Glosario del aire comprimido industrial

En un compresor de dos etapas, el aire se comprime una primera vez (típicamente 1 → 3 bar), se enfría mediante un intercooler y se comprime una segunda vez (3 → 8-10 bar). Esta refrigeración intermedia disminuye el trabajo de compresión en la segunda etapa y reduce el consumo energético en torno a un 10 % respecto a un compresor estándar equivalente (del 6 al 11 % según el Sourcebook de aire comprimido del Departamento de Energía de EE. UU.). Ahorra más en los sitios que funcionan muchas horas: cuanto más funciona la máquina, mayor es el ahorro anual.

El compresor de garras utiliza dos rotores perfilados en forma de garra (claws) que giran en sentido contrario a muy alta velocidad, sin ningún contacto entre ellos ni con el estátor. El aire queda atrapado entre los rotores y el estátor y después se descarga. Tecnología oil-free certificada Clase 0 TÜV, especialmente adaptada a usos industriales exigentes (farmacia, agroalimentación, electrónica) en potencias de 15-55 kW. Existe en versiones de velocidad fija y VSD.

El motor de imanes permanentes sustituye el bobinado rotórico de los motores asíncronos tradicionales por imanes de neodimio-hierro-boro (NdFeB) o samario-cobalto. Ventajas: sin corriente inducida en el rotor (por tanto, sin pérdidas por efecto Joule en el rotor), par máximo en el arranque, compacidad. Puede alcanzar las clases IE4 e IE5 definidas por la IEC TS 60034-30-2; en los compresores de tornillo CEZIUM es IE4, IE5 a petición. La ganancia frente a un motor IE3 se cuenta en puntos de rendimiento: para un motor de 4 polos, el Reglamento (UE) 2019/1781 exige un 95,0 % en IE3 y un 96,0 % en IE4 a 75 kW (93,0 % y 94,5 % a 22 kW). Casi sistemático en los compresores CEZIUM VSD.

Un compresor oil-free comprime sin aceite en la cámara: tornillo seco (rotores sin contacto), scroll (espirales imbricadas), garras o inyección de agua en lugar de aceite. El aceite puede permanecer en el cárter de accionamiento, separado de la cámara. La ISO 8573-1 define la clase 0 como más estricta que la clase 1, a un nivel fijado por el usuario o el proveedor; en el catálogo, las garras la llevan con un ensayo TÜV. Se espera en los procesos en los que el aire toca el producto final: farmacia GMP, agroalimentación, electrónica, pintura de alta calidad.

El proceso PSA aprovecha la diferencia de adsorción de los gases en un tamiz molecular bajo presión (carbono para el N₂, zeolita para el O₂). Dos columnas adsorbentes alternan en un ciclo corto (15-60 segundos) entre una fase de adsorción (alta presión, el gas de interés atraviesa) y una fase de regeneración (baja presión, el tamiz se libera). Permite producir nitrógeno de 95-99,999 % de pureza u oxígeno al 93-95 %, in situ, a partir del aire comprimido existente. Sin dependencia de botellas ni cisternas.

La regulación PID (Proporcional-Integral-Derivativa) es el algoritmo estándar de control en lazo cerrado. En un compresor de velocidad variable, el PID lee la presión de salida (consigna de 7,5 bar, por ejemplo) y ajusta la velocidad del motor en tiempo real para mantenerla constante: componente proporcional (reacción inmediata a la desviación), integral (corrección de las derivas lentas), derivativa (anticipación de las variaciones). Bien ajustado, un PID mantiene la presión a ±0,1 bar de la consigna, lo que permite bajar la consigna al mínimo necesario: cada 0,1 bar ganado representa un 0,7 % de energía ahorrada.

El compresor scroll comprime el aire entre dos espirales: una fija y otra móvil que orbita (sin rotación propia). El aire atrapado entre las espirales se comprime progresivamente hacia el centro y después se evacúa. Ventajas: muy pocas piezas en movimiento, sin válvulas, funcionamiento discreto (de 55 a 70 dB(A) en catálogo), naturalmente sin aceite. Límites: caudales pequeños (de 0,3 a 5 m³/min en catálogo) y presión de 8 a 10 bar. Ideal para necesidades de laboratorio, sala blanca y aplicaciones médicas.

La unidad compresora (air-end) es el conjunto mecánico que realiza la compresión: dos rotores helicoidales en un compresor de tornillo, un rotor de paletas en un compresor de paletas, pistones en un compresor alternativo. Es la pieza más costosa de sustituir y la más expuesta a defectos de fabricación o de funcionamiento (lubricación, sobrecalentamiento). CEZIUM la cubre íntegramente durante toda la garantía de la máquina: 3 años, ampliada a 5 años mientras la instalación siga supervisada por SEENTINEL.

El VSD (Variable Speed Drive) es un variador de frecuencia electrónico que modula la velocidad del motor en tiempo real para ajustar exactamente la producción de aire comprimido al consumo. A diferencia de un compresor de velocidad fija, que alterna entre plena carga y descarga, el VSD modula de forma continua. Con un motor de imanes permanentes (clase IE4 en los compresores de tornillo CEZIUM), la máquina deja de funcionar en vacío cuando la demanda baja: un tornillo de velocidad fija en vacío sigue absorbiendo entre el 15 y el 35 % de su potencia sin producir nada, según el Sourcebook del Departamento de Energía de EE. UU.

El FAD (Free Air Delivery) es la medida normalizada del caudal útil de un compresor: el volumen de aire comprimido entregado a la salida, referido a las condiciones ambientales de aspiración (temperatura, presión atmosférica, humedad). Se mide según la norma ISO 1217, cuyo anexo C trata de los compresores completos de accionamiento eléctrico. Es el valor que se debe comparar entre fabricantes, no el caudal teórico calculado a partir de la cilindrada.

El caudal de un compresor puede expresarse en m³/min (metros cúbicos por minuto, en las condiciones reales de aspiración: altitud, temperatura, humedad del sitio) o en Nm³/h (metros cúbicos normales por hora, referidos a 1.013 mbar y 0 °C). En la placa de un compresor se indica generalmente el FAD (Free Air Delivery): el caudal real medido a la salida, referido a las condiciones de aspiración. Compare siempre caudales sobre la misma base: 6 m³/min FAD ≠ 6 Nm³/h. La conversión aproximada: 1 m³/min ≈ 56 Nm³/h para aire aspirado a 20 °C.

El mantenimiento predictivo instrumenta el compresor con sensores (vibración de rodamientos, temperatura de aceite/aire, presión diferencial de filtro y separador) cuyos datos alimentan una supervisión continua. La intervención se activa por la superación de un umbral o la detección de una deriva, no por un calendario fijo. Beneficios medios recogidos por la guía de operación y mantenimiento del Departamento de Energía de EE. UU. (2010): del 70 al 75 % de averías eliminadas, del 35 al 45 % menos de tiempo de parada, del 25 al 30 % menos de costes de mantenimiento; solo se cambia lo que debe cambiarse, y los componentes duran más. Se justifica ante todo donde una parada cuesta cara: compresor crítico para la producción, sin máquina de reserva.

La potencia específica es la relación potencia absorbida / caudal entregado, en kW/(m³/min). Es la métrica de referencia para comparar el rendimiento energético de dos compresores: uno de 30 kW a 5 m³/min consume 6 kW/(m³/min), uno de 30 kW a 5,5 m³/min consume 5,45, es decir, un 9 % mejor. Para los mismos 5 m³/min, a potencia específica constante, el segundo solo absorbe unos 27,3 kW en lugar de 30: 2,7 kW menos en cada hora de funcionamiento, que debe multiplicar por sus horas anuales y su precio del kWh. A menudo se omite en las fichas comerciales: recalcúlela siempre usted mismo.

La ISO 8573-1 no da ninguna cifra a la clase 0: la define como más estricta que la clase 1 (0,01 mg/m³ de aceite total), al nivel que precisen el usuario o el proveedor. Una clase 0 se declara, por tanto, con su umbral y su método de medición. En el sector, y en CEZIUM, designa una máquina sin aceite en la cámara de compresión: scroll, garras, tornillo seco, tornillo de inyección de agua. Un tornillo lubricado seguido de una filtración puede acercarse a ese nivel en el punto de uso, pero la máquina en sí no es clase 0. Es la exigencia habitual en farmacia, agroalimentación y electrónica.

El punto de rocío a presión (PDP) es la temperatura a la que, para la presión considerada, el vapor de agua contenido en el aire empieza a condensarse en gotas líquidas. Es el indicador de la humedad residual tras el secado. Un secador frigorífico estándar alcanza +3 °C PDP (Clase 4 ISO 8573-1), un secador de adsorción alcanza −40 °C PDP (Clase 2) o −70 °C PDP (Clase 1). Cuanto más bajo es el PDP, más seco es el aire y más costosa es la energía de secado: elegir la clase adecuada es un compromiso entre energía y proceso.

ATEX es el acrónimo del francés «ATmosphères EXplosibles» (atmósferas explosivas). Dos directivas europeas: la 2014/34/UE para los fabricantes de equipos (marcado Ex, certificación) y la 1999/92/CE para los empleadores (evaluación del riesgo, clasificación en zonas del sitio). Las zonas se clasifican en: 0 (atmósfera explosiva permanente), 1 (ocasional), 2 (rara). Un compresor instalado en zona ATEX debe ser compatible ATEX (material, racores, parte eléctrica). Afecta a la química, la petroquímica, la pintura, la agroalimentación (polvo de cereales), etc.

Las GMP (Good Manufacturing Practices) son las buenas prácticas de fabricación exigibles en la industria farmacéutica. En Europa, el marco de referencia es EudraLex Volumen 4, cuyo Anexo 1 (revisión 2022) trata específicamente de la fabricación de medicamentos estériles. Para el aire comprimido en contacto con el producto, las GMP piden una calidad definida, una instalación cualificada (IQ/OQ/PQ) y una vigilancia en el tiempo; la clase ISO 8573-1 elegida la fija el explotador en su expediente, a menudo con un aceite en clase 1 o 0.

El HACCP es un método sistemático de identificación, evaluación y control de los peligros (microbiológicos, químicos, físicos) significativos para la seguridad alimentaria. Obligatorio para todos los operadores del sector alimentario según el Reglamento europeo 852/2004. Para el aire comprimido en contacto con los alimentos (soplado de botellas, transporte neumático de ingredientes, envasado), el método no impone ninguna clase ISO 8573-1: el explotador la fija en su análisis de riesgos y la documenta, buscando en la mayoría de los casos un aceite en clase 1 o mejor para el aire que toca los alimentos.

La norma ISO 1217 «Compresores volumétricos: ensayos de recepción» define el protocolo de medición de las prestaciones de los compresores volumétricos (tornillo, pistón, paletas). El anexo C (el más utilizado comercialmente) precisa cómo medir el caudal de aire, la presión y la potencia absorbida en condiciones normalizadas. Solicite siempre los datos de prestaciones según ISO 1217: son la única base de comparación fiable entre marcas.

La norma ISO 8573-1 «Aire comprimido: contaminantes y clases de pureza» es la referencia mundial para especificar y verificar la calidad del aire comprimido. Define 3 columnas de clases: partículas sólidas (tamaño y concentración), agua (punto de rocío), aceite (concentración total en mg/m³). La clase se escribe [partículas:agua:aceite], por ejemplo [1:4:1]; es el explotador de la instalación quien fija la de cada uso, según lo que toque el aire.

La carga media (load factor) es la relación entre el consumo de aire medio real de un sitio y la capacidad máxima del compresor instalado. Se mide durante una semana con un registrador. Una siderurgia en continuo funciona cerca de su plena carga, un taller mecánico claramente por debajo. El variador gana más cuando la carga media está claramente por debajo de la capacidad y varía; a plena carga constante aporta poco, porque el motor ya gira cerca de su velocidad nominal.

El mecanismo CEE (Certificats d'Économies d'Énergie, los certificados franceses de ahorro energético) obliga a los vendedores de energía a promover ahorros de energía entre los consumidores, sean o no sus clientes. En concreto, para un compresor de aire, la variación de velocidad corresponde a la ficha IND-UT-102 «Système de variation électronique de vitesse sur un moteur asynchrone» (11.900 kWh cumac por kW, 15 años) o, para un motor de imanes permanentes, a la ficha IND-UT-114 «Moto-variateur synchrone à aimants permanents ou à réluctance» (9.200 kWh cumac por kW, 20 años). La prima cubre una parte del sobrecoste del VSD frente a la velocidad fija, que depende del precio del MWh cumac negociado. El cálculo se hace en kWh cumac (kWh acumulados y actualizados a lo largo de la vida útil convencional). El compromiso del financiador CEE debe producirse a más tardar en la aceptación del presupuesto, so pena de inelegibilidad.

La escala IE tiene cinco clases: IE1 (estándar), IE2, IE3 (Premium), IE4 (Super Premium) e IE5 (Ultra Premium). La IEC TS 60034-30-2 (2016) las define para los motores de velocidad variable, entre ellos los motores síncronos de imanes permanentes alimentados por variador; la IEC 60034-30-1 cubre, por su parte, los motores conectados directamente a la red. En Europa, el Reglamento (UE) 2019/1781 impone al menos IE3 de 0,75 a 1.000 kW desde el 1 de julio de 2021, e IE4 de 75 a 200 kW (2, 4 o 6 polos) desde el 1 de julio de 2023. Los motores de imanes permanentes pueden alcanzar IE5; en los compresores de tornillo CEZIUM son IE4, IE5 a petición.

El kWh cumac (acumulado y actualizado) es la unidad del mercado CEE. Representa la energía total ahorrada por una operación de eficiencia energética a lo largo de la vida útil convencional del equipo (15 años para la ficha IND-UT-102, 20 años para la IND-UT-114), actualizada al 4 % anual a partir del segundo año. Se valoriza al precio negociado con el delegatario. Para un compresor de 75 kW, las fichas dan 892.500 kWh cumac (IND-UT-102) o 690.000 kWh cumac (IND-UT-114).

La pérdida de carga (o ΔP) es la disminución de presión entre la salida del compresor y el punto de uso, causada por la fricción en las tuberías, los codos, las válvulas, los filtros y el secador. Una red bien diseñada pierde claramente menos del 10 % de la presión de descarga (Departamento de Energía de EE. UU.). Por encima, el explotador compensa elevando la consigna del compresor, y cada bar adicional cuesta alrededor de un 7 % de energía. Reducir la pérdida de carga (cambiar filtros saturados, redimensionar la red) es a menudo la primera medida de eficiencia energética que conviene adoptar.

Casi toda la electricidad absorbida por un compresor acaba convertida en calor. Según el Departamento de Energía de EE. UU., el calor disponible representa del 80 al 93 % de la electricidad absorbida, y un recuperador bien diseñado recupera del 50 al 90 %, es decir, del 40 al 84 % de la electricidad, a un nivel de temperatura aprovechable: aceite a 70-90 °C (fuente principal), aire de salida a 30-50 °C, aire ambiente a +10-20 °C. Tres tecnologías: aire-aire (reinyección hacia el taller), aire-agua (intercambiador en el aceite para ACS o calefacción), agua-agua (red de agua industrial). Se justifica en un sitio que necesita calor buena parte del año. Cubierta por la ficha CEE (certificados franceses de ahorro energético) IND-UT-103 «Système de récupération de chaleur sur un compresseur d'air» (sistema de recuperación de calor en un compresor de aire).