Embed Size (px)
Citation preview
Libro Blanco: El Aire Comprimido Libre de Aceite Asegura Confiabilidad y ProductividadLibro Blanco: El Aire Comprimido Libre de Aceite Asegura Confiabilidad y Productividad
www.hitachi-america.us/ice/atg/mexico
¿Por qué el aire comprimido exento de aceite tiene una importancia crítica para la industria? La respuesta es simple, porque si el aceite alcanza el producto que está siendo fabricado, el resultado será la caída de la producción y el deterioro del producto. Estos problemas, en una fábrica automatizada con equipos de alta velocidad, son circunstancias que pueden provocar un impacto financiero negativo. Este documento nos enseñará sobre aplicaciones libres de aceite, cómo crear una especificación libre de aceite, cómo se introduce el aceite en los sistemas
y cómo establecer un sistema libre de aceite que cumple con la norma ISO 8573-1 Calidad de Clase Cero ó Uno.
Las Aplicaciones para Aire Libre de Aceite más Comunes en la Industria
El aire comprimido se utiliza en la mayoría de industrias manufactureras y de procesos. La mayoría de procesos industriales tienen tolerancia cero para la introducción de aceite en el producto final que están fabricando. Los tipos de industrias que requieren aire comprimido libre de aceite son las de plásticos, la
alimentaria, la de pintura de automóvil, l a de semiconductores y la farmacéutica.
Las Aplicaciones de Aire Libre de Aceite para la Industria del Plástico
Los procesos de moldeo por inyección utilizan aire comprimido a 100 psig (6,8 bares) para fabricar envases de plástico. Éstos, se utilizan para el envasado de productos alimenticios, productos de limpieza doméstica y multitud de diferentes líneas de productos. Si un envase de margarina o una botella de leche contienen aceite – introducido por aire comprimido contaminado de aceite – la línea de producción deberá detenerse y todos los envases contaminados deberán ser desechados.
Los procesos de soplado más extensivos utilizan aire comprimido libre de aceite a 350-500 psig (24-34 bares) para el soplado de botellas de bebidas carbonatadas y jugos. Las estaciones de moldeo por soplado, como la del modelo “Contiform 3” de Krones, producen envases de plástico PET de 0.1 hasta 3 litros. Cada máquina puede tener hasta 36 estaciones de soplado y cada una de ellas puede producir 2.250 botellas. Por lo tanto, una máquina de alta velocidad, como la “Contiform 3”, puede producir ¡hasta 81.000 botellas
Compresor de Aire a Tornillo Libre de Aceite Hitachi, Serie DSP
El Aire Comprimido Libre de Aceite Asegura Confiabilidad y ProductividadAutor: Nitin G. Shanbhag, Gerente Senior de Air Technology Group, Hitachi América
Esta aplicación de “Contacto-Directo“ del aire libre de aceite, se utiliza para el soplado de migas de pan en una panadería industrial.
Libro Blanco: El Aire Comprimido Libre de Aceite Asegura Confiabilidad y Productividad
2
por hora!. Se ve claramente que en una hora de interrupción de la producción, la fábrica tendrá una gran pérdida en la renta y en el deterioro del producto.
La mayoría de resinas plásticas como la PA (Nylon), PC y PET, son materiales higroscópicos. Absorben la humedad del aire ambiental y la devuelven al aire seco. Cada tipo de resina puede retener una cantidad específica de humedad entre sus cadenas moleculares. Las
cantidades adicionales de humedad pueden ser condensadas en la superficie de los gránulos (humedad de superficie). La humedad adsorbida en resinas higroscópicas y la humedad de superficie son las causantes de los defectos en los plásticos moldeados y pueden provocar un paro completo de la producción. Los secadores del aire comprimido para resinas plásticas precalientan el material con aire caliente y luego utilizan una pequeña cantidad de aire libre de aceite (que se ha expandido) para sacar la humedad de la resina. La calidad de aire comprimido requerida para secar la resina es de 5 ºC (41 ºF) presión punto de rocío y aire comprimido
virtualmente libre de aceite de menos de 0.01 ppm de contenido de aceite.
Aplicaciones de Aire Libre de Aceite para la Industria Alimentaria
Los alimentos en forma de polvo, son transportados y envasados utilizando aire comprimido. Para el azúcar, el aire comprimido se usa para el transporte a granel del producto, primero en la fase densa y después para poner el polvo en la bolsa. En ambos casos el aire comprimido libre de aceite entra en contacto directo con el azúcar que todos consumimos.
Las plantas procesadoras de frutas y vegetales se dedican principalmente al enlatado, la congelación y la deshidratación. En muchas de ellas, los sistemas de aire comprimido se utilizan para limpiar los envases antes del rellenado, la clasificación automatizada del producto y los sistemas de embalaje. En muchas situaciones el aire comprimido entra en “contacto directo” con los alimentos. Las máquinas peladoras de vegetales utilizan una boquilla jet de aire comprimido libre de aceite para pelar cebollas y otros vegetales. Estas peladoras utilizan desde 90 hasta 125 psig (desde 6 hasta 8,6 bares) de aire comprimido libre de aceite.
Otras aplicaciones de “contacto directo” incluyen panaderías industriales,
que utilizan el aire comprimido libre de aceite para soplar el exceso
de migas de pan. Las fábricas de papas chip utilizan aire comprimido libre de aceite para transporte, clasificación
y envasado de las papas.
El moldeado de plástico por inyección pone en contacto el aire comprimido con los envases de productos para el consumo humano.
Las máquinas modernas de moldeo por estirado-soplado de plástico pueden producir hasta 81.000 botellas por hora.
Las aplicaciones con “Contacto Indirecto y Directo” utilizan aire comprimido libre de aceite para generar nitrógeno utilizado en las máquinas de extrusión de plástico en atmósfera modificada para el envasado de alimentos.
Libro Blanco: El Aire Comprimido Libre de Aceite Asegura Confiabilidad y Productividad
www.hitachi-america.us/ice/atg/mexico 3
Las máquinas procesadoras de alimentos utilizan aire comprimido. Los alimentos después entran en contacto con las máquinas. A esto lo llamamos “contacto indirecto” con el aire comprimido. Las sierras para cortar carne utilizan aire comprimido libre de aceite así como las mezcladoras mecánicas de alimentos accionadas por aire. Las fábricas de enlatados utilizan aire comprimido libre de aceite para limpiar los envases de aluminio antes de ser rellenados con alimentos. Las embotelladoras utilizan aire comprimido libre de aceite para soplar el agua de las botellas después de que han sido lavadas.
El nitrógeno se utiliza en las máquinas que modifican la atmósfera de envasado (MAP). Estas son muy comunes en la industria cárnica. Muchas fábricas utilizan aire comprimido libre de aceite in situ como fuente para los generadores de nitrógeno que suministran niveles de pureza de hasta 99.9999% de nitrógeno. Los generadores de nitrógeno de adsorción por oscilación de presión
(PSA) utilizan adsorbentes que deben ser reemplazados si se contaminan con aceites. Los generadores de nitrógeno de membrana de fibra, quedan literalmente destruidos si se contaminan con aceite y deben ser reemplazados. Ambas situaciones representan caídas en la producción y costos de reemplazo si es que se presenta aceite en el flujo de aire comprimido.
La Industria del Pintado Automotriz Requiere Aire Comprimido Libre de Aceite
El nuevo estándar de la Agencia Norteamericana de Protección Medioambiental “6H Paint Standard”, que entró en vigor el 10 de enero del 2011, hace enfoque en el control de las emisiones de aire procedentes de las operaciones de decapado de
Tabla 1: ISO 8573.1:2001 Clases de Calidad de Aire1
Clase
Partículas Sólidas, Tamaño de Partícula, d (mm)
Humedad y Agua en Estado Líquido Aceite
0.10 < d ≤ 0.5 0.5 < d ≤ 1.0 1.0 < d ≤ 5.0 Presion Punto de Rocío Concentración Total: Aerosol, Líquido y Vapor
Número Máximo de Partículas por m3 °C °F mg/m3 ppm/w/w
0 Según se especifica Según se especifica Según se especifica
1 100 1 0 ≤ -70 -94 ≤ 0.01 ≤ 0.008
2 100,000 1,000 10 ≤ -40 -40 ≤ 0.1 ≤ 0.08
3 — 10,000 500 ≤ -20 -4 ≤ 1 ≤ 0.8
4 — — 1,000 ≤ +3 38 ≤ 5 ≤ 4
5 — — 20,000 ≤ +7 45
6 ≤ +10 50
El Aire comprimido libre de aceite asegura un acabado perfecto de la superficie pintada.
Libro Blanco: El Aire Comprimido Libre de Aceite Asegura Confiabilidad y Productividad
4
pintura y revestimiento de superficies. Este estándar tan importante, reduce significantemente la cantidad de Componentes Orgánicos Volátiles (VOC) emitidos al aire ambiental por la industria automotriz y los talleres de reparación de colisiones. Este “6H Paint Standard” ha forzado la adopción de pinturas al agua lo que ha reemplazado con efectividad a los disolventes. La pintura de base al agua SPIES HECKER Permahyd® por
ejemplo, está hecha de agua (70%), sólidos (20%) y disolvente (10%). Comparemos esto con una pintura de base convencional que contiene (84%) de disolvente y (16%) de componentes sólidos. Obviamente, hay mucha más agua presente y esto está causando mayores tiempos de evaporación afectando al rendimiento del proceso a los talleres de reparación de colisiones y a las líneas de producción de las empresas de automóvil.
El aire comprimido libre de aceite se utiliza para pintar por soplado las superficies de los automóviles y también para agitar el aire ambiental durante el proceso de horneado (secado de la pintura) en la cabina de pintura. La presencia de humedad o aceite en el aire comprimido, creará imperfecciones en la superficie de la pintura y el
resultado serán productos deteriorados que van a implicar repeticiones de trabajo y reducción del rendimiento. La introducción de pinturas al agua ya ha causado la extensión de los ciclos de horneado, aumentando la presión en el rendimiento del taller que tiene tolerancia cero para el retraso de la producción.
Las Aplicaciones de Aire Libre de Aceite para la Industria Farmacéutica y de Semiconductores
El estándar norteamericano CDA “Clean-Dry-Air” (Aire-Limpio-Seco), adoptado de manera uniforme por ambas industrias, de semiconductores y farmacéuticas, siempre han especificado aire comprimido libre de aceite y temperaturas de punto de rocío a presión de -40 ˚F (-40 ˚C) hasta -100 ˚F (-73 ˚C).
Tabla 2: Galones de Aceite Entrando al Sistema de Aire Comprimido*4
Concentración PPMw
Tiempo (Horas)
Galones de Aceite Entrando al Sistema de Aire por Año
25 HP (19kW) 100 scfm
50 HP (37kW) 250 scfm
100 HP (75kW) 500 scfm
200 HP (149kW) 1000 scfm
22000 4000 8000
0.2 0.5 1.0
0.5 1.0 1.9
1.2 2.4 4.8
2.4 4.8 9.6
42000 4000 8000
0.5 1.0 1.9
1.2 2.4 4.8
2.4 4.8 9.6
4.8 9.6
19.2
62000 4000 8000
0.7 1.4 2.9
1.8 3.6 7.2
3.6 7.2
14.4
7.2 14.4 28.8
82000 4000 8000
1.0 1.9 3.8
2.4 4.8 9.6
4.8 9.6
19.2
9.6 19.2 38.4
102000 4000 8000
1.2 2.4 4.8
2.9 5.8
11.6
6.0 12.0 24.0
12.0 24.0 48.0
* Con un compresor de aire a tornillo lubricado bien mantenido.
El envasado de productos farmacéuticos en blísteres requiere aire comprimido libre de aceite.
Libro Blanco: El Aire Comprimido Libre de Aceite Asegura Confiabilidad y Productividad
www.hitachi-america.us/ice/atg/mexico 5
La manufactura de semiconductores es otro de los procesos de alta velocidad y extremadamente automatizado. Los paros en la producción virtualmente no existen debido a que el volumen de producto manufacturado por hora hace que la magnitud de la pérdida de la renta y la pérdida del producto, sean imposibles de sostener. El aire comprimido libre de aceite entra en contacto directo con los microchips en proceso de fabricación del semiconductor. Cualquier humedad o aceite, presente en el aire comprimido, destruiría el producto.
La industria farmacéutica utiliza aire comprimido libre de aceite para el transporte de gráneles y para el proceso de envasado en blíster.
El aire comprimido entra en contacto directo con las medicinas. La contaminación por aceite llevaría a la violación de las normas FDA y a el cierre potencial de la fábrica.
¿Cómo Crear la Especificación para “Aire Comprimido Libre de Aceite”?
¿Qué significa aire comprimido libre de aceite en términos de partes por millón (ppm) de contenido de aceite en un sistema de aire comprimido? ¿Cómo especifica un ingeniero de fábrica el aire comprimido libre de aceite? La Organización Internacional de Estándares ha emitido las Clases para Calidad de Aire ISO 8573.1 que permiten a los ingenieros establecer
una definición clara de la calidad de aire requerida en cada proceso.
Los tipos de calidad de aire están separados en seis clases de los tres tipos de contaminantes: sólidos, humedad y agua líquida y aceite. Las partículas sólidas (como polvo o incrustaciones de las tuberías) se eliminan con filtros. La humedad y el agua se eliminan con los secadores de aire comprimido. El aceite (líquido y vapor) se elimina mediante filtros de aceite coalescentes y filtros de carbón activado para adsorción de vapor de aceite.
La forma en que los ingenieros utilizan esta tabla para comunicar la calidad de aire requerida es la siguiente.
Tornillo DSP Airend Construccion
Engranajes de Distribución y Rodamientos (área lubricada)
Rotores Macho/Hembra – Módulo de Compresión de Aire
(área totalmente exenta de aceite)
Rodamientos (área lubricada)
Libro Blanco: El Aire Comprimido Libre de Aceite Asegura Confiabilidad y Productividad
6
“El sistema de aire comprimido para nuestra planta procesadora de alimentos debe cumplir las Clases 1.2.1 de la norma ISO 8573.1”. El primer número representa partículas sólidas,
el segundo humedad y agua, y el tercero el contenido de aceite. Este ingeniero ha especificado en un lenguaje y una métrica neutral para la especificación del aire comprimido para
1 micra de partículas sólidas mayor de 0,5 y menor de 1,0 micras, a -40 ˚F (-40 ˚C) punto de rocío a presión, y un nivel de pureza de la carga de aceite de ≤ 0,01 mg/m3 (0,008 ppm).
Sistema Patentado para Eliminación del Aceite en Suspensión en el Circuito Cerrado de la Caja de Engranajes.
Existe un proceso patentado para eliminar el riesgo de que el aceite en suspensión, procedente del cárter, sea absorbido de vuelta por el tubo de admisión del compresor. Los compresores de aire a tornillo rotativo de Hitachi no ventilan la vaho de aceite a la atmósfera. Este proceso patentado, crea un sistema de eliminación del vaho de aceite en el circuito cerrado de la caja de
engranajes que recicla el aceite y lo devuelve a la caja de engranajes. Entre 1 y 3 cfm (28 y 85 l/min) de aire comprimido se regula a través de un tubo venturi. El venturi, hace un vacío en la caja de engranajes y retira el vaho de aceite hacia un filtro coalescente. El aceite se retira del fondo de la carcasa gracias a una trampa a flotador y se devuelve a la caja de engranajes.
El Sistema Patentado por Hitachi de Circuito Cerrado de Eliminación del vaho de Aceite, Hitachi - U.S. P 05011388
Libro Blanco: El Aire Comprimido Libre de Aceite Asegura Confiabilidad y Productividad
www.hitachi-america.us/ice/atg/mexico 7
Las aplicaciones libres de aceite siempre requieren Calidad de Clase “1” ó “0” para la concentración total de aceite. Menos de 0,01 mg/m³ (Clase Uno) es la especificación más común. Si una fábrica quiere una especificación a menor concentración de aceite, entonces, la especificación es Clase Cero. Es importante tener en cuenta el líquido y el vapor cuando se diseña el sistema de aire comprimido. No hay que eliminar sólo el aceite líquido sino que hay que tener en cuenta también los vapores de aceite.
¿Cómo se Introduce el Aceite en el Sistema de Aire Comprimido?
¿Quién ha introducido el aceite en el aire comprimido? Hay dos fuentes: los hidrocarburos ambientales y los sistemas de lubricación de los compresores lubricados.
Se considera normal un contenido de hidrocarburos en el aire de hasta 6-10 ppm en un barrio residencial. En una zona muy industrial con mucho tráfico de vehículos, la concentración de hidrocarburos oscila entre 16-24 ppm. En muchos casos, el 20 ó 30 por ciento de estos hidrocarburos pueden ser condensables. Se realizó una auditoría en un sistema de aire comprimido en una planta farmacéutica, con corrientes de aire que creaban vacío para los enfriadores de aire en la sala de compresores mientras que las emisiones del estacionamiento de coches estaban adyacentes a la toma de aire de los compresores, y la auditoría encontró cantidades sustanciales de aceite en el sistema².
Otra fuente de hidrocarburos puede proceder del vapor del aceite del cárter de las máquinas (incluyendo los compresores libres de aceite) localizados
en la fábrica. En una auditoría de una fábrica de semiconductores, donde el cliente instaló recuperadores de calor en los compresores a tornillo enfriados por aire, el filtro de los vapores de aceite del cárter lanzaba las partículas al aire. Los conductos del aire de retorno en el sistema de recuperación de calor, devolvía los vapores de aceite del cárter de vuelta a la toma de aire del compresor³.
Existe un proceso patentado para eliminar el riesgo de que el vaho de partículas de aceite del cárter sea aspirado por la toma de aire del compresor. Este proceso crea un sistema de circuito cerrado en la caja de engranajes para eliminar el vaho de aceite y lo recicla dirigiéndolo de vuelta a la caja de engranajes. Entre uno y tres cfm (28 y 85 l/min) de aire comprimido se regula a través de un tubo venturi. El venturi crea un vacío en la caja de engranajes y aspira el vaho de aceite a un filtro coalescente. El aceite se elimina del fondo de la carcasa con una trampa a flotador y lo devuelve a la caja de cambios.
Los compresores de aire a tornillo o a pistón que están inundados de aceite, son los principales “inyectores” del aceite en el caudal de aire comprimido. El aceite es el lubricante requerido utilizado en esta tecnología para que las máquinas sean durables. Dependiendo de la edad del compresor y del programa de mantenimiento preventivo realizado, un compresor a tornillo lubricado introducirá entre 2 y 10 ppm/w de aceite en el sistema de aire. Un compresor lubricado bien mantenido de 250 scfm (7 m³/min) con un arrastre de 4 ppm (siendo conservadores), añadirá hasta 18,2 litros (4.8 galones) de aceite en el sistema de aire tras 8.000 horas de funcionamiento.
Para las aplicaciones que requieren aire comprimido libre de aceite hay que tener muy en cuenta y poder manejar bien a estos dos “inyectores” potenciales de aceite en el caudal de aire comprimido.
¿Cómo se Elimina el Aceite del Sistema de Aire Comprimido?
El pensamiento más común es “no poner aceite en el sistema en primer lugar”. Es por esto que los compresores libres de aceite son la especificación estándar para las industrias farmacéuticas y de semiconductores. La popularidad de los compresores libres de aceite ha crecido significativamente, durante los últimos diez años, a partir de que otras industrias como las alimentarias, automovilísticas, metalúrgicas y fabricantes de vidrio también han adoptado la tecnología libre de aceite.
Los compresores libres de aceite no dejan que el lubricante entre en contacto con el flujo de aire comprimido. Los
Secador de adsorción de aire comprimido
Libro Blanco: El Aire Comprimido Libre de Aceite Asegura Confiabilidad y ProductividadLibro Blanco: El Aire Comprimido Libre de Aceite Asegura Confiabilidad y Productividad
www.hitachi-america.us/ice/atg/mexico
HITACHI AMERICA, LTD. Air Technology Group
6901 Northpark Blvd, Suite A Charlotte NC 28216 Tel: 704-494-3008 [email protected] www.hitachi-america.us/ice/atg
Endnotes
1. Señor Jay Francis, Artículo “A Discussion on Air Quality Standards ISO 8573.1 and ISO 12500”. Revista Compressed Air Best Practices® Edición de Agosto 2009, Páginas 26-32
2. Señor Scot Foss, Artículo “Air Compressor Inlet Contaminants”, Revista Compressed Air Best Practices®, Edición de Agosto 2007, Página 16.
3. Señor Scot Foss, Artículo “Air Compressor Inlet Contaminants”, Revista Compressed Air Best Practices®, Edición de Agosto 2007, Página 16.
4. Señor Jay Francis, Artículo “A Discussion on Air Quality Standards ISO 8573.1 and ISO 12500”. Revista Compressed Air Best Practices® Edición de Agosto 2009, Páginas 26-32
lubricantes se requieren solamente para los rodamientos y engranajes de distribución que están segregados de la cámara de compresión. Esta tecnología de compresores no presenta ningún riesgo de que los lubricantes lleguen al proceso del aire.
Un mito, en los sistemas de aire comprimido, es que el uso de un compresor libre de aceite libera al sistema de cualquier necesidad de tratamiento del aire comprimido. Este no es el caso. Como hemos mencionado antes, el potencial de contaminación siempre existe debido a que el aire ambiente que aspira el compresor de aire (sean compresores lubricados o
compresores libres de aceite) puede contener hidrocarburos condensables. Estos hidrocarburos suspendidos en el aire, se condensarán en las tuberías de aire comprimido. Consecuentemente, siempre se requieren secadores y filtros de aire comprimido para asegurar aire comprimido libre de aceite.
Debido a que el aire comprimido puede entrar en contacto directo o indirecto con los productos que están siendo fabricados, se requiere un elevado sistema de filtración. Se recomienda un filtro coalescente de alta eficacia para eliminar sólidos y líquidos. Debe tener la capacidad de eliminar sólidos y líquidos aerosoles a partir de 0.01 micras. El remanente de aceite deberá ir por debajo de 0.008 ppm. También es recomendable un filtro de carbón activado, instalado en serie, después del filtro coalescente. El filtro de carbón activado eliminará rastros de olores y vapor de aceite hasta 0.003 ppm. Esta combinación de filtros asegurará los niveles de filtración especificados en la norma ISO 8573.1 Clase 1 para la eliminación de aceite y vapor.
Conclusión
Muchos procesos industriales tienen tolerancia cero para la introducción de aceite en el producto que fabrican. Cualquier contaminación de aceite puede causar paros en la producción, productos deteriorados, y hasta
violaciones de las normas de la Administración FDA que pueden requerir el cierre de la fábrica. Los tipos de industrias que requieren aire comprimido libre de aceite incluyen plásticos, alimentarias, pintura del automóvil, semiconductores y farmacéuticas. La Organización Internacional de Estándares ha emitido las Clases para Calidad de Aire ISO 8573.1 que permiten a los ingenieros establecer una definición clara de la calidad de aire requerida en cada proceso. El aceite se introduce en el aire comprimido desde dos posibles fuentes. Los hidrocarburos suspendidos en el aire y los lubricantes de los compresores lubricados por aceite. La tendencia que prevalece hoy en día es, en primer lugar, la de no introducir aceite en el sistema de aire comprimido. Los compresores libres de aceite, con los secadores de aire apropiados, filtros coalescentes y filtros para vapor y aceite, se han convertido en la solución principal para el sistema para asegurar la norma ISO 8573.1 Calidad de Clase Cero o Uno (concentración de aceite) para un aire comprimido fidedigno.
Para más información, por favor contacte al Señor Nitin G. Shanbhag, Gerente Senior de Air Technology Group, Hitachi América, Tel 1-704-972-9871, Correo Electrónico: [email protected], www.hitachi-america.us/ice/atg/mexico
Filtro de aceite
Hitachi Industrial Equipment Systems, Co., Ltd.
