Compressore alternativo

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Un compressore alternativo è un tipo di compressore, ovvero una macchina che sfrutta il lavoro svolto da un motore per aumentare la pressione di un gas. La denominazione è dovuta al fatto che la compressione è operata da un pistone, in moto alternativo all’interno di un cilindro. È probabilmente il tipo più comune di compressore, sia per uso civile che industriale, ed è utilizzato soprattutto nella compressione dell'aria, ma anche per applicazioni di processo (cioè per comprimere gas diversi dall'aria.

Il gas da comprimere è aspirato nel cilindro dal condotto di aspirazione, mentre quello compresso è espulso dal cilindro verso il condotto di mandata. Solitamente nel condotto di mandata è presente un serbatoio (detto “polmone”) che serve a smorzare gli sbalzi di pressione e portata legati al moto alternativo del pistone. Comunemente i compressori alternativi sono azionati da motori elettrici o motori a combustione interna.

[modifica] Componenti del compressore alternativo

Il compressore alternativo è costituito dalle seguenti parti principali.

• Pistone: è l’organo deputato a comprimere il gas. Si muove di moto alternativo grazie ad un motore, al quale è collegato mediante un meccanismo biella-manovella. La superficie attiva del pistone (quella a contatto con il gas) si muove tra il Punto Morto Superiore (PMS) ed il Punto Morto Inferiore (PMI). La distanza tra i due punti morti è detta corsa del pistone.
• Cilindro: è la sede entro cui scorre il pistone.
• Testata: è la piastra di chiusura del cilindro, nella quale sono alloggiate le valvole.
• Valvola di aspirazione: è una valvola che mette in comunicazione il condotto di aspirazione ed il cilindro. Non è comandata ma automatica, ovvero si apre quando la pressione nel condotto di aspirazione è superiore a quella del cilindro, mentre si chiude nel caso contrario.
• Valvola di mandata: è una valvola che mette in comunicazione il cilindro ed il condotto di mandata. Non è comandata ma automatica, ovvero si apre automaticamente quando la pressione nel cilindro è superiore a quella nel condotto di mandata, mentre si chiude nel caso contrario.

[modifica] Principio di funzionamento

Quando il pistone si trova al PMI, la valvola di aspirazione è aperta e quella di mandata è chiusa. Questo istante corrisponde al punto 1 del diagramma pressione-volume. Il gas contenuto nel cilindro si trova alla pressione di aspirazione. Appena inizia la corsa del pistone, la pressione del gas all’interno del cilindro aumenta, grazie alla riduzione di volume, causando la chiusura della valvola di aspirazione. Quando si raggiunge la pressione di mandata (punto 2), la valvola di mandata si apre e lo spostamento del pistone fino al PMS spinge il gas fuori dal cilindro verso il condotto di mandata (punto 3). Un piccolo volume di gas, alla pressione di mandata, resta intrappolato nel cilindro, tra la superficie del pistone e la testata. Quando il pistone inverte il proprio moto, la pressione del gas diminuisce a causa dell’aumento di volume disponibile, fino alla pressione di aspirazione (punto 4). Quindi la valvola di aspirazione si apre e nel cilindro fluisce gas dal condotto di aspirazione, tornando quindi al punto 1 del diagramma.

Il ciclo descritto sopra è un ciclo ideale, mentre quello reale presenta delle differenze. Quando il flusso attraversa le valvole, esse causano una perdita di carico nel gas. Per questo motivo in realtà la pressione del gas nel cilindro nel tratto 2-3 è più alta di quella di quella di mandata. Analogamente, la pressione nel tratto 4-1 è in realtà inferiore a quella di aspirazione. Inoltre occorre tenere presente l’inerzia delle valvole. Il ritardo nell’apertura della valvola di aspirazione provoca un picco di depressione in prossimità del punto 4, mentre il ritardo nell’apertura della valvola di mandata provoca un picco di sovrapressione in prossimità del punto 2. Per queste ragioni principali il ciclo reale richiede un lavoro del motore superiore rispetto al caso ideale.

[modifica] Campo di applicazione

Il compressore alternativo è una macchina semplice e di tecnologia ormai matura. Esso è preferito agli altri tipi di compressore per utilizzi domestici o comunque per potenze installate molto limitate, proprio grazie alla sua semplicità. Di uso quasi universale nella compressione dell'aria (salvo che per alte e altissime portate, dove si tende ad usare rispettivamente i compressori centrifughi e assiali multistadio) consente dei rapporti di compressione di 7 : 1 - 9 : 1 per stadio; si possono quindi raggiungere pressioni di mandata particolarmente alte, come nella ricarica degli autorespiratori, in cui con 3 o 4 stadi si raggiungono pressioni di 250 bar e oltre.

Anche in usi di processo si utilizza specialmente per portate limitate e alti rapporti di compressione, che possono essere raggiunti anche in configurazioni a più di uno stadio. (In tal caso il gas è compresso in sequenza da più pistoni in serie)

I modelli che necessitano di lubrificazione con olio non sono in genere adatti alla compressione di aria pulita, quale quella per uso medico o strumentale, a causa delle tracce di olio e metalli dovute rispettivamente alla lubrificazione dei cilindri ed allo sfregamento pistone-cilindro. Esistono tuttavia modelli detti a secco che non usano olio (ma hanno forti limitazioni sui rapporti di compressione e delicata manutenzione).