficienti, anche se più costosi, ma il risparmio energetico spesso suggerisce tale utilizzo.

I compressori portatili trainati da motore diesel, a bassi carichi, riducono la loro potenza ed il consumo di carburante, strozzando la valvola di aspirazione e riducendo la velocità del motore. Questo tipo di controllo permette una riduzione della portata, senza alcun gradino, fino a girare a vuoto.

Un compressore stazionario, se messo a vuoto solo con la chiusura della valvola di aspirazione, richiederebbe circa 70 ÷ 80% della potenza a pieno carico. Pertanto molti costruttori hanno sviluppato dei sistemi per ridurre la potenza assorbita che comprendono la chiusura della valvola di aspirazione, la depressurizzazione del serbatoio dell’olio e la riduzione della quantità d’olio immessa nel compressore. La potenza a vuoto, in tali sistemi, è di circa 15 ÷ 20% della potenza a pieno carico.

Si sono inoltre sviluppati sistemi che, a seconda della richiesta d’aria, possono variare la velocità del motore (ci vuole un inverter) ed adeguare così la portata, avere l’avviamento e l’arresto automatici o una regolazione doppia.

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. 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. 

COMPRESSORI VOLUMETRICI ROTATIVI A ELICOIDI ORBITANTI

Per questa tipologia di macchine, la compressione dell'aria è ottenuta per interazione di due elementi a spirale, uno fisso e l'altro con movimento orbitale. Il moto del rotore provoca una progressiva compressione dell'aria in quanto riduce il volume della camera di compressione. L’aria entra alla pressione atmosferica nella camera di compressione attraverso una luce che si trova sul lato esterno del rotore. Una volta che l’aria è stata aspirata, il rotore orbitante chiude la luce di aspirazione. Un flusso continuo di aria compressa esce dal rotore a spirale passando attraverso la luce di mandata che si trova nel centro della spirale fissa. Questo processo di compressione viene ripetuto all’infinito, generando una mandata di aria compressa priva di pulsazioni e ovviamente di olio. I compressori a elicoidi orbitanti sono adatti alla produzione di piccole portate d’aria (<1 bar) e per pressioni massime di 10 bar. 

COMPRESSORI VOLUMETRICI ROTATIVI TIPO 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 ALTERNATIVI A PISTONE

Compressori nei quali l’elemento premente ed in moto è un pistone avente moto alternato all’interno di un cilindro. Sono macchine a flusso intermittente, volumetriche, nelle quali l’elemento che effettua le fasi della compressione è un pistone avente un moto alternato all’interno di un cilindro.

Cilindri a semplice effetto: sono quelli nei quali la compressione ha luogo solamente in una delle due corse che effettua in un giro.

Cilindri a doppio effetto: sono quelli nei quali la compressione ha luogo in entrambe le corse che effettua in un giro.

COMPRESSORI VOLUMETRICI ALTERNATIVI 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 tipo odontoiatria.

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