Normas de calidad del aire comprimido: introducción a la pureza y al tratamiento

El aire contaminado acelera la corrosión en tuberías, válvulas y accesorios, y causa un desgaste prematuro en herramientas neumáticas y actuadores. Es una de las principales causas de paradas no planificados en operaciones que dependen del aire comprimido, con consecuencias directas en los costes de mantenimiento y producción.

En industrias en las que el aire comprimido entra en contacto directo o indirecto con los productos (alimentación y bebidas, farmacéutica y fabricación de componentes electrónicos), los contaminantes pueden provocar el deterioro de los productos, el fracaso de las auditorías de calidad o el incumplimiento de las normativas. El aire de instrumentación utilizado en los sistemas de control e instrumentación neumática es igualmente sensible: la presencia de la humedad o las partículas en las líneas de aire para instrumentos pueden causar errores de medición y fallos en las válvulas. En aplicaciones médicas, donde el aire comprimido se suministra directamente a los pacientes, la pureza debe garantizarse sin excepción.

Un aire tratado de forma deficiente obliga a los equipos de tratamiento a trabajar con mayor esfuerzo, aumentando el riesgo de averías en los compresores y elevando el consumo de energía y los costes operativos con el tiempo. Dado que las consecuencias de una mala calidad del aire varían según la aplicación, existen normas internacionales que definen con precisión qué se entiende por una “buena” calidad del aire para cada caso de uso.

El polvo, el óxido, la cal de las tuberías y las partículas presentes en la atmósfera entran en el sistema a través de la admisión del compresor o se generan internamente debido a la corrosión de las tuberías y el desgaste de los componentes. Estos contaminantes provocandaños por abrasión en los componentes neumáticos y pueden contaminar los productos finales sensibles. Los tamaños de las partículas se miden en micrómetros (μm) y las concentraciones en mg/m³.

El aire atmosférico siempre contiene vapor de agua, cuya concentración aumenta durante la compresión y puede condensarse en forma de agua líquida. La humedad provoca corrosión en todo el sistema, favorece el crecimiento microbiano y crea problemas en los procesos e instrumentos sensibles a la humedad. El principal parámetro para medir la humedad es el punto de rocío a presión (PDP), expresado en °C. El PDP determina si la humedad permanece en forma de vapor o se condensa dentro del sistema. Consulte a continuación la explicación sobre el punto de rocío a presión.

Los compresores lubricados con aceite introducen aerosoles y vapores de aceite en la corriente de aire comprimido. Incluso en concentraciones muy bajas (por debajo de 0,01 mg/m³), la contaminación por aceite es inaceptable en la fabricación farmacéutica, alimentaria y electrónica.

Para un análisis detallado de los tipos de contaminantes, las fuentes y sus efectos en los sistemas de aire comprimido, consulte nuestro artículo específico sobre los contaminantes en el aire comprimido.

La Organización Internacional de Normalización ha desarrollado la ISO 8573-1, la norma internacional para la calidad del aire comprimido. Esta norma evalúa tres tipos de contaminantes (partículas sólidas, agua y aceite) y asigna una clase de pureza en función de la concentración de cada uno de ellos presente en la corriente de aire.

Las clases de pureza se expresan como una notación de tres números, con un número por categoría de contaminante. Por ejemplo, una clasificación de Clase 1 para aceite significa que el contenido total máximo de aceite permitido es de 0,01 mg/m³. Cuanto menor sea el número de clase, más estricto será el límite, por lo que un sistema especificado como Clase 1.2.1 debe cumplir los límites de Clase 1 para partículas, Clase 2 para humedad y Clase 1 para aceite.

La Clase 0 representa el nivel de pureza más alto, con límites más estrictos que la Clase 1 definida por el fabricante del equipo o el usuario final. Suele ser necesario en aplicaciones críticas como la fabricación de aire medicinal y semiconductores. La norma ISO 8573-1 no cubre microorganismos ni gases. 

Cada especificación de pureza es un conjunto de tres números y el orden es siempre el mismo: el primero es para partículas, el segundo para agua y el tercero para aceite. Por lo tanto, una línea de fabricación general que utiliza herramientas neumáticas suele especificarse como ISO 8573-1 Clase 1.4.1, clase de partículas 1, clase de agua 4, clase de aceite 1.
 

• 1 (partículas): no más de 20.000 partículas por m³ de tamaño 0,1-0,5 µm, 400 de tamaño 0,5-1,0 µm y 10 de tamaño 1,0-5,0 µm. Suministradas por un filtro coalescente seguido de un filtro de partículas.
• 4 (agua): un punto de rocío a presión de +3 °C o inferior, el rango para el que está diseñado un secador frigorífico.
• 1 (aceite): contenido total de aceite, incluido el vapor, a 0,01 mg/m³ o menos. Requiere un compresor exento de aceite o una etapa de carbón activado después de la filtración coalescente.

Solo el dígito central separa esa especificación de [1:2:1], la clase requerida para aire destinado a las industrias alimentaria, de bebidas y farmacéutica. La Clase 2 corresponde a un punto de rocío a presión de −40 °C, un valor que un secador frigorífico no puede alcanzar. Para ello, la línea de tratamiento debe incorporar un secador de adsorción. El mismo cambio es necesario en cualquier línea de fabricación general que opere en exteriores o atraviese una zona sin calefacción, independientemente del sector industrial.

La filtración y el secado son los dos métodos principales de tratamiento del aire comprimido. Cada uno está diseñado para eliminar distintos tipos de contaminantes y, por lo general, ambos se utilizan de forma conjunta y secuencial dentro de un sistema de tratamiento de aire comprimido.

Los filtros de aire comprimido eliminan las partículas sólidas, los aerosoles de aceite y los aerosoles de agua de la corriente de aire. El aceite y el agua en forma de aerosol se eliminan mediante filtros coalescentes, donde las gotas líquidas se fusionan, se vuelven más pesadas y se depositan en la parte inferior de la carcasa del filtro. Los filtros de partículas capturan partículas sólidas, como el polvo y la cal de las tuberías. Para el aceite en forma de vapor, se requiere un filtro de carbón activado, ya que los filtros coalescentes estándar no pueden eliminar la contaminación en fase de vapor. Todo sistema de filtración genera una caída de presión, por lo que los filtros deben dimensionarse correctamente según el caudal de la instalación y sustituirse de acuerdo con los intervalos de mantenimiento recomendados para garantizar un funcionamiento eficiente.

Los secadores de aire comprimido eliminan la humedad reduciendo el punto de rocío a presión de la corriente de aire. Los secadores frigoríficos se utilizan cuando un punto de rocío a presión de alrededor de +3 °C es suficiente, lo que cubre la mayoría de las aplicaciones industriales generales. Cuando se requieren niveles de humedad más bajos, los secadores de adsorción alcanzan puntos de rocío a presión de hasta -40 °C o -70 °C, cumpliendo las clases de humedad más estrictas definidas por la norma ISO 8573-1.

El PDP es la temperatura a la que el vapor de agua contenido en el aire comprimido comienza a condensarse a la presión de trabajo del sistema. No debe confundirse con el punto de rocío atmosférico. Durante la compresión, la concentración de vapor de agua en el aire aumenta significativamente, por lo que el punto de rocío a 7 bar(g) es considerablemente más alto que el del mismo aire en condiciones atmosféricas. Por este motivo, cualquier especificación de un secador, clasificación de humedad según la norma ISO 8573-1 o comparación entre sistemas debe indicar el PDP a la presión real de la línea. De lo contrario, los valores obtenidos no son directamente comparables y pueden dar lugar a interpretaciones erróneas.

La condensación se produce cuando cualquier superficie del sistema cae por debajo del punto de rocío a presión del aire que circula a través de ella. El aire en sí no necesita enfriarse. Basta con que exista una zona fría en la instalación, como un tramo de tubería, un área de almacén sin calefacción, una conducción en el exterior o el cuerpo de una válvula ubicada en un entorno refrigerado. las consecuencias son corrosión en la red de distribución, daños en las herramientas e instrumentos, contaminación del producto y, cuando la temperatura desciende por debajo de 0 °C, formación de hielo que bloquea las válvulas y las líneas de control.

Ajuste el punto de rocío a presión al menos 10 °C por debajo de la temperatura más baja que experimentará cualquier parte del sistema, incluidos los mínimos estacionales y las secciones sin calentar. No es la temperatura ambiente media de la sala de compresores. Esta cifra, comparada con las clases de agua de la norma ISO 8573-1, determina el tipo de secador.
 

El PDP debe supervisarse, no asumirse. Un sensor de punto de rocío en la salida del secador es el primer indicador de que un lecho desecante se está saturando o de que un secador frigorífico está perdiendo capacidad, normalmente mucho antes de que la humedad sea visible aguas abajo.

La instalación del equipo de tratamiento adecuado es el primer paso. Sin embargo, verificar que su sistema está proporcionando realmente la calidad del aire requerida en el punto de uso es igual de importante. Los equipos de tratamiento pueden degradarse con el tiempoy los contaminantes pueden introducirse aguas abajo a través del envejecimiento de las tuberías, la acumulación de condensado o la rotura del filtro.

Las pruebas de aire comprimido miden tres parámetros clave: concentración de partículas (mg/m³ o recuento de partículas por m³), punto de rocío a presión (°C) y contenido total de aceite (mg/m³). El muestreo se realiza en el punto de uso en lugar de en la salida del compresor, para obtener una medición real de la calidad del aire que llega al proceso o producto.

La frecuencia de las pruebas depende de la criticidad de la aplicación. Las industrias reguladas, como la farmacéutica y la alimentaria, suelen requerir ensayos periódicos como parte de programas formales de cumplimiento normativo, mientras que los usuarios industriales generales pueden realizar pruebas tras modificaciones del sistema o trabajos de mantenimiento.

Nuestros especialistas pueden ayudarle a identificar la clase ISO 8573-1 adecuada para su aplicación y recomendar una combinación apropiada de equipos de tratamiento para su sistema.