El aire atmosférico contiene humedad en forma de vapor de agua y, según las condiciones en las que actúa, este vapor puede o no condensarse en gotas líquidas.
En los procesos de compresión, el aire atmosférico aspirado por el compresor, con su estado higrométrico correspondiente, pasará totalmente a través del ciclo de compresión e irá a condensarse, por enfriamiento ambiental, en las conducciones y puestos de utilización.
Ello es debido a que la compresión del aire supone una elevación importante de su temperatura, que es función de la relación de compresión, y un aumento de presión (paso de presión atmosférica a presión de trabajo).
Por consiguiente, el aire atmosférico que va a ser comprimido no podrá saturarse en las cámaras de compresión por estar éstas a altas temperaturas y, consecuentemente, no habrá condensación durante el proceso de compresión.
Por otro lado, como el aire comprimido sale del compresor a una presión de trabajo constante (6 / 7 bar), la cual permanece constante si despreciamos las pérdidas de carga que origina todo el sistema de distribución de aire, podemos decir que la evolución de la humedad del aire comprimido es consecuente con la variación de temperatura.
Como el aire comprimido, una vez que sale del compresor, va recorriendo un camino hasta su utilización, con temperaturas que oscilan entre 125 ºC y 180 ºC para compresores de pistón y de unos 70 – 80 ºC para compresores rotativos, hemos de pensar que hay un cambio continuo de calorías con el medio ambiente y, por lo tanto, la temperatura del aire comprimido puede descender hasta un valor próximo a la temperatura ambiente.
Es aquí, al enfriarse, donde las condensaciones se producen en forma de gotas de agua que son arrastradas por el flujo del aire en su marcha hacia los puntos de utilización, pues en una red de aire comprimido, la temperatura del aire que circula corresponde a su punto de rocío, puesto que está saturado, y una variación de esta temperatura en menos producirá condensaciones. Por el contrario, una variación de temperatura en más, recalentará el aire pero mantendrá fijo el punto de rocío.
En consecuencia, para que en una instalación de aire comprimido no aparezca ninguna cantidad de agua, el aire comprimido, antes de ser distribuido a la red, debe haberse secado hasta un punto de rocío que sea inferior a la temperatura del aire ambiente en donde se utiliza.
Las condensaciones de vapores de agua y aceite son causa de una serie de inconvenientes tales como:
Corrosión de la tuberías metálicas.
Entorpecimiento en los accionamientos neumáticos.
Errores de medición en equipos de control.
Obstrucción de boquillas en chorros de arena.
Pintado defectuoso de superficies.
Degradación del poder lubricante de los aceites de engrase.
Oxidación de los órganos internos en los equipos receptores.
Aparición de escarcha en los escapes de las herramientas neumáticas.
Y, en general, bajo rendimiento de toda la instalación.
Para la deshidratación del aire comprimido, industrialmente, se dispone de diversos métodos, dependiendo el empleo de cada uno de ellos de la calidad que deseamos lograr en el aire comprimido.
PROCEDIMIENTOS DE DESHIDRATACIÓN
Para el tratamiento del aire a la salida del compresor:
Refrigerador posterior de agua.
Refrigerador posterior de aire.
Secadores:
- Secador frigorífico.
- Deshidratadores por adsorción.
Refrigerador posterior de agua
El más usual de los elementos existentes para disminuir el contenido de humedad en el aire comprimido es el refrigerador posterior, que se coloca inmediatamente después del compresor, estando preparados para condensar entre el 50/70 % de toda la humedad aspirada por el compresor.
Los refrigeradores posteriores, o intercambiadores de calor, reducen la temperatura del aire hasta unos 25ºC y emplean al agua como agente refrigerante.
Los refrigeradores por agua están básicamente constituidos por un haz de tubos por cuyo interior pasa el aire comprimido. El agua de enfriamiento circula a contracorriente del aire comprimido por el exterior del haz tubular. En su camino, el aire comprimido se dirige hacia el separador, que va incorporado en el refrigerador y que tiene por finalidad eliminar el agua y el aceite condensados durante la refrigeración.
Este principio se mantiene en los refrigeradores posteriores para medios y altos caudales de aire comprimido, o sea, hasta los 10.500 Nm3 / h
La temperatura de salida del aire del refrigerador es, aproximadamente,
10ºC superior a la de entrada del agua refrigerante. La temperatura que
se admite para el agua de refrigeración, es de 10 a 25ºC, y la presión
mínima del agua en circulación, de 0,5/0,7 bar.
La eficacia de un refrigerador viene dada por:
Por consiguiente, se ha de cuidar que la temperatura del agua utilizada para la refrigeración sea lo más fría posible si queremos que el aire comprimido salga del refrigerador a una temperatura lo más cercana posible a la temperatura ambiente. Ello querrá decir que hemos obtenido un aire exento de la mayor parte de humedad que contenía. De igual manera, es conveniente no utilizar agua de elevada dureza para la refrigeración, al objeto de evitar incrustaciones.
Refrigerador posterior de aire (aire-aire)
El refrigerador posterior de aire es un intercambiador de batería
aleteada que aprovecha el aire ambiente como fluido refrigerante. Es
preceptivo colocarlo a la salida del aire en el compresor, igual que los
refrigerados por agua; dispone como elemento de refrigeración el aire
producido por un grupo motor-ventilador.
Se aplican cuando el agua es escasa o no resulta fácil llevarla hasta el
mismo refrigerador, o cuando, por su precio, sería antieconómica una
refrigeración por agua.
El refrigerador de aire está constituido por una batería de tubos de
aletas por cuyo interior circula el aire comprimido, el cual viene
obligado a efectuar un largo recorrido a través del haz tubular para
conseguir el intercambio térmico aire/aire.
La refrigeración forzada del radiador se logra por la acción de un
electroventilador axial que ejecuta el soplado para conseguir el barrido
del aire caliente que despide el intercambiador mediante la entrada de
aire atmosférico.
Para alcanzar una buena eficacia en este sistema, es absolutamente
necesario que el aire aspirado por el ventilador sea lo más frío que se
pueda, siendo conveniente llevar a cabo una abertura en la sala de
compresores, cerca y enfrente del refrigerador, para que reciba
directamente el aire fresco del exterior.
Al igual que en los refrigeradores de agua, la temperatura de salida del
aire comprimido del refrigerador es, aproximadamente, 10ºC superior a la
temperatura de entrada del aire de refrigeración. Su mejor rendimiento
se obtiene cuando las condiciones ambientales se acerquen a los 15ºC de
temperatura y la humedad relativa se mantenga entre el 50 % y 70 %, como
máximo.
Los refrigeradores posteriores de aire-aire están dotados de separador
de condensados. Para eliminar éstos puede hacerse por medio de una purga
manual o automática.
El refrigerador es ambidextro, lo que permite efectuar las conexiones de
entrada y salida a derecha o a izquierda del aparato indistintamente,
situando el separador de condensados en la salida del aire comprimido.
El mantenimiento es muy escueto: según las condiciones ambientales, las
aletas de la batería se recubrirán progresivamente de polvo, grasas y
otras impurezas, por lo que es recomendable proceder a su limpieza
periódica mediante chorro de aire, puesto que la eficacia de
refrigeración disminuye a medida que se ensucia la batería.
Deshidratadores de aire comprimido
Los deshidratadores o secadores, son equipos destinados a tratar el aire
y los gases comprimidos, para reducir en ellos su contenido de vapor de
agua; así, si sufren un posterior enfriamiento, hasta alcanzar una
determinada temperatura límite (punto de rocío), no presenten
condensación alguna.
Para su más correcto funcionamiento y, en general, para contribuir a una
depuración efectiva del fluido comprimido, deben ir acompañados de los
siguientes elementos:
a) Un elemento corrector de la temperatura del fluido comprimido a
tratar para que éste, normalmente, no supere los 25 a 30°C a su admisión
al deshidratador. Por lo general, cubre esta misión el refrigerador
posterior que se coloca a la salida del compresor. Cuando no se disponga
del mismo, o fuera manifiestamente insuficiente su capacidad de
enfriamiento, deberá corregirse tal deficiencia.
b) En los secadores frigoríficos se recomienda un separador previo como
elemento protector de su suciedad y posfiltros que reduzcan las
partículas sólidas y el contenido de aceite.
c) En los deshidratadores por adsorción es indispensable disponer de un
prefiltro coalescente que tenga un gran poder de separación de aerosoles
de aceite y agua en fase líquida para preservar la vida útil del
adsorbente. Asimismo es conveniente agregar un posfiltro antipolvo cuya
finalidad es la de retener las partículas sólidas que puedan
desprenderse del material desecante.
Para cubrir adecuadamente todas las exigencias técnicas de utilización
del aire comprimido, se han creado diversas modalidades de secadores,
que conviene conocer en sus particulares características, pues si bien
cada modalidad, por su concepción técnica y diseño, responde plenamente
a unas determinadas condiciones de servicio, tanto funcionales como
económicas, al ser empleado en circunstancias distintas, deja de ser
recomendable o es francamente inadecuado.
Es importante percatarse de la diferencia entre una instalación
convencional de aire comprimido (la que lleva únicamente refrigerador
posterior, pulmón y filtro separador o cualquier otro equipo protector),
y una instalación de aire comprimido con secador, siendo los
deshidratadores por adsorción los de mayor eficacia y rendimiento.
El deshidratador constituye la última etapa en la depuración del aire, y
presenta las siguientes ventajas:
1) Punto de rocío constante, independientemente de la carga.
2) El costo de instalación de la red de aire comprimido se reduce un
30%.
3) Los gastos de mantenimiento de la maquinaria y herramientas
neumáticas se reduce un 75%.
4) Se evita la corrosión. La humedad relativa es inferior al 35% en
plantas de aire comprimido interiores.
5) Gastos de funcionamiento, incluyendo amortización, muy reducidos;
sólo un 5-10% de los costos totales de la producción del aire
comprimido.
6) Si el deshidratador es por adsorción, se logra obtener aire de la más
alta calidad según lo establece la norma internacional ISO-8573/1 en sus
clases 1, 2 y 3.
Los secadores pueden ser frigoríficos o por adsorción.
Los primeros tienen un amplio campo en la industria en general; en
cambio los deshidratadores por adsorción son apropiados para suministrar
aire seco a:
Instrumentación neumática.
Transporte neumático de productos a granel higroscópicos.
Industrias químicas y petroquímicas.
Transportadoras de gas.
Protección de circuitos eléctricos.
Industria electrónica.
Laboratorios, hospitales e industrias medicinales.
Industria de alimentación, de bebidas y del papel.
Arenadoras y pintado con aerosoles.
Y en todas aquellas aplicaciones o sectores que requieran aire
comprimido realmente seco.
Ejemplo ilustrativo de una instalación de aire comprimido en la que
se muestran las distintas alternativas para el tratamiento adecuado del
aire o gas comprimido; así como también la calidad que se logra en un
caso u otro.
