Secador de aire comprimido: frigorífico, adsorción y punto de rocío

Todo compresor aspira aire húmedo, y al comprimirlo concentra esa humedad. Atlas Copco lo ilustra con un ejemplo: un compresor de 7 bar que trabaja a 20 °C, con un 80 % de humedad relativa y un caudal de 200 l/s, libera 10 litros de agua por hora. Esa agua, si no se quita, produce corrosión en las tuberías, averías en los equipos neumáticos y defectos en el producto final. Para eso están los secadores de aire comprimido.

Por qué el aire comprimido lleva agua

Cuanto más caliente está el aire, más vapor de agua puede llevar. Al salir del compresor, el aire está caliente y cargado de humedad; al enfriarse en el depósito y en la red, ese vapor se condensa en agua líquida. Atlas Copco da una regla útil: bajar 10 °C la temperatura del aire comprimido saturado reduce su contenido de humedad aproximadamente a la mitad. Eso es justo lo que aprovecha el secador frigorífico.

Qué es el punto de rocío a presión

El punto de rocío es la temperatura a la que el agua del aire se satura y empieza a condensarse. Cuando se mide sobre el aire ya comprimido se habla de punto de rocío a presión (PRP, o PDP en inglés), y es el dato que da la ficha de cualquier secador. Atlas Copco lo distingue del punto de rocío atmosférico, que se mide a la presión del ambiente, y recuerda que al subir la presión sube también el punto de rocío: el agua se condensa a una temperatura más alta.

La regla práctica es sencilla: cuanto más bajo es el punto de rocío a presión, más seco está el aire. Y la condición para que no aparezca agua en la red es que el aire nunca se enfríe por debajo de ese punto de rocío. Si el secador da 3 °C y una tubería pasa por un sitio a 0 °C, Atlas Copco advierte de que el agua seguirá condensándose.

Secador frigorífico

Es el más extendido en la industria. Atlas Copco lo atribuye a su coste de compra y de funcionamiento relativamente bajo, menor que el de los de adsorción, y explica su circuito de aire en tres pasos:

• Intercambiador aire-aire: el aire caliente que entra se enfría con el aire seco y frío que sale, que a su vez se recalienta. Así se evita que las tuberías «suden» por fuera en ambientes cálidos y húmedos.
• Intercambiador aire-refrigerante: un circuito frigorífico enfría el aire hasta el punto de rocío deseado y el vapor se condensa en gotas.
• Separador de agua: recoge el agua, que sale por un purgador electrónico.

Según Atlas Copco, un secador frigorífico suele alcanzar un punto de rocío de unos 3 °C. Los fabricantes los diseñan para las clases 4 (hasta 3 °C), 5 (hasta 7 °C) y 6 (hasta 10 °C) de agua de la ISO 8573-1, y la clase 4 es la más común. Kaeser, por ejemplo, da para sus SECOTEC de las series TA a TC, de hasta 3,9 m³/min, un punto de rocío de 3 °C y una versión refrigerada por aire para ambientes de hasta 43 °C; en su gama de bajo consumo llega a 90 m³/min, y a 175 m³/min por encargo.

Su límite es el frío: Atlas Copco no los recomienda con temperaturas ambiente bajo cero, porque la humedad puede congelarse dentro y dañar el secador.

Secador de adsorción

Cuando hace falta aire más seco, el agua se retiene en un material desecante. El aire húmedo atraviesa una torre llena de desecante y sale seco mientras la otra torre se regenera, porque el desecante saturado tiene que soltar el agua para volver a secar. Atlas Copco sitúa estos secadores en torno a −40 °C de punto de rocío; Kaeser, que usa alúmina como desecante, llega hasta −70 °C.

La diferencia entre unos y otros está en cómo regeneran el desecante, y eso decide lo que gastan. Atlas Copco distingue cuatro tipos:

• Sin regeneración térmica («sin calor»): regeneran con aire comprimido seco que se expande. Son para caudales pequeños y, a 7 bar(e), gastan en la purga alrededor del 15 al 20 % de la capacidad nominal del secador.
• Con purga caliente: calientan ese aire de purga y, según Atlas Copco, gastan un 25 % menos de energía que los sin calor.
• Con soplante: soplan aire ambiente calentado, sin usar aire comprimido, con un 40 % menos de energía que los sin calor.
• Por calor de compresión: aprovechan el calor que ya produce el compresor y no necesitan energía adicional.

Kaeser sigue la misma lógica: recomienda los regenerados en frío para volúmenes pequeños y los regenerados en caliente a partir de 17,6 m³/min.

Secadores combinados

Hay una vía intermedia. Los HYBRITEC de Kaeser, de 12 a 150 m³/min, unen un secador frigorífico y uno de adsorción. Kaeser dice que consumen aproximadamente un 50 % de la energía de un secador de adsorción regenerado en caliente y un 20 % de la de uno regenerado en frío, que en verano se puede desconectar la parte de adsorción si basta un punto de rocío moderado, y que el desecante dura hasta 10 años.

Secador de membrana

Es el tercer tipo que presentan los fabricantes. Por dentro tiene miles de fibras huecas de polímero que dejan pasar el vapor de agua y no el aire. Una pequeña parte del aire ya seco, el aire de barrido, se expande a presión atmosférica, recorre las fibras y se lleva la humedad. Atlas Copco los describe como sencillos, silenciosos y sin piezas móviles, y los propone cuando el espacio es limitado o las temperaturas son muy extremas.

Kaeser fabrica los KMM, de 0,04 a 3,97 m³/min, con puntos de rocío a presión de +10 °C a −40 °C. Destaca que pueden funcionar sin fuente de energía y como secador final en zonas con riesgo de helada, y los protege con microfiltros, porque la suciedad, los aerosoles y el aceite dañarían las membranas.

Fuente de la tabla: Atlas Copco (secado del aire comprimido, secadores frigoríficos, de adsorción y de membrana) y Kaeser (secadores de adsorción y de membranas KMM).

Las clases de calidad del aire de la ISO 8573-1

La calidad del aire comprimido se pide según la norma ISO 8573-1, que la clasifica en tres grupos de contaminantes: partículas, agua y aceite. Cuanto más bajo es el número de la clase, más limpio es el aire. Atlas Copco explica que se escribe con tres cifras en ese orden: 2.4.1, por ejemplo, significa clase 2 de partículas, clase 4 de agua y clase 1 de aceite. Así lo citan los fabricantes en la edición de 2010 de la norma:

• Agua, por punto de rocío a presión: clase 1, hasta −70 °C; clase 2, −40 °C; clase 3, −20 °C; clase 4, +3 °C; clase 5, +7 °C, y clase 6, +10 °C. Las clases 4 a 6 son las de los secadores frigoríficos; las más secas, las de adsorción.
• Aceite: desde 0,01 mg/m³ en la clase 1 hasta 5 mg/m³ en la clase 4.
• Clase 0: según Atlas Copco, es más estricta que la clase 1 y la define el usuario o el fabricante; en su caso, se refiere siempre al aire de un compresor exento de aceite, como los tornillos libres de aceite, y no al que se consigue filtrando más.

Filtros, purgadores y tratamiento de condensados

El secador solo quita el vapor de agua. Las partículas y el aceite se quitan con filtros, y el agua líquida que se separa por el camino hay que sacarla de la red. Un tratamiento completo, como el que proponen los fabricantes, tiene varias piezas:

• Separador ciclónico: elimina el condensado a la salida del compresor. Kaeser da para sus KC un grado de separación de hasta el 99 % con pérdidas de presión de menos de 0,1 bar, y los considera imprescindibles para que los secadores y filtros de detrás funcionen bien.
• Filtros: los de coalescencia retienen partículas y aerosoles de aceite y agua; los de carbón activo, los vapores de aceite. Kaeser mide sus filtros según la ISO 12500, con un contenido residual de aerosol de menos de 0,01 mg/m³ a la salida con 10 mg/m³ a la entrada. Atlas Copco da como ejemplo su filtro de coalescencia UD+, de clase [1:-:2]: clase 1 de partículas y clase 2 de aceite; el guion significa que no trata el agua y que hace falta un secador.
• Purgadores de condensado: sacan el agua de los separadores, los secadores y los filtros. Los ECO-DRAIN de Kaeser abren la válvula cuando un sensor detecta el nivel máximo y la cierran enseguida, de modo que solo sale condensado y no aire comprimido, que cuesta energía.
• Separador de agua y aceite: el condensado de un compresor lubricado lleva aceite. Los AQUAMAT de Kaeser lo retienen en cartuchos y dejan un agua que puede evacuarse por la red general; Kaeser dice que ahorran un 90 % de los costes de eliminación del condensado.

Cómo se dimensiona un secador

Un secador no se elige solo por el caudal del compresor. Atlas Copco enumera seis factores: el caudal de aire máximo, el punto de rocío a presión deseado, la presión del aire de entrada, la temperatura del aire de entrada, la temperatura ambiente y el sitio donde se va a instalar.

El caudal nominal de la ficha vale para unas condiciones de referencia, y para otras se corrige con unos factores. Chicago Pneumatic, por ejemplo, da el caudal de sus secadores frigoríficos COOL para 7 bar, 35 °C de aire de entrada, 25 °C de ambiente y un punto de rocío a presión de 7 °C, y lo corrige con un factor K = A × B × C:

Fuente de la tabla: folleto de los secadores frigoríficos COOL de Chicago Pneumatic. Con un ambiente de 30 °C, aire de entrada a 40 °C y 7 bar, K = 0,92 × 0,82 × 1,00 ≈ 0,75: el caudal nominal corregido con ese factor se queda en unas tres cuartas partes. El calor y la presión baja juegan en contra; más presión, a favor. Las tablas cambian de un fabricante a otro, así que hay que usar la del modelo concreto. Chicago Pneumatic fija además unos límites para esa gama: 50 °C de aire de entrada y un ambiente de +5 °C a +40 °C.

Cuándo hace falta un secador y cuál

Atlas Copco resume la elección en tres factores: la aplicación, los requisitos de calidad y el coste del ciclo de vida. Las preguntas prácticas son qué punto de rocío necesitas, si la instalación sufre mucho frío en invierno o mucho calor en verano, si alguna tubería pasa por el exterior y cuánto espacio hay.

• Taller e industria general, red interior: un secador frigorífico, con su punto de rocío de unos 3 °C, es la solución más habitual y la más barata de mantener.
• Tuberías en el exterior o en naves sin calefacción: hace falta un punto de rocío por debajo de 0 °C, y Atlas Copco recomienda un secador de adsorción.
• Procesos delicados, como alimentación, farmacia o electrónica: adsorción para el agua, filtros para el aceite y, si el aceite es un riesgo, un compresor exento de aceite.
• Caudales pequeños, poco espacio o equipos móviles: un secador de membrana.

El secador frigorífico, recuerda Atlas Copco, puede ir como equipo independiente o integrado dentro del compresor, algo habitual en los compresores de tornillo con secador incorporado. En las gamas de Kaeser o de otras marcas de nuestra lista de fabricantes, la ficha del compresor indica si lo lleva y qué punto de rocío da.