TECNOLOGÍA DE SECADO PET MANEJO DE AIRE COMPRIMIDO HANKISON INTERNATIONAL

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1 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 /

2 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

3 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

4 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.

5 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.

6 Los secadores desecantes alcanzar puntos de rocío de hasta - 40 F ( - 40 C ) y puede ser diseñado para 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.

7 Figura 2. SECADORA DESECANTE

8 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

9 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.

10 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

11 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.

12 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

13 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 Pressure Dew Point 100 psig 200 psig 300 psig 400 psig 500 psig 600 psig 700 psig 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.