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Compresores Libres de Aceite (Oil-Free)

Los compresores oil-free garantizan aire 100% libre de aceite en la cámara de compresión, esencial para aplicaciones críticas.

¿Por Qué Oil-Free?

En un compresor lubricado, aunque el separador remueve >99.9% del aceite, siempre queda un residuo (<3 ppm). Para algunas aplicaciones, esto es inaceptable:

IndustriaRiesgo del aceite
FarmacéuticaContaminación de producto
AlimentosSeguridad alimentaria
ElectrónicaDefectos en semiconductores
HospitalesContaminación de oxígeno
LaboratoriosResultados incorrectos
Pintado premiumDefectos de acabado

Tipos de Compresores Oil-Free

1. Tornillo Seco (Dry Screw)

Los rotores operan con holguras precisas sin contacto:

    ┌────────────────────────────────────┐
│ Sin aceite │
│ ╭───╮ ╭───╮ ╭───╮ │
│ ╱ ╲_╱ ╲_╱ ╲ │
│ ╲_ _╱ ╲_ _╱ ╲_ _╱ │
│ ╰─╯ ╰─╯ ╰─╯ │
│ ↕ 0.05-0.1 mm holgura │
│ ╭───╮ ╭───╮ ╭───╮ │
│ ╱ ╲_╱ ╲_╱ ╲ │
│ ╲_ _╱ ╲_ _╱ ╲_ _╱ │
│ ╰─╯ ╰─╯ ╰─╯ │
└────────────────────────────────────┘

Características:

  • Holguras de 0.05-0.15 mm
  • Recubrimientos especiales (PTFE, cerámicos)
  • Engranajes de sincronización externos
  • Dos etapas típicamente

Recubrimientos de rotores:

RecubrimientoPropiedades
PTFEBajo coeficiente de fricción
CerámicoAlta resistencia al desgaste
Níquel-carburoDureza extrema

2. Tornillo Inyección de Agua

Usa agua en lugar de aceite para sellar y enfriar:

Ventajas:

  • Compresión casi isotérmica
  • Una sola etapa para 7-10 bar
  • Agua es incompresible (mejor sellado)
  • Temperatura de descarga muy baja (~40°C)

Desventajas:

  • Sistema de tratamiento de agua
  • Riesgo de corrosión
  • Mayor mantenimiento

3. Oil-Free Clase 0

La certificación ISO 8573-1 Clase 0 garantiza:

"El aire no contiene aceite de ninguna fuente, incluyendo el ambiente"

Esto va más allá del compresor - requiere:

  • Compresor oil-free
  • Filtración del aire de admisión
  • Tratamiento del aire comprimido
  • Monitoreo continuo

Diseño de Dos Etapas

Los compresores oil-free de tornillo seco típicamente usan dos etapas con intercooler:

                    Intercooler

Etapa 1 ──────────┴────────── Etapa 2
(baja P) (alta P)
│ │
1→3 bar 3→8 bar
│ │
Alta temp. Enfriamiento Temp. moderada
(~180°C) (~40°C) (~160°C)

¿Por Qué Dos Etapas?

Sin aceite enfriando, la temperatura de compresión es mucho mayor:

TipoTemp. descarga (una etapa a 8 bar)
Lubricado80-100°C
Oil-free seco250-300°C

Temperaturas >200°C causarían:

  • Daño a recubrimientos
  • Deformación de rotores
  • Degradación de componentes

Solución: Dividir la compresión en dos etapas con enfriamiento intermedio.

Comparación: Lubricado vs. Oil-Free

AspectoLubricadoOil-Free (seco)
Aceite en aire<3 ppm0 ppm
Costo inicial$$$-$$$
Eficiencia (carga completa)100% base85-95%
Eficiencia (carga parcial)VariableMenor
Temperatura de descarga80-100°C150-180°C (post 2ª etapa)
Ruido65-75 dB70-80 dB
MantenimientoAceite + separadorRodamientos + engranajes
Vida del airend40,000-100,000 h25,000-50,000 h
Etapas (7-8 bar)12

Sistema Típico Oil-Free

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ ┌────────┐ ┌────────┐ ┌───────────┐ ┌────────┐ │
│ │Filtro │──→│Etapa 1 │──→│Intercooler│──→│Etapa 2 │ │
│ │Admisión│ │ │ │ │ │ │ │
│ └────────┘ └───┬────┘ └───────────┘ └───┬────┘ │
│ │ │ │
│ ↓ ↓ │
│ ┌─────────┐ ┌─────────┐ │
│ │Engranajes│ │Aftercooler│ │
│ │ sincr. │ └────┬────┘ │
│ └─────────┘ │ │
│ ↓ │
│ Aire comprimido │
│ 100% oil-free │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

Componentes Específicos

Engranajes de Sincronización

Como no hay aceite entre los rotores, necesitan sincronización mecánica:

  • Engranajes de alta precisión
  • Lubricación en caja separada (sellada)
  • Críticos para mantener holguras

Sistema de Sellado

Múltiples sellos previenen contaminación cruzada:

    Cámara de compresión     Caja de engranajes
(aire, sin aceite) (aceite de engranajes)
│ │
│ ┌──────────┐ │
└───→│ Sellos │←──────┘
│laberinto │
│+ carbono │
└──────────┘

Venteo a atmósfera

Enfriamiento

Sin aceite absorbiendo calor, el enfriamiento es crítico:

MétodoAplicación
Camisas de aguaEnfriamiento de carcasa
IntercoolerEntre etapas
AftercoolerDescarga final
Enfriamiento de engranajesCaja de engranajes

Certificación ISO 8573-1

Clases de Aceite

ClaseContenido máximo
0Definido por usuario (más estricto que 1)
10.01 mg/m³
20.1 mg/m³
31 mg/m³
45 mg/m³
Clase 0 vs. Oil-Free

Un compresor oil-free no garantiza automáticamente Clase 0. El aire de admisión puede contener vapores de aceite del ambiente (vehículos, otros compresores, industria cercana).

Para Clase 0, necesitas:

  • Compresor oil-free
  • Filtración de admisión con carbón activado
  • Posiblemente filtración adicional en descarga

Aplicaciones

AplicaciónClase requeridaRazón
Producción de semiconductores0 o 1Defectos microscópicos
Envasado farmacéutico0 o 1Contaminación de producto
Fermentación1Muerte de cultivos
Instrumentos médicos1Esterilidad
Soplado de botellas PET1 o 2Contacto con alimentos
Aire de respiración1Salud humana
Pintado automotriz1 o 2Calidad de acabado

Consideraciones de Costo

Costo de Ciclo de Vida

ComponenteLubricadoOil-Free
Equipo inicial$100K$150-200K
Energía (10 años)$500K$550-600K
Mantenimiento (10 años)$50K$80K
Total$650K$780-880K

Ejemplo para compresor de 100 HP

¿Cuándo Vale la Pena?

El oil-free se justifica cuando:

  1. El proceso exige aire sin aceite
  2. El costo de contaminación > costo adicional
  3. Regulaciones lo requieren
  4. Riesgo reputacional es alto
Alternativa

Para algunas aplicaciones, un compresor lubricado con filtración de carbón activado puede lograr Clase 1 a menor costo. Sin embargo, no puede alcanzar Clase 0.