TEMA 4: PREPARACIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO.
1.- Introducción.
Toda instalación de aire comprimido, que se utilice para sistemas neumáticos de control y regulación deben de poseer una serie de elementos indispensables, para un tratamiento posterior al de la compresión, en general estos elementos son:
- Depósito de aire o calderín.
- Secadores o deshumidificadores.
- Purgadores.
- Filtros.
- Lubricadores.
- Reguladores de presión.
Ahora estudiaremos la tecnología de cada uno de ellos.
2.- Depósito de aire o calderín.
Toda instalación de aire comprimido, dispone de un depósito de aire a presión entre el compresor y la red de distribución.
La función de tales depósitos son:
- Amortiguar las pulsaciones del caudal de salida del aire descargado por los compresores alternativos.
- Actuar de distanciador de los periodos de regulación.
- Hacer frente a las demandas puntas de caudal sin que se provoquen caídas de presión
- Adaptar el caudal de salida del compresor al consumo de aire en la red.
La fabricación de estos elementos tienen que llevarse a cabo atendiendo el Reglamento Español de Recipientes a Presión (16/08/1969), y cumpliendo las normas de seguridad indicadas en las Ordenanzas Españolas de Seguridad, estando sujetos a inspecciones periódicas obligatorias.
En general, pueden ser depósitos horizontales o verticales, construidos en chapa de acero, con fondos repujados con convexidad exterior, unidos a la virola mediante curvas de enlace. Llevan una serie de accesorios obligatorios:
- Válvula de seguridad, capaz de evacuar el 110 % del caudal del compresor.
- Manómetro.
- Purgas.
- Abertura para limpieza.
- Racor de toma del sistema de regulación del compresor.
La capacidad del depósito está determinada por el caudal del compresor y a la caída de presión máxima permisible, en la instalación particular, que determinará el número de minutos de funcionamiento por hora del compresor.
A título orientativo, la capacidad del depósito, teniendo en cuenta el tipo de regulación del compresor, se puede calcular como:
- Para regulación automática con presostato:
- Para regulación automática con presostato y contactor:
- Para regulación automática con presostato y arrancador estrella - triángulo:
Siendo:
- , el volumen en litros del depósito.
- , la potencia del compresor en kw.
En general, el propio fabricante de compresores aconseja la capacidad de los depósitos para sus productos según aplicación.
3.- Secadores y deshumidificadores.
3.1- Introducción.
El aire atmosférico, que respiramos, contiene gran número de compuestos gaseosos, así como vapor de agua y contaminantes varios (humos, polen, polvo, contaminantes gaseosos cerca de las fuentes de emisión de estos productos, etc.)
Se denomina aire seco, al aire atmosférico una vez eliminados tanto todo el vapor de agua como los contaminantes presentes. Numerosas mediciones han demostrado que la composición del aire seco, es relativamente constante, salvo pequeñas variaciones en función del tiempo, localización geográfica y altitud.
La composición aproximada en % de volumen es:
La masa molecular media es de 28,9645 kg aire seco/kmol aire seco, y por lo tanto su constante R vale 287,0 J/kg . K .
El aire húmedo es una mezcla binaria (de aire seco y vapor de agua). La cantidad de vapor de agua puede variar de 0 (aire seco), hasta un máximo que depende de las condiciones de presión y temperatura; en este último caso, se habla de saturación (un estado de equilibrio entre el aire húmedo y la fase de agua condensada).
La masa molecular del agua es 18,01534 kg/kmol, y la constante R es 461,52 J/kg . K .
Las relaciones matemáticas que utilizamos, son los correspondientes a los utilizados en las mezclas ideales, ya que el aire seco, como gas se encuentra a bajas presiones y temperaturas moderadas y el vapor de agua, normalmente, se encuentra en estado de vapor sobrecalentado.
Estas relaciones son:
Para definir un estado de una mezcla gaseosa, no nos basta con saber la p y T, también necesitamos conocer que cantidad de cada componente tenemos, para ello, para definir un estado termodinámico del aire húmedo; además de conocer la p y T necesitamos conocer uno de los siguientes parámetros:
- La humedad relativa.
- El grado de humedad.
- El grado de saturación.
3.2.- Propiedades Del Aire Húmedo.
- Densidad del vapor de agua: La densidad del vapor de agua en el aire saturado
y en el aire húmedo
serán respectivamente:
- Densidad del aire húmedo.
La densidad del aire húmedo es igual a la suma de las densidades del vapor de agua y del aire seco a las respectivas presiones parciales y a la temperatura de la mezcla.
- Humedad relativa del aire.
La humedad relativa es la relación entre la densidad del vapor de agua en la mezcla o aire húmedo y la densidad del vapor de agua en una mezcla saturada a la misma temperatura.
- Grado de humedad del aire o humedad absoluta del aire.
Se denomina grado de humedad del aire a la relación entre la masa de vapor de agua que hay en cierta cantidad de aire húmedo y la masa de aire seco de dicha cantidad.
La relación entre el grado de humedad "w" y la presión total del aire húmedo y las presiones parciales del vapor de agua y el aire seco es:
A parte de estas tres relaciones, tenemos una serie de parámetros que también son utilizados para definir el estado termodinámico de la mezcla de componentes que forman el aire húmedo:
- Grado de saturación del aire.
El grado de saturación del aire es la relación entre el grado de humedad de la mezcla w y el grado de humedad máximo ws,o grado de humedad de una mezcla saturada a la misma temperatura.
- Punto de rocío.
El punto de rocío del aire húmedo es la temperatura a la cual aquél pasa a ser aire húmedo saturado, si se enfría a presión total constante y grado de humedad constante.
- Temperatura de bulbo seco.
Es la temperatura que se mide mediante un termómetro normal, que indica la temperatura del aire húmedo.
- Temperatura de bulbo húmedo.
Es la temperatura que se mide con un termómetro cuyo bulbo está recubierto de una muselina con agua y está expuesto a una corriente de aire. Entonces, si el aire húmedo no está saturado se produce una evaporación del agua que contiene la tela tanto más intensa cuanto más seco está el aire, y se observa un descenso gradual de su temperatura hasta un valor constante denominado temperatura de bulbo húmedo. Debido a que el aire húmedo en general no se encuentra saturado se produce una evaporación espontánea del agua de la mecha que intenta saturar el aire. El calor latente de evaporación del agua proviene, en una primera fase, de la misma agua, produciéndose un descenso de su temperatura.
Al producirse una diferencia de temperatura entre el agua de la mecha y el aire, se iniciará una transferencia de calor por convección entre el aire y el agua, que contribuirá a la evaporación del agua.
A medida que va descendiendo la temperatura del agua, la contribución térmica del aire será progresivamente mayor que la proveniente de la propia agua, hasta llegar a un punto de equilibrio en que la temperatura del agua (bulbo húmedo del termómetro) alcanza un valor constante, denominada temperatura de bulbo húmedo.
En esta situación todo el calor necesario para vaporizar el agua proviene solamente del aire.
Como conclusión, tenemos que la temperatura de bulbo húmedo es un parámetro indicativo del grado de humedad del aire, cuanto más seco sea el aire húmedo mayor será el flujo de agua desde la mecha y menor la temperatura de bulbo húmedo. Y por otra parte cuando una masa de agua se pone en contacto con una corriente de aire, el agua como máximo se puede enfriar hasta la temperatura de bulbo húmedo.
3.3.- Diagrama Psicrométrico Y Su Empleo.
Mirar figuras adjuntas.
Tenemos una serie de curvas, y dos ejes que nos dan la siguiente información:
- Temperatura seca: La temperatura que registra un termómetro ordinario.
- Temperatura húmeda: La temperatura que indica el termómetro cuyo bulbo está recubierto por un mecha húmeda y expuesto a una corriente de aire rápida.
- Temperatura de rocío: La temperatura a la cual empieza la condensación de humedad cuando el aire se enfría.
- Humedad relativa: Relación entre la presión del vapor de agua contenido en el aire y la presión del vapor saturante a la misma temperatura.
- Grado de humedad: El peso del vapor de agua expresado en gramos por kg de aire seco.
- Entalpía: Cantidad de energía contenido en el aire, contado a partir de 0ºC.
- Variación de la entalpía: Cualquiera que sea la temperatura considerada, la entalpía antes mencionada se supone en la saturación. Para el aire no saturado se tendrá que corregir utilizando la línea de variación de la entalpía, en casos que es necesaria una gran precisión. En casos normales de acondicionamiento de aire se puede prescindir de dicha corrección. Viene dado en kJ / kg de aire seco.
- Volumen específico: Los metros cúbicos de aire húmedo que corresponden a 1 kg de aire seco.
- Factor de calor sensible: Relación entre el calor sensible y el total.
- Kilos de aire seco: Constituyen la base de los cálculos psicrométricos y permanecen constantes durante todos los procesos.
Las temperaturas seca, húmeda, de rocío y la humedad relativa están relacionadas de forma tal que cuando se conocen dos de ellas se pueden determinar las restantes.
3.4.- Deshumidificación del aire comprimido.
Como consecuencia de los puntos anteriores, el aire comprimido, antes de ser distribuido a la red, debe haberse secado hasta un punto de rocío que sea inferior a la temperatura ambiente en donde se utiliza, ya que si no ocurre este hecho, nos podemos encontrar con condensaciones en la red de distribución y en los puntos de utilización, las cuales pueden provocar una serie de inconvenientes, como pueden ser:
- Corrosión en las tuberías metálicas.
- Entorpecimiento en los accionamientos neumáticos.
- Errores de medición en equipos de control.
- Bajo rendimiento de la instalación.
Los procedimientos comunes de deshumidificación son:
1) Mediante refrigerador de agua a la salida del compresor.
2) Mediante refrigerador de aire a la salida del compresor.
3) Mediante equipo frigorífico, a la salida del calderín.
4) Mediante secador por adsorción, a la salida del calderín.
5) Mediante secador por pastillas desecantes, en el circuito.
6) Mediante filtros separadores cerámicos, en el circuito.
7) Mediante separadores centrífugos, en el circuito.
Su colocación la podemos observar, en la siguiente transparencia:
- Refrigerador de agua a la salida del compresor.
Se coloca inmediatamente después del compresor, estando preparados para eliminar entre el 50 al 80 % de toda la humedad que aspira el compresor.
Estos refrigeradores de agua, son del tipo carcaza y tubos, pasando por el interior de los tubos el aire, y por el exterior a contracorriente el agua.
Se utilizan para grandes caudales de aire comprimido (hasta los 10.500 m3/h). La temperatura de salida del aire del refrigerador es, aproximadamente, 10ºC superior a la de entrada del agua de refrigeración, se admiten como temperaturas óptimas del agua de refrigeración, a la entrada, del orden de 10 a 25ºC.
Llevan como accesorios:
- Termómetro de salida del aire.
- Manómetro.
- Válvula de seguridad.
- Purga manual o automática.
- Refrigerador de aire a la salida del compresor.
El refrigerador de aire, que se coloca a la salida del compresor, es del tipo de flujo cruzado, con batería aleteada, por el interior de los tubos de la batería pasa el aire comprimido. Son escasamente utilizados debido al bajo rendimiento, cuando las temperaturas de aire exterior, suben de los 15ºC. Sólo se utilizan cuando no existe disponibilidad de agua, o esta resulta ser muy cara.
- Secador frigorífico.
Este secador, es un equipo frigorífico, que reduce la humedad del aire comprimido enfriándolo hasta la más baja temperatura posible, que oscila entre los +2ºC a los +4ºC.
Son los secadores de consumo energético más bajo, pero da un grado de calidad del aire medio.
Un secador de este tipo se selecciona según caudal nominal de aire, presión de trabajo y punto de rocío deseado, en general, las condiciones suelen ser:
- Punto de rocío: +3ºC.
- Presión: 7 bar.
En el mercado se comercializan secadores frigoríficos desde los 15 m3/h hasta los 15.000 m3/h, variando la potencia del compresor del equipo frigorífico desde 1/6 CV hasta los 50 CV.
- Secador por adsorción.
Este secador realiza el secado por medio de un adsorbente sólido de naturaleza regenerable. Es un secador de alta eficacia, logrando temperaturas de rocío del aire comprimido del orden de -20ºC a -80ºC, con lo que se consigue un secado total para las aplicaciones industriales.
Estos secadores están constituidos por dos torres o elementos secadores gemelos, que contienen la respectiva carga de adsorbente. Una secuencia de alternancias cíclicas de secado y regeneración, en el par de torres permite disfrutar de un flujo continuo de aire comprimido seco.
Existen tres tipos según como se realiza la regeneración:
- De regeneración por recirculación de aire comprimido, ya que la realizan mediante la recuperación del calor sensible del propio aire comprimido, que sale del compresor a una temperatura elevada.
Mediante un intercambiador de calor, el fluido que sale del compresor (sin refrigerador posterior) cede su calor al propio deshidratante, en el periodo de regeneración, y provoca que al aumentar la temperatura en éste se produzca la desadsorción.
- De regeneración por resistencia eléctrica, son los más comunes, se utiliza una fuente de energía externa (generalmente resistencias eléctricas) para la regeneración del adsorbente. Son los más seguros de los tres tipos.
- De regeneración por transferencia de vapor, difiere esencialmente de los dos tipos anteriores porque no le hace falta ningún tipo de aportación de calor; utilizan, para la misma, una limitada fracción del propio aire seco, que se hace circular en barrido por la torre de regeneración, debido a la diferencia de las presiones vapor entre el agua en el adsorbente y el aire seco, al que se le reduce la presión, hasta un poco por encima de la atmosférica, (humedad relativa muy baja), se produce una transferencia de masa muy elevada, produciéndose el secado del adsorbente. Este tipo de secador se utiliza para presiones elevadas , ya que aumenta su rendimiento directamente con la presión, no se utiliza para presiones inferiores a los 5 bar.
Cuando las necesidades de la calidad del aire son muy bajas, se puede realizar la deshumidificación, con una serie de equipos colocados en el circuito. Suprimiendo los secadores convencionales (frigoríficos y regeneradores) y manteniendo en el proyecto los refrigeradores posteriores. Estos equipos, anteriormente comentados, son:
- Secador por pastillas desecantes.
Utiliza pastillas desecantes y delicuescentes, altamente higroscópicas, que se funden y licúan al ir reteniendo el vapor de agua contenido con el aire a secar. Aunque son muy económicas, necesitan reponer periódicamente la carga del producto que se emplee, además que para un correcto funcionamiento, necesitan que el aire que entre esté lo más frío posible, no son recomendables temperaturas de aire superior a los 30ºC.
En general se colocan después del calderín en el exterior.
- Filtros separadores cerámicos.
Estos filtros están diseñados para eliminar un 70-80% del agua y aceite contenidos en el aire. Se suelen colocar a la salida del refrigerador posterior o después del calderín, ya que aumenta su rendimiento si el aire a limpiar se encuentra a temperaturas bajas.
(Ver transparencia).
La separación del condensado se realiza en tres etapas:
a) Un separador por gravedad elimina las partículas líquidas y sólidas de tamaño mayor que se recogen en el fondo del separador.
b) Una malla filtrante se dedica a eliminar las partículas sólidas y líquidas de tamaño intermedio, que también se depositan en el fondo del separador.
c) Por último, el aire atraviesa un conjunto de bujías cerámicas, destinadas a suprimir las partículas mayores de 10 micrones. Estas bujías son de duración ilimitada. Su selección se realiza por el caudal de aire que va a tratar y la presión de trabajo.
- Separadores centrífugos.
Son el equipo más económico de los tres, pero tiene unas condiciones de funcionamiento muy rígidas. Funcionan incrementando la velocidad del aire a tratar y cambiando su dirección (ciclón), con lo que las partículas sólidas y líquidas que estén en suspensión en el aire, por la fuerza centrífuga quedan retenidas en las paredes del recipiente y por decantación caen al fondo del separador de donde son extraídas al exterior.
También se colocan después del calderín para permitir que el aire se enfríe lo más posible antes de entrar en él.
Por último tenemos un separador, que aunque su función no es la de secado, si tiene una gran importancia en los secadores por adsorción:
- Separadores de aceite.
Tienen el objetivo de retener el aceite o vapores de aceite que provienen del compresor.
Este aceite quemado, si se pone en contacto con los separadores por adsorción , crean una película sobre él, que impide el paso del aire y el funcionamiento correcto de la instalación, por otra parte si se pone en contacto con los aceites especiales de lubricación del aire comprimido para su utilización neumática, hace que éstos pierdan sus propiedades lubricantes.
la temperatura del aire de entrada no debe exceder los 40ºC, para su correcto funcionamiento.
Su funcionamiento consta de dos fases:
a) Un separador ciclónico, decanta las partículas sólidas y líquidas que contiene el aire comprimido.
b) Mediante un absorbente selectivo retiene el aceite.
4.- Purgadores.
Para la evacuación del agua y de los condensados en general, la instalación ha de proveerse de purgadores automáticos.
El mercado está surtido de diversos modelos, todos ellos eficaces.
5.- Filtros, reguladores de presión y lubricadores.
Cuando no se utilizan secadores (frigoríficos o de adsorción), en la línea de servicio de aire comprimido, quedan trazas de aceite, agua e impurezas, que conviene eliminar, mediante la colocación de filtros, en un lugar lo más contiguo al punto de consumo o utilización.
Por otro lado, los elementos neumáticos necesitan para trabajar a su máximo rendimiento, una presión de trabajo estable, sin fluctuaciones (generalmente 6 bar), esto se consigue colocando un regulador de presión, en un lugar lo más contiguo al punto de consumo o utilización.
Igualmente, estos elementos neumáticos deben lubricarse para que mantengan su duración, ya que son de hecho elementos mecánicos, que friccionan entre sí, esto se consigue colocando un lubricador, en un lugar lo más contiguo al punto de consumo o utilización.
En general se utilizan grupos combinados de filtro, regulador de presión y lubricador, como muestra la figura (ver transparencia).
1.- Introducción.
Toda instalación de aire comprimido, que se utilice para sistemas neumáticos de control y regulación deben de poseer una serie de elementos indispensables, para un tratamiento posterior al de la compresión, en general estos elementos son:
- Depósito de aire o calderín.
- Secadores o deshumidificadores.
- Purgadores.
- Filtros.
- Lubricadores.
- Reguladores de presión.
Ahora estudiaremos la tecnología de cada uno de ellos.
2.- Depósito de aire o calderín.
Toda instalación de aire comprimido, dispone de un depósito de aire a presión entre el compresor y la red de distribución.
La función de tales depósitos son:
- Amortiguar las pulsaciones del caudal de salida del aire descargado por los compresores alternativos.
- Actuar de distanciador de los periodos de regulación.
- Hacer frente a las demandas puntas de caudal sin que se provoquen caídas de presión
- Adaptar el caudal de salida del compresor al consumo de aire en la red.
La fabricación de estos elementos tienen que llevarse a cabo atendiendo el Reglamento Español de Recipientes a Presión (16/08/1969), y cumpliendo las normas de seguridad indicadas en las Ordenanzas Españolas de Seguridad, estando sujetos a inspecciones periódicas obligatorias.
En general, pueden ser depósitos horizontales o verticales, construidos en chapa de acero, con fondos repujados con convexidad exterior, unidos a la virola mediante curvas de enlace. Llevan una serie de accesorios obligatorios:
- Válvula de seguridad, capaz de evacuar el 110 % del caudal del compresor.
- Manómetro.
- Purgas.
- Abertura para limpieza.
- Racor de toma del sistema de regulación del compresor.
La capacidad del depósito está determinada por el caudal del compresor y a la caída de presión máxima permisible, en la instalación particular, que determinará el número de minutos de funcionamiento por hora del compresor.
A título orientativo, la capacidad del depósito, teniendo en cuenta el tipo de regulación del compresor, se puede calcular como:
- Para regulación automática con presostato:
- Para regulación automática con presostato y contactor:
- Para regulación automática con presostato y arrancador estrella - triángulo:
Siendo:
- , el volumen en litros del depósito.
- , la potencia del compresor en kw.
En general, el propio fabricante de compresores aconseja la capacidad de los depósitos para sus productos según aplicación.
3.- Secadores y deshumidificadores.
3.1- Introducción.
El aire atmosférico, que respiramos, contiene gran número de compuestos gaseosos, así como vapor de agua y contaminantes varios (humos, polen, polvo, contaminantes gaseosos cerca de las fuentes de emisión de estos productos, etc.)
Se denomina aire seco, al aire atmosférico una vez eliminados tanto todo el vapor de agua como los contaminantes presentes. Numerosas mediciones han demostrado que la composición del aire seco, es relativamente constante, salvo pequeñas variaciones en función del tiempo, localización geográfica y altitud.
La composición aproximada en % de volumen es:
La masa molecular media es de 28,9645 kg aire seco/kmol aire seco, y por lo tanto su constante R vale 287,0 J/kg . K .
El aire húmedo es una mezcla binaria (de aire seco y vapor de agua). La cantidad de vapor de agua puede variar de 0 (aire seco), hasta un máximo que depende de las condiciones de presión y temperatura; en este último caso, se habla de saturación (un estado de equilibrio entre el aire húmedo y la fase de agua condensada).
La masa molecular del agua es 18,01534 kg/kmol, y la constante R es 461,52 J/kg . K .
Las relaciones matemáticas que utilizamos, son los correspondientes a los utilizados en las mezclas ideales, ya que el aire seco, como gas se encuentra a bajas presiones y temperaturas moderadas y el vapor de agua, normalmente, se encuentra en estado de vapor sobrecalentado.
Estas relaciones son:
Para definir un estado de una mezcla gaseosa, no nos basta con saber la p y T, también necesitamos conocer que cantidad de cada componente tenemos, para ello, para definir un estado termodinámico del aire húmedo; además de conocer la p y T necesitamos conocer uno de los siguientes parámetros:
- La humedad relativa.
- El grado de humedad.
- El grado de saturación.
3.2.- Propiedades Del Aire Húmedo.
- Densidad del vapor de agua: La densidad del vapor de agua en el aire saturado
y en el aire húmedo
serán respectivamente:
- Densidad del aire húmedo.
La densidad del aire húmedo es igual a la suma de las densidades del vapor de agua y del aire seco a las respectivas presiones parciales y a la temperatura de la mezcla.
- Humedad relativa del aire.
La humedad relativa es la relación entre la densidad del vapor de agua en la mezcla o aire húmedo y la densidad del vapor de agua en una mezcla saturada a la misma temperatura.
- Grado de humedad del aire o humedad absoluta del aire.
Se denomina grado de humedad del aire a la relación entre la masa de vapor de agua que hay en cierta cantidad de aire húmedo y la masa de aire seco de dicha cantidad.
La relación entre el grado de humedad "w" y la presión total del aire húmedo y las presiones parciales del vapor de agua y el aire seco es:
A parte de estas tres relaciones, tenemos una serie de parámetros que también son utilizados para definir el estado termodinámico de la mezcla de componentes que forman el aire húmedo:
- Grado de saturación del aire.
El grado de saturación del aire es la relación entre el grado de humedad de la mezcla w y el grado de humedad máximo ws,o grado de humedad de una mezcla saturada a la misma temperatura.
- Punto de rocío.
El punto de rocío del aire húmedo es la temperatura a la cual aquél pasa a ser aire húmedo saturado, si se enfría a presión total constante y grado de humedad constante.
- Temperatura de bulbo seco.
Es la temperatura que se mide mediante un termómetro normal, que indica la temperatura del aire húmedo.
- Temperatura de bulbo húmedo.
Es la temperatura que se mide con un termómetro cuyo bulbo está recubierto de una muselina con agua y está expuesto a una corriente de aire. Entonces, si el aire húmedo no está saturado se produce una evaporación del agua que contiene la tela tanto más intensa cuanto más seco está el aire, y se observa un descenso gradual de su temperatura hasta un valor constante denominado temperatura de bulbo húmedo. Debido a que el aire húmedo en general no se encuentra saturado se produce una evaporación espontánea del agua de la mecha que intenta saturar el aire. El calor latente de evaporación del agua proviene, en una primera fase, de la misma agua, produciéndose un descenso de su temperatura.
Al producirse una diferencia de temperatura entre el agua de la mecha y el aire, se iniciará una transferencia de calor por convección entre el aire y el agua, que contribuirá a la evaporación del agua.
A medida que va descendiendo la temperatura del agua, la contribución térmica del aire será progresivamente mayor que la proveniente de la propia agua, hasta llegar a un punto de equilibrio en que la temperatura del agua (bulbo húmedo del termómetro) alcanza un valor constante, denominada temperatura de bulbo húmedo.
En esta situación todo el calor necesario para vaporizar el agua proviene solamente del aire.
Como conclusión, tenemos que la temperatura de bulbo húmedo es un parámetro indicativo del grado de humedad del aire, cuanto más seco sea el aire húmedo mayor será el flujo de agua desde la mecha y menor la temperatura de bulbo húmedo. Y por otra parte cuando una masa de agua se pone en contacto con una corriente de aire, el agua como máximo se puede enfriar hasta la temperatura de bulbo húmedo.
3.3.- Diagrama Psicrométrico Y Su Empleo.
Mirar figuras adjuntas.
Tenemos una serie de curvas, y dos ejes que nos dan la siguiente información:
- Temperatura seca: La temperatura que registra un termómetro ordinario.
- Temperatura húmeda: La temperatura que indica el termómetro cuyo bulbo está recubierto por un mecha húmeda y expuesto a una corriente de aire rápida.
- Temperatura de rocío: La temperatura a la cual empieza la condensación de humedad cuando el aire se enfría.
- Humedad relativa: Relación entre la presión del vapor de agua contenido en el aire y la presión del vapor saturante a la misma temperatura.
- Grado de humedad: El peso del vapor de agua expresado en gramos por kg de aire seco.
- Entalpía: Cantidad de energía contenido en el aire, contado a partir de 0ºC.
- Variación de la entalpía: Cualquiera que sea la temperatura considerada, la entalpía antes mencionada se supone en la saturación. Para el aire no saturado se tendrá que corregir utilizando la línea de variación de la entalpía, en casos que es necesaria una gran precisión. En casos normales de acondicionamiento de aire se puede prescindir de dicha corrección. Viene dado en kJ / kg de aire seco.
- Volumen específico: Los metros cúbicos de aire húmedo que corresponden a 1 kg de aire seco.
- Factor de calor sensible: Relación entre el calor sensible y el total.
- Kilos de aire seco: Constituyen la base de los cálculos psicrométricos y permanecen constantes durante todos los procesos.
Las temperaturas seca, húmeda, de rocío y la humedad relativa están relacionadas de forma tal que cuando se conocen dos de ellas se pueden determinar las restantes.
3.4.- Deshumidificación del aire comprimido.
Como consecuencia de los puntos anteriores, el aire comprimido, antes de ser distribuido a la red, debe haberse secado hasta un punto de rocío que sea inferior a la temperatura ambiente en donde se utiliza, ya que si no ocurre este hecho, nos podemos encontrar con condensaciones en la red de distribución y en los puntos de utilización, las cuales pueden provocar una serie de inconvenientes, como pueden ser:
- Corrosión en las tuberías metálicas.
- Entorpecimiento en los accionamientos neumáticos.
- Errores de medición en equipos de control.
- Bajo rendimiento de la instalación.
Los procedimientos comunes de deshumidificación son:
1) Mediante refrigerador de agua a la salida del compresor.
2) Mediante refrigerador de aire a la salida del compresor.
3) Mediante equipo frigorífico, a la salida del calderín.
4) Mediante secador por adsorción, a la salida del calderín.
5) Mediante secador por pastillas desecantes, en el circuito.
6) Mediante filtros separadores cerámicos, en el circuito.
7) Mediante separadores centrífugos, en el circuito.
Su colocación la podemos observar, en la siguiente transparencia:
- Refrigerador de agua a la salida del compresor.
Se coloca inmediatamente después del compresor, estando preparados para eliminar entre el 50 al 80 % de toda la humedad que aspira el compresor.
Estos refrigeradores de agua, son del tipo carcaza y tubos, pasando por el interior de los tubos el aire, y por el exterior a contracorriente el agua.
Se utilizan para grandes caudales de aire comprimido (hasta los 10.500 m3/h). La temperatura de salida del aire del refrigerador es, aproximadamente, 10ºC superior a la de entrada del agua de refrigeración, se admiten como temperaturas óptimas del agua de refrigeración, a la entrada, del orden de 10 a 25ºC.
Llevan como accesorios:
- Termómetro de salida del aire.
- Manómetro.
- Válvula de seguridad.
- Purga manual o automática.
- Refrigerador de aire a la salida del compresor.
El refrigerador de aire, que se coloca a la salida del compresor, es del tipo de flujo cruzado, con batería aleteada, por el interior de los tubos de la batería pasa el aire comprimido. Son escasamente utilizados debido al bajo rendimiento, cuando las temperaturas de aire exterior, suben de los 15ºC. Sólo se utilizan cuando no existe disponibilidad de agua, o esta resulta ser muy cara.
- Secador frigorífico.
Este secador, es un equipo frigorífico, que reduce la humedad del aire comprimido enfriándolo hasta la más baja temperatura posible, que oscila entre los +2ºC a los +4ºC.
Son los secadores de consumo energético más bajo, pero da un grado de calidad del aire medio.
Un secador de este tipo se selecciona según caudal nominal de aire, presión de trabajo y punto de rocío deseado, en general, las condiciones suelen ser:
- Punto de rocío: +3ºC.
- Presión: 7 bar.
En el mercado se comercializan secadores frigoríficos desde los 15 m3/h hasta los 15.000 m3/h, variando la potencia del compresor del equipo frigorífico desde 1/6 CV hasta los 50 CV.
- Secador por adsorción.
Este secador realiza el secado por medio de un adsorbente sólido de naturaleza regenerable. Es un secador de alta eficacia, logrando temperaturas de rocío del aire comprimido del orden de -20ºC a -80ºC, con lo que se consigue un secado total para las aplicaciones industriales.
Estos secadores están constituidos por dos torres o elementos secadores gemelos, que contienen la respectiva carga de adsorbente. Una secuencia de alternancias cíclicas de secado y regeneración, en el par de torres permite disfrutar de un flujo continuo de aire comprimido seco.
Existen tres tipos según como se realiza la regeneración:
- De regeneración por recirculación de aire comprimido, ya que la realizan mediante la recuperación del calor sensible del propio aire comprimido, que sale del compresor a una temperatura elevada.
Mediante un intercambiador de calor, el fluido que sale del compresor (sin refrigerador posterior) cede su calor al propio deshidratante, en el periodo de regeneración, y provoca que al aumentar la temperatura en éste se produzca la desadsorción.
- De regeneración por resistencia eléctrica, son los más comunes, se utiliza una fuente de energía externa (generalmente resistencias eléctricas) para la regeneración del adsorbente. Son los más seguros de los tres tipos.
- De regeneración por transferencia de vapor, difiere esencialmente de los dos tipos anteriores porque no le hace falta ningún tipo de aportación de calor; utilizan, para la misma, una limitada fracción del propio aire seco, que se hace circular en barrido por la torre de regeneración, debido a la diferencia de las presiones vapor entre el agua en el adsorbente y el aire seco, al que se le reduce la presión, hasta un poco por encima de la atmosférica, (humedad relativa muy baja), se produce una transferencia de masa muy elevada, produciéndose el secado del adsorbente. Este tipo de secador se utiliza para presiones elevadas , ya que aumenta su rendimiento directamente con la presión, no se utiliza para presiones inferiores a los 5 bar.
Cuando las necesidades de la calidad del aire son muy bajas, se puede realizar la deshumidificación, con una serie de equipos colocados en el circuito. Suprimiendo los secadores convencionales (frigoríficos y regeneradores) y manteniendo en el proyecto los refrigeradores posteriores. Estos equipos, anteriormente comentados, son:
- Secador por pastillas desecantes.
Utiliza pastillas desecantes y delicuescentes, altamente higroscópicas, que se funden y licúan al ir reteniendo el vapor de agua contenido con el aire a secar. Aunque son muy económicas, necesitan reponer periódicamente la carga del producto que se emplee, además que para un correcto funcionamiento, necesitan que el aire que entre esté lo más frío posible, no son recomendables temperaturas de aire superior a los 30ºC.
En general se colocan después del calderín en el exterior.
- Filtros separadores cerámicos.
Estos filtros están diseñados para eliminar un 70-80% del agua y aceite contenidos en el aire. Se suelen colocar a la salida del refrigerador posterior o después del calderín, ya que aumenta su rendimiento si el aire a limpiar se encuentra a temperaturas bajas.
(Ver transparencia).
La separación del condensado se realiza en tres etapas:
a) Un separador por gravedad elimina las partículas líquidas y sólidas de tamaño mayor que se recogen en el fondo del separador.
b) Una malla filtrante se dedica a eliminar las partículas sólidas y líquidas de tamaño intermedio, que también se depositan en el fondo del separador.
c) Por último, el aire atraviesa un conjunto de bujías cerámicas, destinadas a suprimir las partículas mayores de 10 micrones. Estas bujías son de duración ilimitada. Su selección se realiza por el caudal de aire que va a tratar y la presión de trabajo.
- Separadores centrífugos.
Son el equipo más económico de los tres, pero tiene unas condiciones de funcionamiento muy rígidas. Funcionan incrementando la velocidad del aire a tratar y cambiando su dirección (ciclón), con lo que las partículas sólidas y líquidas que estén en suspensión en el aire, por la fuerza centrífuga quedan retenidas en las paredes del recipiente y por decantación caen al fondo del separador de donde son extraídas al exterior.
También se colocan después del calderín para permitir que el aire se enfríe lo más posible antes de entrar en él.
Por último tenemos un separador, que aunque su función no es la de secado, si tiene una gran importancia en los secadores por adsorción:
- Separadores de aceite.
Tienen el objetivo de retener el aceite o vapores de aceite que provienen del compresor.
Este aceite quemado, si se pone en contacto con los separadores por adsorción , crean una película sobre él, que impide el paso del aire y el funcionamiento correcto de la instalación, por otra parte si se pone en contacto con los aceites especiales de lubricación del aire comprimido para su utilización neumática, hace que éstos pierdan sus propiedades lubricantes.
la temperatura del aire de entrada no debe exceder los 40ºC, para su correcto funcionamiento.
Su funcionamiento consta de dos fases:
a) Un separador ciclónico, decanta las partículas sólidas y líquidas que contiene el aire comprimido.
b) Mediante un absorbente selectivo retiene el aceite.
4.- Purgadores.
Para la evacuación del agua y de los condensados en general, la instalación ha de proveerse de purgadores automáticos.
El mercado está surtido de diversos modelos, todos ellos eficaces.
5.- Filtros, reguladores de presión y lubricadores.
Cuando no se utilizan secadores (frigoríficos o de adsorción), en la línea de servicio de aire comprimido, quedan trazas de aceite, agua e impurezas, que conviene eliminar, mediante la colocación de filtros, en un lugar lo más contiguo al punto de consumo o utilización.
Por otro lado, los elementos neumáticos necesitan para trabajar a su máximo rendimiento, una presión de trabajo estable, sin fluctuaciones (generalmente 6 bar), esto se consigue colocando un regulador de presión, en un lugar lo más contiguo al punto de consumo o utilización.
Igualmente, estos elementos neumáticos deben lubricarse para que mantengan su duración, ya que son de hecho elementos mecánicos, que friccionan entre sí, esto se consigue colocando un lubricador, en un lugar lo más contiguo al punto de consumo o utilización.
En general se utilizan grupos combinados de filtro, regulador de presión y lubricador, como muestra la figura (ver transparencia).