Principios fundamentales de la compresión: Los compresores alternativos evolucionan para satisfacer el creciente uso de aire comprimido.

Compresor de aire dúplex anterior a 1900 de Rand Drill Company.

A medida que las perforadoras de roca a vapor fueron reemplazadas por perforadoras neumáticas más eficientes, los compresores de aire alternativos evolucionaron rápidamente . En Estados Unidos, la Rand & Waring Drill and Compressor Company presentó el primer compresor de aire Rand para perforadoras de roca en 1872. Casi al mismo tiempo, el inventor y empresario Simon Ingersoll fundó la Ingersoll Rock Drill Company, continuando la investigación y el desarrollo de compresores de aire alternativos y perforadoras de roca. Ambas compañías, con sede en Nueva York, desarrollaron modelos de compresores nuevos y de mayor tamaño, expandiéndose rápidamente y convirtiéndose en los dos fabricantes más importantes de compresores de aire. Casi todos los compresores de aire de este período funcionaban con máquinas de vapor. Sin embargo, además de los modelos con motor de vapor integrado, ambos fabricantes desarrollaron modelos con transmisión por correa, como el gran compresor de aire dúplex Rand anterior a 1900 que se muestra en la figura 1. Estos aprovecharon el creciente uso de la energía eléctrica, tanto de corriente continua (CC) como de corriente alterna (CA), para el accionamiento de motores a partir de la década de 1890.

Ya en la década de 1890, tanto Ingersoll-Sargeant como Rand Drill contaban con diseños de compresores de alta presión que producían 1000 psig (69,0 bar) para usos iniciales como cañones de aire comprimido y locomotoras. Durante esa década, ambas compañías fabricaron equipos prácticamente idénticos para la minería y la construcción; sin embargo, sus territorios de comercialización eran distintos. A medida que sus territorios comenzaron a superponerse, la rivalidad aumentó y, en 1905, se fusionaron para formar la famosa compañía Ingersoll-Rand, que lideraría la industria de los compresores de aire durante gran parte del siglo siguiente.

A mediados de la década de 1880, la Westinghouse Machine Company comenzó a fabricar pequeños compresores de aire para la industria de frenos neumáticos ferroviarios y produjo pequeños compresores de arranque para sus motores de gas y petróleo , los cuales requerían una presión de aire de entre 100 y 150 psig (7 a 10 bar) inyectada en los cilindros de potencia para el arranque. A principios de la década de 1890, Westinghouse fabricaba algunos compresores accionados por máquinas de vapor, como el que se muestra en la figura 2, para aplicaciones industriales.

Compresor de aire Westinghouse accionado por vapor, c.1890.

Con el nacimiento de la era industrial, la compresión de aire adquirió nuevas aplicaciones en el sector manufacturero. En 1888, Viktor Popp, un ingeniero austriaco, desarrolló la primera planta de Europa que funcionaba con aire comprimido, con una potencia inicial de 2000 hp (1500 kW). Ubicada en París, la planta se amplió a 24 000 hp (18 000 kW) en 1891. Pronto, otros inventores patentaron diversas herramientas y accesorios que funcionaban con aire comprimido. La ciudad de París se convirtió en el centro de un intenso debate sobre si el aire comprimido superaría a la electricidad como la tecnología del futuro.

La empresa Norwalk Iron Works , posteriormente Norwalk Compressor Company , de Norwalk, Connecticut, patentó un compresor de aire de doble efecto de una etapa en 1876, seguido de una patente para el primer compresor de aire multietapa del mundo en 1881. En la figura 3 se muestra un compresor de aire Norwalk de dos etapas de los primeros modelos, con un intercooler entre los cilindros. El mecanismo lateral accionaba mecánicamente las válvulas del compresor, de forma similar a la tecnología empleada en las máquinas de vapor de la época.

Los primeros compresores de aire se conocían como «compresores húmedos», con agua en contacto directo con el aire para refrigerarlo durante la compresión. Inicialmente, el agua se introducía en un flujo junto con el aire, y posteriormente se inyectaba mediante pulverización. Sin embargo, la presencia de agua en un cilindro de compresor alternativo resultaba sumamente problemática, tanto por razones mecánicas como teóricas. Poco después de que John Waring inventara un cilindro con camisa de agua (véase la edición del mes pasado), Norwalk también abandonó el sistema de contacto directo y desarrolló cilindros y culatas con camisas de agua para la refrigeración superficial. Incluso experimentaron con la circulación de agua a través de un vástago hueco hasta el pistón. No obstante, la refrigeración del pistón era difícil y pronto se descartó.

Compresor de aire de dos etapas Early Norwalk.

Estos y otros avances en la tecnología de compresores pronto convirtieron a Norwalk en uno de los líderes pioneros de la industria, con una innovación tal que apareció en la portada de la revista Scientific American del 12 de junio de 1880. En 1885, la Armada de los Estados Unidos utilizó compresores Norwalk para probar un cañón naval que disparaba proyectiles con aire comprimido. Un catálogo de 1888 afirmaba que los compresores Norwalk podían generar presiones de 5000 psig (345 bar), considerada la presión de aire más alta jamás alcanzada por ninguna máquina comercial práctica hasta ese momento. Y en 1891, una comisión internacional reunida en Londres otorgó un premio de 1000 dólares a Norwalk Iron Works por el compresor más avanzado del mundo.

Compresor de aire accionado por vapor Laidlaw-Dunn-Gordon Clase BB, c.1901.

Con la llegada del siglo XX, surgieron numerosos fabricantes de compresores de aire, tanto grandes como pequeños. La empresa Laidlaw-Dunn-Gordon, con sede en Cincinnati y Hamilton, Ohio, comenzó a fabricar compresores de aire alrededor de 1885. En 1899, Laidlaw-Dunn-Gordon pasó a formar parte de la que posteriormente se convertiría en Worthington Pump & Machinery Company. La figura 4 muestra un compresor de aire Laidlaw-Dunn-Gordon Clase BB de alrededor de 1901, con una carrera de 254 mm (10 pulgadas), 45 hp (34 kW) y 150 rpm, accionado por vapor y con válvulas de asiento en el cilindro de 254 mm (10 pulgadas) de diámetro. Laidlaw-Dunn-Gordon continuó siendo un prolífico fabricante de compresores de aire, con numerosas máquinas avanzadas, incluyendo grandes compresores tándem con cojinetes a ambos lados de un volante central, como el compresor Cincinnati Clase 11 de alrededor de 1904 que se muestra en la figura 5. Este compresor era un compresor de aire dúplex de dos etapas, accionado por vapor, con una carrera de 610 mm (24 pulgadas), 345 hp (257 kW) y 125 rpm, con cilindros neumáticos de 813 mm (32 pulgadas) y 508 mm (20 pulgadas) de diámetro, distribución Cincinnati y un intercooler integrado. Antes de la Primera Guerra Mundial, Laidlaw-Dunn-Gordon contaba con la gama más amplia de compresores de aire de cualquier fabricante.

Compresor de aire Laidlaw-Dunn Gordon Cincinnati Clase 11 accionado por vapor, c.1904.

Aprovechando el creciente uso de aire comprimido en diversos sectores industriales, la Gardner Governor Company, fabricante de reguladores para máquinas de vapor con sede en Quincy, Illinois , también fabricaba compresores de aire a finales del siglo XIX. En la figura 6 se muestra un ejemplo de uno de los primeros compresores de aire Gardner accionados por una máquina de vapor, con el famoso regulador de velocidad Gardner en la parte superior. Las líneas de productos y el volumen de producción de Gardner crecieron rápidamente a principios del siglo XX, y en la década de 1920 se fusionó con la Denver Rock Drill Company para formar Gardner Denver.

Compresor de aire Gardner accionado por vapor.

El próximo número continuará la rápida evolución de los compresores de aire horizontales que impulsaron la revolución industrial .