Un sistema de aire comprimido, en sentido estricto, se compone de equipos de suministro de aire, equipos de purificación de aire y tuberías relacionadas. En sentido amplio, los componentes neumáticos auxiliares, los actuadores neumáticos, los componentes de control neumático, los componentes de vacío, etc., pertenecen a la categoría de sistema de aire comprimido. Generalmente, el equipo de una estación compresora de aire constituye un sistema de aire comprimido en sentido estricto. La siguiente figura muestra un diagrama de flujo típico de un sistema de aire comprimido:
El equipo de captación de aire (compresor de aire) aspira el aire atmosférico, lo comprime en estado natural para convertirlo en aire comprimido a mayor presión y elimina la humedad, el aceite y otras impurezas del aire comprimido mediante un equipo de purificación.
El aire en la naturaleza está compuesto por una mezcla de diversos gases (O₂, N₂, CO₂, etc.), y el vapor de agua es uno de ellos. El aire que contiene cierta cantidad de vapor de agua se denomina aire húmedo, y el aire que no lo contiene se denomina aire seco. El aire que nos rodea es aire húmedo, por lo que el medio de trabajo del compresor de aire es, naturalmente, aire húmedo.
Aunque el contenido de vapor de agua en el aire húmedo es relativamente pequeño, influye considerablemente en sus propiedades físicas. En los sistemas de purificación de aire comprimido, el secado del aire comprimido es uno de los procesos principales.
Bajo ciertas condiciones de temperatura y presión, el contenido de vapor de agua en el aire húmedo (es decir, la densidad del vapor de agua) es limitado. A una temperatura determinada, cuando la cantidad de vapor de agua alcanza su contenido máximo posible, el aire húmedo se denomina aire saturado. El aire húmedo que no alcanza dicho contenido máximo se denomina aire no saturado.
Cuando el aire no saturado se satura, se forman gotas de agua líquida que se condensan en el aire húmedo. Este proceso se denomina condensación. La condensación es común. Por ejemplo, en verano, cuando la humedad del aire es alta, se forman fácilmente gotas de agua en la superficie de las tuberías. En invierno, por la mañana, aparecen gotas de agua en las ventanas de las casas. Todos estos fenómenos se producen por el enfriamiento del aire húmedo a presión constante.
Como se mencionó anteriormente, la temperatura a la que el aire no saturado alcanza la saturación se denomina punto de rocío cuando la presión parcial del vapor de agua se mantiene constante (es decir, el contenido absoluto de agua se mantiene constante). Cuando la temperatura desciende hasta el punto de rocío, se produce la condensación.
El punto de rocío del aire húmedo no solo depende de la temperatura, sino también de la cantidad de humedad presente en él. Un alto contenido de agua indica un punto de rocío elevado, mientras que un bajo contenido de agua indica un punto de rocío bajo.
La temperatura del punto de rocío es fundamental en la ingeniería de compresores. Por ejemplo, si la temperatura de salida del compresor de aire es demasiado baja, la mezcla de aceite y gas se condensará debido a la baja temperatura en el depósito, lo que provocará que el aceite lubricante contenga agua y afecte su eficacia de lubricación. Por lo tanto, la temperatura de salida del compresor de aire debe diseñarse para que no sea inferior a la temperatura del punto de rocío bajo la presión parcial correspondiente.
El punto de rocío atmosférico es la temperatura del punto de rocío bajo presión atmosférica. De manera similar, el punto de rocío a presión se refiere a la temperatura del punto de rocío del aire a presión.
La relación correspondiente entre el punto de rocío a presión y el punto de rocío a presión normal está relacionada con la relación de compresión. Con el mismo punto de rocío a presión, cuanto mayor sea la relación de compresión, menor será el punto de rocío a presión normal correspondiente.
El aire comprimido que sale del compresor está sucio. Los principales contaminantes son: agua (gotas de agua líquida, neblina de agua y vapor de agua gaseoso), neblina de aceite lubricante residual (gotas de aceite en neblina y vapor de aceite), impurezas sólidas (óxido, polvo metálico, partículas finas de caucho, partículas de alquitrán y materiales filtrantes, polvo fino de materiales de sellado, etc.), impurezas químicas nocivas y otras impurezas.
El aceite lubricante deteriorado deteriorará el caucho, el plástico y los materiales de sellado, provocando el mal funcionamiento de las válvulas y la contaminación de los productos. La humedad y el polvo causarán la oxidación y corrosión de las piezas metálicas y las tuberías, lo que provocará que las piezas móviles se atasquen o se desgasten, causando el mal funcionamiento o las fugas de aire de los componentes neumáticos. La humedad y el polvo también obstruirán los orificios de estrangulamiento o las rejillas de los filtros. Posteriormente, el hielo provocará que la tubería se congele o se agriete.
Debido a la mala calidad del aire, la fiabilidad y la vida útil del sistema neumático se reducen considerablemente, y las pérdidas resultantes a menudo superan con creces el coste y los gastos de mantenimiento del dispositivo de tratamiento de la fuente de aire, por lo que es absolutamente necesario seleccionar correctamente el sistema de tratamiento de la fuente de aire.
¿Cuáles son las principales fuentes de humedad en el aire comprimido?
La principal fuente de humedad en el aire comprimido es el vapor de agua que el compresor aspira junto con el aire. Una vez que el aire húmedo entra en el compresor, una gran cantidad de vapor de agua se condensa en agua líquida durante el proceso de compresión, lo que reduce considerablemente la humedad relativa del aire comprimido a la salida del compresor.
Por ejemplo, cuando la presión del sistema es de 0,7 MPa y la humedad relativa del aire inhalado es del 80 %, aunque el aire comprimido que sale del compresor esté saturado a presión, si se convierte a la presión atmosférica previa a la compresión, su humedad relativa es de tan solo entre el 6 % y el 10 %. Es decir, el contenido de humedad del aire comprimido se ha reducido considerablemente. Sin embargo, a medida que la temperatura desciende gradualmente en la tubería y los equipos de gas, una gran cantidad de agua líquida seguirá condensándose en el aire comprimido.
¿Cómo se produce la contaminación por aceite en el aire comprimido?
El aceite lubricante del compresor de aire, el vapor de aceite y las gotas de aceite suspendidas en el aire ambiente, así como el aceite lubricante de los componentes neumáticos del sistema, son las principales fuentes de contaminación por aceite en el aire comprimido.
A excepción de los compresores de aire centrífugos y de diafragma, casi todos los compresores de aire que se utilizan actualmente (incluidos varios compresores de aire lubricados sin aceite) verterán aceite más o menos contaminado (gotas de aceite, neblina de aceite, vapor de aceite y fisión de carbono) en el gasoducto.
La alta temperatura de la cámara de compresión del compresor de aire provocará que entre el 5% y el 6% del aceite se vaporice, se agriete y se oxide, depositándose en la pared interior del tubo del compresor en forma de película de carbono y barniz, mientras que la fracción ligera quedará suspendida en forma de vapor y micropartículas que serán introducidas en el sistema por el aire comprimido.
En resumen, para los sistemas que no requieren lubricantes durante su funcionamiento, todos los aceites y lubricantes presentes en el aire comprimido se consideran materiales contaminados con aceite. Para los sistemas que sí necesitan añadir lubricantes durante su funcionamiento, la pintura anticorrosiva y el aceite del compresor contenidos en el aire comprimido se consideran impurezas contaminantes.
¿Cómo entran las impurezas sólidas en el aire comprimido?
Las principales fuentes de impurezas sólidas en el aire comprimido son:
①La atmósfera circundante contiene diversas impurezas de diferentes tamaños de partículas. Incluso si el puerto de succión del compresor de aire está equipado con un filtro de aire, las impurezas en forma de aerosol de menos de 5 μm pueden ingresar al compresor con el aire inhalado, mezclándose con aceite y agua en el tubo de escape durante el proceso de compresión.
②Cuando el compresor de aire está en funcionamiento, la fricción y la colisión entre las distintas partes, el envejecimiento y el desprendimiento de los sellos, y la carbonización y fisión del aceite lubricante a alta temperatura harán que partículas sólidas como partículas metálicas, polvo de caucho y fisión carbonácea sean introducidas en la tubería de gas.
Fecha de publicación: 18 de abril de 2023
