thumb|Compresor cu piston cu 6 cilindri, putând funcționa cu 2, 4 sau 6 cilindri Un compresor cu pistonNegru, 1984, p. 12Ștefănescu, Dragoș Sfințeanu, Mircea Marinescu, Ioan Ganea, Stoian Petrescu (coordonatori), Lexicon de termodinamică și mașini termice. Vol. I A-E, Editura Tehnică, București, 1985, p. 212 este un compresor volumic care folosește pistoane în mișcare liniară alternativă, acționate de un arbore cotit pentru a furniza gaze la presiune ridicată. Se pot produce compresoare cu piston cu mai multe trepte, care pot realiza presiuni până la 1000 bar.Cosoroabă, 1964, p. 5
Cumpresoarele cu piston pot realiza rapoarte de comprimare mari, însă debite de gaz comprimat mai mici decât compresoarele centrifugale.Popa, 1986, pp. 271–272 Debitul de gaz furnizat de un compresor trebuie să corespundă celui cerut de consumator, lucru care se obține prin reglarea compresorului.Popa, 1986, p. 279
O variantă a compresorului cu piston este compresorul cu diafragmă. Honeywell Sundyne, How do Diaphragm Compressors Work?, sundyne.com, accesat 2026-06-03
Compresoarele cu piston sunt folosite de exemplu în sistemele de frânare cu aer comprimat ale vehiculelor feroviare și rutiere, în transportul gazelor prin conducte, în instalații de refrigerare, în industrie și la acționarea uneltelor pneumatice.
Descriere thumb|Schema unui compresor cu piston. 1 - piston, 2 - apațiu de lucru, 3 - segment de etanșare, 4 - supapă de aspirație, 5 - supapă de refulare. Un compresor cu piston este un compresor mecanic volumic, adică unul în care comprimarea gazului se realizează prin reducerea mecanică a volumului unui spațiu de lucru. El este utilizat pentru furnizarea de gaze de joasă, medie sau înaltă presiune. Realizează acest lucru folosind pistoane acționate de un arbore cotit.
Construcția unui compresor cu piston se aseamănă cu cea a unui motor cu ardere internă, însă din punct de vedere energetic funcționarea este inversată: motorul produce lucru mecanic sub forma rotației arborelui cotit, prin arderea unui combustibil, în timp ce compresorul consumă lucrul mecanic al mișcării de rotație al arborelui pentru a produce gaz comprimat cu energia internă definită prin presiunea și temperatura sa.
Gazul intră în galeria de aspirație, apoi în cilindrul de comprimare, unde este comprimat de un piston aflat într-o mișcare rectilinie alternativă realizată de un mecanism bielă-manivelă antrenat de un arbore cotit și apoi este refulat.
Clasificare După modul în care pistonul comprimă gazul, un compresor cu piston poate fi: cu simplu efect, la care comprimarea gazului se face pe o singură față a pistonului, într-un singur spațiu de lucru; cu dublu efect, la care comprimarea gazului se face alternativ pe ambele fețe ale pistonului, în două spații de lucru în care, simultan într-o cursă a pistonului, într-unul se face aspirația gazului iar în celălalt se face comprimarea și refularea; diferențial, la care pistonul are două părți de diametre diferite, la fel și cilindrul în care se mișcă, delimitând două spații de lucru, care formează două trepte, cu presiuni diferite; compound, care au două sau mai multe trepte, comprimarea realizându-se de către mai multe pistoane, fiecare în alt cilindru.
După raportul de comprimare compresoarele cu piston pot fi: de joasă presiune, unde raportul de comprimare este de 3–4; de obicei sunt compresoare cu o singură treaptă (monoetajate); de presiune medie, unde raportul de comprimare este de 4–50; de obicei sunt compresoare cu două-trei trepte; de presiune înaltă, unde raportul de comprimare este de 50–350; sunt compresoare cu mai multe trepte (multietajate); de presiune foarte înaltă, unde raportul de comprimare este 350–1000; sunt compresoare multietajate speciale.
Istoric thumb|Brevet al unui compresor cu cilindri în linie și acțiune simplă, al A & Z Daw, din 1902 Primele compresoare cu piston au fost compresoare cu dublă acțiune, în care pistonul unic nu comprima direct aerul, ci deplasa o masă de apă din cilindru. Această apă, pusă în mișcare de piston, acționa ea însăși ca un piston, mișcându-se alternativ în interiorul spațiului de lucru, comprimând astfel aerul din aceștia; de exemplu compresorul Sommeiller. Apa realiza etanșarea, nepermițând scăpările de aer. Supapele de aspirație și de refulare, la fel ca etanșările (segmenții) pistonului, erau cel mai adesea fabricate din piele, similar cu pompele de bicicletă.
Ciclul teoretic al compresorului cu piston cu spațiu mort thumb|Ciclul teoretic al unui compresor cu piston cu spațiu mort Ciclul unui compresor cu piston are patru faze, parcurse în sens invers acelor de ceasornic (deci este un ciclul „generator”). În continuare, în articol se vorbește, intuitiv, de aer ca agent de lucru, dar descrierile sunt valabile pentru orice alt gaz sau vapori:
Faza de aspirație: Pe măsură ce pistonul se deplasează dinspre punctul mort interior (PMI) spre punctul mort exterior (PME) volumul spațiului de lucru crește. Faza începe când depresiunea rezultată în camera de lucru aspiră aerul din galeria de aspirație prin supapa de aspirație, care se deschide automat datorită acestei depresiuni, deoarece este de fapt o supapă de reținere (de sens unic). Supapa de refulare este închisă, fiind și ea o supapă de reținere. Faza se încheie la sfârșitul cursei, când pistonul este în PME. Din punct de vedere termodinamic aspirația ideală este un proces izobar, la presiunea din galeria de aspirație.Negru, 1984, pp. 13–14Cosoroabă, 1964, pp. 12–13
Faza de comprimare: Când pistonul începe deplasarea spre PMI, aerul din interior este comprimat din cauza reducerii volumului spațiului de lucru, iar presiunea sa crește. Supapa de aspirație se închide, conform funcției sale de reținere. Faza se încheie la atingerea presiunii din conducta de refulare. Din punct de vedere termodinamic comprimarea ideală este un proces izentropic.
Faza de refulare: Când presiunea din spațiul de lucru depășește presiunea din galeria de refulare, supapa de refulare se deschide automat. Pistonul se deplasează în continuare spre PMI, refulând aerul comprimat. Faza se încheie când pistonul ajunge în PMI. Din punct de vedere termodinamic refularea ideală este un proces izobar, la presiunea din galeria de refulare.
Faza de destindere: Faza începe în PMI, unde între piston și chiulasă există un mic spațiu, care nu poate fi eliminat, numit spațiu mort, care conține aer comprimat. În relațiile matematice se folosește spațiul mort relativ, care este raportul dintre volumul spațului mort, și volumul cilindreei, :
La deplasarea pistonului spre PME volumul spațiului de lucru crește, iar aerul din spațiul mort se destinde. Datorită scăderii presiunii, supapa de refulare se închide. Faza se încheie când presiunea din spațiul de lucru scade până la presiunea din galeria de aspirație, iar ciclul se reia. Din punct de vedere termodinamic destinderea ideală este un proces izentropic.Negru, 1984, pp. 19–20
Cele patru faze se petrec în timpul a două curse ale pistonului (un du-te-vino, o rotație a arborelui cotit).
Ciclul real al compresorului cu piston thumb|Diagramă indicată a unui compresor cu piston ridicată experimental. Cifrele sunt dimensiuni (în mm) măsurate pe diagramă, urmând să fie convertite în volume și presiuni. Aria ciclului este măsurată cu planimetrul, gradat în cm2. Dreapta orizontală corespunde presiunii atmosferice (de 1 bar). Scara presiunilor este 20 mm/bar. Diagrama este aliniată pe o foaie de matematică cu pătrățele de 5 mm. Comprimarea și destinderea adiabatică nu pot fi realizate practic. Datorită comprimării, aerul se încălzește și încălzește și compresorul. Ca urmare, în faza de aspirație și la începutul fazei de comprimare aerul se încălzește de la compresor, în timp ce spre sfârșitul comprimării și în timpul refulării compresorul este cel încălzit de către aer. Fenomene similare apar și în faza de destindere. Ca urmare, procesele de comprimare și destindere se desfășoară politropic, cu un coeficient de transformare politropică care poate fi stabilit experimental pentru fiecare compresor.Negru, 1984, pp. 21–23, 31–32
De asemenea, pentru ca supapele de aspirație și refulare să se deschidă, pe fețele lor trebuie să existe o oarecare diferență de presiune, care să contrabalanseze acțiunea arcurilor care le țin închise în perioadele necesare. Aceste diferențe de presiune modifică presiunile ideale din fazele de aspirație, respectiv refulare, deformând ciclul teoretic.Negru, 1984, pp. 23–27
Aceste transformări din cele patru faze au loc cu creștere de entropie, ca urmare randamentul ciclului real este mai mic decât randamentul ciclului teoretic.Negru, 1984, p. 18
Debitul compresorului cu piston Debitul volumic al unui compresor ideal (fără spațiu mort) este volumul aerului aspirat și refulat de compresor în unitatea de timp, la parametrii de la aspirație:Negru, 1984, p. 14
unde este cilindreea, în [m3], este turația, în [rot/s], este diametrul pistonului, în [m], este cursa pistonului, în [m]. În practică se utilizează frecvent debitul pe minut:
Debitul masic este:
unde este densitatea aerului la aspirație.
În cazul compresorului real, debitul este mai mic decât cel al compresorului ideal. Raportul dintre debitul masic real, și cel ideal se numește grad de umplere indicat:Negru, 1984, p. 28Cosoroabă, 1964, p. 19
unde: este este raportul dintre presiunea de refulare, și cea de aspirație, (v. diagrama ciclului teoretic), este coeficientul de transformare adiabatică al destinderii.
Dacă se cunosc coeficienții de transformare politropică ai comprimării și destinderii și diferențele de presiune la aspirație și refulare se poate trasa diagrama p-V a compresorului, din care se poate deduce gradul de umplere.Negru, 1984, pp. 18–27 Dacă nu, el se poate deduce din diagrama indicată ridicată experimental. De exemplu, în diagrama experimentală din imaginea de mai sus gradul de umplere indicat este raportul segmentelor de 71 și 85 mm:
Raportul dintre debitul volumic real, și cel ideal (cilindreea) se numește coeficient de debit:Negru, 1984, pp. 35–36
Coeficientul de debit este ceva mai mic decât gradul de umplere indicat deoarece ține cont și de pierderile datorită regimului termic al compresorului, pierderile prin neetanșeități și cele datorită umidității aerului.
Puterea necesară antrenării compresorului cu piston Lucrul mecanic indicat, se determină prin planimetrarea ariei ciclului din diagrama indicată. Puterea indicată necesară antrenării compresorului este:
Puterea efectivă necesară antrenării compresorului este:Popa, 1986, p. 274Negru, 1984, pp. 44–45
unde este randamentul mecanic al compresorului, care în regim nominal (maxim) este de 0,8–0,98 în funcție de tipul compresorului. La regimuri parțiale acest randament poate scădea mult.Cosoroabă, 1964, p. 24
La calculul compresorului real trebuie avut în vedere factorul de compresibilitate.Negru, 1984, p. 33–35
Compresorul cu piston multietajat thumb|upright=1.5|Compresoare orizontale multietajate de foarte înaltă presiune, pe două axe Compresoarele cu piston care comprimă aerul într-o singură treaptă au o serie de limitări.
Limitarea datorită raportului de comprimare Cu cât raportul de comprimare (raportul dintre presiunea de refulare, și cea de aspirație, (v. diagrama ciclului teoretic) este mai mare, cu atât refularea începe mai târziu. La raportul critic, presiunea de refulare se atinge abia când pistonul ajunge în PMI, astfel că debitul refulat este nul. Pentru aer, acest raport critic este de c. 50, care este o limită superioară a posibilităților compresoarelor cu piston într-o treaptă.Negru, 1984, pp. 46–48
Limitarea datorită raportului de temperaturi În timpul comprimării temperatura aerului crește conform procesului politropic:
unde este coeficientul de transformare politropică.