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Cos’è il compressore?
Il compressore è un macchinario la cui funzione principale è quella di riuscire ad innalzare la pressione di un vapore o di un gas, attraverso l’energia meccanica di cui è capace e di cui dispone, trasformandola in pressione o energia di pressione.
Che differenza c’è tra una pompa ed un compressore?
A differenza della pompa, il compressore è in grado di agire su di un fluido detto comprimibile.
La storia del compressore
Prima di chiamarsi compressore era detto mantice, siamo infatti nel 1650 quando Otto von Guericke dimostrò, con gli emisferi di Magdeburgo, l’effetto della pressione atmosferica. Un argomento che destò moltissimo interesse fino a quando nacque l’esigenza di ventilare le miniere che rese obbligatorio il disporre di aria compressa da far circolare in tubazioni.
I compressori usati erano mossi dai motori a vapore dell’epoca, di tipo alternativo, che successivamente vennero affiancati da altri tipi, sia volumetrici che dinamici.
Classificazione dei compressori:
- compressori volumetrici, dove la compressione è data da movimenti meccanici ben definiti;
- compressori dinamici, dove la compressione si ha per via della velocità che si riesce ad imprimere sul corpo.
Inoltre i ventilatori e le soffianti sono dispositivi simili a compressori, che a differenza di questi ultimi comprimono poco o pochissimo il fluido (meno di 3 atm), per cui il loro scopo primario è quello di movimentare il fluido.
Quali sono le caratteristiche dei compressori volumetrici?
I compressori volumetrici sono in grado di aspirare un volume di gas a prescindere da quelle che risultano essere le condizioni di aspirazione e di mandata. La caratteristica principale è di avere una portata direttamente proporzionale alla velocità di rotazione ed un rapporto di compressione indipendente da questa.
Quali sono le caratteristiche dei compressori alternativi?
Nei compressori alternativi, la compressione è operata da un pistone, in moto alternativo all’interno di un cilindro.
Vengono utilizzati per comprimere piccole quantitative di fluido (meno di 0,6 m3/s) ad elevate pressioni (maggiori di 15 atm).
Compressori a palette e ad anello liquido
Sia i compressori a palette che quelli ad anello liquido, nonostante presentino forme diverse, sfruttano lo stesso principio costruttivo . Un rotore di forma circolare ruota all’interno di una cavità, creando camere a volume variabile, che permettono di ottenere la compressione del gas.
I due modelli però differiscono per il sistema di tenuta. Mentre il rotore di un compressore ad anello liquido è concepito per mettere in rotazione un liquido che ha la sola funzione di garantire la tenuta del gas, il rotore del compressore a palette spinge le stesse attraverso delle molle per mantenerle costantemente in contatto con le pareti della cavità, contro cui scivolano.
Il compressore a palette ha un minor consumo di energia, in quanto non deve mettere in rotazione un fluido relativamente pesante; viceversa, il compressore ad anello liquido ha un rendimento volumetrico nettamente maggiore, grazie alla migliore tenuta assicurata dal liquido rispetto alle palette.
D’altra parte, il compressore ad anello liquido può avere limitazioni dovute al liquido stesso, che potrebbe essere volatile.
Compressori a lobi
Nei compressori a lobi, due rotori (lobi)sagomati ad assi paralleli ruotano in sincronia in senso opposto creando camere progressive dalla bocca di aspirazione a quella di mandata.
Esistono anche modelli con numero diverso di lobi, normalmente 2 e 3, in grado di ridurre l’ingombro radiale. Questi compressori trovano impiego nei motori a ciclo Otto sovralimentati, come anche le soffianti usate nell’ossigenazione dell’acqua; hanno anche usi di processo, come ad esempio nella compressione del vapore negli evaporatori a ricompressione meccanica.
Sono usati a volte come primo stadio (booster) nei sistemi di generazione del vuoto spinto (meno di 0,01 mbar assoluti). Consentono rapporti di compressione di 2 : 1, raramente superiori (e per questa ragione sono anche detti soffianti). Sono macchine robuste e di lunga durata.
Compressori a vite
Nei compressori a vite, due viti a passo inverso e di diametro differente imboccano l’una sull’altra, in modo da creare con il corpo del compressore una cavità che progressivamente si sposta dalla zona di aspirazione a quella di mandata, diminuendo il volume, comprimendo così il gas.
Il rendimento meccanico è superiore agli alternativi e quindi, per applicazioni medio-grandi, sono preferibili a questi ultimi.
Compressori a spirale
I compressori a spirale utilizzano due alette a spirale una dentro l’altra, di cui una fissa e una con movimento planetario senza rotazione, in modo da comprimere i fluidi. In seguito al loro movimento reciproco e grazie al ridotto gioco tra le due spirali, intrappolano e pompano o comprimono sacche di fluido tra i rotoli.
Questi compressori hanno un elevato rendimento volumetrico. Questo tipo di compressore è stato usato sui motori della Volkswagen G60 e G40 nei primi anni ’90.
Turbocompressori
Nei turbocompressori, sono turbomacchine, dove lo scambio di energia con il fluido, avviene grazie alla rotazione di un girante e lo scambio di energia tra fluido e macchina avviene in un organo rotante.
I turbocompressori vengono utilizzati per comprimere fino a 15 atm grosse quantità di fluido.Un ruolo importante è svolto dall’efficienza con cui viene effettuato lo scambio energetico nei turbocompressori.
Lo scopo dello studio dei turbocompressori è quello di realizzare sistemi in cui lo scambio energetico sia il più efficiente possibile, e, soprattutto per le applicazioni aerospaziali, quello di studiare configurazioni che permettono elevati scambi energetici con peso e ingombro contenuti.
Compressore centrifugo
Simile alla pompa centrifuga, il compressore centrifugo viene impiegato negli impianti turbogas, in sostituzione dei compressori assiali.
Date le loro caratteristiche di ingombro essenzialmente radiale, non sono particolarmente adatti ai motori per uso aeronautico, per il quale sono stati utilizzati solo occasionalmente, essendo preferibili i compressori assiali.
Un altro campo di impiego molto vasto è quello della sovralimentazione di motori automobilistici. Possono essere impiegati in impianti di refrigerazione e/o condizionamento in sostituzione dei compressori volumetrici, quando sono richieste portate più elevate.
Compressore assiale
Viene chiamata compressore assiale, la macchina che non presenta la direzione del moto del gas radiale ma longitudinale.
In un compressore assiale, l’accoppiamento di un rotore e di uno statore, può produrre solo un salto di pressione molto basso (rapporti che vanno da 1,15 a 1,30) senza rischiare instabilità o ridurre troppo il rendimento (forti gradienti di pressione negativi nel flusso tra le pale, simile a quello in un diffusore).
Perciò il compressore assiale si presta bene al pluristadio: il flusso in uscita dallo statore è già pronto per l’ingresso nello stadio successivo. I rapporti di compressione possono arrivare a 30. Ogni stadio di un compressore assiale ha un piccolo ingombro longitudinale (in pratica, la larghezza della paletta più quella, simile del diffusore), e si prestano quindi bene a configurazioni ad alto numero di stadi – il che ovvia al basso rapporto di compressione.
Queste macchine sono quindi utilizzate nelle applicazioni di processo per grandi e grandissime portate e grazie alla facilità con cui si possono realizzare impianti pluristadio si riescono a raggiungere rapporti di compressione abbastanza alti. La loro configurazione li rende ideali per i motori a reazione.
Stallo e pompaggio
Pressione e portata sono due valori che condizionano il compressore. In un compressore generico, si definisce condizione di stallo quella in cui la portata del compressore si riduce a zero a causa di condizioni di aspirazione, o di mandata, anormali.
Il concetto di condizione di pompaggio è invece più complesso, e riguarda unicamente i compressori di tipo dinamico.
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