GENERACION DE AIRE FARMACEUTICO

Caso de éxito de calidad de aire comprimido en industria alimentaria
En el sector agroalimentario, donde la higiene es requisito indispensable al estar
el aire comprimido en contacto directo o indirecto con los alimentos, se
requiere un aire comprimido industrial de gran pureza que no puede
transportar sustancias potencialmente peligrosas a los alimentos.
La calidad del aire comprimido se controla en la norma ISO 8573-1:2010 donde
se regula el nivel de contaminación admitido por contaminante en cada metro
cúbico de aire comprimido. La norma ISO 8573 establece los valores máximos
admitidos de partículas, humedad y aceite en el aire comprimido industrial.
Los elementos contaminantes presentes en el aire ambiente al comprimirse
multiplican su concentración, igualmente restos del aceite de lubricación de los
compresores son arrastrados, así como el agua que va condensando, formando
parte del aire comprimido en su producción, Por ello es de vital importancia su
posterior tratamiento. La única forma para comprobar que el tratamiento es
adecuado a la calidad exigida según la norma ISO 8573-1:2010 es mediante
la realización de mediciones continuas o mediante auditorias de calidad de
aire comprimido periódicas.
En su día hablamos de nuestro servicio de auditoría de calidad de aire
comprimido industrial para saber el nivel de calidad del aire comprimido.
Explicamos qué es una auditoría, cómo se realiza y qué beneficios tiene llevarla
a cabo. Podéis leer el artículo aquí y os lo resumimos en esta infografía.
¿Cómo asegurar la calidad del aire comprimido en tu instalación?
A continuación, explicaremos un caso de éxito en su aplicación para uno de
nuestros clientes de la industria alimentaria que precisaba mejorar la calidad
del aire en su línea de producción al estar este en contacto directo con el
producto.
Visitamos las instalaciones de este cliente y realizamos una auditoría de
calidad inicial de valoración que dio como resultado una calidad 4 :6 :3 según la
ISO 8573.
Durante la auditoría se detectó:



Un mal funcionamiento de las purgas, que provocaba entradas de agua
en el sistema, y que se hubiese humedecido el aire por lo que el punto de
rocío estaba muy elevado.
Instalación inadecuada de los filtros, pues se encontraban antes del
secador frigorífico y esto imposibilitaba su buen funcionamiento.
Filtros instalados en orden incorrecto, puesto que el filtro de carbón
activo no disponía de un post filtro que evitara que el polvo proveniente
del carbón activo entrara en el sistema.
Situación inicial: calidad de aire comprimido 4:6 :3
Según la ISO 8573 al ser industria alimentaria debía mejorar la calidad a clase
1:2:1 para todas las aplicaciones de aire comprimido.
Con el estudio técnico se determinó el tratamiento más adecuado para alcanzar
la calidad de aire comprimido deseada y se realizaron las siguientes mejoras:




Para tratamiento de partículas se eliminan los filtros existentes y se
sustituyen por pre filtros y post filtros CLEARPOINT de BEKO
Technologies en el orden correcto.
Para secado, se conserva el secador frigorífico DRYPOINT RA 1800 y se
añade un secador de adsorción EVERDRY FRA-V 1700 de BEKO
Technologies para alcanzar la clase 2 en humedad.
Para el tratamiento del aceite se añade una torre de carbón activo
CLEARPOINT V L1700 de BEKO Technologies
Tras la instalación se realizó una auditoría de comprobación y dio
como resultado clase 1 :2 :1 según ISO 8573.
Resultado final tras auditoría de calidad de aire comprimido 1:2 :1
Gracias a la implementación de estas mejoras el cliente conoce la situación
real de su sistema de aire comprimido y controla la calidad de su proceso
productivo consiguiendo mayor seguridad e higiene en su producción.
Si necesitas ayuda para saber la calidad del aire comprimido en tu instalación,
puedes contar con nuestro equipo.
Seguas puede ayudarte a mantener la calidad del aire comprimido industrial en
tu instalación para una mayor eficiencia en tu producción. Escríbenos a través
de nuestro formulario de contacto o llama al 976 45 55 84 o a tu gestor técnico
comercial de SEGUAS de tu zona y juntos estudiaremos la solución adecuada
para tu instalación de aire comprimido industrial.
Filtros de aire comprimido: Eficiencia energética y aire comprimido industrial
(Parte II)
En casi todos los sectores industriales el aire comprimido es una fuente de
energía muy importante. Como explicamos en la parte I de esta serie
de eficiencia energética y aire comprimido industrial el aire comprimido es
ya la cuarta forma de energía en términos de importancia por detrás del agua,
el gas y la electricidad.
La calidad del aire comprimido industrial varía de un sector a otro y de una
aplicación a otra ya que la calidad del aire comprimido debe adecuarse a cada
proceso productivo y debemos de realizar un tratamiento del aire
comprimido apropiado para cada calidad de aire comprimido requerida: aire
seco, sin aceite o estéril.
Tratamiento del aire comprimido industrial: ¿Por qué es necesario un
tratamiento en los sistemas de aire comprimido?
El aire comprimido industrial contiene en mayor o menor grado impurezas
líquidas y sólidas como aceite, vapor de agua, polvo o partículas sólidas que con
el tiempo, si no se tratan, producirán interrupciones en el proceso de
producción, desgaste en los equipos, productos acabados defectuosos, mayores
costes de mantenimiento, caída de presión e incluso contaminación del
producto final.
Por todo ello, se debe tratar el aire comprimido en las distintas fases del
proceso productivo eliminando las impurezas para que este sea de calidad.
Tipo y tamaño en micrones de los contaminantes atmosféricos
En el tratamiento del aire comprimido de una instalación neumática uno de los
elementos más importantes a tener en cuenta son los Filtros de aire.
Filtros de aire comprimido. ¿Qué son y cómo funcionan?
Los filtros de aire son uno de los elementos imprescindibles en el tratamiento
del aire comprimido industrial y deben ser atendidos con especial cuidado. Su
misión es limpiar el aire comprimido de cualquier impureza que pueda tener.
El aire comprimido generado por el compresor atraviesa el filtro aire industrial y
las partículas sólidas son retenidas por las diferentes capas que forman el filtro,
mientras que las gotas de agua que recibe el filtro son eliminadas mediante los
dispositivos de purga ubicados en la parte inferior del filtro.
Partes que componen un filtro de aire comprimido
Tipos de filtros de aire industriales para el tratamiento del aire comprimido.
Teniendo en cuenta las aplicaciones de los filtros de aire, podemos clasificarlos
de la siguiente manera:


Pre-filtros. Son los primeros filtros que se instalan después de los
compresores y sirven para eliminar las partículas más gruesas que son
superiores a 1 micra y que pueden ser aspiradas por el compresor.
Protegen a los secadores de aire comprimido.
Post-filtros Se instalan a continuación de los pre-filtros y su función es
proteger los accesorios y los equipos que se instalan en la red de aire
comprimido, así como los productos en cuya fabricación se utiliza el aire
comprimido. Podemos encontrar por ejemplo:
o Filtros de coalescencia. poseen alta eficacia en el grado de filtrado
eliminado partículas entre 0,01 y 1 micra que es el grado habitual
en la industria y eliminan aceite hasta 0,1 mg/m3
o
Filtros de carbón activo. Están basados en la adsorción y eliminan
el aire de proceso de vapores , olores y de aceites hasta 0,003
mg/m3. Son muy utilizados en industria farmaceútica y
alimentaria.
Normativa en Filtros de Sistemas de Aire Comprimido: ISO 8573-1.
Los filtros de aire son imprescindibles en las instalaciones de aire comprimido
para conseguir una calidad óptima de este. La forma de estimar el nivel de
calidad de aire se realiza siguiendo los parámetros de la norma ISO 8573-1. Esta
normativa regula el nivel máximo de contaminantes en el aire comprimido, en lo
referido a la cantidad de humedad, partículas y residual de aceite.
Podéis leer aquí el artículo que escribimos sobre la importancia de la calidad del
aire comprimido en la industrial y cómo se controla su calidad mediante la
realización de auditorías de calidad de aire comprimido.
Mantenimiento de filtros de aire en compresores
Contar con un filtro de aire en tu instalación de aire comprimido es necesario.
Además si éste es de calidad producirá un aire más limpio y si está bien
dimensionado respecto a la tubería tendrá una pérdida de carga o caída de
presión mucho más baja que uno de mala calidad.
Debemos pues elegir el filtro de aire más apropiado: aquel que ocasione la
menor pérdida de carga posible y que sea fiable, duradero y eficiente. Así
tendrás menos problemas en tu instalación y en los equipos alimentados con
aire comprimido y te supondrá ahorrar en consumos eléctricos y costes
económicos.
1 pérdida de carga de 1 bar es el equivalente
a un 8% de consumo de energía de un compresor
¿Cada cuánto tiempo debe cambiarse el cartucho filtrante en los filtros ?
El tiempo de utilidad eficiente de un filtro de aire comprimido ronda las 2000
horas de actividad, de media. El tiempo exacto dependerá del fabricante y de las
condiciones de uso del compresor. Debes revisar siempre las recomendaciones
del fabricante del filtro para asegurarte la mejor decisión a la hora de hacer su
mantenimiento. Pero la recomendación general y nuestra es cambiarlos 1 vez a
año.
Los filtros de aire no duran para siempre, comprueba su estado. En caso de
que estén desgastados o hayan cubierto la vida útil recomendada por el
fabricante, procede a la sustitución del cartucho filtrante.
En conclusión, los filtros de aire deben reemplazarse periódicamente para
garantizar que siempre haya disponible un suministro continuo de aire
comprimido de alta calidad.
Mejorar el consumo energético de los sistemas de aire comprimido es posible
siguiendo unas pautas muy sencillas:


Verificar el filtro de aire. Utilizar un filtro equivocado para el trabajo que
se está realizando puede causar problemas.
Sustituir el filtro. Lo idóneo es sustituir el cartucho filtrante del filtro de
aire para mantenerlo y alargar su vida útil. No obstante, si no fuera
posible, deberá sustituirse el filtro de aire por uno nuevo si está
desgastado o sobrepasa las especificaciones del fabricante.
Todas estas acciones de cuidado y mantenimiento del compresor, no solo
alargarán su vida útil, también aseguraran su funcionamiento y la realización de
un buen trabajo. En Seguas podemos ayudarte a evitar daños en tu instalación
de aire comprimido, te ofrecemos un servicio global de venta, instalación,
mantenimiento, puesta a punto y reparación de toda clase de equipos
neumáticos.
auditoria de calidad del aire comprimido industrial
La importancia de la calidad del aire comprimido en la industria
El aire comprimido es una de las fuentes de energía con mayor importancia y
que más se utiliza en casi todos los sectores industriales gracias a su seguridad,
rapidez y facilidad de uso.
Algunos estudios afirman que en la actualidad el aire comprimido
industrial supone ya más del 20% del consumo energético en las industrias.
El aire que se utiliza en estos procesos industriales debe ser tratado de manera
segura y fiable para conseguir que sea de alta calidad.
Por ejemplo, en el sector agroalimentario, donde la higiene es requisito
indispensable al estar el aire en contacto directo o indirecto con los alimentos,
se requiere un aire comprimido industrial de gran pureza, ya que de éste
dependerá la calidad del producto final.
También ocurre lo mismo en el sector farmacéutico que se rige por normas
higiénico sanitarias muy rigurosas y donde el aire comprimido industrial debe
estar libre de aceite para no contaminar la producción de fármacos.
¿Cómo se controla la calidad del aire comprimido industrial? Norma ISO 8573
La calidad del aire comprimido industrial se regula en las normas ISO. Las
normas vigentes actualmente relativas a la pureza y análisis de aire comprimido
son la ISO 8573 / ISO 12500 / ISO 7183 siendo la más utilizada la ISO 8573-1
2010 que regula el nivel de contaminación admitido por contaminante en cada
metro cúbico de aire comprimido.
Cada vez es más frecuente que las empresas productoras tengan que demostrar
que la calidad del aire comprimido industrial de sus procesos alcanza la calidad
requerida en la ISO 8573.
Clasificación de los contaminantes según la ISO 8573
En la ISO 8573-1 se clasifican los contaminantes en el aire comprimido
industrial, en lo referente a:



Partículas sólidas (polvo, suciedad, polen, microorganismos, humo, …)
Humedad (punto de rocío, vapor de agua …)
Aceite (en forma de aerosol, vapor …)
Valores de la ISO 8573
La ISO 8573-1, regula los valores máximos admitidos
de partículas, humedad y aceite en el aire comprimido industrial. Para ello ha
establecido una tabla que combina los diferentes grados de calidad requerida e
indica los niveles máximos de cada contaminante por metro cúbico.
El principio de designación de la clase de pureza del aire comprimido
industrial en el punto de medición especificado deberá incluir la siguiente
información, en el orden que se indica a continuación y separada por dos
puntos:
ISO 8573-1 Clase A:B:C
Dónde,



«A» corresponde al valor de clase definido para partículas sólidas en la
tabla anterior.
«B» corresponde al valor de clase definido para el agua en la tabla
anterior.
«C» corresponde al valor de clase definido para residual de aceite en la
tabla anterior.
Por ejemplo están son algunas clases típicas de calidad de aire comprimido
industrial según tipo de proceso.
Automoción
1-3-1
2-4-2
Farmacia
1-1-1
2-4-2
Alimentación
1-2-1
2-4-2
Consecuencias de la presencia de contaminantes y del uso de un aire
comprimido industrial de baja calidad
Utilizar aire comprimido industrial en tu instalación y en tus procesos que sea
baja calidad o contaminado puede dar como consecuencia:







Fallos en la instalación
Paradas de producción no deseadas con las consiguientes pérdidas de
productividad
Productos defectuosos
Desgaste prematuro en las instalaciones
Mayores costes de limpieza, reparación y de mantenimiento
Oxidación y corrosión en las tuberías de la red de aire comprimido
Mayor volumen de residuos etc
¿Cómo podemos saber el nivel de calidad de nuestro aire comprimido
industrial? La auditoría de calidad del aire comprimido industrial
¿Qué es una auditoría de calidad del aire comprimido industrial?
La auditoría de calidad del aire comprimido industrial es una valoración in
situ de que se cumplen los valores establecidos en la norma ISO 8573-1 2010
nombrados anteriormente. Es recomendable hacer auditorias periódicas o
constantes del proceso para evitar riesgos, o disponer de equipos fijos de
medición de estos parámetros según la sensibilidad del producto a fabricar.
¿Cómo se realiza una auditoría de calidad del aire comprimido?
Este tipo de auditoría de calidad del aire comprimido industrial la
realiza Seguas con los equipos adecuados para cada aspecto a medir.
Los técnicos especialistas de Seguas realizarán las mediciones de partículas,
punto de rocío y aceite directamente del flujo del aire comprimido de tu
instalación, in situ, utilizando los más avanzados sistemas de medición que les
permitirán recoger los valores con exactitud. Con los resultados de la medición
se emitirá un informe. En caso de que la calidad de aire no sea la adecuada se
incluirán propuestas de mejora de la instalación para lograr la calidad óptima.
¿Qué beneficios tiene realizar una auditoría de calidad del aire comprimido
industrial?
Los principales beneficios en una auditoría de calidad de aire comprimido
industrial son:






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Asegura la calidad de las producciones sensibles
Comprobación del buen estado de los sistemas de tratamiento
Asegura un mantenimiento eficaz de las instalaciones
Aumenta la vida útil de los componentes de la instalación
Permite a las empresas demostrar su calidad frente a clientes
Evita pérdidas económicas por daños en las producciones sensibles
Aumenta la fiabilidad y seguridad de los procesos productivos
“La suciedad, la humedad y el aceite están en todas partes. Pero no deberían
estar en tu aire comprimido”
Seguas puede ayudarte a mantener la calidad del aire comprimido industrial en
tu instalación para una mayor eficiencia en tu producción.
¿Quieres conocer la calidad del aire comprimido industrial de tu instalación?
Infórmate de nuestro servicio de auditoria de calidad de aire
industrial rellenando el formulario de contacto o llamando al 976 45 55 84 o a
tu gestor técnico comercial de SEGUAS de tu zona y juntos estudiaremos la
solución adecuada para tu instalación de aire comprimido industrial.
La filtración en las líneas de aire comprimido
Los filtros de línea son imprescindibles para la calidad del aire comprimido, pero
al mismo tiempo, son los menos atendidos en las redes de aire.

Fotos
Un filtro de línea es un equipo que se utiliza para el tratamiento del aire
comprimido. Su principal misión es limpiar el aire comprimido de impurezas de
todo tipo, incluso bacterianas.
Los filtros son los grandes aliados en las instalaciones de aire comprimido o gases.
Con ellos adaptamos la calidad del aire/gas a los requisitos de cada planta.
Habitualmente, la forma de estimar el nivel de calidad de aire se realiza siguiendo
los parámetros de la norma ISO 8573-1.
Esta normativa regula el nivel máximo de contaminantes en el aire comprimido,
en lo referido a la cantidad de humedad, partículas y residual de aceite.
En este artículo solo trataremos el nivel de partículas contaminantes, aceites,
agua en fase líquida y bacterias.
El ambiente desde el que aspiran el aire los compresores es muy variable. Por
muy limpia que parezca la atmosfera que rodea a un compresor, seguro que
puede contener algún elemento en suspensión que contamine nuestro sistema
de aire comprimido. Desde la instalación más simple a la más compleja, como
puede ser el aire medicinal, debemos analizar los límites de contaminación
máxima admisibles y seleccionar el sistema de filtrado adecuado a cada caso.
Por su aplicación, se podrían clasificar según la siguiente tabla:
- Pre-filtros. Son los primeros filtros que se instalan después de los compresores.
Su principal misión es eliminar las partículas gruesas que podrían ser aspiradas
por el compresor. Son, en sí mismos, los filtros protectores de la red de filtrado
que se instale a continuación. La mayoría de los fabricantes ofrecen estos filtros
con capacidad coalescente, es decir, que pueden eliminar una pequeña cantidad
de agua y aceite al mismo tiempo que eliminan las partículas sólidas. Su capacidad
de filtrado suele ser superior a 1 micra y 1 mg/m3 de aceite.
- Filtros intermedios. Se instalan a continuación de los pre-filtros y su misión es
proteger los distintos accesorios y equipos que se instalan en la red de aire. Sus
características se determinan en función de la calidad de aire requerida. Así
tendremos:

Filtros de partículas. Son como los pre-filtros pero de un mayor grado de
filtrado. Para partículas hasta 0,1 micras y para aceite o agua hasta 0,1



m3/m3. En la salida de los secadores de adsorción se suelen colocar estos
filtros con un grado de 1 micra.
Filtros de carbón activo. Dedicados a la eliminación de vapores y olores de
aceite. No los eliminan del todo, pero el residual que dejan es muy
pequeño. Como media 0,003 mg/m3.
Torres de carbón activo. Se emplean para reducir al máximo los residuales
de vapor de aceite y olores, con la idea de ser usadas en sistemas de
respiración humana.
Filtros catalizadores. Utilizados en sistemas de respiración humana para la
eliminación del Monóxido de Carbono (CO).
- Filtros finales. En este grupo incluimos todos los filtros específicos de protección
del sistema antes de su uso final. Como ejemplo, podemos considerar:


Filtros reguladores. Son pequeños filtros que se instalan sobre la máquina
de accionamiento neumático. Están formados por un filtro de partículas y
un regulador de presión. Para máquinas que necesitan lubricación, el
propio equipo de filtrado monta un lubricador. Estos equipos son
conocidos habitualmente como FRL.
Filtros bactericidas. Muy utilizados en aplicaciones medicinales o en
laboratorios. Se utilizan para la eliminación de determinadas bacterias en
el aire comprimido. Su mantenimiento requiere de una esterilización
periódica. Dependiendo de cada fabricante, ésta se puede realizar con
vapor o por autoclave. Tienen una vida útil muy corta, determinada por el
número máximo de esterilizaciones admitidas.
La estructura de los filtros es muy similar entre los distintos fabricantes. Cambia
principalmente el diseño interno, para mejorar las pérdidas de carga, la calidad
de los materiales de los elementos filtrantes, el grado de eficiencia y el diseño del
propio elemento.
Sobre la sección de un conjunto de filtros del fabricante Kaeser, vamos a explicar
las partes principales:
1. El cuerpo. Fabricado en distintos
materiales, suele ser de fundición de aluminio. Está dividido en dos partes, la
superior incluye las conexiones a la tubería y la inferior es desmontable para
poder cambiar el elemento filtrante. Se pueden suministrar fabricados en acero
y en ejecuciones especiales de acero inoxidable.
2. Elemento filtrante. Es la parte clave del filtro. Según su diseño podrá ser usado
para diferentes trabajos. Es muy importante conocer su eficiencia, tamaño de
partículas y su capacidad de coalescencia.
3. Sistema de purga del condensado. En la sección se puede observar una purga
interna de boya, que actúa por flotación sobre el condensado acumulado en la
parte inferior. Se pueden suministrar con otro tipo de purgas diferentes, como las
electrónicas, capacitativas o manuales.
4. Manómetro de presión diferencial. Este accesorio nos indicará el nivel de
suciedad que tiene el elemento filtrante. Existen muchos modelos diferentes, con
contactos libres de tensión para alarmas o transmisión del valor de la presión
diferencial mediante una señal de 4 a 20 mAmp.
5. Sistema de conexión modular. Es muy útil cuando en una misma instalación se
pueden juntar los pre-filtros y post-filtros, porque facilita el montaje y reduce las
pérdidas de carga.
6. Indicador de nivel de líquido. En las últimas generaciones de filtros no se suelen
incluir, debido a la fragilidad del indicador y el riesgo de fugas, pero son de gran
utilidad para ver si el sistema de purga está funcionando correctamente.
Una de las primeras cosas que tenemos que calcular al diseñar la instalación de
aire comprimido es la presión requerida para el compresor. Esto implica hacer un
estudio de la presión necesaria en la maquinaria a usar y sumarle a la misma la
presión equivalente a las pérdidas de carga, que tanto la tubería de interconexión
como los diferentes equipos instalados en ella van a crear.
Uno de los equipos que nos va a crear esa
pérdida de carga son los filtros. Tenemos que considerar que estos accesorios
tienen un valor de pérdida de carga cuando están nuevos y otro diferente cuando
están usados. Nuestra instalación será más eficiente cuanto mejor determinemos
el número de filtros necesarios y sus características. También deberemos fijarnos
en el diseño de los mismos porque en el mercado podemos encontrar soluciones
que mejoran el rendimiento del equipo de filtrado.
En la fotografía vemos un ejemplo con un filtro de Boge Compresores. Justamente
en la entrada de aire tiene instalado un ingenioso sistema, que reduce la pérdida
de presión que se produce cuando el aire comprimido entra en el filtro y realiza
un cambio brusco de dirección para ir a encontrarse con el elemento filtrante.
El valor de caída de presión que producen los filtros puede parecer pequeño, pero
recordemos que es constante, es decir, que una pérdida de presión de 200 gr.,
tendrá que ser compensada con un mayor consumo en el compresor para el resto
de la vida de la instalación.
Para seleccionar el filtro adecuado a la instalación que estamos diseñando,
debemos tener en cuenta varios aspectos:



La calidad del aire comprimido que queremos conseguir. Éste es un
aspecto vital de nuestra selección, porque determinará la elección del tipo
de filtros, grado de filtración y número de filtros a instalar.
El tamaño del filtro. Estará determinado por el caudal y la presión del
sistema de aire comprimido.
Tipo de filtro. Analizaremos si podemos usar filtros con carcasas de
aluminio o acero, si es necesario un proceso de esterilización o el sistema
de control de saturación y calidad del aire comprimido.
Recomendamos que la selección de los filtros la realicen los técnicos de los
fabricantes, pero si se trata de una instalación sencilla y se dispone de
documentación suficiente, se puede realizar teniendo en cuenta los datos de esa
documentación.
Los fabricantes suelen incluir en sus catálogos unas tablas de corrección sobre el
caudal indicado. Podemos ver como ejemplo, la que incluye Compair en sus
catálogos.
Estas tablas nos muestran la eficiencia del filtro, en función de la presión de
trabajo. La mayoría de los datos sobre el caudal indicado en los catálogos se
refieren a una presión de 7 barg. Cuando haya que trabajar a una presión
diferente, habrá que corregir el caudal en función de la citada presión. En la tabla
anterior vemos que para presiones por debajo de 7 barg, la capacidad de filtrado
se reduce y por el contrario a presiones superiores la capacidad de filtrado
aumenta.
Ejemplo. Supongamos un filtro con una capacidad de filtrado a 7 barg de 1,2
m3/min. Éste es un caudal muy estándar en filtros de 3/8” ó ½”. Aplicando los
factores de corrección de la tabla anterior obtendremos la capacidad de filtrado
real. Supongamos el cálculo de dos presiones, 5 barg y 10 barg:


Para 5 barg. 1,2 x 0,85 = 1,02 m3/min
Para 10 barg. 1,2 x 1,19 = 1,42 m3/min
Este efecto se produce debido a la capacidad comprensible de los gases. Como el
diseño del filtro está pensado a 7 barg, cuando disminuye la presión, aumenta el
volumen y por lo tanto la pérdida de presión en el filtro. Lo que nos obligaría a
reducir el caudal de filtrado o a elegir un filtro mayor.
Por la misma razón, al aumentar la presión el volumen disminuye haciendo a
nuestro filtro capaz de filtrar un caudal mayor. En este caso podríamos
seleccionar un tamaño de filtro inferior y ahorrar en el importe de compra.
Un último dato importante es que la información referida en las especificaciones
de los filtros siempre está considerada a una temperatura de 21ºC, esto quiere
decir que con un sistema de refrigeración por aire en el compresor, la
temperatura ambiente debería ser de 10ºC para la mayoría de los fabricantes.
Cualquier temperatura superior va a perjudicar la eliminación del aceite por
filtrado, debido a que este factor influye en la capacidad de separación. En
condiciones normales de funcionamiento, una cadena de filtrado compuesta por
pre-filtro, post-filtro y filtro de carbón activo, puede dejar un residual de aceite
de 0,003 mg/m3 aproximadamente.
Si la aplicación para la que necesitamos el aire comprimido es muy sensible a la
contaminación por aceite (aplicaciones de laboratorio, alimentación, medicina,
instrumentos, etc.), recomendamos no optar por un sistema de filtrado solo, sino
usar compresores exentos de aceite adecuados al proceso.
Filtración en Sistemas de Aire Comprimido
Publicado a las 13:25h in Aire Comprimido por Serviaire 0 Comentarios
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Compartido
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Un metro cúbico de aire comprimido contiene más de cien millones de
partículas de suciedad, cantidades considerables de agua y aceite, virus y
bacterias, e incluso partículas de metales pesados como el plomo, el cadmio y el
mercurio. Si el aire comprimido no se filtra, no se puede garantizar a medio o
largo plazo el funcionamiento sin problemas de los componentes del sistema,
como válvulas o cilindros. Por ejemplo, un aire comprimido mal tratado puede
contaminar las válvulas de control y hacer que las juntas se hinchen y se
desgasten prematuramente.
Los filtros desempeñan un papel importante en el proceso de tratamiento del
aire comprimido. Dependiendo de la aplicación, los estrictos estándares de
pureza requieren la eliminación de una amplia variedad de contaminantes,
incluidos los aerosoles y vapores de hidrocarburos.
Las impurezas que se encuentran en el aire comprimido pueden provenir de
diferentes fuentes. Con el aire aspirado puede penetrar el polvo o el polen
existente en el aire ambiente, mientras que un depósito o las tuberías de la
red general corroídos con el tiempo pueden aportar partículas dañinas y
contaminantes al aire ya comprimido. Los aerosoles y los vapores de aceite son
debidos en la mayoría de las instalaciones al uso de compresores lubricados y
deben filtrarse antes del uso final. En el aire ambiente urbano y en zonas
industriales también existe una concentración media de hidrocarburos entre
0,03 y 0,10 mg/m3, considerándose un valor medio de 0,05 mg/m3, por lo que
habrá existencia de hidrocarburos en el aire aspirado por los compresores y por
tanto también se encontrará en el aire comprimido, aunque los compresores
sean exentos de aceite.
Dependiendo de las aplicaciones del aire comprimido existen diferentes
requisitos de pureza del mismo. La presencia de contaminantes debe ser
limitada, no pudiendo exceder unos niveles aceptables, según la aplicación, para
evitar daños en equipos o en los procesos de producción.
En los sistemas de filtración de aire comprimido hemos comprobado en
numerosas ocasiones errores de instalación, como filtros montados
incorrectamente, filtros mal dimensionados, o filtros instalados en el lugar
equivocado. El usuario de una instalación de aire comprimido debe entender la
importancia de la colocación de los filtros adecuados en su instalación. Un
sistema de filtración mal diseñado o mal instalado puede ocasionar costes y
problemas técnicos, como caídas de presión excesivas o saturación rápida de
los elementos filtrantes.
Tipos de Filtro en Sistemas de Aire Comprimido
Existen distintos tipos de filtros en función de la clase de filtración, dependiendo
de los materiales y la estructura de los elementos filtrantes. Dentro de las
distintas categorías de filtros para aire comprimido se encuentran las siguientes:
filtros cerámicos, filtros separadores de agua, filtros coalescentes de distintos
grados de filtración, filtros y torres de carbón activo, y filtros estériles y de
vapor.
1. Filtros Cerámicos: los filtros cerámicos se utilizan con compresores
alternativos de pistón, donde hay una mala calidad del aire comprimido. Los
elementos filtrantes son bujías cerámicas y su capacidad de filtrado es superior
a 5 micras. Desde la implantación hace años de los compresores rotativos de
tornillo sustituyendo a los compresores alternativos de pistón, este tipo de
filtros ha ido desapareciendo de las salas de compresores.
2. Filtros Separadores de Agua: Los filtros separadores de agua se utilizan
para eliminar grandes cantidades de condensado, como por ejemplo la que se
genera en los refrigeradores posteriores de los compresores provocada por el
enfriamiento del aire comprimido. Estos filtros en la mayoría de los casos no
llevan elementos filtrantes, produciéndose mecánicamente la separación del
condensado al circular el aire comprimido por un difusor centrífugo que provoca
su precipitación en la base del filtro para ser eliminada posteriormente.
3. Filtros Coalescentes: los filtros de coalescencia se utilizan principalmente
para eliminar partículas e hidrocarburos conforme a su grado de filtración,
aunque también eliminan parte de la humedad del aire comprimido. Su
capacidad de filtrado de partículas comprende desde 5 micras hasta 0,01
micras, y en hidrocarburos desde 3 mg/m3 hasta 0,005 mg/m3. Los elementos
filtrantes están fabricados con materiales de microfibra de borosilicatos y de
poliéster. En los filtros coalescentes las partículas, el agua y los hidrocarburos
quedan adheridos por coalescencia a la fibra del elemento filtrante, formando
gotas cada vez mayores que caen hacia la base del filtro, siendo eliminadas
posteriormente. Cuando el elemento filtrante se satura debe ser sustituido para
evitar pérdidas de presión que provoquen un mayor consumo energético.
4. Filtros y Torres de Carbón Activo: los filtros y las torres de carbón activo se
utilizan para la eliminación de vapores y olores de hidrocarburos. Su capacidad
de filtración es para un contenido residual de aceite de hasta 0,003 mg/m3. Los
filtros y las torres de carbón activo deben ir precedidos por filtros coalescentes
para evitar que se saturen rápidamente. Los elementos de los filtros tienen
carbón activo en su superficie para la retención y la eliminación de los
hidrocarburos del aire comprimido, mientras que las torres disponen en su
interior de carbón activo como material adsorbente. En estas últimas hay que
instalar siempre un filtro posterior de partículas para la retención del posible
polvo de carbón activo que pudiera salir con el aire comprimido.
5 .Filtros Estériles y de Vapor: los filtros estériles se utilizan para la retención de
bacterias, virus y otros microorganismos. Las carcasas de los filtros estériles
deben ser de acero inoxidable. Para asegurar la esterilidad de los elementos
filtrantes es necesario esterilizarlos con regularidad con vapor saturado a alta
temperatura, para lo que se utilizan los filtros de vapor con el fin de garantizar
la máxima seguridad del proceso. También se puede realizar la esterilización
mediante un autoclave.
Si conoce los requerimientos de la calidad del aire comprimido de su
instalación, puede seleccionar el sistema de filtración
adecuado. Independientemente de si se requiere el aire para un alto nivel de
filtración o de que no haya contaminantes básicos, la purificación y el
tratamiento del aire comprimido son fundamentales para los procesos de
fabricación. Consulte los filtros de Serviaire o contacte con nosotros para más
información.
Normativa en Filtros de Sistemas de Aire Comprimido
Los filtros son de una gran importancia en las instalaciones de aire comprimido
o gases. Con ellos adaptamos la calidad del aire a las necesidades de cada
instalación. La forma de medir el nivel de calidad del aire comprimido se
realiza siguiendo los parámetros de la norma ISO 8573-1:2010.
La norma internacional ISO 8573-1 se estableció en 1991 para afirmar la
importancia que tiene la calidad del aire comprimido, siendo su última
actualización en 2010. La calidad del aire se define con la clasificación de la
calidad para tres tipos de contaminantes: partículas sólidas, contenido de
humedad y contenido residual de aceite. Las clases van de 1 a 9, y X,
representando los números más bajos una mayor pureza del aire. La norma ISO
8573-1 especifica los niveles máximos permisibles de contaminación y de
partículas, según tamaños, para las respectivas clases de calidad. La clase de
calidad del aire le ayudará a identificar qué tipo de productos para el
tratamiento del aire comprimido son necesarios.
Partes de las que se compone un filtro
Las dos partes principales que componen un filtro son la carcasa, o cuerpo del
filtro, y el elemento filtrante. Otras partes que lo componen son el sistema de
purga, y el manómetro o indicador de presión diferencial.
La carcasa de un filtro puede estar fabricada en distintos materiales. En los
filtros coalescentes y de carbón activo con conexión roscada es de aluminio,
mientras que en los modelos para grandes caudales con conexión embridada
son de acero al carbono galvanizado. En los filtros de vapor y estériles las
carcasas son de acero inoxidable.
El diseño de la parte superior de la carcasa es básico para optimizar el
rendimiento del filtro, reducir al máximo la pérdida de presión y facilitar el
cambio de los elementos de filtro de manera sencilla.
El elemento filtrante es la parte fundamental del filtro. Su diseño y materiales
son fundamentales para que tengan una amplia superficie que reduzca la
resistencia al flujo y de esta forma conseguir que la pérdida de presión sea
mínima. La conexión a la carcasa debe estar también optimizada y la sustitución
del elemento debe ser sencilla y rápida.
Los elementos de filtro son un consumible que se adquiere de forma
independiente, debiéndose comprobar al sustituirlos que las características de
eficiencia y grados de filtración coinciden con las de los elementos a sustituir.
El manómetro de presión diferencial o un indicador óptico nos indican el grado
de saturación del elemento filtrante y cuando se debe realizar la sustitución
del mismo. Cuando el manómetro diferencial se encuentra en la parte superior
de la carcasa del filtro no es muy fiable, siendo aconsejable seguir las
instrucciones del fabricante del filtro respecto a la duración del elemento
filtrante para su sustitución. El manómetro diferencial es fiable si sus puntos de
conexión están a la entrada y a la salida del filtro, sin conexiones internas que
puedan obstruirse.
Clases de purga para filtros
 Manual: los condensados se drenan manualmente abriendo la llave de
purga que se encuentra en la base de la carcasa. Este tipo de purga se
suele montar en filtros situados en puntos donde por el tratamiento
previo no debe llegar humedad, como filtros de carbón activo o
postfiltros de partículas, por lo que requieren que se revise regularmente
la existencia de condensados.
 Semiautomática: este tipo de drenaje está normalmente cerrado cuando
el filtro se encuentra con presión. Al reducir la presión en el filtro hasta
la presión ambiente el filtro abre purgando los condensados. Este tipo
de purgas se suele instalar en filtros situados en las tomas de la
instalación o en las bajantes de purga de la red general.
 Boya o flotador: esta clase de purgador es de tipo automático y actúa de
forma mecánica. Al existir condensados en la base del filtro se produce
una elevación de la boya o flotador que permite la salida de los
condensados, realizando el asiento posterior para efectuar el cierre. El
inconveniente de este tipo de filtros es que si existen partículas o
suciedad en la base de la carcasa no se producirá correctamente el cierre,
provocando fugas de aire comprimido con sus consecuentes pérdidas.
 Temporizada: esta clase de purgador es de tipo automático, precisa de
alimentación eléctrica y actúa de forma temporizada. La temporización
se realiza regulando el tiempo de apertura del purgador y el intervalo de
tiempo que transcurre entre purgas. El problema de esta clase de purgas
es que es difícil que coincida la purga con el momento real en que
debería producirse, por lo que habitualmente o no se purgan todos los
condensados, o lo que tendremos serán pérdidas por fugas de aire
comprimido si queremos asegurar un purgado completo.
 Capacitiva: esta clase de purgador es de tipo automático, con un sistema
de purgado mediante una regulación electrónica de nivel, precisando de
alimentación eléctrica. Este sistema de purga es el más efectivo al evitar
las pérdidas de aire comprimido. Estos purgadores disponen de un
sensor de nivel capacitivo dentro de un contenedor donde se depositan
los condensados. Cuando se llena el contenedor, el sensor de nivel emite
una señal al controlador electrónico para abrir la conducción de salida y
evacuar los condensados. Algunos modelos de purgas capacitivas
incorporan un sistema de gestión que supervisa la vida útil del elemento
filtrante.
Gastos a considerar en los Filtros de Aire Comprimido
Cuando se instala un sistema de filtración para aire comprimido hay que tener
en cuenta que la calidad de los filtros es muy importante.
Los filtros de aire comprimido de calidad producen siempre un aire más
limpio, lo que se traduce en menos problemas en la instalación y en los
equipos alimentados con aire comprimido.
Los filtros de aire comprimido de calidad tienen una caída de presión mucho
más baja que los de baja calidad. Esto significa ahorrar energía y dinero. El
aumento de la caída de presión en el sistema de tratamiento del aire
comprimido requiere que el compresor se ajuste en un punto de presión más
elevado para poder mantener la presión necesaria en los puntos de consumo, lo
que implica un consumo eléctrico adicional innecesario.
Con el tiempo, las partículas y el polvo se acumulan en los elementos filtrantes
resultando un obstáculo para el paso del aire comprimido y originando un
aumento de la pérdida de presión. Los filtros de aire de baja calidad se
obstruyen más rápido que los filtros de aire de alta calidad. Esto significa que se
tendrán que sustituir los elementos filtrantes más a menudo. Pero también
significa que la caída de presión del filtro a lo largo del tiempo será más alta y
más rápida con filtros de aire de baja calidad, por lo que al final resultan
siempre más costosos.
Sistemas de aire comprimido para la industria
alimentaria



El aire comprimido es la fuente de energía más importante para la industria
del envasado de alimentos en Europa. El aire comprimido debe estar libre de
contaminación para garantizar la protección de los alimentos tratados en cada
estructura. Los sitios de producción en todos los segmentos de la industria
alimentaria tienen diferentes aplicaciones para aire comprimido.
La importancia de la pureza del Aire Comprimido
El aire comprimido debe limpiarse de impurezas antes de su uso en las
aplicaciones de la industria alimentaria. Los contaminantes existentes en el aire
comprimido incluyen agua, en forma líquida o de vapor, partículas sólidas
(incluidas las esporas), e hidrocarburos en forma de aerosoles, vapores y olores.
Una simple visita por empresas del sector de bebidas y alimentos subraya el uso
generalizado del aire comprimido y su importancia para el proceso de
producción. El aire comprimido se utiliza, entre otras cosas, para transportar
sustancias en polvo o para vaporizar líquidos y, a menudo, entra en contacto
directo con los alimentos. Es por eso que la calidad del aire comprimido se
debe cuidar al máximo. La contaminación por microorganismos se puede
transferir del aire comprimido al producto final por medio de aceites minerales,
aerosoles o partículas, causando una pérdida considerable de la calidad de dicho
producto final. El tratamiento completo del aire comprimido reduce este riesgo
y es un factor importante para obtener un producto de alta calidad.
La presencia de humedad es la principal preocupación de la industria
alimentaria porque la humedad proporciona un hábitat perfecto para
microorganismos y hongos. La humedad reside en las tuberías cerca de donde el
aire comprimido está en contacto con los alimentos. Los microorganismos y los
hongos pueden desarrollarse en el sistema de tuberías y, por lo tanto,
transmitirse a través del soplado en los productos alimenticios o en sus
contenedores.
Para evitar el crecimiento de microorganismos y hongos, el punto de rocío
debe estar por debajo de – 26 °C, ya que no se desarrollan a partir de este
valor. El secado del aire comprimido mediante la reducción del punto de rocío
del aire comprimido es la forma más fácil de eliminar la humedad del sistema. El
punto de rocío a presión según la aplicación estará entre + 3 °C y – 40 °C,
utilizando secadores frigoríficos, de membrana o de adsorción. En algunas
plantas, para reducir costes se utilizan puntos de rocío distintos dependiendo
del punto de aplicación y de si existe contacto del aire comprimido con el
envase o el propio alimento. El coste de funcionamiento de un secador de
adsorción o uno de membrana, es casi siempre superior al de un secador
frigorífico. Además, combinando un secador frigorífico, general para toda la
planta, con un secador de adsorción para determinadas secciones, podremos
conseguir ahorros energéticos mediante un sistema de control de
funcionamiento del secador de adsorción con un higrómetro.
Las partículas sólidas deben ser eliminadas del aire comprimido mediante
una tecnología de filtración adecuada a cada aplicación. Una filtración general
con filtros coalescentes es necesaria en todas las instalaciones,
complementándose según las necesidades con filtros de carbono activado,
torres de carbono activado o filtros estériles. Cuando el aire comprimido es
secado por debajo de – 26 °C, los microorganismos dañinos y los hongos se
convierten en esporas. Estas esporas se han convertido en partículas sólidas que
deben ser filtradas. Otras fuentes de partículas sólidas son principalmente el
polvo ambiental aspirado por el compresor y, en menor medida, partículas
desprendidas de los recubrimientos de los rotores del compresor de aire o de
tuberías del sistema. Al seleccionar productos para la filtración de aire
comprimido, se recomienda verificar si los filtros coalescentes se han probado
de acuerdo con la nueva norma ISO 12500 Partes 1-3. Los aerosoles y los
vapores de aceite son otro problema importante.
Un mito sobre el aire comprimido establece que el uso de un compresor de
compresión exenta de aceite libera al sistema de cualquier tratamiento para la
eliminación de hidrocarburos, pero no es así. El aire ambiente aspirado
contiene hidrocarburos que son comprimidos y enviados a la red general de
aire. Como dato oficial de 2.010, a excepción del metano, la concentración
media de hidrocarburos en el aire urbano está entre 0,03 y 0,10 mg/m3,
considerándose un valor medio de 0,05 mg/m3. Es decir, en la práctica, la
calidad final del aire comprimido en contenido de hidrocarburos depende del
sistema de filtración instalado, siendo recomendable para las plantas con una
alta exigencia de calidad la instalación de un convertidor catalítico como
complemento del conjunto de filtración.
Aplicaciones de los sistemas de Aire Comprimido
En las plantas de frutas y vegetales se utilizan principalmente para el enlatado,
la congelación y la deshidratación. Muchos sistemas de procesamiento de
frutas y hortalizas utilizan sistemas de aire comprimido para limpiar el aire de
los contenedores antes del llenado, la clasificación automática y el envasado.
Muchas fábricas trabajan en otros segmentos de la industria alimentaria y usan
aire comprimido. Algunas, como las panaderías, utilizan aire comprimido para
aplicaciones de soplado. Otros usan aire comprimido para limpiar los
contenedores antes de que estén llenos de comida. El aire comprimido también
se utiliza para clasificar, cortar y dar forma a los productos de la industria
alimentaria.
Otra aplicación del aire comprimido es en máquinas para la construcción,
llenado y cierre de cajas de cartón terminadas en forma de engranajes para la
industria láctea y de zumos. Estas máquinas deben lavarse constantemente para
mantener las condiciones higiénicas. No solo están expuestos al agua, también
están expuestos a detergentes químicos e hidróxido de sodio e hidróxido de
potasio. En este tipo de máquina, se prefieren los sistemas neumáticos a los
sistemas hidráulicos porque el piso de cerámica presenta un riesgo para la
seguridad en ambientes húmedos. El mantenimiento y los tiempos de
inactividad de las máquinas neumáticas son las razones principales por las que
se prefiere el aire comprimido.
El aire comprimido se utiliza también en alta presión, en un rango de valores
entre 35 y 55 bar, para el moldeo de envases por inyección. Como por ejemplo
en máquinas termoconformadoras o de insuflación por aire comprimido.
Normas y directivas específicas sobre el aire comprimido
La norma ISO 8573-1: 2010, establece una clasificación de la calidad del aire
comprimido enumerando los principales contaminantes, partículas sólidas, agua
e hidrocarburos, y mostrando los niveles de pureza para cada contaminante
separadamente en una tabla. Para el sector alimentario: el aire comprimido no
puede transportar los contaminantes peligrosos a los alimentos. En la industria
alimentaria están definidos tres tipos de sistemas de aire comprimido: sistemas
con contacto directo con los alimentos, sistemas de alto-riesgo no-contacto y
sistemas de bajo-riesgo no-contacto.
Tres Tipos de Sistemas de Aire Comprimido en Industria Alimentaria
La industria alimentaria, frente a la pregunta de cómo especificar un sistema de
aire comprimido inocuo y eficiente, debe primero definir como está siendo
utilizado el aire en su fábrica.
1. Contacto
El término “contacto” se define como “el proceso por el cual se utiliza el aire
comprimido durante la producción y el procesamiento, incluido el embalaje y
el transporte para una producción segura“. Otra forma de definirlo es
simplemente cuando el aire comprimido entra en contacto directo con los
alimentos, en cuyo caso el usuario debe saber que el aire comprimido debe
limpiarse en el grado de pureza de “contacto” especificado en la norma. Los
ingenieros deben distinguir claramente entre “contacto” y “no contacto”.
En este tipo de sistema con contacto, la Norma recomienda alcanzar el punto
de rocío bajo presión de – 40 °C, evitando el desarrollo de microorganismos.
Esto se puede lograr con secadores de aire comprimido del tipo de adsorción
ubicados en la sala de compresores (tratamiento de aire centralizado), o bien
con la instalación de un secador de adsorción específico para las tomas de aire
comprimido donde existe contacto directo con los alimentos. Para cada
instalación, es necesario determinar el tipo de secadores de aire comprimido
que son necesarios para garantizar las especificaciones de punto de rocío. Los
secadores específicos para un punto concreto de uso pueden ser del tipo de
adsorción o de membrana, pudiendo conseguir siempre con el primero mejores
valores de punto de rocío.
Los filtros coalescentes son necesarios para eliminar partículas sólidas e
hidrocarburos (aerosol + vapor). Para eliminar olores y vapores de
hidrocarburos en mayor medida es necesario instalar filtros de carbono
activado, torres de carbono activado o convertidores catalíticos. Los secadores,
tanto frigoríficos como de adsorción, deben disponer de una filtración general
de protección. En los secadores de adsorción, como en las torres de carbono
activado, es necesario instalar también un postfiltro de partículas.
2. No-Contacto Alto-Riesgo
No-Contacto es “el proceso por el cual el aire comprimido es expulsado a la
atmósfera local de preparación, producción, acondicionamiento y
almacenamiento “. En estas secciones, distinguimos entre alto y bajo riesgo. En
una situación de alto riesgo, sin contacto, se puede usar por ejemplo el aire
comprimido en un proceso de moldeo por inyección para producir un recipiente
donde se puede introducir posteriormente el alimento. La mayoría de las
fábricas de alimentación, en sus líneas de producción, tienen incluida la
fabricación de sus propios envases.
Sin el tratamiento adecuado del aire comprimido, el aceite, la humedad y las
partículas (especialmente las bacterias) pueden estar presentes en los
recipientes que contendrán los alimentos. Los sistemas de aire comprimido de
alto riesgo sin contacto deben proporcionar la misma pureza de aire que los
sistemas de contacto.
3. No-Contacto Bajo-Riesgo
En los sistemas sin contacto de bajo riesgo, la Norma recomienda que la
temperatura del punto de rocío a presión sea de + 3 ˚C. Esto se consigue con
secadores frigoríficos para aire comprimido, que suelen estar ubicados en la
misma sala de compresores (tratamiento de aire centralizado). En algunos
casos, es necesario determinar si se necesita la instalación de secadores
frigoríficos en puntos concretos de uso (tratamiento de aire descentralizado)
para garantizar las especificaciones del punto de rocío. La definición del sistema
No-Contacto de bajo riesgo es importante para entender por qué a menudo
encontramos fábricas de alimentos que están “sobre protegiendo” sus sistemas
de aire comprimido.
La mayoría de estas fábricas tienen una parte importante, más del 50%, de su
aire comprimido en aplicaciones y puntos de consumo de “uso general”. Estas
aplicaciones propias de la fábrica no tienen ninguna relación o contacto con
alimentos ni con maquinaria de envasado. Es importante comprender esta
relación interna y tratar de diseñar un sistema en consecuencia a un estudio
específico. A menudo nos encontramos fábricas mal diseñadas donde vemos
que los secadores de adsorción se utilizan para secar todo el aire comprimido
que se produce hasta un punto de rocío a presión de – 40 ˚C, cuando lo más
probable es que solo el 40% del aire comprimido necesite alcanzar este valor de
punto de rocío.
Los secadores frigoríficos tienen un consumo energético menor que los
secadores de adsorción, además de un coste de mantenimiento inferior. Los
secadores frigoríficos disponen como consumo eléctrico el de un pequeño
compresor de gas y el de los motores de ventilación para la extracción del aire
caliente del secador, pudiendo ser todos los motores con regulación de
frecuencia (variables), cuando se justifique por ahorros energéticos. En el caso
de los secadores de adsorción hay que diferenciarlos en función del sistema de
regeneración del material adsorbente. En los secadores de adsorción con
regeneración por aire en frío el consumo eléctrico es mínimo, pero se produce
un consumo de aire comprimido del orden del 18% de su caudal nominal para la
regeneración. Con un estudio del caudal de consumo de la instalación se
puede reducir este consumo mediante la instalación de un sistema de control
con higrómetro, y en algunos casos la incorporación añadida de un secador
frigorífico.
En los secadores de adsorción en caliente para la regeneración del material
adsorbente se produce una aportación de calor, existiendo distintos sistemas
para la extracción del vapor de agua retenido en cada ciclo. Las características
de consumo de la instalación (caudal, flujos, presión, horas/año, …) nos
determinarán cuál es el sistema más rentable, pudiendo incluso instalar un
secador de adsorción sin consumo de aire comprimido para la regeneración
del material adsorbente. En todos los casos se deben instalar filtros
coalescentes previos al secador de adsorción y un postfiltro posterior para
partículas. El resto de componentes del tratamiento para la filtración estarán
determinados por las necesidades de cada instalación.
Tipos de secadores de aire comprimido
1 agosto, 2017
¿Qué es un secador de aire comprimido?
Secadores Refrigerantes no ciclados
Un secador de aire comprimido es una máquina que reduce significativamente
el contenido de humedad en el aire del ambiente o en el caudal de aire. Los
secadores de aire ayudan al tratamiento del aire comprimido, haciendo que sea
más limpia y la humedad no genere mayor corrosión en los equipos o
conexiones neumáticas. Existen diferentes tipos de secadores, el uso de cada
uno dependerá de los niveles de humedad y temperatura ambiente.
Tipos de secadores:
 Secadores refrigerantes.
o Cíclicos.
o No cíclicos.
 Secadores desecantes:
La diferencia principal entre cada tipo de secador es el agente colocado dentro
de la máquina para secar el aire entrante.
Secadores refrigerativos
De todos los secadores de aire comprimido, los secadores refrigerantes son el
tipo más popular y generalizado. Fiel a su nombre, este secador funciona de
manera similar a los refrigeradores caseros en que se emplea un proceso de
enfriamiento que evita la humedad. La principal diferencia son los objetos o
elementos que se enfrían, ya que mientras que un refrigerador de cocina se
enfría y conserva los alimentos perecederos y bebidas, un secador de aire
refrigerado mantiene la calidad del aire en un sistema de aire comprimido.
En un secador refrigerante, el aire comprimido se enfría a unos 35 grados
Fahrenheit (1.666 º Celsius). Después de que el aire haya pasado a través de la
válvula de entrada, la humedad es extraída y drenada, y el aire recién secado es
recalentado por el aire entrante. Al final de cada ciclo, el aire comprimido que
se produce tiene un punto de rocío dentro de un rango de 35 a 40 grados
Fahrenheit . En general, el proceso de un secador refrigerativo crea un ambiente
de trabajo con menor humedad eliminando los contaminantes y el efecto
corrosivo de la misma.
En un secador refrigerante no-cíclico, el refrigerante circula perpetuamente
dentro de la máquina. Esto permite respuestas rápidas a los cambios en la
carga, ya sea baja o alta densidad de humedad dentro del aire entrante. El flujo
del refrigerante se regula con una válvula de derivación o descarga. En la
mayoría de las unidades, el refrigerante es condensado por un intercambiador
de calor después de que el proceso de compresión ha completado un ciclo.
Los secadores refrigerante cíclicos utilizan refrigerante para enfriar una masa de
glicol o de aluminio, que rodea el paso de aire. A continuación, el aire
comprimido se enfría mediante un disipador de calor controlado por
termostato.
A continuación, presentamos ventajas y desventajas de cada tipo:
 Ventajas de los secadores de refrigerante en general:
o Fácil de instalar.
o Fácil y económica de operar.
o Bajos costos de mantenimiento
o Resistente a las partículas de aceite suspendidas en el aire.
 Desventajas de los secadores de refrigerante en general:
o Capacidad mínima de punto de rocío.
 Ventajas de los secadores refrigerantes no-cíclicos:
o Punto de rocío constante
o Funcionamiento continuo
 Desventajas de los secadores refrigerantes no-cíclicos:
o No conservan la energía durante flujo menor de aire.
 Ventajas de los secadores refrigerante cíclicos:
o Conservan energía durante el flujo de aire bajo
 Desventajas de los secadores refrigerante cíclicos:
o Punto de rocío variable.
o Más grande y más pesado debido al disipador de calor.
o Costos de mantenimiento más altos.
Secadores Desecantes
Secadores Desecantes Regenerativos
Los secadores que utilizan agentes desecantes para secar el aire comprimido
emplean un proceso conocido como adsorción, que es distinto de la
absorción. La diferencia podría describirse como sigue:


Adsorción: la humedad se adhiere al desecante sin disolverse
Absorción: la humedad es absorbida por un agente secante.
En términos de secadores, la palabra “desecante” se refiere no sólo a un tipo,
sino a una categoría seleccionada de secadores que se denominan
alternativamente secadores de adsorción y secadores regenerativos. Los
secadores desecantes obtienen su nombre del agente de secado higroscópico
contenido en el interior. Básicamente, un secador de desecante funciona de la
siguiente manera:



El aire comprimido se envía a través de un recipiente que contiene un
par de torres, las cuales se llenan con un cierto agente de secado, gel
sílice o alúmina activada.
El agente de secado aspira la humedad del aire comprimido a través
del proceso de adsorción. A medida que esto continúa, el agente
desecante se satura.
El proceso de secado cambia de una torre a otra, y el aire comprimido
dentro del sistema sopla el material desecante seco.
En los secadores desecantes regenerativos que no utilizan calor, los
calentadores no están presentes interna o externamente. A 100 psig, un
secador de este tipo tendrá generalmente una puntuación de punto de rocío
de menos 40 grados Fahrenheit, aunque a veces el punto de rocío puede caer
tan bajo como menos 100 grados .
En secadores desecantes reactivados por calor, un calentador puede ser parte
del sistema, interna o externamente. Con un calentador interno, se necesita
menos aire de purga para el proceso regenerativo. En los secadores desecantes
que utilizan calentadores externos, el aire de purga calentado representa hasta
el 10 por ciento del flujo de aire de la secadora. A menudo se necesita un filtro
coalescente para proteger el agente desecante de la contaminación por aceite.
Las ventajas de estos secadores son las siguientes:
 Ventajas de los secadores desecantes regenerativos:
o Puntos de rocío bajos
o Costos de operación razonables.
o Para ambientes extremos o peligrosos.
 Desventajas de los secadores de desecantes regenerativos:
o Costo de instalación alto.
o El desecante debe ser reemplazada cada tres a cinco años
o Las partículas de aceite en el aire pueden degradar el agente
desecante sin filtración adecuada.
o A menudo se requiere realizar purgas.
Los secadores desecantes son importantes en una amplia gama de aplicaciones
industriales, donde el proceso de secado es necesario para mantener la
integridad de las operaciones y también para mantener la calidad de los
productos. En resumen, los secadores desecantes permiten mantener
ambientes de humedad controlados. En algunos de los ambientes más
sensibles, los deshumidificadores de refrigerante son incapaces de proporcionar
los niveles de secado adecuados, y tendrían realmente el efecto de ser
demasiado bruscos o insuficientes.
Los secadores desecantes a menudo se consideran más fuertes que los
secadores refrigerantes porque estos últimos se comportan a un nivel
determinado en cierta medida por la temperatura del aire circundante en un día
dado. Como tal, secadores refrigerantes funcionan mejor en temperaturas más
cálidas, mientras que los secadores desecantes funcionan a su máxima eficiencia
en ambientes más fríos.
Los secadores desecantes se usan comúnmente en las siguientes aplicaciones:

Prevención del moho. Cuando se deja evaporar en superficies, la
humedad se convierte en moho, lo que reduce el saneamiento en
cualquier ambiente de trabajo. Con un sistema de secado de aire
comprimido en su lugar, las fábricas se salvan de moho.
Las siguientes industrias en particular cosechan tremendos beneficios de la
utilización de sistemas de secado de desecantes:



Cuidado de la salud. En ambientes donde los pacientes son tratados y
los medicamentos son prescritos y administrados, el saneamiento del
aire es de suma importancia.
Industria alimenticia. La humedad puede descomponer los alimentos
antes de que salga de la fábrica si el aire ambiente no es
deshumidificado y despojado de las partículas de agua por un secador
desecante.
Producción de tejidos. La humedad en el aire puede dañar las
superficies de las telas en las plantas de prensado que carecen de
medios suficientes para controlar la calidad del aire ambiente.
Básicamente, cualquier producto que pudiera perecer, atraer moho o dañarse
fácilmente sólo debería fabricarse en entornos donde se utilicen secadores de
aire comprimido en todo momento.
Secador de aire desecante vs. refrigerativos
A pesar de sus diferencias, los secadores refrigerantes y desecantes tienen más
similitudes que las diferencias porque ambos tienen la misma finalidad. Por lo
tanto, el debate entre los dos tipos de secado no es tanto sobre cuál es mejor,
sino qué es más adecuado a las necesidades de un entorno dado. En cualquier
caso, las preocupaciones más frecuentes planteadas por los fabricantes son las
siguientes:


Los secadores refrigerantes y desecante trabajan mejor en
combinación unos con otros, porque las fuerzas de un secador
compensan las debilidades del otro y viceversa.
En entornos de alta temperatura, los secadores refrigerativos son más
económicos que los desecantes. De hecho, los secadores refrigerativos
se utilizan raramente a temperaturas más bajas.


En entornos de baja temperatura, donde los niveles de humedad
también están obligados a ser más bajos, los secadores desecantes son
la opción más asequible. Como tal, los secadores desecantes se utilizan
en ambientes de 40 º grados Fahrenheit y menos .
En entornos donde el costo de la energía térmica es mayor que el de la
electricidad, los secadores desecantes son el sistema más rentable. En
contraste, los secadores refrigerativos son la opción más rentable en
lugares donde los costos eléctricos superan a los de vapor o gas. Por lo
tanto, los costos de energía podrían ser un factor determinante en si ir
para un sistema sobre el otro. Sin embargo, esto sólo determinaría qué
tipo de secador sería óptimo durante la mayoría de las aplicaciones sin
descartar la otra completamente.
Las aplicaciones que tienen más probabilidades de favorecer un método
predominantemente desecante de secado sobre refrigerantes se encuentran en
las industrias de procesamiento de alimentos y producción de medicamentos.
Como calcular un tanque de almacenamiento de aire comprimido
13 diciembre, 2017
El almacenamiento de aire comprimido tiene muchos beneficios como reducir la
caída de presión, puede funcionar para enfriar inicialmente el caudal de aire y
eliminar algo de humedad por condensación, o también puede ser un
modulador básico para mejorar el ciclo de trabajo del compresor.
Son muchos los beneficios de tener un tanque de almacenamiento y todavía
más si se calcula adecuadamente el tamaño de almacenamiento
necesario para la capacidad de un compresor en específico. Para leer un artículo
relacionado sobre los beneficios de los tanques de almacenamiento te
recomendamos leer nuestro artículo del blog: Por qué incluir tanques de
almacenamiento.
Más alla de las ventajas del almacenamiento, en este artículo vamos a entrar de
lleno al tema de cómo calcular adecuamente un tanque de almacenamiento
para aire comprimido.
Compresores de pistón, la regla de dedo.
Para los compresores más pequeños como los de pistón existe la ya muy
conocida regla de multiplicar por 3 los pies cúbicos que entrega de caudal el
compresor.
Por cada pie³/minuto de nuestro compresor, son requeridos 3 galones.
Un ejemplo puede ser un compresor de pistón Quincy QT-54 que nos entrega
un caudal de 15.4 pies³/min (cfm).
Si aplicamos esta regla de 3 de la siguiente forma: 15.4 pies³/min x 3 = 45.6
Galones.
Un tanque de 50 galones es adecuado para este compreso de pistón.
Esta regla es muy básica y sólo aplica para compresores de pistón, que tienen un
control arranque / paro y trabajan a una presión normal de 150 libras (psi).
Compresores de tornillo, control de capacidad carga / no carga.
Ahora, si de compresores de tornillo se trata es probable que este equipo tenga
incluido un control de capacidad carga / no carga.
Si aplicamos la regla de 3 para un compresor de estas características el cálculo
probablemente no será preciso.
Por lo tanto, es necesario recurrir a una formula y tener más datos a la mano. La
fórmula es la siguiente:
Con esta fórmula vamos a realizar un ejemplo con los siguientes datos para
calcular el volumen de tanque de almacenamiento.
Vamos a considerar que tenemos una instalación neumática que requiere un
Caudal de aire de 60 pies³/min y tenemos un compresor de 20 hp con un caudal
de aire de 84 pies³/min.
Este compresor tiene un control carga / no-carga y lo programamos para que
la presión inicial sea 100 libras (psi) y que deje de comprimir cuando lleguemos
a una presión final de 115 libras (psi).
Vamos a considerar que tenemos una presión atomósferica de 10.9 libras
(psi) en la ciudad de México.
Finalmente vamos a considerar un lapso de tiempo de 2 minutos de respaldo
hasta la caída de presión.
Con estos parámetros la fórmula es de la siguiente manera:
El resultado es: 52.32 pies³ o 1,481 litros.
Con esto podemos recurrir a un tanque de almacenamiento de 1,500 litros.
Es importante tener en cuenta que podemos cambiar el lapso de la caída de
presión. Si es mayor este lapso, tendremos un mayor almacenamiento pero
nuestro compresor va a operar de una forma más eficiente ya que realizará
menos ciclos de compresión.
1- Introducción
1.1- Generalidades
Los sistemas neumáticos para la producción y distribución de aire
comprimido de calidad tienen una importancia vital, y no sólo en el
ámbito de la industria o de la construcción, sino también en el sector de
la automoción, con aplicaciones muy diversas como la apertura
neumática de puertas en autobuses, o el accionamiento del sistema
neumático de frenos o la suspensión neumática de vehículos industriales
o de gran tonelaje.
Te explicamos cómo calcular el volumen de un depósito pulmón para aire
comprimido.
Objetivos del depósito de aire comprimido
Lo primero, ¿para qué sirve exactamente un depósito de aire comprimido o
depósito pulmón? A continuación, indicamos sus principales funciones:




Limitar la frecuencia de arranque y parada de los compresores, lo que
permite prolongar su vida útil (o, al menos, no acortarla)
Como su propio nombre indica, hacer de «pulmón», de manera que se
reducen las fluctuaciones de presión en la red al haber menos ciclos de
arranque del compresor
Al mismo tiempo, el depósito absorbe dichas fluctuaciones de presión,
haciendo de colchón y amortiguando las pulsaciones a las que se ven
sometidos los equipos instalados aguas abajo
Sobre todo, en los casos en los que no hay secador, el aire caliente de la
descarga del compresor se enfría en el depósito. El vapor condensa y
podemos recoger mucho condensado en la purga del depósito, con lo que
tendremos un aire más seco aguas abajo.
Asegurando el almacenamiento mínimo requerido se reducirá
significativamente el número de ciclos de arranque de los compresores para
satisfacer la demanda y presión. Reducir estos ciclos impacta en el número de
activaciones de los componentes de control del compresor, causando menor
desgaste en válvulas, empaques, así como en la reducción de las cargas axiales
ejercidas en los cojinetes de los rotores de las unidades de compresión.
Criterios de cálculo de un depósito de aire comprimido
Puesto que uno de los objetivos primordiales de un depósito pulmón es limitar
el número de ciclos de arranque de los compresores, calcularemos su volumen
en base a este parámetro.
Así, para un determinado número máximo de arranques por hora, podremos
calcular el volumen mínimo del depósito.
La expresión a utilizar es la siguiente:
El número máximo de arranques por hora a adoptar para un buen
funcionamiento de los equipos depende del propio compresor y varía ne
función de la tecnología de compresor que hayas elegido. En muchos casos, lo
especificará el propio fabricante. Si el fabricante no da ninguna pauta, se puede
calcular el depósito de aire comprimido con un criterio de 10 ó 12 arranques por
hora como máximo. Generalmente, este es un valor aceptable, que nos lleva a
periodos entre arranques de 5 a 6 minutos.
Lógicamente, esta expresión es válida para compresores que funcionan en
«todo o nada». Es decir: arrancan, paran cuando la presión supera un
determinado umbral, y vuelven arrancar cuando vuelve a bajar por debajo de
cierto nivel de presión. En el caso de instalaciones con compresores de
velocidad variable, los depósitos pueden ser más pequeños. Esto se debe a que
los compresores de velocidad variable pueden adaptarse con mayor facilidad a
la demanda en cada momento.
¿Qué accesorios tengo que prever en mi depósito?




Válvula de seguridad (tarada como máximo un 10% por encima de la
presión de trabajo del depósito)
Manómetro
Purga en la parte baja, para los condensados. Además, si los compresores
son lubricados en aceite será necesario un separador agua-aceite antes
de descargar el condensado a la red.
Boca de inspección
¿Tienes un caso particular que no cubrimos en este artículo y no sabes cómo
calcular tu depósito de aire comprimido? Déjanos un comentario o escríbenos a
[email protected] e intentaremos ayudarte.
Figura 1. Instalación de un compresor de aire en camión
1.2- Unidades de medida
El punto de partida de una instalación de aire comprimido es el aire
exterior de la atmósfera, que se encuentra a unas condiciones específicas
de presión, temperatura y humedad propias de cada lugar.
Como acuerdo internacional, se toma la presión atmosférica
normalizada, 1 atmósfera, que está definida como la presión atmosférica
media al nivel del mar, y que toma los siguientes valores según el sistema
de unidades:
• 1 atmósfera = 1,01325 bar;
• 1 atmósfera = 760 Torr (760 mm de Hg);
• 1 atmósfera = 101 325 Pa (N/m2);
• 1 atmósfera = 1,033227 Kg/cm2;
• 1 atmósfera = 14,69595 PSI (pound/inch2);
• 1 atmósfera = 10,33 metros de columna de agua (m.c.a.)
Para definir la presión en un sistema de aire comprimido se utiliza la
presión efectiva, denominada también presión manométrica, y que suele
expresarse en bar(e). Esta presión hay que distinguirla de la presión
absoluta (a). Para pasar de una a otra sólo hay que restarle a la presión
absoluta la presión ambiente (aprox. 1 bar). Así por ejemplo si un punto
de consumo trabaja a una presión absoluta de 7 bar(a), su presión
efectiva será de 7-1= 6 bar(e). Por tanto, la presión manométrica se aplica
en todos aquellos casos donde la presión de trabajo es superior a la
atmosférica, porque cuando esta presión es inferior a la atmosférica
entonces se habla de presión de vacío.
Por otro lado, en ocasiones el consumo de aire de un punto de
utilización viene definido en Nm3/min o Ndm3/min (también Nl/min),
donde Nm3 y Ndm3 (o Nl) significa normal metro cúbico y normal
decímetro cúbico (normal litro) respectivamente. Cuando se antepone el
prefijo Normal a la unidad de medida se refiere a que está medido en
unas condiciones de presión, temperatura y humedad relativa del aire,
que son las siguientes:
• Presión: 1,013 bar(a)
• Temperatura: 0 ºC
• Humedad Relativa: 65%
Pero el caudal volumétrico del aire libre suministrado para un equipo
compresor (FAD) suele venir definido en su hoja de especificaciones
según unas condiciones estándar en la entrada del equipo que no suelen
coincidir con las condiciones normales (ejemplo, 1 bar de presión
absoluta y temperatura de 20 ºC). Para pasar de un caudal expresado en
condiciones normales (ej. Nm3/s) a las condiciones estándar de trabajo
(l/s) se emplea la siguiente expresión:
donde,
QFAD es el caudal de aire suministrado en las condiciones de trabajo
estándar (l/s)
QN es el caudal en condiciones normales (Nl/s)
TFAD es la temperatura de entrada estándar al compresor (20 ºC)
TN es la temperatura normal de referencia (0 ºC)
PFAD es la presión de entrada estándar al compresor (1 bar (a))
1,013 es la presión de referencia normal (1,013 bar (a))
1.3- Calidad del aire
Los sistemas y procesos de producción modernos necesitan aire
comprimido de alta calidad. Esta calidad se define en la norma
internacional ISO 8573-1:2001 que califica la calidad del aire de acuerdo
a los valores de suciedad (por el tamaño de las partículas sólidas
suspendidas y su concentración), de agua (según el punto de rocío a
presión alcanzado y el contenido de vapor de agua presente en el aire) y
de aceite (por la concentración total de aceite presente en el aire en
forma de aerosoles, líquidos o vapores).
Una vez definido la calidad de aire que se requiere según la aplicación,
entonces se hace necesario someter al flujo de aire a un proceso de
tratamiento mediante etapas de filtrado, separación de agua y secado
que consiga unos niveles de suciedad, contenido en agua y aceite que
queden por debajo de los límites establecidos.
A continuación, se muestra la tabla que define la calidad del aire
clasificándolo en diferentes clases según la normativa vigente:
Calidad del aire comprimido, según ISO 8573-1
CLASE
1
PARTÍCULAS SÓLIDAS
Número máximo de partículas
por m3
0,1-0,5
µm
0,5-1,0
µm
100
1
ACEITE
Concentración
HUMEDAD
total mg/m3
Punto de rocío
(aerosoles,
1,0-5,0 a presión (ºC)
líquidos o
µm
vapores)
0
-70
0,01
2
10000
1000
10
-40
0,1
3
-
10000
500
-20
1
4
-
-
1000
3
5
5
-
-
20000
7
-
6
-
-
-
10
-
Tabla 1. Calidad del aire comprimido según ISO 8573-1
De esta forma para designar la clase de pureza del aire comprimido se
debe seguir el siguiente formato:
ISO 8573-1 X.Y.Z,
donde:
X es la cifra que indica la clase de partículas sólidas, según la Tabla 1
anterior,
Y es la cifra que indica la clase de humedad, según la Tabla 1 anterior,
Z es la cifra que indica la clase de aceite, según la Tabla 1 anterior.
Ejemplo:
Aire comprimido Calidad ISO 8573-1 1.2.1, significaría un tipo de aire
con la siguiente calidad:
- calidad de clase 1 en partículas sólidas (nº partículas por m3 de aire
<100, para un tamaño de partícula entre 0,1 y 0,5 µm),
- clase 2 en humedad (punto de rocío a presión de -40ºC), y
- clase 1 en concentración de aceite (0,01 mg/m3).
1.4- Fundamentos termodinámicos
A continuación, seguimos con una pequeña introducción a los
fundamentos de la termodinámica, que ayude a entender mejor el
principio de funcionamiento de los equipos que constituyen un sistema
de aire comprimido cualquiera (compresores, secadores...).
El primero lo constituye la ecuación general de los gases (y el aire está
constituido por una mezcla de gases, entre los que destaca el nitrógeno
en un porcentaje del 78% y el oxígeno en el 21%), por lo que la siguiente
formulación le es también de aplicación. La ecuación que relaciona
presión, volumen y temperatura de un gas es la siguiente:
P·V=n·R·T
donde,
P es la presión absoluta del gas (Pa)
V es el volumen que ocupa (m3)
n es el número de moles (es el cociente entre masa del gas / peso
molecular ó atómico del gas)
R es la constante de los gases (8,314 J/mol·K)
T es la temperatura absoluta (K).
De la anterior expresión se deduce que si se hace aumentar la presión
de un gas en mayor proporción a la que disminuye su volumen, como
ocurre en la cámara de un compresor de aire, entonces la temperatura
de ese gas aumenta. Por eso, a la salida de un compresor el aire está más
caliente.
Según la expresión anterior en un proceso isotérmico (T=cte.) las
relaciones entre presión y volumen deben cumplir siempre la siguiente
expresión:
P1 · V1 = P2 · V2
que es conocida como Ley de Boyle.
Por otro lado, también se deduce que si se mantiene la presión
constante (isobara) el volumen de un gas cambia en proporción directa a
como lo hace su temperatura, es decir, que
que es conocida como Ley de Charles
Por último, otro aspecto que debe ser considerado en los sistemas de
aire comprimido es la presencia de agua en el aire. En efecto, el aire
exterior de la atmósfera puede ser considerado como una mezcla entre
aire seco y vapor de agua. La cantidad o el porcentaje de vapor de agua
presente en el aire se denomina humedad relativa. Los extremos estarán
en el aire seco (contenido cero de agua) y en el aire saturado (cantidad
máxima de agua que puede contener ese aire).
La capacidad del aire para contener agua depende de la temperatura,
aumentando cuando esta aumenta, es decir, que un aire caliente puede
contener más vapor de agua que un aire frío, pero a medida que este aire
se enfríe su capacidad para retener la humedad se hace menor por lo que
empezará a condensar gotitas de agua conforme la temperatura del aire
baje.
Precisamente, el punto de rocío (PR) es esa temperatura a la que se
satura el aire, es decir, la temperatura a la que el vapor de agua presente
alcanza su presión de saturación. Si sigue bajando la temperatura por
debajo de la temperatura de rocío entonces comienza a condensar agua,
dado que el aire no tiene capacidad de contener esa humedad.
En la siguiente tabla se muestra los diferentes valores de la
temperatura de rocío, según la humedad relativa y temperatura
ambiental del aire a presión atmosférica:
Tabla 2. Temperatura de rocío a presión atmosférica
La Tabla 2 es muy sencilla de entender. Por ejemplo, supongamos un
aire exterior con una temperatura ambiente de 25 ºC y una humedad
relativa del 65%. Según la Tabla 2 le correspondería un punto de rocío de
18 ºC, es decir, que para que se produzcan condensaciones de agua en
ese aire su temperatura debería bajar hasta los 18 ºC.
La anterior definición del punto de rocío está referida a la presión
atmosférica, pero igualmente existe una punto de rocío a presión,
cuando la presión a la que se encuentra el aire es superior a la
atmosférica. Como se puede apreciar en la siguiente tabla, conforme
aumenta la presión, la temperatura del punto de rocío también se hace
mayor.
Tabla 3. Puntos de rocío para distintos valores de presión
2- Elementos del sistema
2.1- Compresor
El compresor es el elemento encargado de tomar el aire exterior que
está a presión atmosférica (aprox. 1 bar) para elevarla según las
necesidades de consumo o de uso a que se destine este aire comprimido
(ej. para el accionamiento de utillajes, mecanismos, o bien de control o
medida, accionando válvulas y otros dispositivos).
PROGRAMA DE COLABORACIÓN
Según el principio de la termodinámica que se emplee, hay dos
grandes familias de compresores de aire:
• Compresores de desplazamiento positivo, donde el aire se confina
en un volumen interior de la máquina que posteriormente se reduce de
dimensión por el desplazamiento de alguna de sus paredes, con el
consiguiente aumento de la presión del aire retenido en su interior. Este
tipo de compresores ofrecen caudales de aire no demasiado altos, pero
permiten obtener relaciones de presión más elevados.
• Compresores dinámicos o turbocompresores, en este caso, los
responsables de elevar la presión del aire son unos álabes que giran a
gran velocidad, y que transmiten esta velocidad al aire que toman del
exterior. Posteriormente este aire pasa a otra cámara o difusor donde el
aire baja bruscamente su velocidad, transformándose toda la energía
cinética adquirida en presión estática. Este tipo de compresores son
capaces de proporcionar mucho caudal de aire, aunque a presiones más
moderadas que el tipo anterior.
A continuación se realiza un estudio de las distintos tipos de
compresores que componen las dos grandes familias antes descritas.
COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO:
- Compresores de pistón
El compresor de pistón es uno de los diseños más antiguos de
compresores, pero sigue siendo en la actualidad el más versátil y eficaz.
Este tipo de compresor funciona mediante el desplazamiento de un
pistón por el interior de un cilindro accionado por una varilla de conexión
o biela y un cigüeñal.
En los compresores de aire de pistón, el aire es comprimido en una
cámara definida por la pared de un cilindro y el pistón. La posición del
pistón, conectado a la biela, está controlada por el cigüeñal. Cuando el
cigüeñal gira, el pistón se mueve hacia abajo, aumentando el tamaño de
la cámara, por lo que a través de una válvula de aspiración llena de aire
el interior de la cámara. Cuando el pistón alcanza su posición más baja en
el cilindro, invierte su dirección y se mueve hacia arriba, reduciendo el
tamaño de la cámara a la vez que aumenta la presión del aire en su
interior. Cuando el pistón alcanza su posición máxima en el cilindro, el
aire comprimido es descargado a través de la válvula de descarga hacia
el depósito de acumulación.
Si sólo se usa un lado del pistón para la compresión, entonces se trata
de un compresor de simple efecto,
Figura 2. Compresor de pistón de simple efecto
Por otro lado, si se utilizan ambos lados del pistón, las partes superior
e inferior, entonces se trata de un compresor de doble efecto,
Figura 3. Compresor de pistón de doble efecto
La versatilidad de los compresores de pistón es muy extensa. Permite
comprimir tanto aire como gases, con muy pocas modificaciones. El
compresor de pistón es el único diseño capaz de comprimir aire y gas a
altas presiones.
Los compresores de pistón pueden ir lubricados con aceite, o también
existen diseños que permiten su funcionamiento libre de aceite. En estos
casos, los pistones disponen de segmentos o aros de PTFE o carbón, y
además las paredes del pistón y cilindro pueden ir dentadas, similar a los
compresores de laberinto.
Otra opción en los compresores de pistón es la de emplear más de un
pistón (por ejemplo, dos pistones) por lo que la compresión se realiza en
varias etapas alcanzando mayores niveles de compresión. Después de
cada etapa de compresión el aire se enfría antes de pasar a la siguiente
etapa de alta, con lo que se mejora la eficiencia del proceso.
En el caso de compresores de dos pistones, la configuración en "V" es
la más habitual para el caso de compresores de pequeño tamaño,
mientras que la configuración en "L" (un pistón en posición vertical y el
otro en horizontal) es también un diseño muy utilizado. En este caso el
pistón vertical es el de baja presión y el horizontal el de alta.
Figura 4. Compresores de doble pistón
Por su diseño, los compresores de aire de pistón logran producir altas
presiones en volúmenes relativamente pequeños, por lo que tienen
mucha aplicación en actividades domésticas e industriales ligeras.
Generalmente, como rodamientos principales del cigüeñal, se utilizan
los rodamientos rígidos de bolas, mientras que para la biela, se utilizan
rodamientos o cojinetes de fricción. En ambos casos, los rodamientos
utilizados deben ser capaces de soportar temperaturas muy elevadas que
se originan en los compresores de pistón por las elevadas relaciones de
compresión que se alcanzan.
Por último, están los compresores de diafragma mecánico. Este tipo
de compresores se emplean para aplicaciones de pequeños caudales y
bajas presiones o también como bombas de vacío. En este caso, un
cigüeñal comunica el movimiento alternativo a través de una biela al
diafragma, tal como se indica en la siguiente figura.
Figura 5. Compresor de diafragma
- Compresores de tornillo
El compresor de tornillo es un compresor de desplazamiento que se
constituye de dos rotores en forma de tornillo paralelos y que giran en
sentido contrario uno del otro, quedando todo el conjunto encerrado
dentro de una carcasa.
Figura 6. Vista interior de un compresor de tornillo
El incremento de presión en el aire se consigue gracias al movimiento
rotatorio a contrasentido de los dos rotores que hace disminuir
gradualmente el espacio encerrado que queda entre las hélice.
Figura 7. Rotores de un compresor de tornillo
La relación de presión dependerá de la longitud y paso del vástago del
tornillo, así como la forma dada al difusor donde se descarga el aire.
Asimismo, la relación de presión máxima estará limitada por el
incremento de temperatura que se origina con la compresión de tal
forma que no afecte a la alineación de los rotores. Por ello, cuando se
necesite de grandes relaciones de compresión se deberá utilizar varias
etapas de compresión (en cada etapa, un compresor de tornillo),
intercalando equipos de refrigeración del aire a la salida de cada etapa.
Figura 8. Compresor de tornillo de una etapa
El compresor de tornillo no está equipado con válvulas y no existen
fuerzas mecánicas que puedan crear algún desequilibrio, por lo que los
rotores pueden girar a grandes velocidades y generar grandes caudales
para unas dimensiones relativamente pequeñas del compresor.
La única fuerza que se produce en este tipo de compresores es una
fuerza axial a lo largo del eje de los rotores producida por la diferencia de
presiones del aire entre la entrada y la salida, que debe ser absorbida por
los rodamientos de los propios rotores.
Por otro lado, estos rodamientos van situados fuera de la carcasa, y
como tampoco existe contacto de la carcasa con los rotores, ni entre los
rotores entre sí, no se necesita sistema de lubricación en este tipo de
compresores, y por lo tanto, el aire comprimido producido es libre de
aceite.
No obstante, también se fabrican compresores de tornillos lubricados
mediante la inyección del líquido lubricante (generalmente aceite,
aunque también se puede emplear agua o polímeros) a través de las
paredes de la cámara de compresión o carcasa, como se ve en la figura
siguiente sombreado de rojo (Figura 9. Compresor de tornillo lubricado).
Con ello se consigue reducir el incremento de temperatura que se
produce con la compresión, y conseguir grandes relaciones de
compresión (de hasta 14 y 17 bares) en una sola etapa, aunque a costa
de perder eficiencia.
Figura 9. Compresor de tornillo lubricado
Los compresores de tornillo están ganando popularidad con respecto
a los compresores de pistón alternativos, debido a su funcionamiento
silencioso y a su suministro continuo, que se une a sus otras muchas
ventajas, como puedan ser una mayor fiabilidad y eficacia.
- Compresores de paletas rotativas
El compresor de paletas rotativas, basado en una tecnología
tradicional y experimentada, se mueve a una velocidad muy baja (1450
rpm), lo que le otorga una gran fiabilidad. Son también muy silenciosos y
proporcionan un caudal prácticamente constante.
Hay dos grupos de compresores de paletas rotativas, el primero lo
forman los compresores de paleta en seco, los cuales van exentos de
aceite pero sólo pueden operar con presiones bajas de hasta 1,5 bar. El
otro grupo, el mayoritario, lo forman los compresores rotativos de
paletas lubricadas, y estos ya sí pueden alcanzan presiones finales
mayores, de hasta 11 bar.
Los compresores rotativos de paleta tienen generalmente un
rendimiento superior a los compresores de tornillo, generalmente con
una diferencia en cuanto a eficiencia de un 25% en favor del compresor
de paletas.
El principio de funcionamiento es muy simple. El rotor, la única pieza
en movimiento constante, dispone de una serie de ranuras con paletas
deslizantes que se desplazan por su interior. Las paletas se realizan de
una aleación especial de fundición, y van lubricadas en aceite como el
resto de componentes, cuando son compresores lubricados.
El rotor, que está montado con cierta excentricidad dentro de la
carcasa cilíndrica o estator, al girar genera una fuerza centrífuga que
desplaza a las paletas de las ranuras contra las paredes de la carcasa
formándose células individuales de compresión. La rotación reduce el
volumen de la célula, por lo que se consigue aumentar la presión del aire
contenido.
Figura 10. Compresor de paletas rotativas
El calor que genera la compresión se controla mediante la inyección
de aceite a presión, necesario para la lubricación del rotor y las paletas.
El aire a alta presión se descarga cuando las paletas en su rotación
pasan por el puerto de salida. Junto al aire se arrastran restos de aceite
procedentes de la lubricación que deben ser eliminados por el separador
de aceite a situar aguas abajo.
COMPRESORES DINÁMICOS O TURBOCOMPRESORES:
La otra gran familia de compresores la constituyen los compresores
dinámicos o turbocompresores. Los compresores dinámicos a su vez se
dividen en dos grandes grupos, según la dirección de salida del flujo de
aire: radiales (centrífugos) o de flujo axial. Los compresores dinámicos
permiten ofrecer un flujo continuo y suelen ser compresores muy
eficientes si trabajan dentro de sus condiciones de diseño, dado que al
tener pocas piezas en movimiento, se reduce mucho las posibles
pérdidas debido a la fricción y al calentamiento de las mismas. No
obstante su rendimiento depende mucho de las condiciones exteriores,
así un cambio en la temperatura de entrada del aire respecto a sus
condiciones de diseño que indique la hoja de especificaciones del
compresor hacen variar significativamente su eficiencia final.
- Compresores centrífugos
Son compresores dinámicos donde la descarga final del aire se realiza
en sentido radial. En cada etapa de compresión en este tipo de
compresores el flujo de aire entra por el centro de un rodete dotado de
álabes. El rodete va montado sobre un eje que gira a gran velocidad, y
debido a la fuerza centrífuga impulsa al aire hacia la periferia del rodete.
Posteriormente, este aire que sale radial y a gran velocidad va a parar a
la carcasa o difusor en forma de espiral donde toda la energía cinética del
aire se transforma en energía potencial en forma de presión.
Figura 11. Compresor centrífugo
Generalmente, los compresores centrífugos constan de 2 ó 3 etapas
de compresión, con refrigeración intermedia. En este tipo de máquina el
régimen de giro que alcanza el eje es muy elevado (entre 15.000-100.000
rpm), por lo que los cojinetes empleados serán de altas prestaciones,
generalmente cojinetes de fricción lisos y lámina de aceite para
lubricación.
No obstante, estos compresores trabajan exentos de aceite, dado que
la lubricación se limita a los cojinetes que se sitúan en los extremos del
eje fuera del contacto con el flujo de aire.
2.2- Equipo refrigerador posterior
El flujo de aire, una vez sale del compresor, además de salir a mayor
presión, también sale a mayor temperatura (oscila según el grado de
compresión entre 70 ºC y los 200 ºC). El aire a mayor temperatura
también aumenta su capacidad de contener agua, pero conforme se vaya
enfriando todo esta agua irá condensando y si no se ha extraído
previamente terminará en el interior de la instalación y llegará hasta los
puntos de consumo, con el riesgo que ello conlleva, no sólo en cuanto a
durabilidad de la instalación y sus equipos (riesgo de oxidación), sino por
la peligro de formación de plagas de microorganismos y el consiguiente
riesgo de enfermedades.
Por ello, para evitar posibles condensaciones se coloca, nada más salir
del compresor, un enfriador (aftercooler). El aftercooler no es más que
un intercambiador de calor, que puede funcionar bien con agua o bien
con aire como fluido caloportador. En la figura siguiente se muestra un
esquema del dispositivo.
Figura 12. Aftercooler con deshumidificador incorporado
Justo detrás del enfriador, se coloca un deshumidificador que recoja
lo antes posible el condensado producido. Este sistema ofrece una
eficiencia entre el 80-90%, por lo que habrá que tener en cuenta la
presencia todavía de agua en la instalación. Así, en el siguiente equipo,
que suele ser el depósito de acumulación, habrá que dotarle de una
válvula en su fondo para que siga drenando el agua que no se ha
eliminado con el deshumidificador.
2.3- Depósito de acumulación
En todo sistema de aire comprimido es habitual la colocación de un
depósito de acumulación de aire que alimente a las unidades de
consumo. En una instalación con un compresor tipo todo / nada donde
no exista un sistema de regulación de su velocidad que pueda acomodar
la producción de aire a las necesidades de consumo, el depósito de
acumulación funciona como un depósito pulmón, que permita reducir el
número de arranques del compresor para hacer frente a la demanda de
aire comprimido cada vez que se produzca. Generalmente es
recomendable que un compresor tenga un régimen de arranques y
paradas que se sitúe entre las 5-10 veces / hora.
El volumen de acumulación del depósito vendrá determinado por la
capacidad del compresor, el sistema de regulación que se disponga y del
modelo de consumo que va a seguir la instalación, es decir, si se tiene un
consumo regular o por el contrario va a ser irregular con largos periodos
de consumo moderado y periodos cortos con picos de elevado consumo.
En caso de existir varios compresores que den servicio a la misma
instalación, será las características del compresor de mayor capacidad el
que condicione las características del depósito.
En la siguiente figura se muestra un depósito vertical dotado de las
tubuladuras de entrada y salida de aire, boca de inspección, manómetro
de medida de la presión interior, válvula de seguridad y válvula de
desagüe o grifo de purga en la parte inferior del depósito.
Figura 13. Depósito de acumulación vertical
La válvula de seguridad estará regulada a no más de un 10% por
encima de la presión de trabajo y deberá poder descargar el total del
caudal generado por el compresor. Deberá contar además con un
dispositivo de accionamiento manual para poder probar periódicamente
su funcionamiento.
Cuando el tanque se instala en el exterior y existe peligro que la
temperatura ambiente se sitúe por debajo de 0º C, el manómetro y la
válvula de seguridad, para evitar problemas de congelación, se deberán
instalar en el interior y disponer de tuberías que los conecte con el
depósito exterior. Estas tuberías deberán tener pendiente hacia el
depósito de modo que sean autodrenantes.
En los depósitos de tamaño pequeño la inspección se realizará por
medio de una simple boca bridada de 100 a 150 mm de diámetro,
mientras que en los de tamaño mayores las bocas de inspección serán
del tipo entrada de hombre (460 a 508 mm de diámetro).
Las tuberías para el control (regulación) deberán estar conectadas al
depósito en un punto donde el aire sea lo más seco posible.
El filtro con válvula de purga permitirá drenar el agua y aceite
acumulado en el fondo del depósito.
Para el cálculo del Volumen (V) del depósito de acumulación es
habitual el empleo de la siguiente expresión que relaciona las
condiciones de funcionamiento del compresor con el consumo de aire de
la instalación:
donde
T es el tiempo en minutos que transcurre entre arranques
consecutivos del compresor, es decir, el tiempo que transcurre entre
pasar de la presión máxima en el depósito (P1) a la presión mínima (P2)
de tarado que produce el arranque del compresor. El número de
arranques / hora que resulta óptimo para cada compresor es un dato que
puede ser consultado en su hoja de especificaciones
P1 - P2 es la diferencia de presiones máxima y mínima alcanzada en el
interior del depósito
C es el consumo de aire en condiciones normales (CN) de la instalación
3
(m /minuto)
Patm es la presión atmosférica.
Por otro lado, el depósito de acumulación va a ser un punto donde el
aire irá acumulándose a la vez que enfriándose, y por lo tanto, con la
segura probabilidad que se produzcan condensaciones. De esta manera,
como ya se ha dicho, habrá que disponer de un drenaje en la parte
inferior del depósito que evacue el agua que se vaya condensando en su
interior.
Generalmente esta agua estará contaminada de aceite procedente de
la lubricación del compresor, si es del tipo lubricado con aceite, por lo
que no se podrá verter directamente a un desagüe sino que habrá que
conducirla hacia un separador aceite-agua que extraiga la fracción de
aceite contenido.
En muchas ocasiones, sobretodo en instalaciones con necesidades no
muy grandes o en compresores portátiles, el depósito de acumulación va
incorporado como un elemento más del compresor, como se aprecia en
la figura siguiente.
Figura 14. Compresor con depósito integrado
Decir también que el depósito de acumulación cumple una misión
amortiguador, dado que aísla el resto de la instalación de las pulsaciones
en el caudal del aire producida a la salida del compresor, sobretodo de
los compresores alternativos o de pistón, ofreciendo un caudal regular y
uniforme, sin fluctuaciones.
Por último, recordar que los depósitos de acumulación de aire
comprimido es un aparato a presión, y por lo tanto deberá cumplir con la
reglamentación específica de aparatos a presión válido en cada país.
2.4- Filtros
Como ya se ha dicho, el aire es una mezcla incolora, inodora e insípida
de muchos gases, principalmente nitrógeno y oxígeno. Pero además, el
aire se contamina de forma natural con partículas sólidas, como polvo,
arena, hollín y cristales de sal, dependiendo del entorno y la altitud donde
se encuentre la instalación. El vapor de agua es otro ingrediente natural
que se puede encontrar en cantidades variables en el aire, además de
restos de aceites que provengan de la lubricación del compresor.
Cuando se comprime el aire, aumenta la concentración de la humedad
y de todos estos contaminantes, que si no se eliminan y permanecen en
el sistema, producirán un efecto negativo sobre los equipos neumáticos,
causando paradas de producción, productos defectuosos y reducción de
la vida útil de los equipos, además de problemas higiénicos que pueden
causar la proliferación de microorganismos por la presencia de humedad
y otros contaminantes como aceites en los conductos del sistema de aire
comprimido.
Figura 15. Filtro de aire
Resulta muy conveniente situar los filtros previos a los puntos de
consumo, de manera que adecuen perfectamente su sistema de filtrado
a los valores admisibles en cuanto contenido de aceite y de partículas, así
como de vapor de agua antes de que el aire alcance el punto final de
consumo.
2.5- Secado del aire comprimido
El contenido de humedad del aire o de un gas comprimido se expresa
normalmente por su punto de rocío, PR, en ºC, es decir y tal como se ha
descrito en el apartado 1.4, es la temperatura a que tendría que enfriarse
el aire para que el vapor de agua contenido en él condense.
Los fabricantes de secadores para aire comprimido, para especificar la
eficacia de un secador, usan la terminología del PR alcanzado con él para
describir la sequedad del aire. Pueden dar el punto de rocío a la presión
atmosférica (PR), o sea 760 mm Hg, o bien el referido a la presión de
trabajo, denominado punto de rocío a presión (PRP). Este último es más
alto, es decir PRP > PR, y es el que realmente deberá tenerse en cuenta,
dado que el aire comprimido se emplea a presión, y por lo tanto, a la
presión de trabajo es cuando pueden producirse condensaciones
perjudiciales en las conducciones y en los sitios de consumo.
En el apartado 2.2 se vio un primer secado del aire mediante un equipo
refrigerador que se instala a la salida del compresor y que lleva
incorporado un dispositivo para recogida del condensado (aftercooler
con deshumidificador). Este equipo permitía extraer entre un 80-90% del
contenido de agua presente en el flujo de aire.
No obstante, hay muchas aplicaciones (sanitarias, equipos de
laboratorio...) donde se requiere un aire de gran calidad y
completamente seco. Para ello hay que someter al aire a un nuevo
proceso de secado que elimine completamente el contenido de agua.
Existen varias tipología de secadores, cada una con una complejidad y
costo de instalación distinta. La variable que va a condicionar el coste y
complejidad del secador necesario va a ser el punto de rocío a presión
que tenga el aire a tratar. A menor punto de rocío mayor complejidad del
secador.
Básicamente existen cinco técnicas aplicables al proceso de secado del
flujo de aire: mediante refrigeración con separación posterior de la
humedad, aplicando sobrepresión, secado por absorción, por adsorción
y secado por membrana. A continuación, se desarrolla el principio de
funcionamiento de algunos de ellos:
- La técnica de secado mediante refrigeración que incluye la
separación posterior del condensado obtenido o también llamado
secador frigorífico, consta de un doble intercambiador que mejora la
eficiencia del sistema para alcanzar la calidad de aire necesaria.
Figura 16. Secador frigorífico
Un intercambiador de calor tipo aire-aire (1) se utiliza para prerefrigerar el aire caliente que sale del compresor con el flujo de aire frío
que sale del secador.
Otro intercambiador tipo aire-refrigerante (2) refrigera el aire hasta la
temperatura de punto de rocío a presión necesaria.
Un separador de humedad (3) recoge el agua que se vaya
condensando a la vez que dispone de una válvula de drenaje (4) que
evacue el condensado.
La presión o temperatura del refrigerante que condiciona la intensidad
del refrigerador (2) es controlada por una válvula de expansión (5) que se
gobierna automáticamente según la calidad de aire requerida.
- El secado por sobrepresión es otro de los métodos aplicados para
secar el flujo de aire. Es un método sencillo pero incurre en un alto costo
energético, por lo que sólo es aplicable cuando se mueven caudales
pequeños.
Básicamente consiste en comprimir el aire a mayor presión de la
necesaria, con lo que se consigue aumentar la concentración de agua.
Posteriormente se enfría la masa de aire, condensando el agua
contenida. Ahora sólo queda expandir el aire hasta la presión requerida,
con lo que se consigue una calidad de aire excelente con un punto de
rocío a presión más bajo.
- El secado por absorción es una tecnología poco empleada que sólo
permite reducir el punto de rocío de forma limitada. Básicamente
consiste en emplear un material absorbente que capture las moléculas
de vapor de agua. Es un proceso químico que utiliza como material
absorbente cloruro sódico o ácido sulfúrico por lo que los riesgos de
corrosión con este método son elevados. Como se dijo no se utiliza
mucho esta forma de secar el aire.
- La tecnología del secador por adsorción también es muy simple.
Consiste en hacer pasar el aire húmedo a través de un lecho con material
que sea higroscópico, es decir que tenga tendencia por absorber el agua
del ambiente.
Figura 17. Secador de adsorción regenerado por purga
Evidentemente, con el paso del tiempo el material acabará
saturándose de agua, por lo que deberá regenerarse para volver a tener
la capacidad de adsorción de la humedad ambiente.
Es por ello que este tipo de secadores disponga de dos torres relleno
del material higroscópico. Así mientras una torre funciona reteniendo la
humedad del flujo de aire, la otra torre estará en proceso de
regeneración del material higroscópico, invirtiéndose el funcionamiento
de cada torre cuando la torre que está trabajando termine por saturarse.
2.6- Separador de aceite / agua
La fracción de condensado que decante en el fondo de los depósitos
de acumulación, así como la fracción separada en los filtros separadores
de agua, resulta ser un efluente acuoso con contenidos en aceite,
sobretodo si se utilizan compresores lubricados con aceite.
La reglamentación vigente en la mayoría de los países impide el
vertido en la red pública de saneamiento de agua con contenidos en
aceite, por lo que previo a su vertido, habrá que someter al agua recogida
a un proceso de separación, que permita recuperar el contenido de
aceite y almacenarlo de forma independiente, y poder así verter el agua
limpia resultante a la red de saneamiento. El aceite separado será
retirado por un gestor autorizado para el tratamiento de este tipo de
residuos.
Toda esta labor la desempeña un tipo de equipos llamados
separadores de aceite/agua, como pueden ser los filtros de membrana.
Figura 18. Filtro de membrana
El principio de funcionamiento de un filtro de membrana es muy
sencillo. La estructura de constitución de la membrana es tal que deja
pasar a las moléculas de pequeño tamaño (agua limpia), mientras que
retiene en su interior las moléculas de mayor tamaño (aceite) que son
separadas del flujo y conducidas hasta un contenedor para su
almacenamiento.
3- Diseño de la instalación
3.1- Generalidades
Para realizar un buen diseño de un sistema de aire comprimido, éste
debe cumplir con tres objetivos básicos: que la pérdida de carga sea
mínima, disminuir las pérdidas o fugas en el sistema, y realizar un diseño
tal que se facilite el drenaje del agua que se condense en el interior del
circuito.
La red de distribución de aire comprimido deberá dimensionarse de
tal forma que la caída de presión máxima entre la salida del compresor y
el punto de consumo más lejano sea como máximo de 0,1 bar. A esta
caída de presión habría que añadirle las pérdidas finales originadas en la
manguera flexible de conexión y otros conectores con el instrumento o
utensilio que constituye el punto de consumo.
En general en un sistema de distribución de aire comprimido se
pueden distinguir distintos tipos de tuberías según su función:
- Tuberías o ramales principales que provienen directamente de la
sala de compresores;
- Tuberías de distribución, que parten del ramal principal y se
distribuyen por los locales de uso;
- Tuberías de servicios, que son las derivaciones de la tubería de
distribución hasta los accesorios de aire comprimido o puntos de
consumo finales.
La mejor forma de implantar la línea de distribución es formando un
anillo cerrado alrededor de la zona de consumo de aire, del que cuelgan
los ramales hasta los puntos de consumo final. Con ello se consigue una
alimentación uniforme dado que cada punto recibe el aire desde dos
direcciones, aunque los consumos sean intermitentes.
Por último, decir que en todo diseño de un sistema de aire comprimido
se recomienda seguir la siguiente secuencia lógica de etapas:
1.- Identificar los accesorios, herramientas y equipos consumidores
de aire comprimido, señalando su localización en planta y
determinando las condiciones de su consumo, tales como: caudal de
aire y presión de suministro o de trabajo del equipo, máximo nivel de
humedad admitido en el aire, de partículas y de contenido de aceite;
2.- Establecer el porcentaje de tiempo de funcionamiento de cada
consumidor y el número de consumidores que pueden trabajar de
forma simultánea en cada línea de distribución y en la línea principal;
3.- Estimar las posibles pérdidas por fugas, incorporándolo en el
cálculo;
4.- Realizar el cálculo de la caída de presión máxima para cada
punto final de consumo. El mayor valor obtenido será el que
condicionará las prestaciones del compresor;
5.- Selección de los restantes elementos del sistema (compresor,
depósito, equipos de tratamiento, etc.) y diseño final del piping de la
red.
3.2- Estimación de consumos
En general, el consumo total de aire comprimido es aquel que resulta
de sumar el consumo de todos los equipos neumáticos conectados en la
planta, trabajando a pleno rendimiento. Este es un dato básico que
permitirá la elección del tipo y dimensión del compresor.
A este valor hay que sumarle el obtenido por la estimación de las
posibles fugas que en un futuro se originen en la instalación. Como nota
extraída de la experiencia, decir que instalaciones bien conservadas
presentan normalmente fugas que rondan entre el 2 y el 5%.
Instalaciones con varios años de servicio pueden llegar a tener fugas del
orden del 10%. Si además, las condiciones de mantenimiento no son del
todo correctas, éstas pueden llegar a alcanzar valores del 25%.
En la siguiente tabla se expone un extracto que incluye los consumos
típicos de herramientas y equipos neumáticos:
Tabla 4. Consumos típicos de herramientas y equipos neumáticos a 5,5 bar
Por otro lado, es habitual colocar en los puntos finales de consumo
elementos como filtros y reguladores de presión que adecuen las
características del aire a las especificaciones del equipo.
Figura 19. Regulador de presión y filtro
3.3- Cálculo de las pérdidas de carga
Toda la presión a la salida del compresor no se puede utilizar, dado
que debido al rozamiento del aire con las paredes de la tubería por donde
circula hasta llegar a los puntos de consumo, más los efectos de
estrangulamientos que se originan en las válvulas de paso, los cambios
de dirección en el flujo en los codos, todo ello repercute en pérdidas a
través de un aumento en la temperatura del aire que se transforma
finalmente en una pérdida de presión estática en el flujo.
Como ya se apuntó anteriormente, toda red de distribución de aire
comprimido debe dimensionarse de tal forma que la caída de presión
máxima entre la salida del compresor y el punto de consumo más lejano
sea como máximo de 0,1 bar. En la siguiente tabla se indican los valores
recomendados de pérdida de carga en cada zona de una instalación fija
de aire comprimido:
Caída de presión en ramal principal
0,02 bar
Caída de presión en tuberías de distribución
0,05 bar
Caída de presión en tuberías de servicios
0,03 bar
Caída de presión total en instalación de tuberías fijas
0,10 bar
Tabla 5. Distribución de caídas de presión en instalación de tuberías fijas
Existe una formulación matemática, la ecuación de Darcy-Weisbach,
que permite calcular la pérdida de carga en un tramo longitud de tubería
mediante la siguiente expresión:
donde,
Δp es la pérdida de carga medida según la altura manométrica
(m.c.a.)
L es la longitud de tramo de la tubería (m)
D es el diámetro interior de la tubería (m)
v es la velocidad del aire en el interior de la tubería (m/s)
g es la acelaración de la gravedad (9,81 m/s2)
f es el es el factor de fricción de Darcy-Weisbach.
De la anterior expresión todos los parámetros son conocidos salvo el
factor de fricción (f). En efecto, la velocidad del aire por la tubería (v) está
relacionada con el caudal o flujo de aire (Q), que es un dato conocido
proveniente del consumo necesario de cada punto de suministro.
En efecto:
Q=v·A
donde
Q es el caudal volumétrico o flujo de aire (m3/s)
v es la velocidad del aire en el interior de la tubería (m/s)
A es el área de la sección interna de la tubería (Π·D2 / 4) (m2)
En las instalaciones de aire comprimido la velocidad máxima
recomendada para la circulación del aire por las tuberías está entre los 510 m/s, por lo que conocido el caudal (Q) necesario para el consumo y
tomando una velocidad de circulación en ese intervalo, se obtiene de la
expresión anterior el diámetro interior de la tubería (D). Por lo tanto es
el factor de fricción (f), la gran incógnita a calcular.
El factor de fricción (f), es un parámetro adimensional que depende
del número de Reynolds (Re) del fluido (en este caso, del aire) y de la
rugosidad relativa de la tubería (εr )
f= f (Re , εr )
donde el número de Reynolds (Re) viene expresado por la siguiente
formulación:
ρ·v·D
Re =
μ
siendo
ρ la densidad del fluido, en este caso del aire (ρaire = 1,18 kg/m3 a 25
°C)
v es la velocidad del aire en el interior de la tubería (m/s)
D es el diámetro interior de la tubería (m)
μ es viscosidad dinámica del fluido, en este caso del aire (μaire =
1,76·10-5 kg/m·s)
Por otro lado, la rugosidad relativa de la tubería (εr ) viene dada en
función de la rugosidad absoluta (K) del material del que está fabricada
la tubería y de su diámetro interior (D) de acuerdo a la siguiente
expresión:
K
εr =
D
En la siguiente tabla se muestran los valores de rugosidad absoluta
para distintos materiales:
RUGOSIDAD ABSOLUTA DE MATERIALES
Material
K (mm)
Material
K (mm)
Plástico (PE, PVC)
0,0015
Fundición asfaltada
0,06-0,18
Poliéster reforzado con fibra
de vidrio
0,01
Fundición
0,12-0,60
Tubos estirados de acero
0,0024
Acero comercial y soldado
0,03-0,09
Tubos de latón o cobre
0,0015
Hierro forjado
0,03-0,09
0,0024
Hierro galvanizado
0,06-0,24
0,0024
Madera
0,18-0,90
0,003
Hormigón
0,3-3,0
Fundición revestida de
cemento
Fundición con revestimiento
bituminoso
Fundición centrifugada
Tabla 6. Rugosidades absolutas de materiales
Por otro lado, en el transporte de fluidos por el interior de tuberías, y
el aire es un fluido, existen dos régimen: laminar y turbulento. Para cada
fluido, y para una sección de tubería, a una temperatura determinada,
existe una velocidad crítica (vc) por debajo de la cual el régimen es
laminar. Este valor crítico que marca la transición entre los dos
regímenes, el laminar y el turbulento, se corresponde con un Re = 2300,
aunque en la práctica, entre 2000 y 4000 la situación es bastante
imprecisa. Por lo tanto, en función del valor del número de Reynolds (Re)
se tiene que:
• Re < 2000: Régimen laminar.
• 2000 < Re < 4000: Zona crítica o de transición.
• Re > 4000: Régimen turbulento.
Este concepto es importante conocerlo, porque la expresión para
calcular el factor de fricción (f) es distinta según si el régimen es laminar
o turbulento. Así se tiene que:
• Régimen laminar
En este caso el factor de fricción (f) depende únicamente del número
de Reynolds a través de la ecuación de Poiseuille:
64
f=
Re
Expresión que resulta sencilla de aplicar para calcular el factor de
fricción (f) en función del Reynolds (Re).
• Régimen turbulento
Para el régimen turbulento este cálculo ya no es tan inmediato dado
que el factor de fricción (f) depende tanto del número de Reynolds como
de la rugosidad relativa de la tubería. En este caso existen diversas
formulaciones que pueden ser utilizadas para el cálculo del factor de
fricción:
>> Ecuación de Colebrook-White
Y otras como la ecuación de Barr, la ecuación de Miller o la ecuación
de Haaland.
Afortunadamente, además de estas expresiones existen
representaciones gráficas y ábacos empíricos que nos permiten calcular
cómodamente el factor de fricción (f). Uno de ellos es el Diagrama de
Moody que es la representación gráfica en escala doblemente
logarítmica del factor de fricción (f) en función del número de Reynolds
(Re) y de la rugosidad relativa de la tubería (K/D), según se representa en
la siguiente figura:
Figura 20. Diagrama de Moody
No obstante, existen diagramas empíricos, que suministran la mayoría
de casas comerciales, y que permiten obtener ya directamente la caída
de presión en tramos rectos de tuberías en función de la longitud de
tubería considerada, su diámetro interior, el caudal de aire que circula y
su presión, como se demuestra en el siguiente diagrama:
Figura 21. Caída de presión en tubería recta
Nótese que 1 bar = 100 kPa
Así pues, la ecuación de Darcy-Weisbach proporciona, como ya se vio,
la expresión para calcular la pérdida de carga en cada tramo recto de
tubería. Para calcular la pérdida de carga en otras situaciones (codos,
derivaciones en T, bifurcaciones, reducciones, válvulas...) se sustituye
cada accesorio de estos por unas longitudes de tubería equivalente, para
posteriormente calcular su pérdida de carga como si se tratara de tramos
rectos de tubería.
A continuación se muestra una serie de tablas donde se incluyen las
longitudes de tubería equivalente para cada accesorio:
Tabla 7. Longitudes equivalentes de accesorios
3.4- Dimensionado del compresor y depósito
Para la selección del tipo de compresor más idóneo a la instalación que
se proyecte es necesario de disponer de dos datos básicos como punto
de partida a la hora de iniciar su selección:
• Consumo o caudal de aire
• Presión máxima de trabajo
Con estos primeros datos, que ya se explicó cómo calcularlos en
apartados anteriores, se suele emplear ábacos o tablas que recomiendan
la tipología de compresor más idónea según el rango de trabajo donde se
encuentre la instalación a proyectar.
En la siguiente figura se muestra un ejemplo de gráfica que se puede
utilizar para seleccionar el tipo de compresor más conveniente según los
valores de caudal y presión necesarios:
Figura 22. Límites de uso de compresores
No obstante, el resultado anterior debe suponer el punto de partida,
dado que no sólo el consumo o el rango de presiones que debe dar el
compresor va a condicionar su elección, sino que hay otros factores que
dependiendo del lugar donde se instale (zona residencial, zona
industrial...) o el tipo de aplicación (automoción, instalación fija...)
decantará la elección en uno u otro tipo que por su construcción mejor
se adapte al entorno.
Así, a la hora de seleccionar el tipo de compresor habrá que tener en
cuenta los siguientes condicionantes y comprobar que están incluidos en
la hoja de especificaciones técnicas del compresor que se seleccione:
• Factores medioambientales, tales como si es aplicable alguna
limitación de emisión sonora.
• Altitud, dado que algunos tipos de compresores los cambios de
altura o de temperatura del aire de aspiración afectan significativamente
a su rendimiento. En la siguiente tabla se muestra cómo varían los valores
estándar de presión y temperatura con respecto a la altitud.
Tabla 8. Valores de Presión y Temperatura estándar con la altitud
• Determinar el rango de funcionamiento, frecuencia
arranques/paradas o modalidad de trabajo en continuo.
de
Por último, para el cálculo del depósito de acumulación de aire se
remite al lector al apartado "2.3. Depósito de acumulación" del presente
tutorial donde se explica detalladamente este proceso.
3.5- Recomendaciones finales
Para un diseño racional de un sistema de aire comprimido se
recomienda agrupar en una sala los equipos principales, esto es,
compresor o compresores, depósito de acumulación y los equipos de
tratamiento del aire (enfriadores, secadores...) de donde partirán las
líneas principales y de distribución hasta los puntos de consumo,
tratando siempre minimizar las longitudes de las tuberías.
La mejor forma de implantar la línea de distribución es formando un
anillo cerrado alrededor de la zona de consumo de aire, del que deberán
colgar los ramales hasta los puntos de consumo final. Con ello se consigue
una alimentación uniforme dado que cada punto recibe el aire desde dos
direcciones, aunque los consumos sean intermitentes en cada punto.
Por último, se recomienda seguir las siguientes pautas:
- Colocar derivaciones tipo "T" para los puntos de drenaje, dado que
los cambios bruscos de dirección favorecen el proceso de separación
de las gotitas del agua de la corriente de aire.
- La instalación de las tuberías deberá realizarse con pendiente
(aprox. 1%) en la dirección del flujo, para así favorecer la recogida de
los condensados.
- Las conexiones y ramificaciones desde una tubería principal o de
distribución deberán realizarse desde la parte de arriba de la tubería
con el fin de impedir en lo posible la entrada de agua.
- Siempre que quede algún punto de la instalación en una cota de
menor altura que sus alrededores, significará que será una zona de
concentración de condensados, por lo que habrá que colocar puntos
de drenaje. Igualmente, en toda línea principal de la instalación deberá
colocarse puntos de drenaje cada 30 metros aprox., que deben
situarse por debajo de la tubería.
- Minimizar la colocación de cambios de dirección, codos,
bifurcaciones, válvulas, dado que todos estos elementos suponen
pérdida de presión en el flujo.
ANEXO:
Anexo nº 1: Símbolos de representación gráficos en instalaciones de
aire comprimido
A diario en las visitas a diversos clientes vemos distintos errores de diseño en las
instalaciones debido a que las mismas están diseñadas por personas que tienen
poca idea acerca del aire comprimido y su distribución.
Así es fundamental para empezar con el diseño de una instalación analizamos
todas las variantes posibles que el cliente necesite, en cuanto al tipo de
instalación más idónea en cada caso, así como el tipo de compresor adecuado
en caso de requerirlo.
Como sabemos, el aire comprimido es un elemento clave, es vital para las
maquinas. Es una energía renovable que debe ser cuidada y tratada desde su
generación ya que es costosa y de esta energía dependerá todo nuestro
sistema.
Al desarrollar el proceso de diseño de una instalación de aire comprimido se
deben saber todas las aplicaciones que se usarán y su ubicación. Puntos
importantes a tener en cuenta como:
Presión de aire comprimido: Se debe calcular la presión a la cual se desea
trabajar para establecer el buen funcionamiento del compresor y red.
Generalmente la red de trabajo industrial de aire comprimido tiene presiones
de 6 a 7 bar.
Caudal de aire comprimido: El caudal de la red deberá ser diseñado con base en
la demanda de aire y las expectativas de crecimiento futuro ya que, en unos
años, nadie pensará en cambiar las cañerías que quedan obsoletas o chicas.
Pérdidas de presión: Los elementos de una red de aire comprimido como codos,
válvulas, Ts, cambios de sección, equipos de mantenimiento, y otras se oponen
al flujo generando pérdidas de presión de aire. Garantizar que las pérdidas estén
en lo permisible es una labor esencial a la hora de desarrollar el diseño. Piense
cuanto le costara cada bar de sobrepresión a su sistema. Estas deberian ser
inferiors al 5%.
Velocidad de circulación de aire: La velocidad debe controlarse puesto que el
aumento produce mayores pérdidas de presión. Esta no debe ser superior a los
6 m/seg en los ramales troncales ni superior a los 10 m/seg en las derivaciones a
las maquinas
Además de estos puntos y según las necesidades de la instalación,
seleccionaremos y evaluaremos los tratamientos mas adecuados para el mismo
ya que dependiendo del uso o el sector en el que se aplique el aire comprimido,
el usuario necesitará una calidad de aire, aire comprimido seco y limpio.
El diseño de una sala de máquinas es fundamental para garantizar la calidad del
aire comprimido.
Existen varias posibilidades de configuraciones de una red de aire comprimido,
aquí dos ejemplos:
Red de aire comprimido Cerrada: En esta configuración la línea principal
contituye un anillo. La inversión inicial de este tipo de red es mayor que si fuera
abierta. Sin embargo, con ella se facilitan las tareas de mantenimiento de
manera importante, puesto que ciertas partes pueden ser aisladas sin afectar a
la producción.
La falta de dirección constante del flujo es una desventaja importante de este
sistema, ya que la dirección del flujo en algún punto de la red dependerá de las
demandas puntuales y por tanto, el flujo de aire cambiará de dirección
dependiendo del consumo.
El problema de estos cambios radica en que la mayoría de los accesorios de una
red (Filtros, Enfriadores etc.) son diseñados con una entrada y una salida. Por
tanto un cambio en el sentido de flujo los inutilizaría.
Red cerrada de aire comprimido
Red de aire comprimido Abierta: Se contituye por una sola línea principal de la
cual se desprenden las secundarias y las de servicio. La poca inversión inicial
necesaria de esta configuración constituye su principal ventaja. Además, en la
red pueden implementarse inclinaciones para la evacuación de condensados. La
desventaja principal de este tipo de redes es su mantenimiento. Ante la
necesidad de una reparación es posible que se detenga el suministro el
suministro de aire “aguas abajo” del punto de corte lo que implica una parada
en el suministro de airea la producción.
Red Abierta
Cuando diseñamos una red de aire comprimido lo primero que debemos hacer
es levantar u obtener un plano de la planta donde claramente se ubiquen los
puntos de demanda de aire anotando su consumo, calidad y presión requeridas.
Es necesario identificar el lugar donde se van a emplazar el compresor de aire
comprimido o en su caso la sala de maquinas de compresores. Es necesario
realizar un buen trabajo puesto que una vez realizada la distribución esta
influirá en las futuras ampliaciones y mantenimiento de la red.
Tenga en cuenta las siguientes observaciones:
– La red de aire comprimido hay que diseñarla con base a la arquitectura y las
actividades que se desarrollan dentro del edificio industrial y de los
requerimientos de aire. No olvide las posibles ampliaciones o modificaciones
que pueda sufrir la planta.
– Procurar que las instalaciones de tuberías de aire sean lo más recta posible.
Disminuir la longitud de tubería al máximo posible, evitar codos, Ts, y cambios
de secciones que aumenten la pérdida de presión en el sistema.
– La instalación de tubería siempre debe ir aérea. Pueden ir sujetas a paredes o
techos. Esto le facilitara las tareas de instalación de accesorios, purgas de
condensado o futuras ampliaciones. Al tener una línea aérea será de fácil acceso
para inspección y mantenimiento. Las tuberías enterradas no son prácticas,
puesto que dificultan su mantenimiento y en el interior del circuito impide la
evacuación del agua consensada.
– Para evitar posibles accidentes y riesgos eléctricos la instalación de tubería de
aire comprimido no debe ir cerca del cableado. Si la monta cerca o en una
bandeja portacables debido a que no existe otra alternativa, hágalo en la parte
inferior de la misma.
– Hay que tener cierta libertad a la hora de instalación de la red de aire
comprimido para que la tubería permita variación de longitud debido a la
dilatación de los materiales por la diferencia de temperaturas.
– Antes de realizar salidas o tomas de aire comprimido en la red se debe
comprobar que los diámetros de la tubería son adecuados para manejar la
adicional de aire que le vamos a requerir al sistema.
– En la tubería principal hay poner un buen diámetro para evitar problemas a la
hora de ampliación de la red. La pendiente de la tubería principal deberá tener
una leve inclinación será del 1% en la dirección del flujo del aire, para ubicar las
purgas de condensados.
– Para evitar detener el suministro de aire comprimido en la red cuando se
hagan reparaciones de fugas, nuevas instalaciones y operaciones de
mantenimiento es esencial que se ubiquen llaves de paso frecuentemente en la
red.
– Las tomas de aire para las bajar a una maquina no deben de hacerse nunca en
la parte inferior de la tubería sino en la parte superior, para evitar que el agua
condensada que circula por defecto de la gravedad pueda ser recogida y llevada
a los distintos equipos neumáticos conectados a la red.
– Es recomendable que la pérdida de presión hasta el punto más desfavorable
se establezca en un máximo de 10% de la presión de operación del sistema (lo
ideal es 5% o menos)
– En las bajadas de acometida, y antes a la toma del equipo neumático, hay que
instalar una unidad de mantenimiento compuesto por; filtro, regulador de
presión y lubricador.
– Hay que procurar no colocar más de dos o tres acoplamientos rápidos en las
tuberías de servicio.
– Lo ideal es tener entre el compresor y la primer bajada al menos 7 metros de
distancia para que el aire se enfríe.
– Coloque una manguera flexible entre el compresor y la red de un diámetro
acorde a la salida del equipo (nunca inferior) para evitar transmitir vibraciones.
– No es mala idea dejar previstas conexiones con niples soldados en 1″ o 1/2″
para futuras mediciones de caudal.
– El tema de los materiales de la red es una cuestión no menor y será analizado
en futuras notas. Use el que mas le guste o su bolsillo pueda pagar, pero NO use
cañerías para agua unidas por fusión del plástico o termo fusión ya que son
extremadamente peligrosas.
Por último una consideración muy importante que debería tener en cuenta seria
contactar a un especialista en el tema ya que el costo de un buen diseño
seguramente será muy inferior a las pérdidas que un mal diseño le significarán
en poco tiempo.
Espero que les sirvan estas recomendaciones básicas. Si necesita asesoramiento
para el diseño profesional de su instalación no dude en contactarme.
Parece fácil, pero no lo es. Seleccionar el tamaño o modelo de un compresor en
función del caudal requerido puede encerrar una trampa mortal si no se manejan
correctamente los conceptos.
La selección del tamaño o modelo de un compresor se basa principalmente en
dos conceptos: Caudal y Presión. De los dos, el caudal encierra algunos
elementos que pueden inducir a error como son el concepto Normales, Standard
o FAD.
En todo momento estamos hablando de caudal y, por tanto, un volumen por
unidad de tiempo. Pero en función del uso del concepto Normales, Standard o
FAD, no lo estamos haciendo bajo las mismas condiciones de referencia.
Es importante definir primero a qué nos referimos con condiciones de referencia:
Condiciones de referencia son los valores de Presión Atmosférica, Humedad y
Temperatura en los que está medido un determinado volumen de un gas.
Las condiciones de referencia son importantes porque en función de los valores
que las definen, el valor absoluto de la cifra de caudal que se está manejando
puede tener variaciones importantes.
El aire atmosférico que se utiliza para comprimirlo en un compresor está formado
por una mezcla de gases entre los que se encuentra el vapor de agua. Por esa
razón, muchos de los valores de caudal que se encuentran en las especificaciones
técnicas de equipos y consumidores se refieren a unidades a las que no afecten
ni el vapor de agua, ni la temperatura.
De esta forma, los valores de caudal con los que seleccionar un compresor se
pueden encontrar en Normales, Standard o FAD. Todos ellos se relacionan entre
sí en función de temperatura, presión atmosférica y humedad.


Caudal en FAD
Caudal en Normales




Caudal en Standard
¿Qué caudal usar en la selección de un compresor?
Ejemplo, cálculo de un caudal en Normales a aire aspirado / FAD
7 consejos importantes en la selección de un compresor en función del
caudal
Caudal en FAD
Es una magnitud que define el caudal de aire que produce un compresor medido
en condiciones de aspiración. Las siglas vienen dadas por su denominación en
inglés Free Air Delivery, cuya traducción al español es Aire Libre Suministrado.
El caudal que la mayoría de los fabricantes indican como FAD en sus catálogos
corresponde al medido según ISO 1217. Esta norma regula el procedimiento en
la medición del caudal a la salida del Air-End o unidad compresora, así como las
condiciones de referencia para hacerlo.
Para calcular el caudal FAD que se necesita, hay que tener en cuenta las
condiciones de aspiración del compresor, es decir, la temperatura de aspiración
del aire, humedad y presión absoluta con las que se ha definido dicho caudal.
Caudal en Normales
Es una magnitud que define un volumen de aire o gas. En este caso, por
convención se consideran las siguientes condiciones de referencia:




Nomenclatura “N” delante de la unidad. (Ej.: Nm3/h ó Nm3/min)
Medido a nivel del mar, es decir, con una presión absoluta de 1,013 bar (a)
Seco. El valor de caudal no incluye el vapor de agua.
Temperatura 0ºC
Caudal en Standard
También se pueden encontrar algunos valores medidos en condiciones Standard
que, al igual que los caudales anteriores, se trata de una magnitud que define un
volumen de aire o gas. En este caso las condiciones de referencia son:




Nomenclatura “S” delante de la unidad. (Ej.: Sm3/h ó Sm3/min)
Medido a nivel del mar, es decir, con una presión absoluta de 1,013 bar (a)
Seco. El valor de caudal no incluye el vapor de agua.
Temperatura 15 ºC
Lo más habitual es encontrar caudales medidos en condiciones Normales y de
hecho son los más utilizados en el ámbito europeo.
¿Qué caudal usar en la selección de un compresor?
Cuando existen valores medidos en condiciones Normales, ya se sabe de
antemano cuáles son las condiciones de referencia con las que dichos valores han
sido considerados (0 ºC, 1,013 bar (a) y seco), pero este valor no es suficiente para
seleccionar el compresor. Hay que tener en cuenta las condiciones en las que el
aire atmosférico es aspirado por el compresor en realidad.
Para ello hay que transformar el caudal medido en condiciones Normales a un
caudal medido en condiciones de aspiración o de trabajo del compresor. Ese
caudal transformado considera como condiciones de referencia las
correspondientes al lugar donde está ubicado el compresor o las de diseño
requeridas por el proyectista de la instalación.
Finalmente, ese será el caudal con el que se deberá seleccionar el compresor
adecuado para la instalación o aplicación para la que necesitamos el aire
comprimido.
La forma de calcular este nuevo caudal tiene una cierta complejidad y por esa
razón, en mundocompresor.com hemos desarrollado una aplicación que
contiene una fórmula de cálculo que, de forma sencilla y rápida, facilita un
resultado con el que se puede trabajar.
Acceder al Conversor de Normales o Standard a FAD
Como las alternativas de temperatura y humedad pueden ser varias y las
aplicaciones también, siempre aconsejamos usar el valor de esta fórmula como
orientativo y consultar la selección del compresor con el fabricante elegido en
cada caso.
Ejemplo, cálculo de un caudal en Normales a aire aspirado / FAD
Para facilitar la comprensión de la fórmula de cálculo realizaremos un ejemplo:
Supongamos que necesitamos seleccionar un compresor de las siguientes
características:
 Caudal 12 Nm3/min
 Presión de trabajo 10 bar g
 Temperatura ambiente de diseño 35 ºC
 Humedad relativa de diseño 60%
 Ubicación 1000 metros sobre el nivel del mar.
Si acudimos con estos datos al catálogo de cualquier fabricante de compresores,
seguramente seleccionaríamos un modelo con una potencia de 75 kW, debido a
que para la presión de 10 barg indicada, todos los fabricantes rondan los 12
m3/min.
Pero al hacerlo hemos cometido un error, no hemos considerado que delante de
las unidades de medición el caudal lleva la “N” de Normales y, por lo tanto, dicho
caudal no está considerado en las mismas condiciones de temperatura, humedad
y presión atmosférica que solicita el diseñador de la planta.
Lo primero que hay que averiguar es la presión atmosférica a los 1000 metros de
altitud indicados. En este caso dicho valor es de 0,896 bar (a).
A continuación, habrá que calcular el caudal para las condiciones indicadas. Para
ello se pueden aplicar las fórmulas correspondientes o acudir a la fórmula de
cálculo disponible en mundocompresor.com.
Acceder al Conversor de Normales o Standard a FAD
1. Introducir el caudal requerido en la especificación. Marcar las condiciones de
referencia solicitadas, que en este caso son N-Normales y poner las unidades en
m3/min:
2. Se puede verificar que la aplicación indica los valores que ha determinado en
las condiciones seleccionadas y que en el ejemplo son N-Normales:
Si los datos estuvieran en Standard, bastará hacer clic sobre la palabra Standard
para que la aplicación adapte los cálculos a esas condiciones. En el ejemplo
seguiremos con N-Normales.
3. A continuación, introducir los datos de las condiciones locales:
4. Con toda la información introducida, hacer clic en calcular y la aplicación
ofrecerá el valor buscado. Atención a las unidades de medición, que en este caso
habrá que cambiar a m3/min para mantener los mismos valores con los que
hemos estado trabajando.
Con todos los valores introducidos, la aplicación indica que el caudal es de 15,91
m3/min. Ahora, al seleccionar el compresor dentro de las tablas del fabricante,
se puede ver que posiblemente sea necesario un equipo de 90 kW porque el de
75 kW previamente seleccionado se queda pequeño.
Si se hubiera mantenido la selección inicial, se estaría instalando un compresor
de un tamaño inferior al requerido, lo que condicionaría el funcionamiento
correcto de la planta.
La aplicación permite trabajar con diferentes unidades para el caudal, tanto en
los datos de entrada como en el resultado calculado.
7 consejos importantes en la selección de un compresor en función del caudal
1. Atención a la letra “N” o “S” que va delante de las unidades de caudal. Esa letra
indica que el caudal está medido en condiciones Normales o Standard.
2. El caudal FAD de un compresor es el que puede suministrar dicho compresor
medido en condiciones de aspiración.
3. El caudal medido en condiciones Normales o Standard no es válido para
seleccionar el compresor de las tablas del catálogo del fabricante. Hay que
transformar dicho caudal a condiciones de aspiración.
4. El caudal en condiciones de aspiración es el correspondiente al valor en
Normales o Standard modificado por la humedad, temperatura y presión
absoluta a la que está sometido el gas en el lugar de ubicación del compresor o a
los valores que el proyectista ha determinado como de diseño.
5. Para calcular este
de mundocompresor.com.
caudal,
utilizar
la
fórmula
de
cálculo
6. El caudal en condiciones de aspiración deberá ser igual o ligeramente inferior
al FAD del compresor.
7. Verificar todos estos cálculos con el fabricante del compresor seleccionado.
Almacenamiento de aire comprimido Kaeser mexico
El almacenamiento adecuado del aire comprimido es quizá uno de los puntos
menos contemplados y cuidados a la hora de dimensionar las estaciones de aire
comprimido. Desafortunadamente, el almacenamiento es visto como una parte
fija denominada “tanque acumulador” que no requiere o produce energía
mecánica o eléctrica, por lo que su propósito básico ha sido reducido a
almacenar un volumen de aire comprimido para ser utilizado cuando este sea
necesario.
Sin embargo, un tanque de almacenamiento apropiado, puede ayudar a mejorar
varios aspectos en la estación, tales como:
o
o
o
o
Rendimiento energético de la estación de compresores, reduciendo los
arranques innecesarios de otros equipos, así como el número de ciclos
carga-descarga del compresor.
Calidad del aire comprimido, eliminando parte del condensado contenido
en el aire, reduciendo carga al secador.
Reducción de las fluctuaciones de presión en el sistema.
Cubrir picos de demanda repentinos por periodos de tiempo reducido,
(este rubro, representa el 1% de las aplicaciones de los tanques).
No obstante, el contenido de este artículo se enfoca a maximizar y garantizar el
tiempo estimado de servicio de las unidades de compresión mediante el tamaño
adecuado del tanque de almacenamiento.
Mantener el almacenamiento adecuado para cubrir las fluctuaciones de la
demanda aplica para todos los compresores, independientemente de su tipo de
control, ya que todos los compresores requieren de un tiempo para reaccionar a
los cambios de demanda, esto incluye compresores con tipo de control
frecuencia variable, modulación, dual o carga-descarga.
Los compresores, como los son con tipo de control dual, para su correcta
operación dependen de la cantidad de almacenamiento mínima para limitar la
frecuencia máxima de sus ciclos carga – descarga. Es por ello que asegurando el
almacenamiento mínimo requerido se reducirá significativamente el número de
ciclos hechos por estos compresores para satisfacer la demanda y presión.
Reducir estos ciclos impacta en el número de activaciones de los componentes
de control del compresor, causando menor desgaste en válvulas, empaques, así
como en la reducción de cargas axiales ejercidas en los cojinetes de los rotores
de las unidades de compresión.
El tiempo de servicio de las unidades de compresión está vinculado
directamente al ciclo de servicio de los cojinetes, ciclo de servicio establecido
por los fabricantes en base a las magnitudes y direcciones de las cargas,
esfuerzos y fatiga, velocidades de giro y temperatura de operación del
rodamiento.
Tomando en consideración este ciclo de servicio de los rodamientos, KAESER
garantiza sus unidades de compresión con un tiempo de servicio mínimo de
72,000 horas de operación, cumpliendo con las indicaciones del manual de
servicio, temperaturas de operación promedio de los equipos entre 75 a 90°C y
con un máximo de ciclos de carga – descarga de sus compresores listados a
continuación.
Parámetros de operación:
Ciclos carga-descarga en compresores de hasta 25 hp de potencia nominal: 72
ciclos / hora
Ciclos carga-descarga en compresores de hasta 100 hp de potencia nominal: 36
ciclos / hora
Ciclos carga-descarga en compresores de hasta 450 hp de potencia nominal: 18
ciclos / hora
Para cumplir con estos ciclos de carga-descarga, es necesario seleccionar el
tanque de almacenamiento correcto, cuya capacidad se puede calcular de
acuerdo a la siguiente fórmula.
Donde:
VR = Volumen real del tanque en [m3 ]
V1 = Flujo de aire del compresor [m3 /h]
V2 = Demanda de aire de la planta [m3 /h]
Z= Número de ciclos carga – descarga permitidos por hora del compresor.
Dp = Diferencial de presión del compresor [ bar ]
DF = V2 / V1 = factor de carga
Para el caso donde se desconoce la demanda de aire de la planta (V2), el valor
de factor de carga (DF) de 0.5 representa el caso crítico, lo que representa que
la demanda de la planta es del 50% de la capacidad del compresor. Sin embargo,
en base a la experiencia y como un valor empírico, el valor de factor de carga
(DF) se puede considerar de 0.5 para equipos de 3 – 25 hp, 0.79 para equipos de
30 100 hp, y 0.885 para equipos de 125 – 450 hp.
Por otro lado, el control del compresor no es capaz de ajustar por si solo los
ciclos de carga-descarga, por lo que para llevar a cabo esto es necesario
considerar un ajuste de presión al control del compresor, cuyo valor para este
análisis será basado en una presión diferencial de 10 psig (0.689 bar).
Definiendo las variables relacionadas, podemos calcular la capacidad mínima de
los tanques para todo el rango de capacidad de compresores de tornillo KAESER.
Ejemplos:
168.
Compresor AS 20
Flujo = 99 cfm FAD = 168.2 m3 /h
VR = (168.2 x (0.5 – 0.52 ))/ (72 * 0.689)
VR = 0.85 m3
169.
Compresor CSD 100
Flujo = 494 cfm FAD = 839.3 m3 /h
VR = (839.3 x (0.79 – 0.792 ))/ (36 * 0.689)
VR = 5.61 m3
170.
c) Compresor ESD 300
Flujo = 1501 cfm FAD = 2550.2 m3 /h
VR = (2550.2 x (0.885– 0.8852 ))/ (18 * 0.689)
VR = 20.9 m3
Aplicando la misma fórmula y bajo las consideraciones arriba mencionadas,
determinamos la capacidad y modelos de tanques necesarios para toda la gama
de compresores de tonillo KAESER.
Mediante la aplicación de los principios de almacenamiento básicos que
intervienen en un sistema de aire comprimido, es factible mejorar el
rendimiento energético y operativo de los equipos, además de hacer
reducciones en los gastos de mantenimiento por cambio anticipado en las
unidades de compresión.
El volumen de almacenamiento que aporta la red al sistema de aire comprimido
solo se considera cuando el diámetro de tubería está correctamente
seleccionado, y las pérdidas de presión que genera la red no van más allá de 3%
de la presión de operación del sistema. En el caso contrario, un diámetro mal
seleccionado genera una restricción al flujo de aire comprimido por lo que el
volumen de almacenamiento en tubería neumática no se aprovecha, ya que el
aire no puede fluir libremente y llenar la red neumática para alcanza la presión
de descarga de los compresores.
El correcto ajuste del caudal de los compresores de acuerdo a las oscilaciones
del consumo de aire comprimido es lo único que permite evitar las fases de
carga parcial, que consumen mucha energía y resultan muy costosas. Es por
ello que contar con el controlador adecuado para el compresor juega un papel
fundamental.
Los compresores que funcionan con un grado de carga inferior al 50% están
derrochando grandes cantidades de energía. Muchos usuarios, sin embargo, no
son conscientes de ello porque sus compresores disponen de un contador de
horas de servicio, pero carecen de un contador de horas de servicio en plena
carga. La solución es un sistema de control adaptado a las necesidades: Si se
alcanzan niveles de carga de los compresores de un 90% o más, será posible
ahorrar más de un 20% de energía.
1. Controlador interno
a) Regulación plena carga/marcha en vacío
La mayoría de compresores suelen accionarse mediante motores asíncronos de
corriente trifásica. La frecuencia de conmutación de estos motores desciende
conforme aumenta su potencia. Por lo general con estos motores no es
suficiente conectar y desconectar los compresores con diferencias de
conmutación pequeñas para adaptar su producción a la demanda de aire real.
Con estos ciclos de conexión y desconexión precarios solo se descargan las
piezas del compresor que soportan presión, aunque el motor sigue operando
por un determinado periodo de tiempo (figura 1). Durante la fase de operación
en vacío, el compresor sigue consumiendo tan solo un 20% del consumo a plena
carga. No obstante, esa quinta parte de energía no es más que una fuga de
recursos energéticos para la panta de aire.
Los sistemas modernos de regulación optimizados informáticamente, como la
regulación Quadro, con selección automática del modo de servicio más
conveniente (figura 2), la regulación Dynamic, con tiempos de marcha en vacío
según la temperatura del motor (figura 3), y la regulación Vario, con tiempos de
marcha en vacío calculados y variables (figura 4), ayudan a evitar las costosas
fases de marcha en vacío – con una protección total del motor.
Las regulaciones proporcionales por reducción no son recomendables, ya que
un compresor que opere al 50% de su factor de carga sigue consumiendo el 90%
de la energía que suele consumir al operar al 100%.
Figura 1: Modo de control plena carga-operación en vacío-parada diferida con
fases fijas de operación en vacío, conocido como control Dual
Figura 2: Modo de control intermitente plena carga-operación en vacío-parada
diferida con selección automática del funcionamiento óptimo, conocido como
control Quadro
Figura 3: Regulación Dynamic, basada en la regulación Dual, con fases de
marcha en vacío en función de la temperatura del motor
Figura 4: Modo de control Vario con fases de operación en vacío variables
estimadas
b) Convertidor de frecuencia
Los compresores cuya velocidad de giro está controlada por un convertidor de
frecuencia (figura 5) no presentan un grado de rendimiento constante en todo
su campo de regulación. Por ejemplo, operando entre 30 y el 100% de su factor
de carga, dicho grado se reduce del 94 al 86% en un compresor de 90 kW.
Además, el convertidor produce ciertas pérdidas, sumadas a las que puede
provocar una razón de rendimiento no lineal de los compresores. Los
compresores controlados por convertidor de frecuencia deben funcionar dentro
de una gama de control del 40 al 70%: Ahí es donde se alcanza la máxima
rentabilidad.
Estos componentes deben estar dimensionados para el 100 % de la carga. Por
tanto, los sistemas con convertidor de frecuencia utilizados incorrectamente
pueden llegar a ser verdaderos devoradores de energía sin que el usuario se
percate de ello. La regulación del aire producido por medio de un convertidor
de frecuencia no es la panacea para conseguir el servicio más económico del
compresor.
Figura 5: Modo de control Continuo del caudal a través del control de la
velocidad de giro del motor (convertidor de frecuencia)
2. Clasificación del consumo de aire comprimido
Por regla general, es posible clasificar los compresores por funciones, teniendo
en cuenta si funcionan como compresor de carga base, carga media, carga
variable o compresor standby.
a) Consumo de carga base
Entendemos por carga base la cantidad de aire que necesita el sistema de
manera constante.
b) Consumo de carga máxima
La carga máxima es la cantidad de aire comprimido que se necesita en los
momentos de más alto consumo. Es variable, ya que la demanda de los distintos
consumidores es diferente.
Para responder convenientemente a estas cargas, será necesario equipar los
compresores con distintos controladores. Estos sistemas de control deberán ser
capaces de mantener la producción de aire comprimido en caso de que falle un
sistema de mando superior.
Figura 6: Repartición de la carga según demanda entre compresores de distintos
tamaños
3. Controlador maestro
Los controladores maestros modernos con software y navegador de red regulan
el funcionamiento óptimo de los compresores de la estación y los coordinan
para conseguir la mayor eficiencia energética. Además, también registran los
datos de desempeño y de eficiencia para documentar todo el proceso de
producción del aire comprimido.
Figura 7: Las numerosas posibilidades de conexión de un controlador maestro
contribuyen a un servicio más eficiente de la estación de compresores
Prepare su sistema de tratamiento de condensados para el futuro
La mayoría de los países han promulgado estrictas normativas sobre el agua
limpia. No se arriesgue a quedarse atrás con un separador de aceite y agua
obsoleto o mediocre. La extraordinaria eficacia del OSC le garantiza que
cumplirá incluso las normativas medioambientales más exigentes durante
muchos años.
Una gama completa
La serie OSC dispone de diferentes tipos y tamaños para ofrecerle la máxima
flexibilidad. Hay modelos pequeños reciclables y modelos más grandes que se
pueden reparar. Los modelos OSC 12-625 son de dos etapas, mientras que los
OSC 1250-2500 son de tres etapas. Para el OSC 2500, un divisor de flujo divide
uniformemente el flujo entre dos unidades.
Mantenimiento sin esfuerzo
El OSC se suministra con múltiples bolsas pequeñas de polipropileno para las
unidades más grandes y cartuchos de carbón activado y arcilla orgánica fáciles
de retirar. Esto simplifica el mantenimiento y reduce el tiempo de servicio.
Y una ventaja más
La facilidad de uso del OSC también se extiende a su extenso intervalo de
servicio de 4000 horas, lo que garantiza un tiempo de actividad óptimo.
Tratamiento de condensado eficaz y sin esfuerzo
El significado de OSC:
O de Oil (aceite): el aceite se separa de forma más efectiva gracias a la
innovadora tecnología de filtración de dos etapas
S de Strict (estricto): los estrictos estándares de agua limpia no suponen ningún
problema, ya que el OSC proporciona una pureza extremadamente alta
C de Cartridges (cartuchos): los cartuchos y las bolsas filtrantes que capturan el
aceite filtrado hacen que el tratamiento del condensado sea más sencillo y
mucho menos complicado
Las ventajas de la doble filtración
El OSC utiliza una ingeniosa tecnología de triple filtración con polipropileno y
carbón activado que elimina una gama más amplia de tipos de aceite y que
puede alcanzar una pureza del agua de hasta 5 ppm. Los cartuchos de arcilla
orgánica están disponibles para hacer frente a emulsiones más fuertes.
Para optimizar su rendimiento, el OSC controla el paso correcto de agua y la
saturación del filtro de polipropileno. Una toma para muestras simplifica la
verificación del rendimiento de la filtración.
¿Qué es un separador de aceite y agua y cómo funciona?
Los separadores de aceite y agua desempeñan un papel fundamental en los
sistemas de aire comprimido que utilizan compresores con inyección de aceite.
En el proceso de generación de aire comprimido, estos compresores también
producen un condensado que contiene trazas de aceite. Para proteger el medio
ambiente, el condensado debe tratarse y el aceite debe eliminarse antes de
poder desecharlo.
Aquí es donde entra en acción el separador de aceite y agua. Como su nombre
indica, este dispositivo separa el agua y el aceite del condensado del compresor
para evitar que este último entre en las aguas residuales.
¿Por qué debe separarse el aceite del agua?
Esta es una tarea muy importante. La mayoría de las personas probablemente
conozcan el experimento que demuestra cómo una gota de aceite se extiende
rápidamente por una gran superficie de agua. De hecho, un litro de aceite de
motor puede contaminar un millón de litros de agua subterránea. Una mancha
de aceite sobre un cuerpo de agua puede evitar que el oxígeno llegue a las
plantas y a los animales que viven en ella. El aceite también puede ser
perjudicial para los animales al afectar a las características aislantes de los
especímenes con pelaje y a las propiedades para repeler el agua de las plumas
de las aves.
Existe otra importante razón por la que se debe tratar el condensado del
compresor con contenido de aceite: la ley lo exige en muchos lugares. Cada vez
son más los países y las jurisdicciones que promulgan normativas
medioambientales cada vez más estrictas para prohibir el vertido de aguas que
contenga aceite. La infracción de estas normativas puede conllevar elevadas
sanciones.
Afortunadamente, como también demuestra el experimento, el aceite y el agua
no se mezclan bien, por lo que la mayor parte del aceite permanecerá en la
superficie. Sin embargo, y por desgracia, eso no significa que el aceite presente
en el condensado del compresor se pueda simplemente retirar de la parte
superior.
En su lugar, la separación del aceite y el agua es un proceso complejo que nos
lleva a conseguir un entorno más limpio. Veamos cómo funciona más
detalladamente.
¿Cómo funciona un separador de aceite y agua?
Naturalmente, existen diferencias entre las marcas y los tipos de separadores de
aceite y agua. Sin embargo, la mayoría incluyen la filtración en varias etapas y el
principio de adsorción. Un filtro de primera etapa adsorberá el aceite libre,
mientras que un filtro de segunda etapa eliminará las gotas de aceite restantes y
purificará el condensado. El primer filtro normalmente está compuesto por
fibras de polipropileno que adsorben el aceite, pero no el agua. Esto significa
que el aceite se adherirá a la superficie de las fibras. La filtración de segunda
etapa a menudo se basa en carbón activado (o arcilla orgánica para emulsiones
más fuertes) para purificar el condensado.
Al final de este proceso, el agua restante está lo suficientemente libre de
contaminantes como para que se pueda desechar de forma segura en el sistema
de alcantarillado. El separador de aceite y agua ha terminado su trabajo. Al final,
todo el mundo sale ganando: la empresa que hace lo correcto y evita multas y,
sobre todo, el medio ambiente.
Cómo calcular la eficiencia de un sistema de aire comprimido
Calcular la eficiencia de un sistema de aire comprimido, trae consigo ciertos
beneficios para el sector industrial como son:

Ahorro del costo total de inversión inicial de mantenimiento
durante el ciclo de vida en un 75%.

Ahorro energético entre un 20 y 50%.
Como es de conocimiento para muchos responsables de plantas, el aire
comprimido es un elemento que se requiere en una amplia gama de industrias.
A menudo se le conoce como la cuarta fuente de utilidad en una planta,
después de la electricidad, el gas natural y el agua. Para la mayoría de las
empresas, es un elemento vital para su proceso de producción.
Sin embargo, con demasiada frecuencia, los sistemas de aire comprimido son
altamente ineficientes, lo que resulta en una importante pérdida de energía (y
costo). Motivado a ello, en este artículo estaremos centrados en revisar cómo
calcular la eficiencia de un sistema de aire comprimido, las razones que lo hacen
ineficiente y cuáles son aquellos factores del sistema dónde ocurren las pérdidas
de energía.
La eficiencia del compresor varía según el tipo, el tamaño y el rendimiento del
mismo. Con respecto a la altitud, se tiene la siguiente tabla:
REDUCCIÓN DE PORCENTAJE (%) POR CADA 1000 M
TIPO DE COMPRESOR
DE INCREMENTO
Tamaño medio y refrigerado por aire
2.10
7.00
De tornillo en baño de aceite
0.60
5.00
1.50
6.20
0.30
7.00
Tamaño grande, pistón y refrigerado
por agua
Tamaño grande, tornillo y
refrigerado por agua
Para probar el sistema de aire comprimido y comprobar su eficiencia, se realiza
una prueba manual, la cual consiste en arrancar el compresor con el aire del
receptor que descarga a la atmósfera a través de la boquilla de flujo integrada al
sistema.
Una vez arranca el compresor se comienza a incrementar la presión hasta cierto
punto, y cuando se garantice que el sistema esté inundado con la presión, se
procede a cerrar la válvula para mantener la presión y estabilizar el sistema.
Apuntando los siguientes valores:

Presión del receptor.

Presión y temperatura antes de la boquilla.

Caída de presión en la boquilla.

Velocidad del compresor.

kW, kWh y amperios extraídos por el compresor.
Si el Sistema presenta fugas, se observará porque el compresor se activa las
veces que detecte cambios de presión y esto suele ocurrir antes de iniciar la
descarga o despresurización.
Calcular la eficiencia de un sistema de aire comprimido dentro de su planta, es
el primer paso antes de poner en marcha mejoras técnicas en maquinaria
industrial para disminuir los costes de producción y operación, por lo que
requiere de una atención cuidadosa. En este contexto se hace necesario el
análisis de las pérdidas de energía dentro del sistema de aire comprimido.
Puede que se sorprenda al saber cuánto puede ahorrar haciendo algunos
ajustes simples en el sistema de aire comprimido. Hacer el cálculo de la
eficiencia en el sistema es una forma inteligente de hacer que su organización
funcione de manera más efectiva y sostenible.
Para calcular la eficiencia de un sistema de aire comprimido sin un medidor de
kW, hay una fórmula estándar la cual estima el consumo de amperios y voltios
medidos:
kW = (A x V x 1.732 x PF) / 1,000
Dónde:

A = amperios promedio de las tres fases

V = voltaje promedio de línea a línea

PF = factor de potencia medido o estimado (El factor de potencia a
plena carga a menudo se puede tomar desde la placa de
identificación del compresor principal. Si no es conocido, se puede
utilizar 0.85 a plena carga y 0.6 en la posición de descarga).
Con la potencia específica se califica el consumo y se calcula la eficiencia del
sistema porque ella muestra la relación de la potencia de paquete total kW,
incluyendo ventiladores de refrigeración, bombas y otras cargas eléctricas en
metro cúbico (cfm) de salida.
Para cada tipo y modelo de compresor se puede calcular la eficiencia haciendo
las pruebas y partiendo de la fórmula general. Sin embargo, hoy día cada
fabricante cuenta con las hojas de datos GACI (Compressed Air Challenge) en
donde se encuentra el consumo de energía para los distintos compresores y
secadores de aire.
Estas hojas son de gran ayuda para los operadores, ya que encuentran las
especificaciones estandarizadas del rendimiento y esto les permite tomar
decisiones inmediatas en cuanto a elegir un modelo de compresor que se
adapte al requerimiento. Con ellas se pueden comparar proyecciones de costes
de operación con carga completa entre diferentes marcas y modelos de
compresores.
Se debe tener en cuenta que es posible que se requiera un ajuste adicional a las
lecturas de kWh si el sistema funciona a una presión de descarga inferior a la
nominal ubicada en la hoja de datos GACI.
Con los datos de potencias específicas de los diferentes tipos de compresores
encontradas en las hojas de datos GACI también se pueden obtener de forma
más directa los costes anuales de operación de un sistema de aire comprimido.
Ahora bien, si se desea calcular el kWh anual consumido por el compresor de
forma manual, una vez realizadas las pruebas se necesita determinar cuánto
tiempo en un año el compresor se ejecuta en las condiciones de trabajo
promedio.
Para ello, se usan los medidores de hora de funcionamiento del compresor, los
cuales deben estar registrados para los fines de mantenimiento u observando
simplemente, las horas de funcionamiento del compresor y con un calendario
contar los días de operación por año.
A partir de esto, las horas anuales, la energía y los costos se calculan con la
siguiente fórmula:
Costo anual= kW promedio x horas anuales x velocidad de potencia combinada
La tasa combinada se puede estimar mirando su factura de consumo de energía
mensual y haciendo algunos cálculos básicos. Es importante conocer que se
podrían obtener ahorros adicionales al abordar otros artículos tales como
secadores de aire, filtros, caída de presión de tubería, fugas y usos finales
inapropiados, ya que es en estos componentes es donde ocurren las mayores
pérdidas de energía.
3 Razones por las que el Sistema de Aire Comprimido se hace ineficiente
Se pierde cierta cantidad de calor en el entorno del compresor, debido a que:
1. El aire es presurizado, la temperatura aumenta y no hay forma
efectiva y práctica de mantener el calor en desarrollo.
2. Se pierde gran cantidad de energía en los motores, debido a la
fricción entre sus componentes.
3. El uso de técnicas pobres utilizadas en las instalaciones industriales;
una de ellas es ignorar la «calidad» de la entrada de aire.
Factores a considerar para calcular la eficiencia de un sistema de aire
comprimido según el tipo de compresor y el tipo de instalación

La temperatura del aire de admisión, ya que ella dicta cuál es la
densidad requerida en la admisión de aire. Cuando el aire es más
frío tiende a ser más denso, por tanto, requiere menos energía para
comprimirlo. La temperatura del aire de admisión es directamente
proporcional a la energía de consumo de un compresor de aire.

La composición del aire de admisión, se debe reconocer la cantidad
exacta de aire limpio y sucio que está entrando al sistema de
compresión. La ingesta limpia es ideal, debido a que el aire
comprimido entra en movimiento sin problemas a través de todo el
proceso y no causa daños al sistema.
Mientras que la ingesta «sucia» es perjudicial para el sistema porque sus
contaminantes, como partículas de polvo, pueden causar un desgaste
prematuro y / o capacidad de almacenamiento reducida.

La humedad del aire de admisión, conocer la humedad del aire es
un factor importante al momento de calcular la eficiencia de un
sistema de aire comprimido. Permitir la entrada de humedad puede
causar daños de corrosión, desgaste prematuro y fugas, reduciendo
así la capacidad de almacenamiento en el sistema. Para ello, se
recomienda utilizar aire seco, a través del uso de secadores como
parte del sistema de aire comprimido.
Si desea obtener más información acerca de los sistemas de Control de Aire
Comprimido y cómo pueden ayudar a mejorar su eficiencia, le invitamos a
suscribirse al Newsletter de Tecnología para la Industria. Aquí encontrará
información valiosa para tomar decisiones acertadas que le ayuden en el buen
funcionamiento de su planta.
Filtración estéril de aire
¿Sabe qué es la filtración estéril de aire? ¿Cuáles son las principales
características de los filtros de aire?
Tema: Filtración de procesos y aire comprimido
Fecha: 30-Jul-2012 Fuente: QuimiNet Sectores relacionados: Maquinaria y
Equipo , Maquinaria y equipo industrial
Fuente: imagen proporcionada por el cliente
Filtración estéril de aire
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Además de la prefiltración para proteger el filtro final y mejorar la calidad general del aire
esterilizado como tal, el elemento filtrante P-SRF N y la carcasa PG-EG deben ser
esterilizados de manera rutinaria de acuerdo a los requerimientos de la aplicación. Las
bacterias atrapadas pueden colonizar la superficie exterior del medio filtrante y migrar hacia
adentro. Como lo muestra la figura, el elemento filtrante P-SRF N puede ser esterilizado en
sitio con vapor. El vapor es filtrado con el elemento P-GS dentro de la carcasa P-EG.
Esterilización con Autoclave
Si no está disponible la esterilización en sitio, los elementos filtrantes pueden ser esterilizados
fuera del sistema por medio de autoclave de acuerdo a los procedimientos mencionados.
¿Como lograr aire estéril?
El principal propósito este tipo de elemento filtrante es eliminar las bacterias, por lo que debe
quedar protegido con una filtración previa para asegurar a largo plazo su efectividad y eficiencia.
Como lo muestra la siguiente figura, un tren de filtros para esterilizar aire consiste en:




Un elemento filtrante P altamente poroso de polietileno para retención de partículas
(25μm)
Un elemento filtrante coalescente S de microfibra fina afelpada de poliéster (99.99998%
eficiencia a 0.01 μm)
Un elemento filtrante de carbón activado A para vapor de hidrocarburos (<0.003 PPM
contenido residual de aceite)
Un elemento filtrante P-SRF N final para esterilizar el aire (99.9999998% eficiencia a
0.22 μm)
Elemento Ultradepth II® P-SRF
El elemento filtrante Ultradepth II® P-SRF de Donaldson fue desarrollado para generar aire
comprimido estéril y gas de la forma más eficiente y eficaz posible bajo condiciones extremas
de funcionamiento.
El elemento filtrante P-SRF es un filtro de profundidad con tapas y núcleos internos y externos
de acero inoxidable. La media filtrante de borosilicato, libre de aglomerantes al alto vacío,
asegura la capacidad de gran retención de suciedad a baja presión diferencial y altos flujos.
Características de Ultradepth II P-SRF:


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
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
≥99.99998% de retención a 0.22 μm. LRV > 7
Componentes que cumplen con todos los requerimientos del FDA CRF Titulo 21 para
estar en contacto con alimentos
Cumple con las pruebas toxicológicas de acuerdo al USP XX Class VI para plásticos
Cumple con cGMP (Buenas Prácticas de Fabricación actuales) requerimientos de
trazabilidad y fabricación de acuerdo al DIN EN ISO 9001
No libera fibras de la media filtrante
Media filtrante fabricada sin aglomerantes u otros aditivos químicos
Media inherentemente hidrofóbica
Ultradepth II P-SRF N
Además de nuestra línea de productos para filtración de aire comprimido industrial de gran
calidad, Donaldson ofrece uno de los filtros más finos disponibles para aire esterilizado—el
Ultradepth II P-SRF N.
Aunque el P-SRF se usa ampliamente alrededor del mundo en numerosas aplicaciones,
recientemente se sometió a un rediseño para ampliar aún más su rango de compatibilidad y
eficiencia en caída de presión.
No encontrará un mejor filtro para aire estéril en el mercado actualmente.
Características del Ultradepth II P-SRF N:

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99.99998% de eficiencia a 0.2 μm. LRV > 7
Ultradepth II medio de borosilicato libre de aglomerantes
Tapas y núcleos de soporte de acero inoxidable
Integridad probada al 100% desde su fabricación
Cumple con los requerimientos para el contacto con alimentos y bebidas del U.S. FDA
21 CFR
Puede ser esterilizado repetidamente en linea con vapor o en un autoclave
Carcasa de grado sanitario PG-EG
Las carcasas de grado sanitario Donaldson PG-EG están certificadas con 3-A el cual asegura
que su diseño cumple con los estrictos requerimientos sanitarios para estar en contacto con
alimentos, bebidas y productos lácteos. Las carcasas PG-EG están equipadas con conexiones
laterales Tri-Clamp o ANSI y ofrecen muy poca caída de presión a altos flujos.
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Disponible en acero inoxidable 304 o 316L
12 tamaños disponibles para un funcionamiento óptimo en cualquier aplicación
Terminado de superficies internas y externas electropulidas en todos los modelos
Venteo y drenes tipo farmacéutico sanitario
Diseñado para aceptar filtros con conexión UF 2” (elemento a presión con sello de doble
o-ring)
Disponibles con diferentes conexiones opcionales de entrada/ salida
Carcasa en línea PG-IL Sanitaria
Las carcasas en línea de Donaldson PG-IL están diseñadas para filtración sanitaria de líquidos
y gases donde las carcasas tradicionales en T no son prácticas. El diseño delgado y compacto
de la carcasa PG-IL le permite ser instalada en espacios reducidos. Cuando es utilizado en
servicio de gas puede colocarse vertical u horizontalmente.

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Disponible tanto en acero inoxidable 316L (estándar) o acero inoxidable 304 (opcional)
Disponible en 4 tamaños: largo de elemento 5”, 10” 20” y 30” con terminación código 7
Conexiones entrada/salida Tri-Clamp de 1½”
Puertos de ventilación/drenaje Tri-Clamp de 1½”
Superficies internas y externas pulidas a Ra 32
Elemento Ultradepth II® PSRF
Ultradepth II P-SRF N
Carcasa de grado sanitario PGEG
Carcasa en línea PG-IL
Sanitaria
Validación de procesos de filtración esterilizante
para cada producto
La producción de medicamentos de uso parenteral es uno de los
procesos industriales más exigentes en la industria farmacéutica, ya que
el compromiso de la salud del paciente a quien están dirigidos es muy
elevado, no solo porque quien debe recibir el producto sufre de una
condición crítica que amerita una vía invasiva como lo es la intravenosa o
intramuscular entre otras , sino porque el producto estéril entra al torrente
sanguíneo prácticamente sin superar las barreras de protección natural
del ser humano, por esto, el fabricante de productos estériles debe
aplicar todos los recursos tecnológicos disponibles para garantizar que el
producto efectivamente queda 100% libre de patógenos y contaminantes
nocivos. Es con esta filosofía que las entidades regulatorias mundiales
aplican estrictos controles y requerimientos a este tipo de procesos de
manufactura.
En un proceso típico de fabricación de un producto estéril en medio
líquido siempre las operaciones unitarias de filtración están presentes, de
tal manera que se requiere contar con validación de los diferentes pasos
de filtración. Adicionalmente es importante resaltar que a medida que el
proceso de filtración se ubica en un lugar más cercano a la filtración final
del producto, el riesgo que dicha filtración significa para el paciente, es
mayor y así mismo los requerimientos regulatorios en los pasos finales
de filtración se hacen más rigurosos.
Tal como los productos farmacéuticos están estrictamente regulados a
nivel mundial, los procesos de filtración también lo son, de manera que
las entidades como la FDA, la PDA (parenteral Drug Association), EMA
(European medicines Agency) y muchas otras, hacen mención en sus
exigencias a los procesos de filtración esterilizante.
En resumen un proceso de filtración esterilizante debe garantizar la
inocuidad del producto y para ello es indispensable realizar una
validación de este proceso, para con ello aportar la evidencia
debidamente documentada que el elemento filtrante cumple
consistentemente con el propósito de esterilizar el producto.
Para declarar validado el proceso de filtración de un determinado
producto, se debe aportar la documentación necesaria para:
Asegurar que los parámetros físicos del proceso no afectan
adversamente el filtro o el producto.
 Asegurar que el filtro no afecta adversamente el producto
 Asegurar que el producto no afecta adversamente el producto
 Demostrar que el filtro retiene los microorganismos y asegura el
filtrado estéril.
La compañía Millipore lanzó en el año 2012 una división que ofrece
diferentes servicios para la industria Bio- Farmacéutica, entre ellos la
validación de los procesos de filtración de los usuarios de filtros Millipore,
a través de dicha división es posible generar la documentación necesaria
para sustentar que los filtros usados cumplen los requerimientos para
filtración esterilizante en cada producto, para lo cual reproducen el
proceso en sus instalaciones y generan todos los datos y registros que
se requieren para sustentar la validación del proceso.

En la validación de procesos de filtración esterilizante debe cubrir tres
grandes áreas:
Para la evaluación de todas las áreas, es importante aplicar criterios de
racionalidad, ya que un laboratorio de producción farmacéutica puede
fabricar más de un producto estéril, de manera que la recomendación de
la PDA en su reporte técnico 26 (revisado en 2008) es agrupar
productos.
“Enfoque de conjunto (matriz de validación): Un método de
validación que evalúa los extremos de un proceso o producto. El
método asume que los extremos serán representativos de todas las
muestras entre los extremos.”
“Familias de productos con los mismos ingredientes, varían
únicamente en la concentración pueden ser validados por desafío
de las concentraciones extremas y aceptando las concentraciones
intermedias por agrupación. Si un producto individual es
determinado como representante del peor caso, la justificación y los
datos deben sustentar el modelo.
En lo referente al aspecto microbiológico se deben realizar la
validación de la retención de bacterias, para lo cual es indispensable
analizar tres componentes:
 El filtro
 El producto : formulación y propiedades fisicoquímicas
 El microorganismo o carga de microorganismos
Aunque los elementos filtrantes son liberados con pruebas ASTM que
aseguran que pueden retener un adecuado nivel de microorganismos,
esto no es suficiente, pues se debe asegurar que el filtro funciona
convenientemente para retener los microorganismos en las
condiciones de uso del producto y proceso que el cliente aplica. De
acuerdo con la PDA (informe técnico No. 26, revisado en 2008) el
objetivo de la validación de la retención de bacterias es tener evidencia
documentada que demuestre que el proceso de filtración removerá
consistentemente un alto nivel (1x107 cfu/cm2) de una bacteria estándar
(B. diminuta) suspendida en el producto o una solución sustituta, bajo
unas condiciones de proceso simuladas en el laboratorio.
Con esta recomendación en mente se deben definir las condiciones del
peor escenario para retar el filtro, teniendo en cuenta compatibilidad
entre el microorganismo referencia (B. diminuta), el producto y las
condiciones del proceso (temperatura, pH, viscosidad, etc), el resultado
esperado es que no se encuentren bacterias viables al otro lado del filtro
que se está ensayando, aplicando una prueba de esterilidad.
En lo concerniente a las pruebas Químicas de deben aplicar pruebas de
Compatibilidad química, aptitud para el uso, estabilidad y Extractables y
Lixiviados.
En lo referente a los factores físicos se aplican las pruebas de integridad,
Esterilización y adsorción.
En términos generales, al diseñar las pruebas de compatibilidad química
deben tener en cuenta que los experimentos evalúen los siguientes
factores de riesgo:
Composición del producto final o intermedia durante la fabricación
 Materiales de construcción de los dispositivos de filtración
 Tiempo de contacto del producto con el filtro
 Temperatura de contacto con el producto
 Parámetros máximos o de peor caso en el proceso
Una vez generados los ensayos se producirá información que sustenta la
integridad del filtro bajo las condiciones extremas del proceso: Punto de
burbuja, variación de la rata de flujo, variación de masa y cambio en el
aspecto visual.

En algunos casos, los fabricantes de elementos filtrantes pueden
haberlos ensayado en multitud de circunstancias físicas y con variedad
de compuestos químicos, con lo cual generan certificaciones de filtros
que cubren un espectro de condiciones, dentro de las cuales es posible
que se encuentren las condiciones de nuestro producto y proceso. Si es
así, no se requieren ensayos y se puede sustentar la validación en el
certificado del fabricante.
Extractables y Lixiviados:
Por definición, los extractables son las sustancias extraídas desde el
plástico o de los materiales elastoméricos en solventes bajo condiciones
agresivas. Para su determinación se debe diseñar el experimento bajo
las condiciones del “peor caso” teniendo en cuenta el enfoque de
corriente (medir al final de la línea de filtración)
Los lixiviados son los compuestos que son cedidos por el plástico o
materiales elastoméricos hacia el producto bajo las condiciones normales
de uso. Para su determinación se debe diseñar el experimento usando el
producto bajo las condiciones normales del proceso o almacenamiento.
Los resultados deben demostrar que el producto después de filtrado o
almacenado no representa riesgo para el paciente a través de evaluación
de la pureza, la eficacia y la estabilidad.
Estabilidad y Adsorción:
La comisión europea Eudralex Volumne 4 “Good mannufacturing
practices, Medicinal products for Human and Veterinary Use” Capitulo 3
“permise and Equipment” establece: El equipo de producción no deberá
presentar ningún peligro para el producto. Las partes de los equipos de
producción que tienen contacto con el producto no deben ser reactivos,
aditivos o absorbente al punto de afectar la calidad del producto, no
deben presentar ningún riesgo. Algo similar afirma FDA en el código
federal de regulaciones CFR parte 211 y aclaran que las partes de
equipos en contacto con el producto no deben alterar la seguridad,
identidad, potencia, calidad o pureza del producto farmacéutico.
Integridad:
Debe ser verificada antes de usar el filtro y mínimo confirmada
inmediatamente después de su uso por medio de métodos apropiados
que eliminen los riesgos de errores, estos pueden ser el punto de burbuja
automático; difusión o el ensayo de sostenimiento de presión.
AREAS GRISES
En la regulación vigente no queda muy claro el límite de tiempo que
puede mantenerse un filtro en contacto con el producto y el número de
veces que éste puede re usarse o el número de lotes que puede
fabricarse con el mismo filtro en un día o campaña.
Con respecto a este punto las GMP de la unión europea menciona que
un mismo elemento filtrante no deberá ser usado durante más de un
mismo día de trabajo a menos que tal uso haya sido validado. Respecto
al mismo asunto la FDA de los Estados Unidos afirma que los filtros
esterilizantes deberán ser descartados después de procesar un lote, sin
embargo, en circunstancias en las que se puede justificar el uso repetido,
la validación del filtro deberá incorporar el máximo número de lotes que
pueden procesar. Lo mismo dice el reporte técnico 26 de la PDA
(revisado en 2008).
Riesgos del Reuso de filtros esterilizantes:
En cada uno de los aspectos relacionados con la validación de filtros
esterilizantes, se generan riesgos al reutilizar los filtros:
- Validación Microbiológica:
Riesgos por aparición de endotoxinas
 Riesgos por penetración de bacterias
 Crecimiento a través del filtro
 Pasar a través del filtro
- Validación de parámetros físicos:

Riesgos en la esterilización (Estrés térmico)
 Estrés hidráulico
 Sanitización
 Otros riesgos de proceso:
 Contaminación cruzada / carry over
 Limpieza inadecuada o remoción de agentes limpiadores
- Validación de compatibilidad química del filtro

Estrés químico
Han sido frecuentes las cartas de requerimiento de la FDA a fabricantes
regulados por esa agencia, relacionados con el reúso de filtros
esterilizantes, de manera que esta práctica genera dudas a los entes
regulatorios que para solventarlas convenientemente requieren de una
mayor inversión en pruebas de validación que sustenten que las
operaciones en las que se reúsan los filtros no representan riesgo,
inversiones que son indudablemente más cuantiosas que la inversión en
filtros nuevos para cada lote.

Purificación y Análisis de Fluidos Ltda. (PAF Ltda.) Es una compañía
especializada en filtración de fluidos, por más de 30 años hemos sido
solución a las necesidades de filtración esterilizante para la industria
Farmacéutica y hospitalaria. Estamos a su disposición para asesorarlos
en lo referente a validación de procesos de Filtración, por favor
contáctenos para que dialoguemos acerca de sus requerimientos.
Durante nuestras Jornadas Técnicas de Abril profundizaremos este tema
con el especialista en Filtración Esterilizante para América latina.
Bibliografía:
1. Technical Report No. 26 Revised 2008 Sterilizing Filtration of
Liquids. PDA Journal of Pharmaceutical Science and Technology.
www.pda.prg/bookstore vol. 62, No. S-5, 2008
2. Filter Validation Overview, Provantage Laboratory Services, Angela
Gianetti, July 2015, Millipore Corporation.
3. Chemical Compatibility, Evaluation and Qualification Services,
Provantage Services, Lit No. AN2 159EN00 Rev B PS-13-09289
12/2013 EMD Millipore Corporation
4. Particle Sheeding Validation Services, Mitigate your particulate risk
to anticipate regulatory requirements. Proventage Services. Lit. No.
SDS5111EN00 Rev. A PS-13-08489 6/2013 EMD Millipore
Corporation.
5. Bacterial Retention Testing For Validation of Sterilizing-Grade
Membrane or Quantification of Bio burden Reduction. Application
Note. Lit. No. SDS1009EN00 Rev. B. BP-GEN-08-01225 Millipore
Corporation 12/2008
CALIDAD DEL AIRE COMPRIMIDO EN LA INDUSTRIA. NORMATIVA ISO 8573:2010
Según el reglamento (CE) 178/2002, los fabricantes están obligados a generar un
producto seguro. Dado que la calidad del aire comprimido tiene efectos inmediatos
sobre la seguridad del producto final, los productores son responsables de
controlar la calidad de su aire comprimido. Los requisitos para un proceso de
producción segura no solo hacen referencia a su producción propia, sino también
a la de cualquier proveedor previo. Por eso, los auditores examinan todo el
proceso de producción, desde el proveedor hasta la cámara del compresor.
La norma ISO 8573-1:2010, representa los requisitos de calidad del aire
comprimido y establece el contenido máximo de impurezas y el tamaño de las
partículas que pueden aparecer en las distintas clases. Para el sector alimentario:
el aire comprimido no puede transportar sustancias potencialmente peligrosas a
los alimentos.
La norma ISO 8573-1:2010 únicamente define las clases. No contiene una
recomendación concreta sobre la pureza del aire comprimido que debe utilizarse
en la industria alimentaria. Las directivas y recomendaciones de IFS, BRC, FDA e
ISO 9001:2015, por ejemplo, sí permiten seleccionar las cascadas de filtración
apropiadas.
¿Qué factores que determinan la calidad necesaria del aire comprimido?
No es necesario disponer de la misma calidad de aire comprimido en todos los
puntos del sistema de producción. Por lo tanto, es indispensable disponer de un
concepto bien elaborado para que la preparación del aire comprimido sea
eficiente. Ese concepto debe contemplar los requisitos específicos en relación con
los sistemas utilizados para su producción. Por lo general es recomendable
disponer de una combinación de preparación centralizada y descentralizada del
aire comprimido.
Aire comprimido como aire de trabajo y de pilotaje
En la mayoría de los casos, el aire comprimido se utiliza como aire de trabajo y de
pilotaje. En ese caso es necesario extraer las partículas de suciedad contenidas
en el aire únicamente para evitar la corrosión y el desgaste prematuro de los
componentes neumáticos. Para esta aplicación se recomienda la clase [7:4:4], que
se obtiene utilizando un secador por frío central con separador de aceite y un filtro
grueso (40 μm).
Aire comprimido como auxiliar del proceso
Si el aire comprimido se utiliza como aire auxiliar del proceso (soplado de moldes
o soplado en contacto directo con los alimentos), la clase de pureza debe ser
claramente superior. En esos casos es recomendable utilizar un sistema
descentralizado de preparación del aire, directamente junto a la unidad
consumidora. De esa manera únicamente se prepara la cantidad necesaria de aire
comprimido de mayor calidad, lo que significa que se ahorra energía. Además, si
la unidad de preparación de aire se encuentra cerca de la unidad consumidora, se
minimiza el riesgo de una renovada contaminación.
Un ejemplo claro de criterios más estrictos lo podemos encontrar en el sector
alimentario. En los alimentos secos (p.ej., cereales, leche en polvo), el aire
comprimido se utiliza para la producción del alimento y en consecuencia entra en
contacto directo con el alimento. Para este caso individual se recomienda la
clasificación [1:2:1] de la calidad del aire comprimido, según ISO 8573-1:2010.
En cambio en los alimentos "no secos" (p. ej., bebidas, carne, verdura), el aire
comprimido también se utiliza para el transporte, el mezclado, pero no hay tanta
restricción en cuanto a la humedad. En este caso es aplicable la clasificación
[1:4:1] de la calidad del aire comprimido, según ISO 8573-1:2010.
Ejemplo de sistema de filtración para obtener una clasificación 1:4:1
¿Qué factores son un peligro para los productores?
La humedad, la contaminación y el aceite son los principales factores de riesgo.
Siempre es recomendable instalar un sistema de filtración posterior al compresor a
fin de eliminar las partículas de humedad residual, suciedad y aceite del aire
comprimido.
Para casos extremadamente sensibles, hay disponibles filtros de carbón activado,
que retiran hasta la última partícula de aceite, y filtros estériles, que eliminan las
bacterias del aire comprimido. Es posible desarrollar una solución personalizada
en diversos aspectos para adaptarse a cada situación.
¿De dónde provienen estos contaminantes?
Las principales fuentes de contaminantes se encuentran en:
- Aire aspirado: Presencia de vapor de agua, suciedad, vapor de aceite,
microorganismos.
- Compresor y refrigerador final: Presencia adicional de aceite del compresor,
aerosoles de aceite, vapor de aceite, agua, aerosoles de agua.
- Reserva y distribución del aire comprimido: Presencia adicional de corrosión,
suciedad en las tuberías y condensados.
- Tratamiento insuficiente del aire comprimido.
- Sistemas de tuberías envejecidos o con mezcla de materiales.
En Suministros Airpres podemos ofrecerle un sistema de aire comprimido a
medida para sus necesidades de producción. Desde proyectos nuevos de sistema
de aire comprimido, hasta mejoras de instalación existentes.
Cómo cumplir el estándar de aire
comprimido SQF
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¿Cuál es el estándar de calidad del aire de SQF?
En su Código SQF, Octava Edición, Sección 9.5.6.1-2, el Instituto Safe Quality
Foods (SQF) estipula lo siguiente con respecto a la calidad del aire: El aire
comprimido que se utiliza en el proceso de producción debe estar limpio y no
presentar riesgos para la seguridad de los alimentos; la pureza del aire
comprimido que se utiliza en el proceso de producción se debe controlar
regularmente.
¿Por qué es importante la norma de calidad del aire?
La contaminación de los sistemas de aire comprimido puede tener muchos
orígenes. El compresor de aire recolecta y concentra partículas de polvo,
hidrocarburos y humedad del ambiente. Los aerosoles de aceite del lubricante del
compresor y partículas de óxido de las tuberías pueden desprenderse e ingresar al
flujo de aire comprimido. Si estos contaminantes no se eliminan, pueden afectar
negativamente los sistemas de procesamiento, la seguridad de los alimentos y la
calidad. Se han publicado diversas Buenas prácticas de fabricación (GMP) para
garantizar una calidad de aire de nivel superior. Una de las GMP más importantes
se relaciona con una adecuada filtración en el punto de uso. Dado que ingresan
contaminantes al vapor de aire en todos los puntos del proceso, la filtración en el
punto de uso garantiza que aire limpio y seguro entre en contacto con los
alimentos y con las áreas que entran en contacto con los alimentos.
¿Cómo puedo cumplir la norma de calidad del aire SQF?
El auditor de SQF realiza una inspección para asegurarse de que los fabricantes
tengan filtración adecuada en el punto de uso para garantizar el uso de aire limpio
y seguro. Eso significa que el aire que entra en contacto con los alimentos o las
superficies que entran en contacto con los alimentos no deberían presentar
riesgos para la seguridad de los alimentos. El uso de aire de grado estéril es una
de las formas más eficaces de reducir el riesgo de seguridad de los alimentos.
Cada instalación de aire comprimido debe garantizar la eliminación segura de
contaminantes coalescentes y partículas. Donaldson cuenta con tres
combinaciones de filtros, descritas a continuación, que satisfacen la norma de
calidad del aire SQF. Supervise regularmente su línea de aire comprimido para
cerciorarse de la integridad del sistema de filtración. Mediante la instalación de
filtración de aire comprimido adecuada en el punto de uso, podrá cumplir o
superar los requisitos de GFSI, CFR Título 21, y la norma SQF para el aire
comprimido.
Opción 1: Carcasa completamente de aluminio: se usa cuando no se
requiere esterilización de vapor en el lugar.

Filtro de Partículas DF-V (99,9 % de eficiencia a 5 micrones)
o Se reemplaza anualmente o cuando se indica presión diferencial en
el medidor de presión diferencial.

Filtro Coalescente DF-M (99.9999 % de eficiencia a 0.01 micrón)
o Se reemplaza anualmente o cuando se indica presión diferencial en
el medidor de presión diferencial.
o El elemento coalescente con la más baja caída de presión del
mercado.

Filtro Final SQF DF-S (99.99998 % de eficiencia a .01 micrón)
o Se reemplaza cada 3 meses.
Opción 2: Híbrido de carcasas de aluminio y acero inoxidable - para
uso cuando se requiere esterilización de vapor en el lugar.

Filtro de Partículas DF-M (99.9999 % de eficiencia a 0.01 micrón)
o Se reemplaza anualmente o cuando se indica presión diferencial en
el medidor de presión diferencial.
o El elemento coalescente con la más baja caída de presión del
mercado.

Filtro Coalescente DF-S (99.99998 % de eficiencia a 0.01 micrón)
o Se reemplaza anualmente o cuando se indica presión diferencial en
el medidor de presión diferencial.
o El elemento coalescente con la más baja caída de presión del
mercado.

Filtro Final SQF P-SRF (99.9999998 % de eficiencia a 0.02 micrones)
o Se reemplaza cada 3 meses o después de 100 ciclos de esterilización
por vapor.
Opción 3: Carcasa completamente de acero inoxidable - se usa
cuando se requiere esterilización de vapor en el lugar o carcasas de
acero inoxidable para filtros.

Filtro de Partículas P-FF (99.9999 % de eficiencia a 0.01 micrón)
o Se reemplaza anualmente o cuando se indica presión diferencial en
el medidor de presión diferencial.

Filtro Coalescente P-MF (99.99998 % de eficiencia a 0.01 micrón)
o Se reemplaza anualmente o cuando se indica presión diferencial en
el medidor de presión diferencial.

Filtro Final SQF P-SRF (99.9999998 % de eficiencia a 0.02 micrones)
o Se reemplaza cada 3 meses o después de 100 ciclos de esterilización
por vapor.
Descripción del producto
Filtro de separación (Grado E)
· Adecuado para filtrar grandes cantidades de líquidos y agregados de 3micron-tamaño, Contenido máximo de aceite residual de 5ppm.
Principal Filtro de tubería (Grado D)
· Abandonar el antiguo Filtro de cerámica, a material de fibra de vidrio multicapa;
Filtro de tubería principal: generalmente para compresor de aire alternativo antes del filtro;
· Una gran cantidad de aceite en el aire comprimido, el vapor de agua filtrado A menos de 1 ppm, las partículas de pureza filtran A 1
micrón.
Filtro de eliminación de aceite de alta eficiencia(Grado C)
· Material de superposición multicapa para fibra de vidrio;
· Filtro de línea de aire: el nivel para la tubería general y el compresor de aire espiral general es un dispositivo previo;
· El aire comprimido en el aceite, el vapor de agua, el filtro líquido a ppm o menos, las partículas de impurezas se filtran en micrones.
Filtro de eliminación de aceite de alta eficiencia(Grado B)
· Medios de fibra de vidrio, incluidos los recubiertos con malla sellada y medios de fibra mixta multitubo;
· Filtro desengrasante de Ultra precisión: este nivel para el dispositivo de compresión de aire y postfiltro;
· Adecuado para filtro de aire comprimido con una cantidad muy pequeña de aceite, vapor de agua, precisión de más de 0.001 micrones
para lograr aire comprimido estándar de alta calidad sin aceite.
Filtro de carbón activado de Ultra precisión(Grado A)
· Polvo de carbono activado muy fino y material de fibra multicapa;
· Este nivel se aplica al filtrado de alta precisión;
· Filtrar la niebla de aceite residual en el aire comprimido a 0,01 ppm o menos, y el olor a compuestos de amoníaco de carbono y filtrar
partículas ultrafinas a micras sin aceite, inodoro los mejores resultados.
Ventajas
El aire comprimido es una energía importante en la industria del módem, porque es flexible y fiable, sin
embargo, solo cuando se comprime
El aire está limpio, las ventajas pueden reflejarse completamente. Como sabemos que las partículas siempre
existen en la atmósfera, las partículas después de succionarlas en
El compresor, se centrará 8 veces, además, según los tipos de compresión diferentes, más o menos
contenido de aceite
En forma de microniebla en la red de aire comprimido, y en el sistema de aire húmedo generado por la
corrosión de factores no favorecedores
, Provocará un problema industrial importante, como la suspensión de la producción, la aparición de residuos
y
Mantenimiento, etc. para resolver estos problemas de larga duración en las empresas industriales, con la
menor cantidad posible de filtrado
Procesando el volumen lo más grande posible el flujo de aire es nuestra búsqueda, la combinación de material
de filtro multicapa foldingform uno de
La tecnología de filtración más avanzada del mundo se utiliza en el campo de purificación de aire comprimido
chino.
Soluciones industriales para el
tratamiento de aire comprimido
La calidad del aire tiene un impacto significativo en los diferentes sistemas de aire
comprimido. La International Standards Organisation (ISO) clasificó la calidad del
aire en 6 clases diferentes que se definieron en la norma ISO 8573-1.
Los contaminantes pueden provocar pérdidas de presión, deterioros del producto,
paradas e incluso puede llegar a destruir por completo un sistema de aire comprimido.
La humedad, el aceite y la suciedad están en todas partes, pero nunca deberían
encontrarse en su caudal de aire comprimido.
Un sistema de aire comprimido, no consta exclusivamente de un compresor, es un
completo sistema formado por filtros, drenajes, secadores (frigoríficos cíclicos y no
cíclicos, adsorción con o sin aporte de calor, modulares …), separadores de
condensados, válvulas, herramientas neumáticas de punto de uso, mangueras,
canalizaciones… Un tratamiento adecuado del aire mejorará la eficiencia del sistema,
la productividad y la calidad del proceso y del producto.
Durante más de 100 años, Ingersoll Rand ha sido líder
mundial en compresores y accesorios de sistemas de aire.
Es de vital importancia elegir unos filtros y secadores de aire adecuados, Ingersoll
Rand tiene la selección más amplia de productos de tratamiento del aire y los mejores
conocimientos sobre aplicaciones para proteger su inversión y su sistema de aire
comprimido. Al optar por un producto de Ingersoll Rand, se asegura estar comprando
productos de alta calidad que mejorarán el rendimiento del propio compresor y de
todo el sistema de aire comprimido:
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Amplía la vida útil de su equipo neumático para que funcione mejor y con
mayor rapidez.
Mejora su productividad al reducir tiempos de parada, costes de mantenimiento
y la cantidad de piezas de repuesto.
Reduce al mínimo los costes de fabricación y el coste total de propiedad.