Tipos de sistemas de aire comprimido

Hay dos tipos principales de sistemas de aire comprimido: sin aceite y lubricados. Se elegirá un diseño sobre el otro, dependiendo de los requisitos de purificación y de la industria. Los requisitos de purificación del aire incluyen la pureza general, la calidad de los instrumentos, el aire respirable, el aire médico, el aire farmacéutico y el aire limpio y seco.

Sistemas exentos de aceite: Las aplicaciones que no pueden tolerar un lubricante requieren un sistema exento de aceite. Es fundamental eliminar los aerosoles y vapores de aceite no deseados del aire comprimido, no sólo la humedad. Estos aerosoles y vapores se encuentran en el aire ambiente y pueden ser generados por el compresor.Este aceite termina degradado y oxidado por el calor de la compresión.Una vez calentado, el aceite puede carbonizarse y formar una sustancia sólida, parecida al barniz, en los equipos posteriores, provocando el mal funcionamiento de las válvulas y herramientas neumáticas. Si el aceite se mezcla con agua, forma un lodo que puede atascar los componentes de la línea de aire. Aguas abajo del compresor, un depósito de aire estabiliza la presión del sistema, sirve como depósito de demanda y retiene algo de humedad. Aguas abajo del receptor, un secador de aire, que proporcionará el punto de rocío de presión correcto, atrapa la humedad restante. También se puede instalar un recipiente seco después del filtro coalescente para estabilizar la presión y servir como depósito para los momentos de alta demanda.

Sistemas lubricados: Estos tipos de sistemas utilizan un lubricante para aliviar la fricción entre las piezas móviles. En los compresores de tornillo, el lubricante también sella los espacios libres y elimina el calor de la compresión. La viscosidad del lubricante utilizado depende en gran medida del rango de temperatura ambiente de funcionamiento. Debe ofrecer una lubricación adecuada para los rodamientos y rotores a la temperatura de funcionamiento. Además, debe tener un punto de fluidez lo suficientemente bajo como para proporcionar fluidez a baja temperatura de arranque. Un moderno compresor de tornillo rotativo lubricado y un sistema de purificación de alto rendimiento pueden producir aire comprimido con una pureza muy elevada. Estos sistemas son muy similares al sistema libre de aceite, que consiste en un receptor húmedo, un secador de aire y un filtro acoalescente. Sin embargo, hay un filtro de carbón vegetal entre el filtro coalescente y el receptor seco que elimina cualquier vapor de aceite sobrante.

Diseño y configuración del sistema de aire comprimido

Hay ocho elementos básicos que deben tenerse en cuenta a la hora de diseñar el sistema de aire comprimido: la demanda, la calidad del aire comprimido, el suministro, el almacenamiento, la distribución, la instalación, el mantenimiento y la gestión del condensado

Demanda
Una de las cosas más importantes y más difíciles que puede hacer al diseñar su sistema de aire comprimido es determinar la demanda real de su sistema. La demanda de aire fluctuará más allá de la demanda media determinada. Si se conoce la demanda real, los sistemas de almacenamiento y distribución pueden diseñarse para satisfacer la demanda sin necesidad de instalar compresores adicionales.

La forma más precisa de determinar la demanda en el sistema es controlar el flujo de aire mediante un caudalímetro, que normalmente se colocaría en los colectores principales. En el caso de sistemas pequeños y sencillos, la relación entre el tiempo de funcionamiento del compresor con carga y sin carga puede ser indicativa de la demanda media durante un largo período de tiempo.

A menudo, las fugas y la demanda artificial representan una parte sustancial de la demanda total. Existen varios métodos para detener las fugas. El exceso de volumen de aire comprimido creado para usuarios no regulados se denomina demanda artificial. Se produce cuando se suministra una presión de línea superior a la necesaria. Incluye lo siguiente:

• todo el consumo no regulado, incluido el uso de producción apropiado e inapropiado
• soplado abierto
• fugas
• punto de uso con reguladoresajustados a su configuración máxima
• herramienta

Estas aplicaciones siguen la presión de suministro como si no se utilizaran reguladores. El reto de la demanda artificial puede resolverse colocando un regulador en el punto de uso o al principio de la red de distribución.Los requisitos de presión de funcionamiento, los requisitos de aire comprimido y el ciclo de trabajo de los equipos individuales deben tenerse en cuenta a la hora de establecer la demanda de su sistema.

Calidad del aire: Las diferentes aplicaciones exigen diferentes niveles de calidad del aire comprimido. Con cada nivel, el coste de producción del aire comprimido aumenta. Por lo tanto, es esencial cumplir, pero no exceder, el nivel requerido por su aplicación particular. Si se requieren diferentes niveles para distintas aplicaciones dentro de la planta, es más rentable tratar cantidades más pequeñas de aire comprimido para la aplicación con el mayor nivel de requisitos de calidad, que tratar todo el suministro de aire.

Niveles de calidad del aire comprimido
Nivel	Aplicación	Componentes de tratamiento del aire	Función
1	Aire de tienda	Separador centrífugo filtrado	Elimina los sólidos de 3 micras &, 99% de las gotas de agua,& 40% de los aerosoles de aceite
2	Herramientas de aire, chorro de arena, sistemas de control neumático (interior)	Secador de aire comprimido refrigerado, filtro de línea de aire	Elimina la humedad produciendo una presión de 35° a 50°F (-1.67° a 10°C)punto de rocío a presión, elimina el 70% de los aerosoles de aceite y todas las partículas de 1 micra y mayores
3	Aire de instrumentos, pulverización de pintura, recubrimiento de polvo, máquinas de embalaje	Secador de aire comprimido refrigerado, filtro de eliminación de aceite	Elimina la humedad &produce un punto de rocío a presión de 35° a 50°F (-1.67° a 10°C)punto de rocío a presión, elimina el 99.999% de los aerosoles de aceite y todas las partículas de 0,025 micras y mayores
4	Industria alimentaria, industria láctea, laboratorios	Secador de aire comprimido refrigerado, filtro de eliminación de aceite, &Absorbedor de vapor de aceite	Elimina la humedad &produce un punto de rocío a presión de 35° a 50°F (-1. 67° a 10°C).67° a 10°C)punto de rocío a presión, elimina el 99,999% de los aerosoles de aceite, todas las partículas.025 micras y más grandes, vapor aceitoso, olor aceitoso, & sabor aceitoso
5	Tuberías exteriores, transporte neumático de material higroscópico, cervecerías, industria química & farmacéutica, Industria electrónica	Filtro de línea de aire, filtro de eliminación de aceite, secador de bajo punto de rocío, filtro de línea de aire	Elimina la humedad produciendo un punto de rocío de -40° a -150°F (-40° a -101.11°C)punto de rocío a presión, elimina el 99,999% de los aerosoles de aceite y todas las partículas .025 micras y mayores
6	Aire respirable	Sistema de aire respirable (continuo o portátil)	Elimina los contaminantes nocivos del aire comprimido y produciráAire respirable de grado D Figura CAS1-1: Niveles de calidad del aire comprimido

Suministro
El suministro de aire comprimido debe satisfacer siempre la demanda de aire comprimido utilizando un almacenamiento suficiente y una distribución correcta.Los compresores y equipos de purificación de tamaño adecuado ayudarán a satisfacer la demanda con el suministro. Si el suministro, el almacenamiento y la distribución no están sincronizados, se producirá una fluctuación excesiva de la presión. La mayoría de los compresores están controlados por la presión de la línea. Una caída de la presión suele significar un aumento de la demanda. Esto se corrige con un aumento de la potencia del compresor. Un aumento de la presión suele indicar una disminución de la demanda, lo que provoca una reducción de la potencia del compresor. Un solo compresor o una instalación de varios compresores, que puede estar centralizada o descentralizada, puede proporcionar todo el suministro de la planta. Hay otros tres tipos de sistemas de control de compresores:

• Control autodual: La mayoría de los controles de modulación tradicionales regulan la capacidad entre un 30% y un 50% antes de descargar completamente el compresor. Este tipo de modulación se conoce como control autodual. Combina el control de arranque/parada y de velocidad constante en un único sistema de control. El control autodual selecciona automáticamente el método de control más conveniente y hace funcionar el compresor a velocidad constante. Cuando el compresor se descarga, se activa un temporizador de funcionamiento sin carga, que suele tener un rango de tiempo de 5 a 60 minutos. Si el compresor no se recarga, el temporizador apagará el compresor. El compresor se reiniciará y recargará cuando el presostato detecte baja presión.

• Secuenciación:La secuenciación también se conoce como controlador central. Tiene la ventaja de que cuesta poco por compresor y suele estar disponible para sistemas de hasta 10 compresores. Un secuenciador debe tener un único transductor de presión en el cabezal de aire. La lógica debe mantener una presión objetivo dentro de +/- 5 psi. El secuenciador debe arrancar y parar automáticamente los compresores, así como cargarlos y descargarlos. El control debe estar configurado para rotar el orden de carga y descarga para optimizar las combinaciones de compresores para las diferentes condiciones de demanda.

• Lead/Lag: Los controles de avance/retraso se encuentran normalmente en los compresores alternativos. Cuando hay dos compresores en el sistema, un compresor se puede ajustar como compresor principal y el otro como compresor de retraso. Cuando la presión cae a un punto determinado en el compresor principal, el compresor de retardo toma el relevo. También se puede cambiar para que el otro compresor sea el principal.

Almacenamiento
Todos los dispositivos que contienen aire comprimido constituyen el sistema de almacenamiento. Representa la energía disponible que se puede liberar o reponer en cualquier momento que se necesite. El tanque receptor de aire normalmente constituye la mayor parte de la capacidad total de almacenamiento del sistema. Si este depósito está bien dimensionado, se evitará un exceso de ciclos y se dispondrá de una capacidad de almacenamiento adecuada para cualquier pico de demanda. En el sistema de distribución, periódicamente se producirán demandas de gran volumen, que drenarán rápidamente el aire de las zonas circundantes y provocarán una caída de los niveles de presión para los usuarios de los alrededores. Sin embargo, los receptores estratégicamente ubicados en el sistema pueden abastecer estas demandas bruscas y seguir proporcionando un flujo de aire y una presión constantes a las zonas afectadas. La capacidad total de almacenamiento necesaria depende de la cantidad de exceso de demanda en pies cúbicos, el diferencial de presión disponible entre el controlador de flujo, el tiempo de arranque del sistema y del compresor, y el tiempo disponible para reponer el aire comprimido almacenado.

Distribución
El sistema de distribución es el enlace entre el suministro, el almacenamiento y la demanda. Idealmente, el sistema de distribución permitirá que el aire requerido fluya con una caída de presión mínima. Suministrará una cantidad adecuada de aire comprimido a la presión requerida a todos los lugares donde se necesite aire comprimido. El aire comprimido viaja a través de una red de tuberías, pero el flujo crea una fricción y provoca una caída de presión. La caída de presión no debe exceder de 0,07 a 0,14 bar (1-2 psi). Cuanto más larga y de menor diámetro sea la tubería, mayor será la pérdida por fricción. Para reducir eficazmente la caída de presión, se puede utilizar un sistema de bucle con flujo bidireccional. La caída de presión causada por la corrosión y los propios componentes del sistema son cuestiones importantes. Suelen oscilar entre 5 y 25 psid (0,34 – 1,7 bar) y su control es esencial para la eficacia del sistema.

Instalación
Para controlar y gestionar eficazmente el sistema de aire comprimido, hay que tener en cuenta la disposición del sistema. Deben cumplirse los requisitos de ventilación, cimentación y sala de compresores, y utilizarse los materiales de tubería adecuados. La ventilación adecuada puede lograrse mediante la ventilación natural, la ventilación forzada con un ventilador de escape, la ventilación por conductos hacia el exterior con o sin una compuerta de recirculación, así como mediante la mezcla de aire caliente con aire de entrada frío, o la ventilación de un conducto de aire de escape hacia el exterior durante el verano (calefacción del espacio durante el invierno). Las tuberías deben ser lo suficientemente duraderas para las condiciones de trabajo existentes, proporcionar la mínima pérdida de presión y fuga posible, y ser fáciles de mantener.

Mantenimiento
El mantenimiento preventivo es el paso más importante que puede tomar.Las fugas son uno de los mayores problemas de mantenimiento y pueden ser muy costosas. Por ejemplo, una abertura de ¼» (6,35 mm) de diámetro equivale a 100 CFM (2,8 m3/min) a 90 psig (6,2 bar). Esto equivale a un compresor de 25 caballos de potencia (18 kW). Sin embargo, el desarrollo de un programa formal para supervisar y reparar las fugas puede controlarlas o prevenirlas. Si una fuga no se detecta, puede provocar la parada de todo el sistema. Un compresor bien mantenido, además de tener menos tiempo de inactividad y reparaciones, también ahorrará costes de energía eléctrica.

Control del condensado

La humedad en forma de líquido y vapor está en el aire comprimido cuando sale del sistema. El sistema puede perder productividad y requiere un mantenimiento significativo si la humedad y otros contaminantes no se eliminan adecuadamente. Se han desarrollado dispositivos de purificación para ayudar a eliminar algunos de los contaminantes del sistema. A medida que las aplicaciones neumáticas y los sistemas de aire comprimido se vuelven más sofisticados, la selección adecuada de estos dispositivos es crucial. Los dispositivos más importantes para el control del condensado son el filtro coalescente, la válvula de drenaje, el secador de aire y el filtro posterior.

Nota: Todo el condensado del compresor debe eliminarse de acuerdo con todas las normativas locales, estatales y federales.

Eficiencia energética

Los costes del aire comprimido son un componente significativo de los costes de servicios públicos de la mayoría de las empresas. En muchos casos, las empresas pagan mucho más de lo que deben. Esto se debe a que no están operando sus sistemas de aire comprimido con la mayor eficiencia. Hay seis medidas que pueden adoptarse para reducir el derroche de energía y aumentar el ahorro energético:

• Evalúe sus costes de aire comprimido. Para ello, sume toda la potencia del compresor, calcule la demanda media de aire y determine el porcentaje de potencia a plena carga.
• Identifique el volumen de aire desperdiciado. Esto se consigue comprobando el índice de fugas durante los periodos de inactividad, determinando la presión necesaria en el punto de uso y calculando el aire desperdiciado por la «sobrepresurización».
• Calcule el rendimiento específico de la presión atrada, compárelo con diferentes marcas y seleccione el control de compresor más eficiente. Ponga el selector de control en Control Dual, o consulte con el fabricante para su adaptación.
• Reduzca la caída de presión en su sistema de aire comprimido. Puede hacerlo midiendo la caída de presión en el flujo máximo a través de todos los componentes del sistema. Después de eso, aumente el tamaño de las tuberías del sistema de tuberías en bucle, mantenga adecuadamente los filtros, las válvulas de drenaje, los secadores y los compresores.
• Estabilice y/o reduzca la presión del sistema aguas abajo del equipo de secado de aire. La instalación de un controlador de flujo junto con receptores de aire adicionales lo logrará. Utilice la capacidad del receptor de 2 a 4 galones/CFM, e instale un secuenciador en las instalaciones de múltiples compresores.
• Evaluar el potencial de recuperación de calor. Explore las aplicaciones que implican calefacción, analice los costes existentes para estas aplicaciones e implemente un sistema de conductos de compresores o intercambiadores de calor líquido/aceite.

Desafío del aire comprimido:

El Desafío del aire comprimido es una cooperativa voluntaria de muchas organizaciones que se ocupan de los sistemas de aire comprimido en alguna capacidad, como usuarios, fabricantes, distribuidores, operadores de sistemas, consultores, agencias estatales de investigación, organizaciones de eficiencia energética y otras empresas de servicios públicos. Su objetivo es proporcionar al consumidor información que mejore el rendimiento de sus sistemas de aire comprimido, lo que se traduce en una mayor eficiencia operativa general y menores costes energéticos. En última instancia, los beneficios netos pueden aumentar gracias a la optimización del sistema de aire comprimido.

Mantenimiento del sistema de aire:

Mantenimiento

El mantenimiento preventivo es el paso más importante que puede dar. Las fugas son uno de los mayores problemas de mantenimiento y pueden ser muy costosas. Por ejemplo, una abertura de ¼» (6,35 mm) de diámetro equivale a 100CFM (2,8 m3/min) a 90 psig (6,2 bar). Esto equivale a hacer funcionar un compresor de 25 caballos (18 kW). Sin embargo, el desarrollo de un programa formal para supervisar y reparar las fugas puede controlarlas o prevenirlas. Si una fuga no se detecta, puede hacer que todo el sistema tenga que pararse. Un compresor bien mantenido, además de tener menos tiempo de inactividad y reparaciones, también ahorrará en costes de energía eléctrica.La selección y compra del compresor y del equipo de purificación necesario puede hacerse fácilmente en el sitio web de eCompressedAir. Nuestros ingenieros de aplicaciones están preparados para responder a todas sus preguntas y ayudarle a realizar su pedido.

La cuarta utilidad de la industria:

El aire comprimido se considera la cuarta utilidad de la industria. Es una fuente de energía que, al igual que la electricidad, el agua y el gas natural, permite a las personas utilizar equipos, herramientas y procesos de forma segura y eficaz. Muchas empresas experimentarían pérdidas de productividad y rentabilidad sin una energía neumática fiable.

Reglas generales:

Hay algunas reglas generales sobre la eficiencia de los sistemas de aire comprimido:

• A una presión de descarga de 100 psig (7 bar), la mayoría de los compresores de aire suministran 4-5 CFM por caballo de potencia (0.11- 0,14 m3/min por kW).
• Cada 2 psig (0,137 bar) de presión cambia el consumo de energía de un compresor en un 1%.
• La eficiencia se ve afectada en aproximadamente un 1% por cada cambio de 10 °F en la temperatura del aire de entrada. Una temperatura más cálida disminuye y una temperatura más fría aumenta la eficiencia.
• Un compresor de 50 CV (67 kW) expulsa unos 126.000 BTU por hora. Es posible recuperar aproximadamente119.000 Btu por hora de esto.
• El coste de la energía para 1 caballo de fuerza durante tres turnos, siete días a la semana (8.760 horas) a 0,10 $/kWk equivale aproximadamente a 750 $/año.
• El depósito de aire de control situado después del compresor debe tener una capacidad de aproximadamente 1 galón por CFM de capacidad del compresor.
• Para garantizar un sistema eficaz de gestión de la demanda, el depósito de aire de almacenamiento debe tener una capacidad de aproximadamente 2-4 galones por CFM de capacidad del compresor.
• La caída de presión total no debe superar los 15 psi (1 bar) en todos los componentes del sistema de aire comprimido, incluidas las tuberías.

Puede consultar los siguientes esquemas para obtener una representación visual de estos sistemas:

Sistemas de aire para instalaciones farmacéuticas
Los sistemas de aire comprimido utilizados en las instalaciones farmacéuticas deben cumplir los requisitos de ISA-S7.0.01-1996 y cGMP para sistemas validados. Un diseño adecuado de su sistema de aire comprimido cumplirá estos requisitos y reducirá el coste de los servicios públicos hasta un 30% al optimizar el sistema. La selección adecuada del compresor, el receptor, el filtro, el secador, la válvula de drenaje, las tuberías y el mantenimiento es fundamental. Hay varios tipos de compresores y secadores de aire, que son el corazón del sistema. Entre ellos se encuentran los compresores de desplazamiento positivo no lubricados (alternativos y rotativos), los compresores dinámicos (centrífugos) y los secadores sin calor y calefactados (internos y externos).ECompressedAir puede diseñar y suministrar un PAQUETE DE COMPRESORES DE AIRE QUE SE AJUSTE A SUS REQUISITOS ESPECÍFICOS.

Sistemas de aire de fermentación farmacéutica
El aire de fermentación es un sistema validado que cumple los requisitos de las cGMP. Se requieren sistemas de redundancia y by-pass para mantener el flujo continuo, la presión (20 a 40 psig) y los puntos de rocío (-20° a 60°F, o -28,89° a -51,11°C). Debido a las condiciones de flujo variable, se requieren controladores de gestión de energía. Si se optimiza el diseño del sistema, se puede cumplir este requisito y reducir los costes de suministro hasta en un 50%. La selección adecuada de compresores, paquetes de enfriadoras, secadores, filtros, válvulas de drenaje, tuberías, instrumentación y un buen mantenimiento pueden ayudarle a conseguir este ahorro. Hay varios tipos de compresores no lubricados, enfriadores de aire y secadores de aire. Entre ellos se encuentran:

• Compresores de desplazamiento positivo no lubricados (alternativos y rotativos)
• Compresores dinámicos (centrífugos)
• Enfriadores refrigerados por aire o por agua
• Secadores de aire calentados (internos o externos).

eCompressedAir puede diseñar y suministrar todos los componentes que satisfagan sus requisitos específicos.

Sistema de secado de lotes de disolventes farmacéuticos
El sistema de secado de disolventes se utiliza para secar lotes de disolventes desde camiones de transferencia a granel o tanques de almacenamiento. El sistema incluye un tamiz individual, una columna de secado y un sistema de regeneración de nitrógeno de circuito cerrado que consta de un condensador, una bomba de refrigerante, un separador, un filtro, un soplador de recirculación y un calentador, todo ello conectado por tuberías y montado sobre una base común. Todos los recipientes a presión cumplen las disposiciones del Código de Calderas y Recipientes a Presión de la ASME, Sección VIII, División I. Todos los componentes y las tuberías del proceso están construidos en acero inoxidable 316 L. Las operaciones de secado y regeneración están completamente automatizadas y secuenciadas por un sistema de control basado en un microprocesador. El ciclo de secado se inicia manualmente. Todos los componentes eléctricos son adecuados para su instalación en una ubicación de Clase I, División II, Grupo C & D. eCompressedair puede diseñar y suministrar sistemas de secado de disolventes que satisfagan sus requisitos específicos.

Condiciones típicas de rendimiento
Tamaño del lote de disolvente:	5000 galones
Disolvente a secar:	THF
Caudal de disolvente:	10 gpm
H2O de entrada:	2000 ug/ml
H2O de salida:	50 ug/ml
Número de lotes:	Un lote antes de la regeneración
Tiempo del ciclo:	48 horas (adsorción y regeneración)
Tasa de purga:	10 scfm de nitrógeno

Otros disolventes a secar en las mismas condiciones con limitaciones específicas:
Acetonitrilo	Hexanos
Clorobenceno	Alcohol isopropílico
Ciclohexano	Acetonitrilo	Acetonitrilo	Acetonitrilo
O-.Diclorobenceno	Metaciclohexano
Dimetoximetano	Metilterbutiléter (MTBE)
Dimetilformamida (DMF)	N-Etilpirrolidona
Etanol	N-Metilpirrolidona
Acetato de etilo	Tolueno
Heptanos	Xilenos

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