El Aire Comprimido Libre de Aceite Asegura Confiabilidad y ...

Libro Blanco: El Aire Comprimido Libre de Aceite Asegura Confiabilidad y Productividad
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.
Esta aplicación de “Contacto-Directo“ del aire libre de aceite, se utiliza para el soplado de migas de pan
en una panadería industrial.
El Aire Comprimido Libre de
Aceite Asegura Confiabilidad
y Productividad
Autor: Nitin G. Shanbhag, Gerente Senior de Air Technology Group, Hitachi América
¿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
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
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virtualmente libre de aceite de menos
de 0.01 ppm de contenido de aceite.
El moldeado de plástico por inyección pone en
contacto el aire comprimido con los envases de
productos para el consumo humano.
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
Las máquinas modernas de moldeo por estiradosoplado
de plástico pueden producir hasta 81.000
botellas por hora.
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
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.
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.
2

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
El Aire comprimido libre de aceite asegura un acabado perfecto de la superficie pintada.
(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 Aire 1
Clase
Partículas Sólidas,
Tamaño de Partícula, d (mm)
Humedad y Agua
en Estado Líquido
0.10 < d ≤ 0.5 0.5 < d ≤ 1.0 1.0 < d ≤ 5.0 Presion Punto de Rocío
Aceite
Concentración Total:
Aerosol, Líquido y Vapor
Número Máximo de Partículas por m 3 °C °F mg/m 3 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
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El envasado de productos farmacéuticos en
blísteres requiere aire comprimido libre de aceite.
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
Galones de Aceite Entrando al Sistema de Aire por Año
Concentración
PPMw
Tiempo
(Horas)
25 HP (19kW)
100 scfm
50 HP (37kW)
250 scfm
100 HP (75kW)
500 scfm
200 HP (149kW)
1000 scfm
2
2000
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
4
2000
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
6
2000
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
8
2000
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
10
2000
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.
4

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.
Engranajes de Distribución y
Rodamientos (área lubricada)
Rodamientos
(área lubricada)
Rotores Macho/
Hembra – Módulo de
Compresión de Aire
(área totalmente exenta
de aceite)
Tornillo DSP Airend Construccion
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Libro Blanco: El Aire Comprimido Libre de Aceite Asegura Confiabilidad y Productividad
“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/m 3 (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
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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
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Libro Blanco: El Aire Comprimido Libre de Aceite Asegura Confiabilidad y Productividad
Filtro de aceite
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: nitin.shanbhag@hal.hitachi.
com, www.hitachi-america.us/ice/atg/
mexico
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
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www.hitachi-america.us/ice/atg
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