La humedad: el enemigo silencioso de las instalaciones de aire comprimido
La supervisión del punto de rocío evita las paradas en la producción y el rechazo de productos
Los usuarios de aire comprimido suelen dar por sentado que el aire que sale de la red de tuberías está limpio y seco. Sin embargo, esto rara vez es así y, además de las partículas de polvo y suciedad, la humedad es, en particular, la amenaza más subestimada. Esto no solo afecta al correcto funcionamiento y a la vida útil de la propia instalación de aire comprimido, sino también a los procesos y componentes accionados por aire comprimido. Por lo tanto, el control adecuado y la monitorización precisa del contenido de humedad mediante sensores de punto de rocío son más importantes de lo que mucha gente cree.
La humedad puede congelarse en los sistemas de aire comprimido y provocar óxido y picaduras en las tuberías y los componentes. También puede arrastrar el lubricante, lo que acelera el desgaste de las herramientas y daña las válvulas y los cilindros. El aire húmedo es además un caldo de cultivo ideal para las bacterias, lo que, especialmente en las industrias alimentaria y farmacéutica, puede provocar el rechazo de productos y costosos paros en la producción. Por ello, resulta extraño que muchas empresas se limiten a medir únicamente magnitudes básicas como la presión, el caudal y la potencia (absorbida). Porque son precisamente las mediciones del punto de rocío las que pueden evitar muchos problemas y costes (innecesarios).
VPVision procesa todos los resultados relativos al caudal, la presión, el punto de rocío, la temperatura y el consumo energético, lo que permite supervisar y analizar de forma continua el comportamiento de los sistemas de aire comprimido.
Contenido de humedad y punto de rocío
El punto de rocío se expresa en grados Fahrenheit y es una medida de la cantidad de vapor de agua presente en el aire (comprimido) o en un gas. Nos referimos específicamente al punto de rocío a presión en el caso del aire comprimido, ya que la temperatura del punto de rocío se mide a una presión que suele ser entre 6 y 8 veces superior a la presión atmosférica. Esto es importante porque, al cambiar la presión de un gas, también cambia la temperatura del punto de rocío. Cuanto menor es la presión, menor es el punto de rocío. Por ejemplo, si el aire atmosférico con una humedad relativa del 30 al 50 % se comprime a una presión de 100 psig, ese aire se satura al 100 %.
La temperatura actual del aire comprimido (que es superior a la temperatura ambiente) es el punto de rocío real. En cuanto baje la temperatura, la humedad del aire comprimido se condensará, lo que provocará que entren en el sistema muchos litros de agua a la semana.
Causas de los problemas de humedad
Los problemas de humedad pueden tener diversas causas. Una situación habitual es la inundación de los separadores de agua o de los separadores combinados de aceite y agua situados detrás del compresor, debido a problemas mecánicos como un flotador atascado. Si esto pasa desapercibido, el agua fluye sin obstáculos hacia el sistema de aire comprimido y puede acumularse en un depósito de compensación. Por lo tanto, invertir en un purgador de flotador, un purgador temporizado o un sistema electrónico de purga de condensados no es un lujo superfluo. Los elementos de refrigeración obstruidos de los posenfriadores y los enfriadores de aceite, pero también el desconocimiento sobre el funcionamiento de los secadores refrigerados en relación con la temperatura ambiente, son otras causas de los problemas de humedad. Por ejemplo, si un secador refrigerado situado después del tanque de compensación (húmedo) enfría el aire hasta un punto de rocío a presión de (en realidad) 50 °F y, en invierno y en las noches frescas, la temperatura ambiente de la red de tuberías desciende a 40 °F, esto suele pasarse por alto. Pero ese descenso de temperatura de 10 grados, por sí solo, genera unos 5,5 litros de agua de condensación en el sistema de tuberías durante una semana laboral de 40 horas y, con una producción ininterrumpida, ¡incluso 22,7 litros! Con la medición del punto de rocío detrás del enfriador, esto se puede detectar muy rápidamente y se pueden tomar medidas a tiempo. Por lo tanto, a la hora de elegir un secador y el punto de rocío a presión que se alcanza, se debe tener en cuenta la temperatura ambiente media, además de los requisitos que el proceso impone al aire comprimido.
Instalación de medidores de punto de rocío
Los sensores de espejo, los sensores capacitivos de óxido metálico y los sensores de polímero son los tres instrumentos más conocidos para medir el punto de rocío. Sin embargo, los sensores capacitivos de polímero son los que ofrecen mayor protección contra el polvo y la suciedad, son insensibles a la condensación, presentan una buena estabilidad a largo plazo y ofrecen una atractiva relación calidad-precio. En estos sensores, una variación de la capacitancia se traduce en la temperatura del punto de rocío, que se muestra en grados Celsius o Fahrenheit. Los sensores de punto de rocío VP, en particular, cuentan con un sistema de calentamiento interno único que les permite recuperarse muy rápidamente tras la exposición a mucha humedad. Esto puede ocurrir fácilmente, por ejemplo, si los secadores, los separadores de agua y/o los desagües no funcionan correctamente.
La gran pregunta es, por supuesto, cuántos sensores de punto de rocío deben instalarse en un sistema de aire comprimido y dónde deben colocarse para obtener mediciones fiables. La solución más sencilla (para empezar) es instalar un sensor de punto de rocío justo después del secador y antes del tanque de secado. De esta forma, se supervisa el correcto funcionamiento del secador. También es posible colocar el sensor después del tanque de secado, pero en ese caso hay que tener en cuenta un retraso en la señal de medición. Si hay dos o más secadores en paralelo, se recomienda instalar un sensor de punto de rocío después de cada secador. Al fin y al cabo, si solo se utiliza un sensor en la tubería central que va al tanque de compensación, no será posible determinar de inmediato qué secador está causando problemas en caso de una medición anómala. También es aconsejable instalar un sensor de punto de rocío adicional en la línea de suministro de los procesos críticos. Si surge algún problema con el punto de rocío, se podrán tomar medidas a tiempo y evitar costosos paros de producción.
El poder de las mediciones combinadas
Para determinar de forma rápida y precisa las causas de una desviación del punto de rocío, es necesario realizar mediciones adicionales. Al instalar un sensor VPFlowScope 3 en 1 después del secador, se miden también el caudal másico, la presión y la temperatura. Tan pronto como el punto de rocío aumente, será posible identificar rápidamente la causa, por ejemplo, un aumento de la temperatura de entrada del secador por refrigeración o un caudal de aire elevado. Una disminución del caudal y/o de la presión también puede indicar que el secador está contaminado internamente, mientras que las mediciones de caudal también pueden utilizarse para supervisar el nivel de fugas. Esto es importante porque, aparte de la pérdida de energía, la condensación puede volver a la red de tuberías a través de fugas, riesgo que aumenta en aplicaciones con puntos de rocío más bajos.
También se pueden realizar mediciones adicionales para visualizar la pérdida de presión en el conjunto formado por el secador y el filtro, lo que permite predecir con precisión el momento en que hay que sustituir el filtro. Al medir además la potencia, en combinación con el resto de mediciones, se puede calcular la eficiencia del secador y compararla con la de otros secadores. Esto puede servir, por ejemplo, para optimizar el mantenimiento y también para comprobar a posteriori si se tomaron las decisiones correctas a la hora de adquirir el secador o los secadores.
Elección de la secadora
En el contexto del ahorro energético, es importante analizar con espíritu crítico el punto de rocío a presión realmente necesario y/o la necesidad de enfriar todo el aire de forma centralizada. El secado descentralizado, solo para los procesos que lo requieren, también es una opción. A menudo se opta «por seguridad» por un aire demasiado seco, con un punto de rocío a presión demasiado bajo. Sin embargo, esto supondrá un gasto innecesario de energía. Una buena guía para determinar el punto de rocío correcto es la norma ISO 8573-1:2010. En ella, los valores del punto de rocío se dividen en siete clases: de la Clase 0 a la Clase 6. La Clase 0 (definida como cualquier valor mejor que el de la Clase 1) es la categoría más alta y solo se aplica en casos excepcionales, por ejemplo, cuando se necesita aire comprimido en salas blancas de la categoría más alta. La clase 1 tiene un punto de rocío a presión de -94 °F, la clase 6 de +50 °F.
Analizar adecuadamente cuáles son las necesidades reales puede suponer un gran ahorro de dinero, tanto a la hora de invertir en la instalación del secador como durante su posterior funcionamiento. A modo de ejemplo, el consumo energético de un secador por refrigeración es de aproximadamente 0,8 kW/100 CFM, mientras que un secador por adsorción requiere unas cinco veces más energía, es decir, entre 3 y 4 kW/100 CFM.
Depósitos de almacenamiento para productos húmedos y secos
Se recomienda instalar un depósito de agua a la salida del compresor de aire y antes del secador de aire comprimido. También se recomienda instalar un «depósito de almacenamiento de aire seco» independiente aguas abajo del secador. Esto protege al secador contra la sobrecarga y permite dimensionarlo en función del caudal medio, en lugar de basarse en una demanda máxima (a corto plazo). Como resultado, por lo general se puede elegir un secador más pequeño. Además, el depósito adicional ayuda a lograr una presión del sistema más estable y puede incluso tener un efecto beneficioso en el dimensionamiento y el control del compresor.
Optimización del sistema
La base para una instalación de aire comprimido saludable y con una rentabilidad óptima es la supervisión continua, en la que las mediciones del punto de rocío se combinan con mediciones de caudal, presión, temperatura y potencia. Al mostrar toda esta información de forma clara en un sistema de supervisión desarrollado específicamente para este fin, como VPVision, se puede supervisar y analizar el comportamiento del sistema las 24 horas del día, los 7 días de la semana, los 365 días del año.
Las fluctuaciones en la demanda, en el punto de rocío o una temperatura del compresor demasiado elevada: todo se visualiza a tiempo y se emite una alarma si se detecta alguna anomalía. Además, proporciona información de gran valor para optimizar el mantenimiento, tomar las decisiones de inversión adecuadas de cara a futuras ampliaciones y optimizar el sistema completo de aire comprimido. La supervisión continua prolonga la vida útil de los equipos, reduce los costes de mantenimiento y energía, y evita la pérdida de producto y las paradas de producción.
Este artículo se ha elaborado en colaboración con Frank Moskowitz, instructor del Compressed Air Challenge, y Pascal van Putten, director general de VPInstruments Delft (Países Bajos). Se publicó en la revista «Compressed Air Best Practices ».
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