Cómo dimensionar un secador frigorífico

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Publicado por KAESER Compresores

Cuando abrimos una llave o válvula en nuestro sistema de aire comprimido y vemos que no sale agua, aceite o partículas nos quedamos tranquilos porque tenemos “aire limpio”. ¿Es posible a simple vista verificar los contaminantes del aire comprimido? La respuesta es NO, a simple vista no es posible determinar si el aire cumple con las especificaciones de partículas, agua o aceite. Por lo tanto, vale la pena aclarar lo siguiente: una cosa es tener aire sin condensados y otra es tener aire seco con un punto de rocío perfectamente definido y calculado.

Es muy importante primero aclarar el concepto de punto de rocío: es aquella temperatura a la que debemos llevar el aire comprimido para generar condensación. Entre más bajo sea el punto de rocío el aire es más seco y es más difícil condensar el vapor de agua. Abajo algunos datos:

Observemos un ejemplo: Si tenemos el aire comprimido con un punto de rocío de +10°C y la temperatura ambiente es +20°C no habrán condensados en la red ya que el punto de rocío es inferior a la temperatura del aire comprimido (que será más o menos igual al ambiente). Si por el contrario la temperatura ambiente es +5°C habrá condensación del vapor de agua. Cuanto más alto sea el punto de rocío mayor será la carga de vapor de agua y más fácil la condensación dentro de la tubería.

La pregunta que debemos hacer es: ¿qué necesita mi planta: aire sin condensados o aire seco con un punto de rocío específico?

Aire sin condensados: Se logra con un punto de rocío por debajo de la temperatura ambiente, es decir, si la temperatura ambiente dentro de la fábrica es de +20°C, un punto de rocío de +19°C es suficiente para no tener condensados en la red. Este tipo de calidad de aire se puede suministrar con secadores pobremente dimensionados, con un coste de inversión inicial bajo. En muchas ocasiones compresores con secador incorporado son capaces de abastecer aire sin condensados, pero con un punto de rocío alto dejando la planta expuesta a posibles trazas de condensado en los usuarios. Abajo un ejemplo de tubería desmontada de un sistema con un alto punto de rocío sin condensación aparente en la red.

Corrosión por condensación en la red de aire comprimido supuestamente seco

Aire seco: Si lo que se requiere es aire seco, con un punto de rocío claramente definido se tienen varias alternativas:

• Punto de rocío inferior a +3°C: Se consigue con secadores de adsorción o de membranas. Usualmente se utilizan en dos condiciones: cuando el aire entra en contacto directo o indirecto con el producto y este es sensible a la humedad, o cuando la tubería de aire comprimido está sometida a temperaturas por debajo de +3°C.

• Punto de rocío de +3°C o superior: Se logra con secadores frigoríficos, en este caso es necesario calcular su capacidad con respecto a las condiciones de entrada, como la cantidad de aire a secar, la presión, la temperatura del aire comprimido y la temperatura ambiente. 

Todos los fabricantes de secadores tienen factores de corrección, cada uno tiene un punto de diseño propio dependiendo de la marca. Esto quiere decir que si el secador opera en condiciones de temperatura superiores a las de diseño es necesario sobredimensionarlo para lograr el punto de rocío esperado. Tenga precaución con las notas en los catálogos de algunas marcas de secadores frigoríficos, ya que las condiciones para las que están diseñados usualmente rondan los +25°C de temperatura ambiente y los 35°C del aire comprimido, condiciones que posiblemente abarquen seis meses de año (desde octubre hasta marzo para el caso de España). De manera que durante 6 meses el secador estará operando en condiciones por fuera de especificaciones y posiblemente dejando pasar condensados a la red o generando falla. Consulte con el proveedor del secador por los factores de corrección.

Cómo dimensionar un secador frigorífico

Existen cuatro variables que afectarán la capacidad de secado de un secador frigorífico:

1.    La cantidad de aire que entra al secador:  En función del caudal así será el tamaño del secador. Tenga presente que, si tiene varios compresores y un solo secador, debe sumar el caudal total de los compresores. Evite dimensionar los secadores con base en la demanda de la planta, aparentemente la demanda es igual a la capacidad instalada, pero en algunos casos puede que no sea así. Veámoslo con un ejemplo:

Demanda de la planta:   19 m3/min

Capacidad del compresor 1:    5 m3/min

Capacidad del compresor 2:  7 m3/min

Capacidad del compresor 3:   10 m3/min

Capacidad total de los 3 compresores:  22 m3/min

En este caso, el dato que se debería usar para dimensionar el secador es de 22 m3/min que es la capacidad instalada en compresores. La razón es muy sencilla, si bien la demanda es 19 m3/min, es posible que en algún momento esta se incremente por una mayor producción, equipos de producción nuevos o simplemente fugas y todo este aire debe pasar por el secador.

2.    La presión del aire comprimido: Usualmente los fabricantes indican la capacidad de los secadores con base en ciertas condiciones de diseño, la presión normalmente utilizada es de 7 bar(g), de manera que cualquier presión superior o inferior afectará la capacidad del secador. Si la presión del secador es superior a 7 bar(g), éste tendrá una capacidad mayor a la indicada en las fichas técnicas. Si por el contrario la presión de diseño es inferior, la capacidad real del secador será menor a lo indicado. Esto se debe a la influencia de la presión en la velocidad del aire y por lo tanto en la capacidad del secador. Tenga presente que la presión a utilizar para el cálculo es la mínima del aire que entra al secador, por ejemplo, en un compresor de 9 bar(g) la presión mínima podría ser de 8,2 bar(g) y no 9 bar(g), por el diferencial de control del compresor. La influencia de la presión en la capacidad del secador viene dada por los factores de corrección que cada fabricante describe en sus fichas técnicas o catálogos.

3.    La temperatura del aire comprimido: La función de un secador frigorífico es la de entregar el aire con un punto de rocío que se espera esté entre +3°C y +5°C, para ello el secador enfría el aire comprimido hasta estos valores para retirar el condensado y así asegurar que se consigue el punto de rocío esperado. Si hemos de enfriar el aire hasta estos valores se espera que cuanto mayor sea la temperatura del aire comprimido, se necesitará un circuito de refrigerante más potente. De manera que cuanto más alta sea la temperatura del aire comprimido mayor será la capacidad del secador requerido. El parámetro de diseño oscila entre +30 y +35°C de acuerdo con los diferentes fabricantes. Piense que, por cada 5°C de más en la temperatura ambiente, se afecta negativamente la capacidad del secador en un 20%. En verano, con 40°C de temperatura ambiente, el aire comprimido puede llegar a 50°C a la entrada del secador, lo que afecta notoriamente su capacidad.

4.    La temperatura ambiente: Usualmente el valor estimado para el diseño oscila entre 20 y 25°C. Es posible que en España en muchas ciudades este valor se logre solo durante 6 meses, en este tiempo no habrá influencia negativa de la temperatura ambiente sobre el secador. Los meses calurosos la temperatura ambiente afectará negativamente al secador por dos motivos:

• La temperatura del aire comprimido es aproximadamente 5 a 10K más alta que la ambiente, es decir, a 40°C en verano, el aire comprimido llegará a 50°C, de acuerdo con el punto 3 de este artículo, este valor hace que el circuito de agente frigorífico deba tener más capacidad.

• El secador frigorífico enfriado por aire usa aire ambiente para el ventilador del condensador, cuanto más alta sea la temperatura ambiente más potente debe ser  el ventilador para condensar el agente frigorífico de manera adecuada.

Veamos un ejemplo:

• Cantidad de aire a secar:  10 m3/min
• Presión a la entrada del secador:  6 bar(g)  Factor de corrección: 0.92 *
• Temperatura ambiente en verano: 35°C   Factor de corrección: 0.92 *
• Temperatura del aire comprimido en verano:  45°C  Factor de corrección: 0.66 *

* Aplica para secadores de la marca KAESER. Para otras marcas, consulte con el fabricante.

Como se ve en este caso el secador debe ser de más capacidad que el compresor. En caso de que instale un secador de 10 m3/min para un compresor de 10 m3/min de capacidad, posiblemente tendrá condensados en la red y problemas en el secador en las épocas calurosas del año, seguramente entre mayo y octubre.

Ideas para optimizar el uso del secador frigorífico

• Seleccione el secador adecuado de acuerdo con el cálculo basado en las condiciones ambientales.
• Evite que entre condensado al secador, es decir, asegúrese que el depósito húmedo tiene un purgador capacitivo en óptimas condiciones o que haya un filtro que retire el condensado antes del secador.
• Mantenga el compresor lo más limpio posible. Esto ayudará a que se refrigere mejor y evitará temperaturas más altas de lo esperado en el aire comprimido. 
• El secador también debe estar limpio y con el mantenimiento al día.
• Verifique que la sala de compresores esté correctamente ventilada para que el aire caliente que sale de los compresores o secadores no recircule dentro de la sala, especialmente en verano.

Contacto: KAESER COMPRESORES ESPAÑA  976-465145  info.spain@kaeser.com