TECNOLOGÍA  DE  SECADO  PET  MANEJO  DE  AIRE  COMPRIMIDO  HANKISON  INTERNATIONAL  

 La  creciente  demanda  de  la  industria  de  fuentes  limpias  y  confiables  de  aire  comprimido  de  alta  presión,  demanda  que  los  diseñadores  de  sistemas  de  manejo  de  aire  comprimido  se  vuelvan  más  conocedores  de  los  procesos  de  deshidratación  y  filtración  a  estas  presiones  de  funcionamiento  elevadas.  Las  válvulas  de  control  y  controladores  de  movimiento  utilizados  en  el  embotellado  PET  y  otras  aplicaciones  de  alta  presión  utilizan  orificios  más  pequeños  y  se  hacen  con  tolerancias  de  precisión  más  altos  que  sus  homólogos  de  baja  presión  .  Es  muy  importante  que  el  aire  que  fluye  a  través  de  estos  componentes  esté  libre  de  todo  tipo  de  líquidos  ,  aceite  y  partículas  .      En  este  artículo  se  describen  donde  estos  contaminantes  se  originan  y  cómo  eliminarlos.  Tenga  en  cuenta  que  el  uso  del  término  "  aire  a  alta  presión  "  se  referirá  a  los  sistemas  que  operan  de  500  psig  a  700  psig  (  35  barg  a  48  barg  )  .  Por  el  contrario  ,  se  supone  que  "el  aire  de  baja  presión  "  o  "  aire  de  la  planta  general  debe    "  estar  en  el  rango  de  100  psig  a  125  psig  (  7  barg  a  9  bar)”.    Fuentes  de  Contaminación    Los  tres  (  3  )  principales  contaminantes  de  interés  en  sistemas  de  aire  comprimido  son  la  humedad  ,  el  aceite  y  las  partículas  sólidas  .    Humedad    Al  igual  que  con  la  generación  de  aire  a  baja  presión  ,  la  humedad  es  introducida  en  el  sistema  de  aire  a  alta  presión  en  la  admisión  del  compresor  .  Vapor  de  agua  en  el  ambiente  ,  comúnmente  expresado  como  humedad  relativa  ,  se  ingiere  con  el  aire  circundante  .  El  filtrado  a  la    entrada  del  compresor  no  puede  capturar  el  vapor  de  agua  .  A  medida  que  se  comprime  la  mezcla  de  aire  y  vapor  de  agua,    aumenta  la  temperatura  y  mejora  la  habilidad  del  aire  para  "mantener"  el  vapor  de  agua  .  Por  el  contrario  ,  el  aumento  de  la  presión  disminuye  la  capacidad  del  aire  para  retener  el  agua  en  forma  de  vapor  .  La  influencia  de  la  temperatura  anula  los  efectos  de  la  presión  y  la  humedad  en  forma  de  vapor  se  mantiene  en  todo  el  proceso  de  compresión  .  Los  problemas  surgen  cuando  el  aire  se  enfría  en  el  refrigerador  de  salida  del  sistema  y  en  las  tuberías  aguas  abajo  y  en  otros  accesorios  posteriores,  pues  debido  a  la  condensacion  el  resultante  es  agua  líquida.    Aceite    Hidrocarburos  y  lubricantes  se  introducen  durante  el  proceso  de  compresión  .  Los  aceites  se  suministran  a  los  cojinetes  de  la  máquina  y  a  las  superficies  de  sellado  y  pequeñas  cantidades  son  arrastradas  por  el  aire  comprimido  .  Separadores  de  aire  /  

aceite  integrados  (  si  están  presentes)  no  son  100  %  eficientes  para  la  captura  de  los  aerosoles  de  aceite  arrastrados  en  la  corriente  de  aire  comprimido  .  Tambien  en  el  aire  del  ambiente  puede  haber  hidrocarburos  presentes  y  estos  hidrocarburos  son  succionados  por  el  compressor  provocando  una  contaminación  adicional  de  hidrocarburos  en  forma  de  vapor.  Como  con  el  agua    y  mediante  el  enfriamiento,  estos  vapores  se  condensan  y  entran  a  hacer  parte  de  la  corriente  de  aire  comprimido.  El  filtrado  a  la  entrada  del  compresor  hace  poco  para  evitar  esta  contaminacion.    Partículas    En  una  instalacion  tipica  los  contaminantes  sólidos  tienen  tres  (  3  )  fuentes  :  el  aire  ambiente  ,  las  partes  internas  del  compresor  y  los  componentes  de  las  tuberías  /  accesorios.  La  filtración  a  la  entrada  del  compresor  puede  evitar  que  muchas  partículas  ambientales  entren  en  el  sistema,  por  lo  tanto  ,  el  mantenimiento  regular  del  filtro  de  entrada  es  fundamental  para  mejorar  la  eficiencia  del  sistema  .  Si  bien  el  desgaste  normal  de  las  piezas  metálicas  dentro  del  compresor  generan  una  fuente  menor  de  contaminantes  sólidos  ,  la  principal  fuente  de  contaminación  por  partículas  en  el  sistema  es  producto  de  la  corrosión  y  la  erosión  en  el  sistema  de  tuberías  .  Materiales  de  construcción  del  sistema  ,  el  tamaño  de  las  tuberías  y  la  disposición  de  las  tuberías  deben  ser  considerados  cuidadosamente  .    Consideraciones  sobre  el  diseño  del  sistema    Con  el  fin  de  construir  adecuadamente  una  eficiente  deshidratación  y  filtracion  del  aire  comprimido,  el  diseñador  debe  tener  un  buen  conocimiento  de  las  condiciones  de  funcionamiento  -­‐  en  el  interior  del  sistema  de  tuberías  ,  así  como  el  ambiente  que  rodea  la  red  de  distribucion  .  Las  siguientes  preguntas  deben  ser  contestadas  :  ·  ¿Cuáles  son  las  temperaturas  máximas  y  mínimas  ambientales  en  la  entrada  del  compresor  ?  ·  ¿Cuál  es  la  máxima  humedad  relativa  del  ambiente  esperado  a  estas  temperaturas  ?  ·  ¿Cuál  es  la  temperatura  ambiente  mínima  del  sistema  de  tuberías  ?  Se  necesita  ·  ¿Qué  nivel  de  sequedad  del  aire  comprimido?    ·  ¿Qué  nivel  de  partículas  y  contaminación  del  aceite  se  puede  tolerar  ?  Y,  por  último  ,  ·  ¿Qué  tipo  de  sistema  de  secado  /  filtrado  de  aire  comprimido  puede  satisfacer  mis  requisitos?    Eliminación  de  humedad    La  comprensión  de  la  relación  entre  la  capacidad  del  aire  comprimido  para  sostener  el  vapor  de  agua  (no  la  condensacion  en  liquido  contaminante)  y  su  temperatura  y  presión,  es  la  clave  para  el  diseño  de  un  sistema  de  secado  económico  y  efectivo.  La  industria  normalmente  expresa  la  capacidad  de  retención  de  humedad  del  aire  como  su  "  punto  de  rocío  a  presión  "  ,  o  la  temperatura  a  la  que  el  aire  se  satura  con  vapor  de  agua  a  una  presión  dada  .  Si  la  temperatura  del  aire  cae  por  debajo  de  este  valor  ,  la  humedad  se  condensa  .  Mucho  se  ha  escrito  acerca  de  estos  valores  para  los  sistemas  

típicos  de  baja  presión.  Los  valores  cambian  dramáticamente  para  las  aplicaciones  de  alta  presión.  Tenga  en  cuenta  el  aumento  en  el  punto  de  rocío  a  presión  a  medida  que  aumenta  la  presión  de  operación  del  sistema.    La  Tabla  1  muestra  temperaturas  de  punto  de  rocio  a  diferentes  presiones  de  operacion  y  humedad  relativa.    Note  el  incremento  en  presion  de  punto  de  rocio  cuando  la  presion  operativa  del  sistema  se  incrementa.  La  Tabla  1  puede  ser  usada  para  entender  las  condiciones  ambientables  a  las  cuales  se  formara  liquido  en  el  sistema.

TABLA 1

Tipos  de  secadores  de  aire  comprimido    Refrigerado    Actualmente,  el  secador  de  aire  comprimido  más  común  utilizado  en  sistemas  de  alta  presión  es  el  secador  refrigerado.  Este  producto  utiliza  un  sistema  de  refrigeración  y  un  intercambiador  de  calor  de  aire  a  refrigerante  para  enfriar  el  aire  comprimido  y  condensar  el  vapor  de  agua  no  deseado.  El  líquido  se  separa  entonces  de  la  corriente  de  aire  comprimido  y  se  retira  del  sistema  de  tubería  mediante  una  trampa  de  drenaje.  El  aire  es  normalmente  pre-­‐enfriado  al  pasar  el  aire  frio  saliente  por  un  intercambiador  aire  a  aire  y  este  aire  preenfriado  pasa  luego  al  intercambiador  aire  a  refrigerante  (evaporador)  en  donde  es  enfriado  hasta  el  punto  de  rocio  requerido.  El  

aire  seco  y  frio  luego  retorna  pasando  por  el  intercambiador  aire  a  aire  en  donde  es  precalentado  antes  de  salir  del  secador.  Los  secadores  refrigerados  de  la  serie  HPET  de  alta  presion  de  Hankison  International  vienen  diseñados  para  una  operacion  de  725  psig(  51  bar)  e  incorporan  un  sistema  compacto  de  intercambiador  de  placa  con  el  fin  de  mantener  un  punto  de  rocio  estable  de  38F  (3  Centigrados)  durante  la  vida  util  de  la  unidad.    Secadores  refrigerados  vienen  completamente  ensamblados  en  un  armario  ,  que  requiere  para  la  instalacion  solamente  de  aire,  potencia  y  conexiones  de  drenaje.    Los  sistemas  de  refrigeración  están  disponibles  en  versiones  refrigerados  por  aire  o  refrigerado  por  agua  que  requieren  cuando  se  dimensiona  este  equipo  que  el  diseñador  tenga  en  cuenta  la  temperatura  ambiente  en  el  lugar  de  instalación  y  /  o  la  temperatura  del  agua  de  refrigeración.  Los  secadores  refrigerativos  de  aire  comprimido  HPET  de  Hankison  estan  diseñados  especificamente  para  aplicaciones  industriales  tales  como  moldeo  por  soplado,  pruebas  de  valvulas  aeronauticas,  moldeo  por  inyeccion  y  empacado  de  productos  farmaceuticos.  Los  costos  de  operación  para  este  sistema  son  simplemente  la  potencia  consumida  por  el  sistema  de  refrigeración  y  cualquier  caída  de  presión  a  través  de  los  intercambiadores  de  calor  y  el  separador  de  humedad;  estos  equipos  vienen  diseñados  para  lograr  ahorros  de  energia  .  Al  igual  que  con  todos  los  componentes  del  sistema  de  alta  presión  de  aire  comprimido  ,  se  debe  tener  cuidado  para  asegurar  que  el  secador  seleccionado  este  diseñado  para  las  maximas  condiciones  de    temperatura  y  presion  de  operacion  del  sistema  de  aire  comprimido.          

       Fig  1      Secadores  de  adsorción    Si  el  sistema  de  tuberías  o  proceso  de  fabricación  requieren  puntos  de  rocío  por  debajo  de  39  °  F  (  3°  C  )  ,  los  secadores  de  adsorción  deben  ser  considerados  .  Secadores  desecantes  utilizan  materiales  adsorbentes  -­‐  alúmina  industrial  normalmente  activada,  gel  de  sílice  o  tamiz  molecular  -­‐  para  eliminar  la  humedad  presente  .  El  vapor  de  agua  se  transfiere  desde  la  corriente  de  aire  comprimido  hacia  el  adsorbente  aprovechandose  de  la  alta  afinidad  del  desecante  por  las  moléculas  de  agua  .  En  este  proceso  no  hay  enfriamiento  o  condensacion.  El  lecho  de  desecante  se  regenera  periódicamente  con  el  fin  de  eliminar  el  agua  adsorbida  .  Típicamente  ,  esta  regeneración  se  lleva  a  cabo  mediante  el  uso  de  una  pequeña  porción  del  aire  seco,  reduciendolo  a  presion  atmosferica  (  incrementa  asi  su  capacidad  de  retención  de  la  humedad  )  y  fluyendo  sobre  el  desecante  cargado  de  humedad  .  Dos  torres  de  desecante  ,  un  sistema  de  válvulas  de  conmutación  y  un  temporizador  completan  el  diseño  basico,  de  modo  que  una  torre  puede  permanecer  en  línea  y  secar  el  aire  comprimido  ,  mientras  que  la  segunda  torre  se  está  regenerandose  .  Asi  se  asegura  un  flujo  continuo  de  aire  comprimido  seco  aguas  abajo  .  

Los  secadores  desecantes  alcanzar  puntos  de  rocío  de  hasta  -­‐40  °  F  (  -­‐40  °  C  )  y  puede  ser  diseñado  para  -­‐100  °  F  (  -­‐73  °  C)  de  punto  de  rocío  .  El  costo  de  funcionamiento  de  este  tipo  de  equipos  se  calcula  teniendo  en  cuenta  la  cantidad  de  aire  comprimido  seco  utilizado  para  la  regeneración  .  Otras  formas  de  regeneración  incluyen  el  calentamiento  del  aire  de  purga  (  aumentando  su  capacidad  de  retención  de  humedad)  y  el  uso  de  aire  ambiente  calentado  y  un  ventilador  .  Los  costos  de  capital  iniciales  frente  a  los  costos  de  operación  se  deben  considerar  al  momento  de  elegir  el  sistema  óptimo.  En  general,  los  secadores  de  adsorción  tienen  mas  altos  costos  iniciales  y  de  operación  que  los  secadores  frigoríficos.  

Figura  2.  SECADORA  DESECANTE  

       Eliminación  de  aceites  y  partículas    Filtración    Los  filtros  de  aire  comprimido  eliminan  las  partículas  sólidas  ,  aerosoles  de  aceite  y  vapor  de  aceite  .  Estos  componentes  del  sistema  han  sido  diseñados  específicamente  para  uno  de  estos  contaminantes  y  se  debe  ser  cuidadoso  al  instalar  filtros  en  cualquier  sistema  de  tuberías.    Los  filtros  de  partículas  se  componen  de  láminas  de  material  fibroso  con  capacidades  de  captura  de  partículas  predecibles.  Los  elementos  filtrantes  se  construyen  por  capas  o  pliegos  de  elementos  filtrantes  enrollados  alrededor  de  un  núcleo  de  soporte  perforado.  A  medida  que  el  aire  comprimido  fluye  a  través  de  las  capas  de  los  medios  filtrantes,  los  contaminantes  sólidos  son  capturados  dentro  del  entretejido  del  medio  

filtrante  .  Con  el  tiempo  ,  los  elementos  de  filtro  se  llenan  de  contaminante  ,  lo  que  resulta  en  la  caída  de  presión  creciente  e  inaceptable  .  Los  elementos  filtrantes,  deben  ser  reemplazados  con  cierta  periodicidad.  Los  aerosoles  de  aceite  se  eliminan  mediante  un  proceso  conocido  como  coalescencia  .  En  este  proceso  ,  los  aerosoles  son  capturados  por  fibras  en  cruz  –que  hacen  parte  de  los  medios  filtrantes  .  Pequeñisimas  gotas  líquidas  luego  se  mueven  a  lo  largo  de  las  fibras  y  llegan  a  los  puntos  de  intersección  .  Gotas  adicionales  después  se  les  unen,  formando  gotas  más  grandes  .  Este  proceso  continúa  hasta  que  se  acumula  suficiente  masa  liquida  y  mediante  el  movimiento  gravitatorio  el  liquido  se  desplaza  hacia  la  parte  inferior  del  elemento  de  filtro  .  El  líquido  se  drena  entonces  en  la  carcasa  del  filtro  y  se  retira  del  sistema  de  aire  mediante  una  válvula  de  drenaje  .  Los  vapores  de  aceite  no  pueden  ser  eliminados  con  los  medios  filtrantes  simples.  Estas  moléculas  deben  ser  eliminadas  por  adsorción  utilizando  materiales  que  atraen  y  retienen  aceite  .  El  carbón  activado  es  una  opción  típica  .  El  carbon  puede  ser  integrado  en  un  dispositivo  filtrante,  o  el  aire  comprimido  puede  fluir  a  través  de  un  lecho  de  carbón  activado  .  Con  el  tiempo  ,  el  material  adsorbente  se  satura  ,  y  el  elemento  o  cama  de  carbon  activado  deben  ser  reemplazado.    

Figura  3  .  FILTRO  DE  AIRE  COMPRIMIDO  

   Los  filtros  deben  ser  colocados  en  un  sistema  en  el  orden  de  eficacia  de  filtración  ,  es  decir  ,  la  filtración  de  particulas  mas  gruesas  debe  hacerse  primero  ,  pasandose  luego  a  una  filtración  más  fina  y  en  última  instancia  a  la  adsorción  ,  si  es  necesario  .  Esto  

prolongará  la  vida  útil  de  los  elementos  filtrantes  y  aumentara  la  efectividad  de  la  filtracion  .  Filtros  de  alta  capacidad  de  remocion  de  humedad  y  de  partículas  pueden  ser  necesarios  instalarlos  inmediatamente  después  de  un  secador  refrigerativo,  para  eliminar  los  líquidos  condensados  y  particulas  de  3  micrones  o  mas  .  Un  pre-­‐filtro  puede  ser  necesario  antes  del  secador  frigorífico  .    La  pre-­‐filtración  se  requiere  siempre  inmediatamente  antes  de  cualquier  secador  desecante    pues  todos  los  líquidos  y  aceites  condensados  se  deben  eliminar,  con  el  fin  de  proteger  de  la  contaminacion  el  desecante  del  secador  de  aire  comprimido.    Otras  preocupaciones  de  Diseño    Los  sistemas  de  alta  presión  de  aire  comprimido  presentan  problemas  adicionales  para  el  diseñador.  El  problema  más  evidente  es  el  de  la  seguridad  .  Es  imperativo  que  gran  cuidado  se  utilice  en  la  selección  de  los  componentes  del  sistema  .  La  presión  máxima  de  diseño  para  todos  y  cada  dispositivo  debe  ser  verificada  ,  incluyendo  la  capacidad  de  todas  las  tuberías  ,  válvulas  y  accesorios.  A  presiones  de  funcionamiento  más  altas  ,  la  densidad  del  aire  comprimido  es  mayor  que  en  los  sistemas  operativos  que  operan  a  una  presion  nominal  de  100  psig  (  7  bares  manométricos  )  .  Estas  densidades  más  altas  equivalen  a  disminuir  las  velocidades  de  flujo  reales  en  el  sistema  ,  permitiendo  el  uso  de  tuberias  de  menor  diámetro      mientras  se  mantienen  caídas  de  presión  del  sistema  equivalentes  .  Por  lo  tanto  ,  la  información  de  caída  de  presión  utilizado  para  la  tubería  en  sistemas  de  baja  presión  no  se  pueden  utilizar  con  precisión  cuando  se  manejan  sistemas  de  alta  presion.    Disposicion  tipica  de  Sistema  de  Alta  Presion  de  aire  comprimido    La  Figura  4  sugiere  una  deshidratación  y  diseño  de  filtración  para  un  sistema  de  aire  comprimido  de  alta  presión  (  500  psig  a  700  psig  )  usando  un  secador  refrigerado.  Para  los  sistemas  desecantes  ,  la  Figura  5  muestra  la  apropiada  disposición  de  los  componentes.  Tenga  en  cuenta  que  estas  cifras  suponen  que  se  requiere  la  eliminación  de  vapor  de  aceite  .  Para  aplicaciones  en  las  que  esto  no  es  necesario  ,  basta  con  quitar  el  filtro  de  vapor  de  aceite  del  arreglo.  

 Figura  4.      Figura  5  .        

   En  algunos  sistemas  de  la  planta  ,  el  aire  comprimido  de  alta  presión  se  genera  mediante  la  compresión  de  aire  general  de  la  planta  (  aprox  100  psig  )  en  un  compresor  de  refuerzo  o  booster  .  La  pregunta  que  surge  es:  si  el  aire  general  de  la  

planta  ya  ha  sido  limpiado  y  secado  ,  necesita  secado  y  filtración  adicional?  La  respuesta  a  esta  pregunta  depende  de  la  presion  final  (boosted)  y  la  sequedad  deseada  del  aire  de  alta  presión.  La  Tabla  2  muestra  la  temperatura  del  punto  de  rocío  de  presión  de  aire  a  alta  presión  generada  a  partir  de  un  suministro  de  aire  de  la  planta  que  se  ha  secado  a  un  39  °  F  (  3  °  C)  presion  de  Punto  de  rocío.  A  medida  que  la  presión  potenciada  aumenta,  la  temperatura  de  saturación  del  aire  comprimido  aumenta  .  En  general  ,  para  que  un  sistema  de  tuberías  permaneza  libre  de  líquido  a  temperatura  ambiente  de  cerca  de  65  °  F  (  18  °  C  )  ,  cuando  se  maneja  aire  potenciado  por  encima  de  300  psig  (21  bar)  se  necesita  equipo  adicional  de  secado.      Tabla  2  .    Sistemas  de  Temperaturas  de  Punto  de  Rocio  a  varias  presiones  por  encima  de  100  Psig.    System  Pressure  

100  psig  

200  psig   300  psig   400  psig      500  psig   600  psig   700  psig    

Pressure  Dew  Point  

 39°F  

   56°F  

   66°F  

   74°F  

               80°F  

   85°F  

   89°F  

   Resumen  �  �  �  �  �  �  �  �  �  �  �  �  �  �  �  �  �  �  �  �  �  �  �    Para  eliminar  la  humedad  no  deseada,  el  aceite  y  las  partículas  procedentes  de  los  sistemas  de  alta  presión  de  aire  comprimido,  el  diseño  presenta  muchos  de  los  mismos  problemas  que  un  suministro  de  aire  de  planta  general.  Al  definir  cuidadosamente  la  pureza  del  aire  comprimido  deseada,  los  componentes  se  pueden  seleccionar  apropiadamente  y  colocar  adecuadamente  con  el  fin  de  lograr  una  solución  eficiente  y  confiable.  Presiones  de  funcionamiento  más  altas  aumentarán  la  temperatura  del  punto  de  rocío  para  un  contenido  dado  de  humedad  en  comparación  con  una  aplicación  de  baja  presión.  Sin  embargo,  el  equipo  y  la  tecnología  de  los  equipos  de  deshidratación  y  filtración  es  casi  la  misma.  Siga  las  pautas  establecidas  aquí,  y  utilice  buenas  prácticas  de  ingeniería  al  hacer  las  selecciones  del  equipo.  Un  suministro  fiable  de  aire  comprimido  limpio  y  seco  a  alta  presión  va  servir  a  sus  procesos  de  fabricación  durante  muchos  años  por  venir.    Hankison  International  es  el  lider  mundial  en  estas  aplicaciones,  consultenos  que  nosotros  le  daremos  la  mejor  solucion  a  sus  necesidades  de  planta.