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:
| Industria | Riesgo del aceite |
|---|---|
| Farmacéutica | Contaminación de producto |
| Alimentos | Seguridad alimentaria |
| Electrónica | Defectos en semiconductores |
| Hospitales | Contaminación de oxígeno |
| Laboratorios | Resultados incorrectos |
| Pintado premium | Defectos 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:
| Recubrimiento | Propiedades |
|---|---|
| PTFE | Bajo coeficiente de fricción |
| Cerámico | Alta resistencia al desgaste |
| Níquel-carburo | Dureza 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:
| Tipo | Temp. descarga (una etapa a 8 bar) |
|---|---|
| Lubricado | 80-100°C |
| Oil-free seco | 250-300°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
| Aspecto | Lubricado | Oil-Free (seco) |
|---|---|---|
| Aceite en aire | <3 ppm | 0 ppm |
| Costo inicial | $ | $$-$$$ |
| Eficiencia (carga completa) | 100% base | 85-95% |
| Eficiencia (carga parcial) | Variable | Menor |
| Temperatura de descarga | 80-100°C | 150-180°C (post 2ª etapa) |
| Ruido | 65-75 dB | 70-80 dB |
| Mantenimiento | Aceite + separador | Rodamientos + engranajes |
| Vida del airend | 40,000-100,000 h | 25,000-50,000 h |
| Etapas (7-8 bar) | 1 | 2 |
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:
| Método | Aplicación |
|---|---|
| Camisas de agua | Enfriamiento de carcasa |
| Intercooler | Entre etapas |
| Aftercooler | Descarga final |
| Enfriamiento de engranajes | Caja de engranajes |
Certificación ISO 8573-1
Clases de Aceite
| Clase | Contenido máximo |
|---|---|
| 0 | Definido por usuario (más estricto que 1) |
| 1 | 0.01 mg/m³ |
| 2 | 0.1 mg/m³ |
| 3 | 1 mg/m³ |
| 4 | 5 mg/m³ |
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
| Aplicación | Clase requerida | Razón |
|---|---|---|
| Producción de semiconductores | 0 o 1 | Defectos microscópicos |
| Envasado farmacéutico | 0 o 1 | Contaminación de producto |
| Fermentación | 1 | Muerte de cultivos |
| Instrumentos médicos | 1 | Esterilidad |
| Soplado de botellas PET | 1 o 2 | Contacto con alimentos |
| Aire de respiración | 1 | Salud humana |
| Pintado automotriz | 1 o 2 | Calidad de acabado |
Consideraciones de Costo
Costo de Ciclo de Vida
| Componente | Lubricado | Oil-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:
- El proceso exige aire sin aceite
- El costo de contaminación > costo adicional
- Regulaciones lo requieren
- Riesgo reputacional es alto
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.