Los compresores de aire pueden producir mucha agua en los sistemas de aire comprimido , la humedad en el aire ambiente, una vez comprimida hace que gran parte de esta agua se convierta en lo que conocemos como condensado, en un día de verano cálido y húmedo con una temperatura del aire de entrada de 26 ˚C, un compresor de aire de 75 caballos de fuerza (HP) funcionando a plena carga puede producir más de 25 galones (94 litros) de condensado en solo un turno de ocho horas, además hay que añadir otros cinco galones (19 litros) que serán colectados una vez que el aire comprimido pase a través de un secador de aire tipo refrigerativo. El proceso de compresión permite que el aire, el vapor de agua y los fluidos lubricantes se mezclen. Una vez que el condensado se expulsa del sistema, trazas de lubricante viajan con él, este condensado debe procesarse a través de un separador de aceite y agua antes de descargarlo en plantas de tratamiento de aguas subterráneas o de aguas residuales.
Una amplia variedad de lubricantes que incluyen hidrocarburos sintéticos, polialfaolefinas (PAO’S), polio esteres (POE’S), diésteres, poliglicoles (PAG’S) y siliconas combinados con diferentes estilos de separadores de aceite / agua conducen a un aspecto que a menudo se pasa por alto en la eficacia que tendrá el sistema de separación. Al eliminar el lubricante del agua condensada, un solo tipo de separador no necesariamente sirve para todos, esto es lo que debe saber sobre los lubricantes y los separadores de aceite / agua para mantener su sistema de aire comprimido en funcionamiento y operando de manera eficiente.
Fases del agua en un sistema de aire comprimido con aceite
El agua se puede mostrar en diferentes fases dentro circuito de lubricación del compresor, cuando el agua se encuentra con un lubricante, la química del lubricante dicta la cantidad de agua que naturalmente se puede disolver, conocida como punto de saturación. Más allá de este punto de saturación, el agua formará una emulsión con el lubricante; esta es una condición en la cual el agua y el lubricante permanecen mezclados, esto es especialmente frecuente mientras el sistema está funcionando y los fluidos están circulando, finalmente, después de que no se pueda mantener más agua dentro del estado emulsionado, se forma agua libre de lubricante. Existe una fuerte dependencia de la temperatura para determinar el grado de solubilidad entre un lubricante y el agua, el lubricante a temperatura de funcionamiento puede contener más agua que el lubricante cuando está a temperatura ambiente o cuando un compresor está apagado o en espera de operar. Con la humedad del aire que se ingiere en el compresor de aire, cuanto más se calienta el lubricante, mayor es la cantidad de agua que puede retener.
El contenido de agua mantenido en suspensión por el lubricante se mide comúnmente en la mayoría de los informes de análisis de aceite del compresor de aire. El método de prueba de valoración llamado de Karl Fisher puede determinar la cantidad de agua en el lubricante, y el contenido de agua se informa en partes por millón(ppm), el valor resultante en el informe de análisis de aceite muestra el contenido total de agua en la muestra, no específicamente si el agua está disuelta en el lubricante (emulsión) o es agua libre.
Polaridad de las moléculas del agua y del lubricante
Todas las moléculas de agua (H2O) son polares, lo que significa que los extremos del hidrógeno de su estructura molecular tienen una carga positiva, mientras que el extremo de oxígeno tiene una carga negativa. Las cargas positivas de los átomos de hidrógeno están unidos a los átomos de oxígeno de moléculas adyacentes, lo que permite que las moléculas de agua se atraigan entre sí. Esta atracción hace que el agua se coaleszca y salga de los lubricantes como agua libre. Sin embargo, muchos lubricantes son “no polares “y ambos extremos de su estructura molecular no exhiben ninguna carga eléctrica. Cuando se combinan aceite y agua, se forma una mezcla de emulsión durante un corto período de tiempo, poco después de la sedimentación, las moléculas de agua se atraen con más fuerza unas a otras que al lubricante no polar, que es una fuerza adicional para provocar la separación.
Algunos lubricantes sintéticos, incluidos los poliglicoles y diésteres, también son moderadamente polares y, cuando se mezclan con agua, crean una emulsión estable que no se separa fácilmente. Los lubricantes comunes para compresores de aire, como los Poliglicoles (PAG’S) pueden contener hasta 7,000 partes por millón (ppm) de agua, mientras que los aceites de hidrocarburos sintéticos estándar (PAO’S) pueden contener no más de unos pocos cientos de ppm. Para evitar la acumulación de agua en un compresor de aire, el sistema debe estar lo suficientemente caliente para permitir que se evapore el exceso de agua que se ha emulsionado con el lubricante. El agua libre, también conocida como condensado, se envía a través de un dren de condensado hacia un separador de aceite / agua.
Determinar si los fluidos se separarán
Se pueden usar dos estándares de prueba de la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM) para determinar si el lubricante de un compresor de aire se separará fácilmente del agua, ambos se encuentran comúnmente en las hojas de datos técnicos de lubricantes.
ASTM D4052 es el método de prueba estándar para la densidad de un lubricante. Con una densidad del agua de 1.00 g / cm3, la densidad declarada de un lubricante para compresores de aire se puede comparar con el agua para determinar su afinidad entre sí. Como referencia, la densidad de un Poliglicol (PAG) es comúnmente en aproximadamente 0.99 g / cm3 y tiene una fuerte tendencia a mantener la emulsión con agua, mientras que una densidad de un hidrocarburo sintetizado (PAO) de aproximadamente 0.84 g / cm3 fácilmente se separa del agua en minutos.
ASTM D1401 es el método de prueba estándar para la separabilidad en agua de lubricantes de hidrocarburos y fluidos sintéticos. Esta prueba incluye 40 mililitros (ml) de agua y 40 ml de un lubricante determinado, esta mezcla se agita y se deja reposar durante hasta treinta minutos para su separación, Transcurrido el tiempo, se toma una medida para determinar los mililitros de agua, lubricante y mezcla emulsionada resultantes (presentados como ml. de agua / ml. de lubricante / ml de mezcla). Esta especificación proporciona información sobre si se puede esperar el lubricante separarse fácilmente del agua o no.
La presión por una mejor separación del agua – aceite
La secretaria de medio ambiente establece que los municipios locales y sus legislaturas desarrollan iniciativas para la eliminación adecuada de las aguas residuales generadas por las instalaciones fabriles, inmediatamente a partir de 2020, ahora se acepta generalmente que el condensado del aire comprimido sea tratado para eliminar trazas de lubricante antes de que el agua condensada se envíe a un sistema de agua subterránea o a una planta de tratamiento de aguas residuales municipal.
Las regulaciones para el agua condensada que va a una planta de tratamiento de aguas residuales municipal varían un poco según el país y el estado, los niveles de concentración permitidos por los municipios pueden variar desde 10 ppm a 100 ppm de aceite residual en el agua descargada. Un error común es que este límite de aceite residual no se mida en cada sistema de una instalación de forma independiente (es decir, el condensado que sale del compresor de aire). Más bien, la regulación es normalmente para todo el flujo de residuos de la planta, dado que el compresor de aire contribuye normalmente una cantidad pequeña de condensado de todo el flujo de aguas residuales, el nivel del compresor de aire podría ser sustancialmente más alto que el límite local, sin causar que el contenido total de aguas residuales antes de que el condensado de la planta se acerque al límite local. Otro parámetro a considerar es que el nivel de lubricante en el condensado variará de un día a otro, por ejemplo, en un día caluroso y húmedo, las condiciones resultarán en un mayor volumen de condensado debido a la mayor cantidad de humedad que ingresa al compresor de aire, suponiendo que la demanda de aire siga siendo la misma, habrá la misma cantidad de lubricante en una cantidad mucho mayor de agua. Si bien las regulaciones locales y estatales con respecto a los límites de concentración de contaminantes pueden variar ampliamente, el personal de la planta debe determinar requisitos para su sitio.
Una mirada de cerca a los separadores de agua / aceite comunes
Dado que el condensado que sale del compresor de aire contiene más del 99% de agua y menos del 1% de lubricante, los separadores de aceite / agua se utilizan a menudo para ayudar en la reducción del lubricante a niveles aceptables. Los dos tipos de separadores de aceite / agua más común que se utilizan en la industria de los compresores de aire son separación por gravedad y absorción química, los separadores evaporativos también están disponibles, pero solo constituyen un porcentaje muy pequeño de las instalaciones.
Los sistemas de separación por gravedad funcionan permitiendo que el condensado fluya hacia un asentamiento en el tanque para que el agua y el lubricante se puedan separar naturalmente, con menor densidad, el lubricante flota hacia la parte superior y luego se desnata en un recipiente separado para su eliminación, varios tipos de medios porosos, como polipropileno o carbón activado, se utilizan para aumentar la superficie con la que el condensado está en contacto, esto ayuda a eliminar el aceite restante en el condensado y sirve como filtro final, a continuación el condensado ya tratado se descarga del separador al sistema de aguas residuales, estos separadores de aceite / agua de estilo por gravedad funcionan bien con lubricantes que tienen puntos de saturación bajos y no forman una emulsión con agua, los lubricantes de baja densidad y el agua se separan naturalmente cuando se depositan en este tipo de separador. Los lubricantes de alta densidad, como los PAG’S, forman emulsiones y es posible que no se separen eficazmente a través de este método gravitacional, como resultado de esto, los fabricantes de separadores de aceite / agua pueden recomendar medios alternativos o sobredimensionamiento del sistema para permitir más tiempo de permanencia y también para permitir un área de superficie mayor en el medio para superar esta emulsificación.
Los sistemas de separación por adsorción química permiten al condensado fluir a un tanque lleno con una media filtrante (filtros) con alta polaridad, Los filtros adsorben el lubricante mientras repelen el agua, el tiempo de permanencia es importante en este método, permitiendo que el condensado interactúe con el filtro el tiempo suficiente para que el lubricante se adhiera al filtro. El concepto aquí es que la polaridad de los filtros es más probable que atraiga el lubricante dentro del condensado, forzando una separación del agua. El carbón activado se incluye comúnmente como parte de la media filtrante para ayudar en la eliminación de lubricantes no emulsionados. Después de fluir a través del separador, el agua condensada es descargada al sistema municipal de aguas residuales. Estos separadores de aceite / agua de estilo de adsorción química tienen una alta capacidad de retención del lubricante, el medio poroso polar atrae fácilmente el lubricante emulsionado del agua a medida que fluye a través del filtro, los lubricantes no emulsionados también se separarán en este proceso, quedando gran parte del lubricante hacia la parte superior de la media filtrante. Con el tiempo, el contenido de aceite dentro del separador comienza a acumularse, lo que potencialmente puede conducir a una disminución de la eficiencia, por esta razón, las partes por millón de lubricante en el agua de descarga de los separadores de aceite / agua deben monitorearse regularmente. Con un monitoreo adecuado, un usuario deberá calcular “el tiempo promedio de recambio” para su sistema y cambiar el elemento del sistema o la bolsa de filtros en el intervalo apropiado. Ambos tipos de sistemas pueden experimentar pérdidas de eficiencia en su capacidad para separar el condensado de aceite / agua y su capacidad de retención cuando se mezclan lubricantes de diferentes tipos en el separador de agua aceite, como resultado muchos fabricantes recomiendan que, si varios compresores de aire tienen su descarga de condensado conectada al mismo separador, el lubricante deberá ser de una química común a utilizarse en todos los compresores de aire que estén operando en este sistema.
Finalmente, los sistemas de evaporación utilizan elementos calefactores eléctricos para elevar la temperatura del fluido esto permite que el agua condensada se separe a través de la evaporación del agua, dejando el lubricante residual para un drenaje y eliminación periódica, los sistemas evaporativos suelen ser más costosos de comprar y operar en comparación con los de gravedad y sistemas de separación por adsorción química. Además, algunos lubricantes, cuando se calientan en estos sistemas, pueden emitir gases nocivos que no deben inhalarse.
En resumen, adicionar un separador de agua-aceite para el tratamiento del condensado en nuestro sistema de aire comprimido nos permitirá contribuir de manera sostenible a la ecología de nuestra comunidad.