Il motivo è che, quando è necessaria una pressione di esercizio più elevata, l'uso di un compressore monostadio non solo è inefficiente, ma a volte risulta addirittura impossibile. La compressione multistadio consente al gas di raggiungere gradualmente la pressione richiesta, aumentando la pressione per fasi.
Risparmio energetico
Utilizzando la compressione a stadi, è possibile installare un intercooler tra uno stadio e l'altro per raffreddare il gas dopo il primo stadio di compressione, riducendone la temperatura prima che entri nello stadio successivo. La temperatura più bassa facilita l'ulteriore compressione, consentendo un risparmio energetico rispetto alla compressione monostadio. Maggiore è il numero di stadi, più il processo si avvicina alla compressione isotermica e maggiore è il risparmio energetico.
Nota: Nei compressori d'aria a vite con iniezione d'olio, il processo di compressione è già quasi isotermico. Se il raffreddamento prosegue oltre il punto di saturazione, si formerà della condensa. Se quest'acqua entra nel separatore d'olio, può emulsionare l'olio di raffreddamento, compromettendo la lubrificazione. Con l’aumentare della condensa, il livello dell’olio salirà, causando l’ingresso di olio nel sistema dell’aria compressa, il che può provocare gravi problemi.
Per evitare la formazione di condensa, la temperatura nella camera di compressione deve rimanere al di sopra del punto di rugiada. Ad esempio, se la pressione di scarico è di 11 bar (A), il punto di rugiada è pari a 68 °C. Se la temperatura della camera scende al di sotto dei 68 °C, si formerà della condensa, limitando l’applicazione della compressione isotermica nei compressori a iniezione d’olio.
Miglioramento dell'efficienza volumetrica
Per motivi legati alla produzione, all’installazione e al funzionamento, all’interno della bombola è sempre presente un certo volume libero, che riduce il volume effettivo della bombola. Il gas ad alta pressione che rimane in questo volume libero deve espandersi fino a raggiungere la pressione di aspirazione prima che possa entrare nuova aria, riducendo ulteriormente l’efficienza della bombola.
Maggiore è il rapporto di pressione, maggiore è l'espansione del gas residuo, con conseguente riduzione del volume effettivo del cilindro. In casi estremi, il cilindro potrebbe non aspirare alcuna aria. Ricorrendo alla compressione a stadi con rapporti di pressione inferiori per ciascuno stadio, il gas residuo necessita solo di una leggera espansione per raggiungere la pressione di aspirazione, aumentando così l'efficienza del cilindro.
Riduzione della temperatura dei gas di scarico
All'aumentare del rapporto di pressione, aumenta anche la temperatura dei gas di scarico. Temperature elevate dei gas di scarico possono causare problemi quali una minore viscosità del lubrificante, una maggiore usura e l'accumulo di carbonio, con il rischio di esplosioni. La compressione a più stadi riduce la temperatura dei gas di scarico, garantendo un funzionamento più sicuro.
Nota: la compressione a stadi riduce la temperatura di scarico e avvicina il processo alla compressione isotermica, migliorando così l’efficienza. Tuttavia, per i compressori a vite con iniezione d’olio con pressioni di mandata inferiori a 13 bar, l’olio di raffreddamento mantiene già il processo vicino alla compressione isotermica. L’aggiunta di ulteriori stadi aumenterebbe la complessità, i costi e le perdite energetiche a causa della maggiore resistenza al flusso d’aria, rendendolo meno efficiente.
Riduzione della forza del gas sull'asta del pistone
Nei compressori a pistone, quando si utilizza un elevato rapporto di compressione in un unico stadio, l'ampio diametro del cilindro genera forze elevate esercitate dal gas sul pistone. Ricorrendo alla compressione multistadio, tali forze vengono ridotte, consentendo una struttura più leggera e una maggiore efficienza meccanica.
Tuttavia, la compressione multistadio non è sempre la soluzione migliore. Un numero maggiore di stadi aumenta la complessità, le dimensioni, il peso e il costo del compressore, oltre a comportare un maggiore attrito e un rischio maggiore di guasti meccanici. Pertanto, è importante trovare il giusto equilibrio per ottenere prestazioni ottimali.