Almacenamiento
Para
optimizar el desempeño en un sistema de aire comprimido se sugiere instalar dos tanques. Un
“tanque húmedo” proporciona una fuente constante de aire controlado,
enfriamiento del aire adicional y separación de líquidos. Un “tanque seco”
almacena el aire limpio y seco para las demandas repentinas.
·
El tanque “húmedo” debe
instalarse después del compresor para separar más condensado del aire
comprimido, proveer un flujo estable de aire, asimismo ayuda a evitar ciclos de
carga-descarga excesivos del compresor. Adicionalmente este tanque provee
cierta protección, contra todos los residuos de aceite arrastrados por un mal
funcionamiento del compresor, y los elementos de tratamiento de aire comprimido
instalados posteriormente.
·
El tanque seco debe ser instalado después de
todos los componentes de tratamiento de aire comprimido. Este tanque sirve para
el almacenamiento principal de aire comprimido del sistema y debe seleccionarse
apropiadamente. Si se usa un controlador maestro, los sensores de presión deben
ser instalados en el tanque seco.
Para la instalación
de tanques de almacenamiento, húmedos o secos se sugiere:
- Conectar la
entrada de aire comprimido en la parte inferior y la salida en la parte
superior.
- Cumplir con
las regulaciones locales.
- Instalar un
manómetro en perfectas condiciones.
- Instalar una
válvula de seguridad calibrada para la presión del sistema y el flujo total.
- Instalar un dren de condensados confiable en
el punto más bajo.
- Instalar
válvulas de aislamiento en los puertos de entrada y de salida de aire
comprimido.
- Instalarse en
un el área ventilada. No colocar los tanques frente al área de expulsión de
aire caliente de compresores o secadores, hacerlo puede volver a calentar el
aire comprimido, reducir la separación de humedad, y posiblemente reducir la
eficiencia de filtros y secadores.
TRATAMIENTO
El aire que sale de
un compresor está sucio, caliente, húmedo y generalmente se encuentra a una
presión mayor de la requerida por el equipo que se encuentra aguas abajo. Antes
de que este aire pueda ser utilizado, necesitará ser tratado para eliminar los
contaminantes, la presión deberá reducirse hasta el nivel adecuado, y en muchos
casos se le deberá añadir aceite para lubricar el equipo aguas abajo. A menudo
se piensa equivocadamente que el aire comprimido es una fuente económica, o
incluso sin ningún coste de energía. De hecho, puede llegar a ser 10 veces más
caro que la electricidad si se tienen en cuenta todos los costes de generación,
transmisión, tratamiento e instalación. Una buena preparación del aire debe
considerar por tanto el consumo de energía del sistema y el equipo necesario
para el tratamiento del aire.
El condensado se
forma como resultado de comprimir y después enfriar el aire. Mientras más
elevada sea la temperatura ambiente y la humedad relativa, mayor será el
volumen de condensado producido. La mayoría de este condensado es agua, pero se
encuentra contaminado con aceite y partículas sólidas que vienen de los
componentes del sistema de aire comprimido, y partículas sólidas que contiene
el aire que es aspirado por el compresor. Este condensado se acumula en
tanques, filtros, secadores y tuberías. Si no es removido, será arrastrado por
el aire comprimido hacia los puntos de uso a través de las tuberías, y
contaminará tanto los equipos neumáticos como los productos. Esto puede
incrementar significativamente los costos de mantenimiento y las cantidades de
producto rechazado. Además, el condensado saturará los elementos filtrantes,
dejándolos inservibles. Estos costos superan con mucho el costo de la
instalación de un sistema confiable para el manejo de condensados. Un sistema
de manejo de condensados está compuesto de tres elementos: drenes para
condensados (conectadas a tanques, filtros y secadores), un separador de
agua/aceite y las tuberías que interconectan estos componentes.
INSTRUMENTO Y CONTROL
Instrumento
-Filtros
de vapor de agua
En
los sistemas de aire comprimido, el vapor de agua existe como contaminante,
originándose en la salida del compresor en forma de vapor, aunque, a medida que
el aire se enfría, existirá tanto en forma líquida como de vapor. La cantidad
de vapor de agua que puede existir en un determinado volumen de aire comprimido
es directamente proporcional a la temperatura del aire e inversamente
proporcional a la presión. Así, la cantidad de agua será mayor en cuanto menor sea
la temperatura y mayor sea la presión, siendo pues en estas condiciones cuando
la eliminación de agua en el aire será más eficaz.
Un
filtro del tamaño adecuado para una
línea de aire comprimido, con un buen diseño y situado en el lugar correcto
eliminará el agua líquida de forma eficaz, pero no reducirá el contenido de
vapor de agua en el aire. Un mayor enfriamiento del aire puede dar como
resultado una mayor condensación del agua. Si es esencial una eliminación
completa de la contaminación del agua, entonces el contenido de vapor de agua
en el aire debe reducirse de forma que el Punto de Rocío del aire sea menor que
cualquier temperatura a la que el aire del sistema pueda quedar expuesto. Una
vez que toda el agua líquida ha sido eliminada del aire comprimido, en
condiciones normales el aire se encontrará completamente saturado con vapor de
agua.
Las
condiciones particulares de temperatura y presión a las que el aire comprimido
se encuentra en ese momento se conocen como Presión del Punto de Rocío. Los
Puntos de Rocío se miden normalmente a la presión atmosférica y pueden
relacionarse entre sí a través de los gráficos adecuados. Para eliminar el
vapor de agua de un sistema de aire comprimido deben emplearse Secadores de
Aire. La eficiencia de estos dispositivos se incrementa en gran medida
asegurándose de que no se encuentren contaminados por agua líquida o aceite (o
combinaciones - emulsiones) y la entrada de aire debe ser a la menor
temperatura posible.
De
esta forma son elementos a añadir al sistema y no alternativas a los filtros y
a los refrigeradores posteriores. Existen tres clases principales de Secadores
de Aire; Refrigerador, Secadores Regenerativos Adsorbentes Desecantes y
Delicuescentes Absorbentes
Con
el fin de mantener los costes del secado de aire al mínimo, considérese lo
siguiente:
a)
¿Requiere el proceso en
particular secado de aire, o basta con refrigerador es posteriores, receptores
y filtros de alta eficacia?
b)
No especificar Puntos de Rocío extremadamente
bajos si el proceso no los justifica.
c)
Limitar el volumen de aire a
secar al que sea realmente necesario para el proceso en particular, con un margen adecuado para ampliaciones futuras.
Esto puede significar que sólo una zona de la planta de proceso necesite emplear
un secador.
d)
Los mayores requerimientos para secadores de
aire en industrias de aplicación general se encuentran allí donde existan
elevadas temperaturas ambiente.
-Filtros
de partículas solidas
Al
igual que en el agua, en cualquier sistema de aire comprimido existen
partículas sólidas, independientemente del tipo de compresor. Estas partículas
pueden generarse desde cuatro fuentes principales:
a)
Suciedad atmosférica aspirada en
el puerto de entrada del compresor.
b)
Productos corrosivos originados por la acción
del agua y de ácidos débiles, formados por la interacción de agua y gases tales
como el dióxido de azufre, aspirados por el compresor.
c)
Productos de carbono formados por la acción
del calor de compresión en el aceite lubricante o por el desgaste normal de los
anillos de carbono del pistón utilizados en algunos tipos de compresores libres
de aceite.
d)
Partículas originadas a partir de la fijación
mecánica entre la canalización y las componentes, introducidas en el sistema de
distribución de aire. El tamaño de las partículas de suciedad puede cubrir un
rango muy amplio, desde varios cientos de micras hasta por debajo de una micra
y el nivel de filtración depende del grado de limpieza necesario para cada
proceso en particular. Generalmente, no es recomendable habilitar una
filtración más fina de la estrictamente necesaria, dado que cuanto más fina sea
la filtración, mayor será la cantidad de suciedad atrapada por el elemento de
filtraje, con lo cuales se bloqueará más rápidamente. Las partículas pueden
clasificarse según dos grandes grupos; las gruesas(40 micras o más) y las
finas. La mayoría delos filtros de aire normales podrán eliminar satisfactoriamente
partículas de hasta 40 micras.
-Aerosoles
de aceite
Estas
gotas minúsculas de aceite se encuentran en la corriente de aire, y las que
causan mayores problemas tienen un tamaño de entre 0,01 a 1 micra (aprox. el
90%), el resto pueden ser ligeramente mayores.
La
mayoría de los filtros standard de las líneas de aire consiguen la eliminación
del agua mediante una acción centrífuga, pero en el caso de los aerosoles no es
así, debido al pequeño tamaño de las partículas, y requieren la utilización de
filtros especiales de tipo coalescente. Además de eliminar estas pequeñas gotas
de aceite, estos filtros suprimirán también gotas diminutas de agua, pero deben
ser protegidos contra la contaminación de suciedades o gotas de agua de mayor
tamaño por medio de filtros standard instalados inmediatamente aguas arriba.
Normalmente
es recomendable que estos filtros puedan eliminar partículas de hasta 5 micras
o incluso menores, de lo contrario el filtro coalescente quedará rápidamente
saturado con suciedad, con lo que se hará necesaria una sustitución del elemento
filtrante. Los filtros coalescentes se clasifican normalmente por la cantidad
de aire que pueden procesar para conseguir un rendimiento de eliminación de
aceite determinado, normalmente un contenido residual de aceite en el aire de
salida de 0,01 mg/m3 (o 0,01 ppm). Si se intenta trabajar con valores
superiores a estos sólo se conseguirá obtener una mayor caída de presión en la
unidad y por lo tanto unos costes excesivos de energía, pero más importante
aún, el contenido de aceite residual se incrementará. Esto podría ser aceptable
en algunas aplicaciones en las que la eliminación del aceite hasta niveles del
orden de 0,5 mg/m3 es adecuado para proporcionar un grado de protección a un
sistema particularmente propenso a un alto nivel de contaminación por aceite.
-Filtro
de vapor de aceite
En
la mayoría de los procesos la eliminación de vapor de aceite no es necesaria
dado que, a diferencia del vapor de agua, el vapor de aceite existe únicamente
en cantidades mínimas y no es objetable excepto en circunstancias en las que su
olor sea inaceptable, por ejemplo en el caso de procesado alimentario, en
industrias farmacéuticas y de bebidas, y en aplicaciones de aire para
respiración. El método más común de eliminación consiste en hacer pasar el aire
a través de un lecho absorbente, normalmente de carbón activo, aunque también
pueden utilizarse otros materiales. Los mencionados filtros de eliminación de
vapor reducirán normalmente el contenido restante del total de aceite, cuando
se utilicen conjuntamente con un pre-filtro (filtro de aplicación general) y
con un filtro coalescente, a 0,003mg/m3.Una idea equivocada muy común en relación
a estos filtros es que también eliminarán el monóxido de carbono o el dióxido
de carbono. En realidad esto no es cierto.
Al
igual que con los filtros de eliminación de aceite (coalescentes), los filtros
de eliminación de vapor deberán utilizarse únicamente en el caso de que su
función sea necesaria, no superando el rango de caudal máximo y precedidos
siempre por un filtro de aplicación general y por un filtro coalescente. Esto
minimizará el tamaño de los filtros requeridos y por tanto el coste de la
instalación.
La
ubicación de la toma de entrada del compresor puede también tener su efecto
sobre el nivel de filtración requerido, si, por ejemplo, la toma se encuentra
situada cerca de una fuente de vapores de hidrocarburos, etc. Una entrada de
aire limpio reducirá el coste de la producción de aire comprimido
Control
Con
el fin de utilizar el aire comprimido de la forma más eficaz, es necesario
reducir la presión hasta precisamente el valor requerido para esa aplicación
particular. Todos los equipos neumáticos poseen una presión de trabajo óptima.
Su utilización a una presión mayor causa un desgaste excesivo, sin un
incremento significativo en cuanto a rendimiento, al tiempo que se desperdicia
el aire comprimido en sí mismo y el coste necesario para su generación. Si el
aire comprimido se almacena a su valor de presión mayor y se utiliza
exactamente al valor mínimo requerido para la aplicación, el depósito de
almacenamiento o el receptor sólo necesitan llenarse desde un nivel
aproximadamente intermedio hasta su capacidad completa, lo cual es más
eficiente.
Con el fin de alcanzar esta utilización
óptima, el compresor trabaja normalmente entre dos niveles de presión, esto es,
el receptor posee normalmente un presostato ajustado para cerrar el compresor
al alcanzar el nivel de presión requerido (usualmente el máximo alcanzable para
conseguir la eficacia en la filtración), así como un nivel menor normalmente
alrededor del 10 - 20% por debajo. Esta cifra puede optimizarse cuando se
consideren el tamaño del receptor, la demanda de caudal del sistema y el nivel
de salida del compresor. Como resultado a esta disposición, el compresor no
está en marcha de forma continua: utiliza un exceso de energía que produce más calor,
el cual a su vez genera agua. Esta debe ser eliminada (coste extra) para
suministrar una presión para los requerimientos del sistema que resulta
excesiva y origina un gran desgaste (coste extra) sin ningún incremento en el
rendimiento. Por lo tanto, una válvula reductora de presión puede generar
ahorros de coste superiores a su precio en un tiempo muy breve. También es
obligatoria en aplicaciones tales como pistolas de aire comprimido y boquillas
refrigerantes en las que la utilización de aire comprimido a elevadas presiones
es potencialmente peligrosa.
-Válvulas
reductoras
La válvula reductora
de presión, a veces también llamada reguladora de presión (ver válvulas
reguladoras de presión) es una válvula de control hidráulico cuya consigna es
reducir una elevada presión aguas arriba de la válvula a un valor menor
constante aguas abajo de la misma, independientemente de las variaciones de
presión aguas arriba y de las variaciones del flujo o de la demanda en la
línea.
-Válvulas
reguladores
Las válvulas
reguladoras permiten variar la productividad de las bombas al manipular la
presión desde el mínimo hasta el máximo nivel. Al mismo tiempo, las válvulas
reguladoras actúan como mecanismo de seguridad, ya que no permiten que se
exceda el nivel de presión que elige la persona que las está operando, con lo
que se reduce el riesgo de accidentes.
Tipos
de reguladores:
Éstos
pueden dividirse de forma muy general en 4 tipos:
De
aplicación general
Pilotados
De
Precisión
Para
aplicaciones especiales.
La
mayoría de los reguladores de aplicación
general son del tipo de diafragma. Estos reguladores suelen ser más
sensibles que los reguladores de tipo pistón, que tienen tendencia a poseer una
mejor capacidad de caudal para un tamaño dado. En la mayoría de los sistemas de
aire comprimido, el requerimiento principal es su respuesta, más que su
compacticidad para un determinado tamaño de tubería, con lo que aquí los
reguladores de tipo diafragma son los más comunes.
Los
reguladores pueden ser con escape o sin escape. La característica de escape
permite que la presión del sistema (a la salida) se pueda ajustar de un mayor
nivel a otro menor sin necesidad de actuar sobre el equipo aguas abajo (esto se
lleva a cabo disponiendo de un orificio de purga a través del diafragma hacia
la atmósfera).
Los
reguladores pilotados son aquellos
que no poseen medios mecánicos directos para el ajuste de la presión de salida.
Esto elimina problemas de nivelación para conseguir altas presiones (16 bar y
superiores) en unidades de tubería de gran tamaño. La presión de salida se
controla mediante una señal de aire a presión que es producida normalmente por
un regulador de precisión. Ello permite, por ejemplo, situar un regulador
pilotado en una ubicación remota de un gran sistema de distribución,
normalmente sobre el techo de un edificio, pero su ajuste puede ser realizado
hasta obtener la presión de salida deseada desde el nivel del suelo. Para la
mayoría de aplicaciones pilotadas es mejor llevar a cabo la lectura de la
presión del sistema o salida desde el mismo regulador pilotado (normalmente
llamado esclavo) o del sistema de distribución, dado que la presión de salida
del regulador piloto no es normalmente la misma. Los reguladores pilotados
también proporcionan un mejor rendimiento si se elimina el resorte de control y
normalmente poseen una mayor área de diafragma en comparación al área de
válvula, lo que mejora también la precisión del control de presión en respuesta
a pequeños cambios de presión.
Los
reguladores de precisión (o
controladores) se utilizan normalmente para aplicaciones de instrumentación en
las que son necesarias una repetitividad exacta y una posibilidad de fijar la
presión de salida durante un tiempo determinado. Estos reguladores poseen
normalmente un rango de caudal de salida bajo, pero presentan características
superiores de caudal y regulación. Su capacidad para alcanzar el nivel ideal en
cuanto a características de caudal y presión se refleja en su tamaño y su
precio. Generalmente, la mayoría de los reguladores de precisión utilizan una
disposición especial para conseguir un escape constante de aire de salida a la
atmósfera. A pesar de que esto representa un coste para el sistema en su conjunto,
puesto que se trata de una pérdida de aire: es el precio que debe pagarse con
el fin de alcanzar la respuesta tan rápida que requieren las aplicaciones,
necesaria para mantener la presión del sistema constante. Los mejores
reguladores de precisión utilizan también un funcionamiento integral por
piloto, trabajando efectivamente con dos diafragmas y dos válvulas, una pequeña
y sensible, y la otra un esclavo para asegurar que el rendimiento general
satisface los requerimientos de la aplicación particular.
Los
reguladores para aplicaciones especiales
pueden cubrir una amplia gama de demandas específicas, incluyendo el
cumplimiento de requerimientos ambientales precisos relativos a materiales
especiales, con grandes caudales de descarga, accionamiento de pistones en
lugar de ruedas manuales, etc. Pueden tratarse de derivados de cualquiera delos
otros tipos de reguladores con adiciones según su aplicación específica. Estos
pueden ser variaciones de los reguladores normales aplicadas en función del
mecanismo específico.
-Manómetro
Un
manómetro es un instrumento de medida de la presión en fluidos (líquidos y
gases) en circuitos cerrados. Miden la diferencia entre la presión real o
absoluta y la presión atmosférica, llamándose a este valor, presión manométrica.
A este tipo de manómetros se les conoce también como "Manómetros de
Presión".
Lo que realmente hacen es comparar la presión
atmosférica (la de fuera, la atmósfera) con la de dentro del circuito por donde
circula al fluido. Por eso se dice que los manómetros miden la presión
relativa.
La presión manométrica es la presión relativa
a la presión atmosférica. La presión manométrica es positivo para presiones por
encima de la presión atmosférica, y negativa para presiones por debajo de ella.
La presión absoluta es la suma de presión manométrica y presión atmosférica.
