I pilastri della compressione: i compressori alternativi si evolvono per soddisfare il crescente utilizzo di aria compressa

Compressore d'aria duplex Rand Drill Company precedente al 1900.

Con il passaggio dalle perforatrici a vapore alle più efficienti perforatrici ad aria compressa, i compressori d'aria alternativi si evolsero rapidamente . Negli Stati Uniti, la Rand & Waring Drill and Compressor Company introdusse il primo compressore d'aria Rand per alimentare le perforatrici nel 1872. Più o meno nello stesso periodo, l'inventore e imprenditore Simon Ingersoll fondò la Ingersoll Rock Drill Company, proseguendo la ricerca e lo sviluppo di compressori d'aria alternativi e perforatrici. Entrambe le aziende con sede a New York svilupparono modelli di compressori nuovi e più grandi, espandendosi rapidamente e diventando i due principali produttori di compressori d'aria. Quasi tutti i compressori d'aria di questo periodo erano azionati da motori a vapore. Tuttavia, oltre ai modelli integrali a vapore, entrambi i produttori svilupparono modelli a cinghia, come il grande compressore d'aria duplex Rand precedente al 1900, in Figura 1. Questi sfruttarono il crescente utilizzo di energia elettrica sia in corrente continua che alternata per gli azionamenti dei motori negli anni '90 del XIX secolo e oltre.

Già negli anni Novanta del XIX secolo, sia Ingersoll-Sargeant che Rand Drill avevano progettato compressori ad alta pressione in grado di produrre 1000 psig (69,0 bar) per impieghi iniziali come cannoni ad aria compressa e locomotive. Durante gli anni Novanta del XIX secolo, entrambe le aziende producevano attrezzature praticamente identiche per l'industria mineraria e l'edilizia, tuttavia i loro territori di commercializzazione erano diversi. Con la sovrapposizione dei loro territori, la rivalità aumentò e, nel 1905, si fusero per formare la famosa Ingersoll-Rand Company, che avrebbe guidato il settore dei compressori d'aria per gran parte del secolo successivo.

La Westinghouse Machine Company iniziò a costruire piccoli compressori d'aria per l'industria dei freni pneumatici ferroviari a metà degli anni '80 del XIX secolo e produceva piccoli compressori d'aria di avviamento per i suoi motori a gas e a olio , che richiedevano una pressione d'aria da 7 a 10 bar (da 100 a 150 psig) iniettata nei cilindri di potenza per l'avviamento. All'inizio degli anni '90 del XIX secolo, alcuni compressori azionati da macchine a vapore, come quello mostrato in Fig. 2, venivano prodotti da Westinghouse per applicazioni industriali.

Compressore d'aria a vapore Westinghouse, c. 1890.

Con l'avvento dell'era industriale, la compressione dell'aria trovò nuovi impieghi nel campo manifatturiero. Nel 1888, Viktor Popp, un ingegnere austriaco, sviluppò il primo impianto ad aria compressa in Europa, con una potenza iniziale di 2000 CV (1500 kW). Situato a Parigi, l'impianto raggiunse i 24.000 CV (18.000 kW) entro il 1891. Ben presto, altri inventori brevettarono una varietà di utensili e accessori funzionanti ad aria compressa. La città di Parigi divenne il centro di un acceso dibattito sul fatto che l'aria compressa avrebbe superato l'elettricità come tecnologia in evoluzione.

La Norwalk Iron Works , in seguito Norwalk Compressor Company , di Norwalk, Connecticut, brevettò un compressore d'aria monostadio a doppio effetto nel 1876, seguito da un brevetto per il primo compressore d'aria multistadio al mondo nel 1881. Un primo compressore d'aria Norwalk a due stadi è mostrato in Fig. 3 con un intercooler tra i cilindri. Il collegamento laterale azionava meccanicamente le valvole del compressore, in modo simile alla tecnologia utilizzata all'epoca per le macchine a vapore.

I primi compressori d'aria erano noti come "compressori a umido", con acqua a diretto contatto con l'aria per il raffreddamento durante la compressione. Inizialmente, l'acqua veniva introdotta in un flusso con l'aria, per poi essere iniettata sotto forma di spruzzo. Tuttavia, la presenza di acqua nel cilindro di un compressore alternativo era estremamente discutibile, sia per ragioni meccaniche che teoriche. Poco dopo l'invenzione di John Waring di un cilindro con camicia d'acqua (vedi l'edizione del mese scorso), anche Norwalk abbandonò il sistema a contatto diretto e sviluppò cilindri e testate con camicie d'acqua per il raffreddamento superficiale. Sperimentarono persino la circolazione dell'acqua attraverso un'asta cava fino al pistone. Tuttavia, il raffreddamento del pistone era difficile e fu presto eliminato.

Primo compressore d'aria a due stadi Norwalk.

Questi e altri progressi nella tecnologia dei compressori resero presto Norwalk un'azienda leader del settore, considerata così innovativa da meritarsi la copertina del numero del 12 giugno 1880 di Scientific American. Nel 1885 la Marina Militare statunitense utilizzò i compressori Norwalk per testare un cannone navale in grado di sparare proiettili ad aria compressa. Un catalogo del 1888 affermava che i compressori Norwalk potevano produrre pressioni di 5000 psig (345 bar), ritenuta la pressione dell'aria più alta mai raggiunta da una macchina commerciale pratica fino a quel momento. E nel 1891, una commissione internazionale riunita a Londra assegnò un premio di 1000 dollari alla Norwalk Iron Works per il compressore più avanzato al mondo.

Compressore d'aria a vapore Laidlaw-Dunn-Gordon Classe BB, c. 1901.

Con l'avvicinarsi del XX secolo, emersero diversi produttori di compressori d'aria, grandi e piccoli. La Laidlaw-Dunn-Gordon Company di Cincinnati e Hamilton, Ohio, iniziò a produrre compressori d'aria intorno al 1885. Nel 1899, la Laidlaw-Dunn-Gordon entrò a far parte di quella che sarebbe poi diventata la Worthington Pump & Machinery Company. La Fig. 4 mostra un compressore d'aria a vapore Laidlaw-Dunn-Gordon Classe BB del 1901 circa, con corsa di 254 mm, 45 CV (34 kW), 150 giri/min e valvole a fungo nel cilindro con alesaggio di 254 mm. Laidlaw-Dunn-Gordon continuò a essere un prolifico produttore di compressori d'aria, con molte macchine all'avanguardia, tra cui grandi macchine tandem con lanci su entrambi i lati di un volano centrale, come il Cincinnati Classe 11 del 1904 circa mostrato in Fig. 5, un compressore d'aria duplex a vapore a due stadi con corsa di 610 mm, 345 CV (257 kW) e 125 giri/min, con cilindri pneumatici da 813 mm (32 pollici) e 508 mm (20 pollici) di diametro, distribuzione Cincinnati e intercooler integrato. Prima della Prima Guerra Mondiale, Laidlaw-Dunn-Gordon aveva la più ampia gamma di compressori d'aria di qualsiasi altro produttore.

Compressore d'aria a vapore Laidlaw-Dunn Gordon Cincinnati Classe 11, c. 1904.

Sfruttando il crescente utilizzo dell'aria compressa in molti tipi di industrie, la Gardner Governor Company, un'azienda di Quincy, Illinois, produttrice di regolatori per macchine a vapore, produceva anche compressori d'aria alla fine del XIX secolo. Un esempio di un primo compressore d'aria Gardner azionato da macchina a vapore, con il famoso regolatore di velocità Gardner in cima, è mostrato nella Figura 6. Le linee di prodotti e il volume di produzione della Gardner crebbero rapidamente all'inizio del XX secolo e l'azienda si fuse con la Denver Rock Drill Company per diventare la Gardner Denver negli anni '20.

Compressore d'aria a vapore Gardner.

Il prossimo numero continuerà la rapida evoluzione dei compressori d'aria orizzontali che hanno supportato la rivoluzione industriale .