Temperatura y humedad del compresor de aire: ¿Qué previenen realmente los 75°C?

¿A qué temperatura el compresor "evapora" la humedad?

Una temperatura estable del elemento compresor dentro del rango adecuado es la primera línea de defensa para el funcionamiento seguro de un sistema de aire comprimido.

Muchos empleados de mantenimiento y clientes se hacen la misma pregunta: ¿qué temperatura debe alcanzar la unidad compresora de tornillo para evaporar la humedad del aire comprimido?

Esta pregunta en sí misma contiene un malentendido común. El propósito de controlar la temperatura del elemento compresor nunca ha sido "secar" el agua, sino evitar que el agua se condense en forma líquida dentro de la unidad.

Una vez que esto queda claro, resulta fácil entender por qué la industria generalmente establece la temperatura de funcionamiento del compresor entre 75 y 85 °C, y por qué una temperatura demasiado baja es en realidad más insidiosa y peligrosa que una demasiado alta.

Este artículo cubre cuatro cosas: qué es realmente el punto de rocío a presión, cómo se comporta el vapor de agua durante la compresión, contra qué protege el rango de 75 a 85 °C y por qué el agua líquida es un riesgo fatal en aplicaciones de separación de aire.

Primero, corrigiendo un malentendido: el compresor no "evapora" la humedad

Mucha gente supone que cuanto mayor es la temperatura del elemento compresor, más fácilmente se "evapora" el agua del aire comprimido, lo que hace que el aire sea más seco. Esta comprensión es sólo a medias correcta. Una temperatura más alta mantiene el agua en forma de vapor, pero no puede hacer que el agua desaparezca del aire comprimido. El vapor de agua todavía está en el aire, pero no se ha convertido en gotas de líquido. Una vez que el aire comprimido se enfríe (pasando a través de tuberías, un receptor de aire o un equipo de tratamiento posterior), el vapor de agua se condensará en agua de todos modos.

Entonces, la función real de la temperatura alta de la unidad de aire es la siguiente: durante la compresión y la separación de aceite y aire, mantener el vapor de agua en forma de gas para que el agua líquida no precipite dentro de la unidad de aire, el tanque separador de aceite o las tuberías de aceite.

En otras palabras, El control de temperatura del airend previene la "acumulación interna de agua", no el "aire seco". Para eliminar realmente la humedad, necesita equipos de secado posteriores: secadores refrigerados, secadores desecantes, etc.

Concepto clave: ¿qué es el punto de rocío a presión? ¿Por qué no hace 100°C?

Para comprender la relación entre la temperatura del elemento compresor y el vapor de agua, primero es necesario comprender el punto de rocío a presión.

A presión atmosférica, el agua hierve a 100°C, eso es de conocimiento común. Pero en un sistema de aire comprimido, la condensación del vapor de agua no está determinada por los 100°C, sino por la temperatura del punto de rocío a la presión actual.

En pocas palabras, El punto de rocío a presión es la temperatura crítica a la que el vapor de agua del aire comprimido, a una presión determinada, comienza a condensarse en agua líquida. Por encima del punto de rocío, el vapor de agua permanece en forma gaseosa; debajo de él, el vapor de agua se condensa.

Cuanto mayor es la presión, menos vapor de agua puede contener el aire y mayor es la temperatura del punto de rocío. Esta es la razón por la que el punto de rocío del aire comprimido es mucho más alto que en condiciones ambientales; no es que el agua necesite 100°C para evaporarse, sino que en condiciones de alta presión, el vapor de agua puede comenzar a condensarse a sólo cincuenta o sesenta grados Celsius.

En una frase: a presión atmosférica, observe el punto de ebullición; Para el aire comprimido, observe el punto de rocío: cuanto mayor es la presión, mayor es el punto de rocío y más fácilmente sale el agua.

¿Qué le sucede realmente al vapor de agua durante la compresión?

Para comprender por qué es importante el control de la temperatura, es útil seguir el aire comprimido durante todo el proceso.

Paso 1: ingesta. El aire ambiente ingresa al compresor y contiene una cierta cantidad de vapor de agua. El aire a 20°C y una humedad relativa del 60% contiene aproximadamente 10 gramos de agua por metro cúbico.

Paso 2: Compresión. Los rotores de tornillo comprimen el aire, su volumen se contrae bruscamente y la presión aumenta desde la atmosférica hasta aproximadamente 0,7 a 0,8 MPa. Durante la compresión, la temperatura aumenta rápidamente y, al mismo tiempo, se multiplica la densidad del vapor de agua por unidad de volumen de aire.

Paso 3: Mezcla y separación de aceite y aire. En los compresores de tornillo con inyección de aceite, el aire comprimido se mezcla con el aceite lubricante y ingresa al tanque separador de aceite, donde el aceite se separa y el aire continúa. Esta etapa tiene la temperatura más alta y también es el punto donde más importa prevenir la condensación del vapor de agua, porque si se produce condensación aquí, el agua se mezcla directamente con el aceite lubricante.

Paso 4: posenfriamiento y entrega. Después de salir del compresor, el aire comprimido pasa a través de un posenfriador para enfriarse y luego ingresa al receptor de aire y a las tuberías. A medida que baja la temperatura, se condensan grandes cantidades de vapor de agua, razón por la cual es necesario drenar el fondo del depósito de aire todos los días.

El punto crítico es el Paso 3. Si la temperatura del elemento compresor cae por debajo del punto de rocío a presión, el vapor de agua se condensará prematuramente en el tanque separador de aceite y en las tuberías de aceite, y el agua líquida se mezclará directamente con el aceite lubricante. Esta es la causa fundamental de la emulsificación del aceite: no es que la calidad del aceite sea mala, sino que ha entrado agua en la unidad.

(Diagrama: Los cambios de estado del vapor de agua en diferentes etapas a lo largo del proceso completo de aire comprimido. En las etapas de compresión y separación de aceite, la temperatura se mantiene por encima del punto de rocío y el vapor de agua permanece gaseoso; en las etapas de posenfriamiento y del receptor de aire, la temperatura desciende y el vapor de agua se condensa y se drena).

¿Contra qué protege exactamente el rango de 75 a 85 °C?

Una vez comprendido el punto de rocío a presión, queda clara la importancia de 75 a 85 °C.

Tomemos como ejemplo la condición de funcionamiento común de 7 a 8 bar (0,7 a 0,8 MPa): en condiciones ambientales normales de admisión, el punto de rocío a presión después de la compresión es aproximadamente 60–65°C .

Esto significa:

• Temperatura del airend ≥70°C — por encima del punto de rocío a presión, el vapor de agua permanece gaseoso dentro del aparato y no se condensa.
• Temperatura del compresor <65°C — cerca o por debajo del punto de rocío a presión, el vapor de agua comienza a condensarse en el tanque separador de aceite y en las tuberías de aceite, y el agua líquida se mezcla con el aceite lubricante.
• Temperatura del airend persistentemente <60°C — Se forman grandes cantidades de condensado, el aceite se emulsiona rápidamente y falla la lubricación del elemento compresor.

La industria establece la temperatura de funcionamiento normal entre 75 y 85 °C esencialmente para dejar una Margen de seguridad de 10 a 20 °C por encima del punto de rocío a presión . Este margen absorbe las fluctuaciones en la temperatura ambiente, los cambios de carga y la variación de la humedad de entrada, lo que garantiza que la temperatura del elemento compresor no caiga por debajo del punto de rocío incluso cuando las condiciones de operación fluctúan.

Valores de referencia a diferentes presiones:

Nota: Los anteriores son valores de referencia empíricos para la entrada a temperatura estándar (20 °C) y condiciones de humedad típicas; El punto de rocío real varía según el ambiente de la sala de máquinas, la temperatura de entrada, la humedad y el modelo de la unidad.

Tres malentendidos comunes, aclarados de una vez

Malentendido 1: Cuanto más alta sea la temperatura, mejor; una temperatura más alta significa aire más seco. Una temperatura más alta sólo mantiene el vapor de agua en forma gaseosa; no reduce la cantidad de vapor de agua en el aire. Además, una vez que la temperatura supera los 95 °C, el aceite lubricante se oxida y carboniza rápidamente, los sellos envejecen y el riesgo de desgaste de los rodamientos aumenta considerablemente. Las altas temperaturas no son un método para eliminar la humedad, sino una señal de fallo.

Malentendido 2: Mientras la temperatura del elemento compresor sea normal, el aire comprimido no tiene agua. La temperatura normal del airend sólo garantiza que no haya condensación dentro de la unidad. Después de salir del compresor, el aire comprimido se enfría a unos 40 °C a través del posenfriador y grandes cantidades de vapor de agua se condensan en el receptor de aire y las tuberías. Es por eso que el depósito de aire se debe drenar periódicamente y se debe instalar un equipo de secado posterior.

Malentendido 3: Una temperatura ligeramente más baja en invierno no importa; sólo hay que vigilar el calor del verano. Todo lo contrario. En invierno, las bajas temperaturas ambientales facilitan que la unidad compresora funcione por debajo de los 70 °C durante períodos prolongados, lo que en realidad aumenta la probabilidad de condensación y emulsificación del aceite. Muchas unidades desarrollan problemas en invierno no debido a las altas temperaturas, sino porque la temperatura no puede subir lo suficiente. En funcionamiento en invierno, preste aún más atención a si la temperatura del elemento compresor se mantiene estable por encima de 75°C.

Un marco de mantenimiento: ¿qué deberías mirar realmente al comprobar la temperatura?

De ahora en adelante, no será necesario memorizar fórmulas complicadas al verificar la temperatura del elemento compresor; simplemente siga estos cuatro pasos:

Paso 1: comprueba si está en el rango normal. 75 a 85°C es normal; por debajo de 70°C o por encima de 90°C merece atención.

Paso 2: verifique la tendencia de la temperatura. ¿Es estable en un valor o aumenta continuamente? Un aumento constante generalmente significa un radiador obstruido o una válvula termostática defectuosa; Una lectura persistentemente baja generalmente significa que la válvula termostática está atascada en posición abierta o que el aceite está pasando por alto el compresor por completo.

Paso 3: Verifique la correlación con la carga. La temperatura aumenta bajo carga y baja bajo descarga es normal. Si la temperatura aumenta en lugar de bajar después de la descarga, o no aumenta después de la carga, el sistema termostático tiene un problema.

Paso 4: verifique el estado del aceite. Revise periódicamente la mirilla de aceite para detectar oscurecimiento, emulsificación o espuma. La emulsificación del aceite es evidencia directa de intrusión interna de agua, lo que indica que la temperatura del elemento compresor ha estado baja durante mucho tiempo o que la válvula termostática ha fallado.

Recuerde un principio fundamental: La temperatura no es mejor cuanto más alta es, ni más segura cuanto más baja es: el objetivo es mantenerse estable dentro del rango seguro por encima del punto de rocío. .

Aplicaciones de separación de aire: ¿por qué el agua líquida supone un riesgo mortal?

Para los clientes de equipos de separación de aire, controlar la temperatura del compresor no se trata solo de proteger el compresor en sí, sino que está directamente relacionado con la seguridad del sistema de separación de aire aguas abajo.

El núcleo de una unidad de separación de aire es el adsorbedor de tamiz molecular y la columna de destilación. Antes de que el aire comprimido ingrese a la unidad de separación de aire, debe pasar por un riguroso preenfriamiento y purificación para eliminar el agua y el dióxido de carbono hasta niveles extremadamente bajos.

Si la temperatura del compresor baja y se precipita agua líquida dentro de la unidad, esta agua viaja aguas abajo con el aire comprimido:

• Contaminación del tamiz molecular: El agua líquida que ingresa al adsorbedor moja directamente el tamiz molecular, reduciendo drásticamente su capacidad de adsorción y, en casos severos, provocando que el tamiz se pulverice y falle.
• Carga creciente en el sistema de preenfriamiento: Grandes volúmenes de agua líquida que ingresan a la torre de enfriamiento de aire de la caja fría exceden la capacidad diseñada del sistema de preenfriamiento, lo que hace que la temperatura del aire de salida y el contenido de humedad excedan los límites.
• Amenazas a la seguridad de la columna de destilación: La humedad que ingresa a la caja fría puede congelarse dentro de los intercambiadores de calor y la columna de destilación, bloqueando los conductos y, en casos graves, provocando que la planta se apague o incluso dañe la caja fría.

Por lo tanto, para los clientes de separación de aire, mantener estable la temperatura de la unidad compresora entre 75 y 85 °C no es un parámetro operativo negociable. es la primera línea de defensa que protege toda la planta de separación de aire aguas abajo .

(Diagrama: en un sistema de separación de aire, los principales puntos de riesgo para el agua líquida se concentran en la salida del compresor y la entrada del tamiz molecular. Una vez que el agua líquida ingresa al adsorbedor, causa directamente que el tamiz molecular falle, amenazando el funcionamiento de toda la planta de separación de aire).

Volviendo a la pregunta original: ¿a qué temperatura el compresor "evapora" la humedad?

La respuesta es: el compresor no necesita "evaporar" la humedad en absoluto; solo necesita mantener la temperatura por encima del punto de rocío a presión, para que el vapor de agua no se condense dentro de la unidad. Para una unidad estándar de 7 a 8 bares, esa temperatura es de 75 a 85 °C.

La verdadera eliminación de la humedad del aire comprimido depende de los secadores refrigerados, los secadores desecantes y el drenaje del receptor de aire. Una temperatura alta en la unidad de aire no puede lograr esto y no se debe esperar que lo haga.

Para el personal de mantenimiento, comprender el mecanismo detrás de "qué temperatura" es más importante que el número en sí: la relación entre temperatura y punto de rocío, la correlación entre carga y temperatura, y el vínculo entre la condición del aceite y la temperatura . Comprenda estas tres capas y podrá diagnosticar rápidamente fallas de alta y baja temperatura.

Para los clientes de separación de aire, una temperatura estable del compresor es la primera capa de seguro para el funcionamiento estable de toda la planta aguas abajo.