¿Qué es el punto de rocío a presión en el aire comprimido?
El agua aparece en los sistemas de aire comprimido donde nunca fue bienvenida. Las pistolas pulverizadoras escupen. Los arcos de plasma se desvían. Los cilindros se atascan en la primera mañana fría del año. La cifra que figura en todas las fichas técnicas de los secadores para evitar todo esto es el punto de rocío a presión. Muchas de las personas que incluyen esa cifra en los presupuestos no sabrían explicar qué hace la palabra «presión» en ese nombre.
Empecemos por el punto de rocío simple. El aire contiene vapor de agua, y cada volumen de aire tiene una temperatura a la que el vapor que transporta ya no puede permanecer en fase gaseosa. Si se enfría el aire hasta esa temperatura, comienza la condensación. Esa temperatura es el punto de rocío. El aire caliente retiene más humedad antes de saturarse, mientras que el aire frío retiene menos, y eso es todo lo que hay que saber sobre física para el resto de este artículo.
La compresión altera la situación de una forma concreta. Un compresor comprime un gran volumen de aire ambiente hasta reducirlo a uno más pequeño, y el vapor de agua se comprime junto con el resto de elementos. La presión parcial del vapor aumenta, y una presión parcial más alta implica que la condensación comienza a una temperatura más alta. Por eso un compresor «produce agua» incluso en un día seco, y por eso el posenfriador y el depósito colector recogen gotas a los pocos minutos de una nueva instalación.
El punto de rocío a presión (PDP) es la temperatura a la que comienza la condensación en el aire mantenido a presión de funcionamiento. La palabra «presión» es la esencia del término: designa la condición en la que la cifra es válida. El punto de rocío en una previsión meteorológica se rige por los mismos principios físicos, pero en aire libre y sin presurizar. Al trasladar el significado de la previsión a una conversación en una sala de compresores es precisamente donde las cifras dejan de coincidir. Esa discrepancia es el punto de partida de la siguiente sección.
Dos valores para el mismo aire: punto de rocío de presión frente a punto de rocío atmosférico
Una fuente habitual de confusión es comparar el valor nominal de un secador indicado a presión de línea con una lectura tomada después de que la muestra se haya expandido a presión atmosférica. A modo de ejemplo aproximado, el aire con un punto de rocío atmosférico de −40 °F corresponde a un punto de rocío de presión cercano a −3 °F a 100 psig. El valor exacto depende de la presión absoluta y de la fórmula de presión de vapor utilizada; el NIST identifica las mediciones de Hyland–Wexler como base de referencia para los trabajos sobre el punto de rocío del gas comprimido (NIST, 2021). No hay ninguna incoherencia: las dos temperaturas describen la misma concentración de humedad a diferentes presiones.
El mismo aire, dos cifras diferentes
Para una cantidad fija de humedad, el punto de rocío varía en función de la presión. Si se comprime el aire, ese mismo vapor pasa a tener una presión parcial más alta, por lo que se condensa a una temperatura más alta. Esa temperatura más alta es el punto de rocío de presión. Si se deja que el aire se expanda de nuevo, el punto de rocío desciende; esa temperatura más baja es el punto de rocío atmosférico (ADP). El mismo aire, el mismo contenido de humedad, dos valores.
La diferencia aumenta a medida que crece la presión. A unos 7 bar(g) (100 psig), el ejemplo anterior da lugar a una diferencia de unos 20 °C entre el punto de rocío atmosférico y el punto de rocío a presión. Se trata de una conversión termodinámica, no de un desfase fijo: el cálculo debe mantener la fracción molar del vapor de agua al variar la presión absoluta total.
a 100 psig
Es lo mismo, ambos números son correctos.
Mezclarlos en una especificación es lo que hace que los sistemas perfectamente secos se consideren defectuosos.
Antes de fiarse de cualquier cifra, conviene saber de dónde procede cada tipo de cifra y qué información está permitido que te revele.
De dónde procede el valor del punto de rocío
| Origen del número | Lo que realmente dice | ¿Lo incluimos en el pliego de condiciones? |
|---|---|---|
| Placa de características o ficha técnica de la secadora | PDP a presión nominal | Sí, con la presión indicada |
| Sensor en línea situado a la salida del secador | PDP a presión de línea | Sí |
| Muestreo con medidor portátil tras un regulador | ADP de la muestra ampliada | Solo tras la conversión |
| Previsión meteorológica | Punto de rocío ambiental del aire exterior | No, es algo totalmente distinto. |
Conversión a tu presión de funcionamiento
Una calculadora del punto de rocío a presión para aire comprimido debe utilizar la presión absoluta, no la presión manométrica. En primer lugar, convierte el punto de rocío conocido en presión de vapor de agua; a continuación, escala esa presión parcial según la relación entre las dos presiones absolutas; y, por último, vuelve a convertir la nueva presión de vapor en un punto de rocío. La norma ISO 8573-3 aborda explícitamente la corrección de la presión y la conversión de las magnitudes de humedad (ISO 8573-3, 1999). El resultado de una calculadora solo tiene sentido cuando se indican la presión de entrada, la presión de salida, la base de temperatura y si el valor corresponde al punto de rocío o al punto de escarcha.
El caso del invierno hace que esta distinción resulte práctica. En el interior de las tuberías presurizadas, la condensación sigue el PDP, por lo que la especificación debe situarse con margen de seguridad por debajo de la superficie presurizada más fría con la que se encontrará el aire. El aire de las instalaciones interiores en general suele ser tratado por secadores refrigerados en un rango de PDP de 35–50 °F (aproximadamente 2–10 °C), mientras que las tuberías a temperaturas bajo cero y los procesos sensibles a la humedad requieren un valor objetivo más bajo seleccionado dentro del rango de funcionamiento real (Departamento de Energía de EE. UU., 2016).
Así pues, interpreta el valor indicado en la placa de características de la secadora como una promesa a presión, y el valor que marca un medidor portátil situado después del regulador como una cifra aparentemente más baja que debe convertirse para que tenga sentido. Hasta qué punto debe bajar esa promesa es otra cuestión, y la respuesta es más económica de lo que la mayoría de los procesos de compra dan por hecho.
¿Cuándo es lo suficientemente bajo?: Clases, aplicaciones y el coste de ir demasiado lejos
La norma ISO 8573-1 clasifica la pureza del aire comprimido en función de las partículas, el agua y el aceite, expresada mediante tres cifras; la cifra del medio corresponde a la clase de agua. En cuanto al agua en fase de vapor, los límites que se suelen especificar son: Clase 4 a +3 °C PDP, Clase 3 a −20 °C, Clase 2 a −40 °C y Clase 1 a −70 °C (ISO 8573-1, 2010). Se trata de límites máximos, no de requisitos de aplicación universal. Los secadores refrigerados convencionales suelen ofrecer una presión de punto de escape (PDP) de entre 35 y 50 °F (2-10 °C) y, en la práctica, no pueden descender por debajo del punto de congelación, mientras que los secadores regenerativos por desecante suelen alcanzar los −40 °F/°C o menos (CAGI, 2017).
Establece el objetivo en función del proceso, no del catálogo. Hay dos factores que lo determinan: la superficie presurizada más fría con la que entrará en contacto el aire y el grado de sensibilidad del uso final a la humedad. Todo lo que supere ese punto es un gasto, no una cuestión de calidad.
Un secado que supere los requisitos del proceso supone un coste real. Los objetivos de mayor profundidad suelen hacer que el sistema pase de la refrigeración a la adsorción y aumentan la demanda de regeneración. CAGI señala que los secadores regenerativos sin calor pueden consumir hasta unos 18% del caudal de aire total en forma de purga, mientras que los diseños con calefacción pueden reducir la demanda de purga a aproximadamente entre 5 y 10%, dependiendo de la configuración (CAGI, 2017). Por lo tanto, el objetivo correcto es el PDP menos estricto que aún proteja la superficie más fría y la sensibilidad a la humedad del proceso.
Objetivos PDP razonables por aplicación
| Aplicación | Un objetivo razonable del PDP | Ruta habitual |
|---|---|---|
| Aire general de las plantas de interior | +3 °C (Clase 4) | Secadora frigorífica |
| Líneas para exteriores o de temporada, protección contra las heladas | Rango de −20 °C (Clase 3) | Secador desecante |
| Aire industrial y de instrumentos estándar | −40 °C (Clase 2) | Secador desecante, lechos a base de alúmina |
| Aire de proceso en el que la humedad es un factor crítico | Específico para cada proceso; hasta −70 °C (Clase 1) cuando se haya validado | Secador desecante, a menudo con refinado mediante tamiz molecular |
La columna de la derecha de esa tabla tiene más importancia de lo que parece. Dos sistemas pueden indicar ambos «secador desecante» en el presupuesto y ofrecer puntos de rocío completamente diferentes, ya que el valor depende del medio que se encuentra en el interior del recipiente.
Lo que realmente hace que el PDP funcione: la tecnología de secado y los materiales que contiene
Cada valor de punto de rocío que figura en un presupuesto viene determinado por los componentes y por los elementos que hay dentro de un recipiente: un circuito de refrigerante o un lecho de perlas adsorbentes. Los componentes marcan el límite máximo. Las perlas determinan los valores más bajos, y son ellas las que, en silencio, deciden si se cumplen o no la mayoría de las promesas sobre el punto de rocío.
La refrigeración tiene un límite mínimo
Un secador refrigerado enfría el aire y drena el condensado. Los diseños convencionales suelen ofrecer una PDP de entre 35 y 50 °F (2 y 10 °C); bajar la temperatura del evaporador por debajo de los 32 °F conlleva el riesgo de congelación, por lo que esta tecnología no es la solución para alcanzar objetivos de PDP por debajo del punto de congelación (CAGI, 2017). Es muy adecuado para muchas aplicaciones generales de aire para instalaciones, pero la protección contra la congelación y los requisitos más exigentes en cuanto a la calidad del aire para instrumentos suelen requerir la adsorción u otro método de secado adecuado.
Alúmina activada: el elemento clave para condiciones de alta humedad
La alúmina activada es óxido de aluminio poroso y se utiliza ampliamente en aquellos casos en los que el lecho debe eliminar una carga relativamente elevada de vapor de agua antes de que la salida alcance un estado de sequedad profunda. Sin embargo, no debe describirse como tolerante a los chorros de agua líquida: el líquido a granel y los aerosoles de aceite deben eliminarse en las fases previas, ya que sobrecargan o contaminan cualquier lecho desecante regenerativo. Un producto representativo de JALON de grado industrial presenta una adsorción estática de agua de al menos 17 %wt a 60% de humedad relativa y 25 °C, un tamaño de las perlas de aproximadamente 1-10 mm y una pérdida por desgaste igual o inferior a 0,3 %wt; los grados especiales alcanzan valores de 20-22 %wt en las condiciones de ensayo indicadas (Especificaciones de la alúmina activada). La CAGI señala que los intervalos de sustitución del desecante dependen de la aplicación y suelen situarse entre tres y cinco años cuando se mantienen adecuadamente el pretratamiento y la regeneración (CAGI, 2017).
JALON proporciona datos sobre los grados de alúmina activada y de tamiz molecular para la selección de secadores de aire comprimido, incluyendo las condiciones de ensayo especificadas para la capacidad, el tamaño de las partículas, la resistencia a la compresión y el desgaste por atrición. Indica la presión de funcionamiento, las condiciones de entrada y el PDP deseado para recibir una recomendación sobre el grado adecuado.
Solicitar fichas técnicas de calidadesTamiz molecular: los grados «Deep-Dry»
El tamiz molecular es una zeolita cristalina con una estructura porosa uniforme y una fuerte afinidad por el agua a niveles de humedad muy bajos, razón por la cual se utiliza para aplicaciones que requieren un punto de rocío muy bajo. Entre los grados habituales para aire comprimido se incluyen el 4A, para un secado profundo, y el 13X, cuando es importante tanto la eliminación de agua como de CO₂. Una especificación representativa de JALON 4A indica una capacidad de humedad estática de al menos 22,5 %wt a una humedad relativa del 75% y una resistencia a la compresión de 40-80 N, dependiendo del tamaño de las perlas; una especificación representativa de 13X indica una capacidad de agua de al menos 26,5 %wt y una capacidad de CO₂ de 18,5 %wt según los métodos indicados (Especificaciones del tamiz molecular 4A; Especificaciones del tamiz molecular 13X). Se trata de valores obtenidos en pruebas de producto, no de capacidades de funcionamiento garantizadas en todas las secadoras. La CAGI recomienda utilizar el desecante especificado por el fabricante de la secadora y proteger el lecho contra la contaminación por aceite mediante un sistema de filtración por coalescencia situado aguas arriba (CAGI, 2017).
Por qué la temperatura de −40 °C se presenta en forma de lecho estratificado
Los lechos en capas pueden combinar un desecante de alta capacidad en la etapa previa con un tamiz molecular como capa de pulido final, pero esta disposición no es universal y debe respetar la dirección del flujo, el método de regeneración y el esquema de carga indicados por el fabricante del secador. El Departamento de Energía de EE. UU. señala que se puede utilizar más de un desecante para aplicaciones especiales de secado y que el tamiz molecular se añade como agente de secado final cuando se requieren puntos de rocío muy bajos (Departamento de Energía de EE. UU., 2016). JALON’s Guía de aplicación para el secado al aire proporciona el contexto interno correspondiente para la selección de productos.
Un punto de rocío a presión de −40 °C es un promesas de los medios de comunicación: la alúmina activada se encarga de la carga hasta la clase de −40 °C, mientras que los objetivos más profundos corresponden al tamiz molecular.
Vale la pena colgar esa frase encima del mostrador de compras, porque resume en una sola línea cómo debe especificarse una cama. La versión práctica, con los puntos de verificación adjuntos a cada fila, tiene este aspecto.
Matriz de selección de medios para lechos desecantes
| Medios de comunicación | Clase de PDP cómoda | Picos de humedad y agua líquida | Comportamiento de saturación | Posición habitual en la cama | Confirma antes de realizar el pedido |
|---|---|---|---|---|---|
| Alúmina activada | Normalmente, hasta la clase de −40 °C en un secador correctamente diseñado | Soporta una elevada carga de vapor; protege contra la contaminación por líquidos | Pérdida gradual de capacidad | Capa anterior, cuando así se especifique | Adsorción estática ≥17 %wt a una humedad relativa del 60 %, desgaste ≤0,3 %wt |
| Tamiz molecular 4A | Clase de −40 °C e inferiores | Resistente a la baja humedad, menos tolerante a las babosas | Se satura más rápido bajo carga de líquido | Capa profunda | Adsorción estática ≥ 22,5 %wt a una humedad relativa del 75 %, compresión de 40 a 80 N |
| Tamiz molecular 13X | Clase más profunda; además, controla el CO₂ | Mejor afinidad en condiciones de humedad muy baja | Sensible a la acumulación de residuos de aceite | Capa de pulido profundo | H₂O ≥ 26,5 %wt, CO₂ ≥ 18,5 %wt |
| Cama en capas: primero alúmina y luego tamiz | Clase de -40 °C de serie | Protección contra las babosas en la parte delantera, secado en profundidad en la parte trasera | Mayor vida útil del tamiz | Plano de cada proveedor, elaborado de abajo hacia arriba | Fichas técnicas de cada material, además del plano de montaje |
Ordena los parámetros en lugar de los adjetivos. La lista de comprobación que se corresponde con la matriz anterior: capacidad estática a una humedad relativa determinada, resistencia a la compresión promediada sobre un número determinado de perlas, pérdida por atrición y el intervalo de tamaño de las perlas. Al cambiar el lecho en un recipiente ya existente, confirma que los ajustes de regeneración sigan siendo adecuados para el nuevo llenado. Insiste también en el plano de carga: un lecho correctamente especificado que se instale de forma incorrecta acabará humedeciéndose de todos modos.
Cuando las cifras engañan: el error de medición y los modos de fallo reales
Un valor de punto de rocío puede ser erróneo en dos sentidos: o bien el lecho no funciona como debería, o bien la medición es incorrecta. Realiza las comprobaciones en este orden, ya que la primera es gratuita y el resto conlleva un coste en forma de tiempo de inactividad.
Comprueba la medida: Coloca el sensor aguas abajo de la secadora y anota la presión, la temperatura, la disposición de la muestra, el tiempo de estabilización y el estado de calibración. Si la muestra se expande antes de la medición, aplica y documenta la corrección de presión exigida por la norma ISO 8573-3 (ISO 8573-3, 1999).
Comprueba el punto de trabajo: Compara el caudal real, la presión de entrada, la temperatura de entrada y las condiciones ambientales con las condiciones nominales del secador. La norma ISO 7183 considera el PDP, el caudal, la caída de presión, la pérdida de aire comprimido y el consumo de energía como parámetros de rendimiento medidos, en lugar de como datos aislados que figuran en la placa de características (Norma internacional, 2007).
Comprueba el material filtrante y el pretratamiento: Confirme el desecante especificado, la disposición de carga, los parámetros de regeneración y el estado de los separadores de agua y los filtros coalescentes situados aguas arriba. Los aerosoles de aceite y el arrastre de líquido pueden reducir el rendimiento de adsorción y la vida útil del lecho (CAGI, 2017).
Comprueba el último tramo de tubería: El condensado arrastrado o reevaporado por la maquinaria caliente situada más adelante en el proceso puede provocar la presencia de agua en el punto de uso, incluso si el lecho está en buen estado y los valores de medición son correctos.
El orden es más importante que la lista. Un valor que parece indicar humedad, procedente de una línea de muestreo inundada o de un sensor con un estrangulamiento excesivo, ha enviado muchos lechos en buen estado al desguace. Por esa misma razón, se comprueba la medición antes de descartar el medio filtrante.
Cierra el círculo también en el papel. Una cláusula de aceptación que no deje lugar a dudas tiene este aspecto:
Cláusula de aceptación
Una clase de agua especificada debe estar vinculada a una condición de ensayo y a un método de medición definidos. La norma ISO 8573-1 define las clases de pureza, mientras que la norma ISO 8573-3 aborda el muestreo de la humedad, la corrección de la presión, la incertidumbre y la presentación de informes (ISO 8573-1, 2010; ISO 8573-3, 1999).
Cómo interpretar una promesa del PDP como un comprador
Lea el presupuesto teniendo en cuenta todos los aspectos relevantes. El tipo de secador determina el rango viable de PDP, mientras que la selección del medio filtrante, el pretratamiento, los parámetros de regeneración y la carga de funcionamiento determinan si ese rendimiento se mantiene. Incluya directamente en la garantía el PDP objetivo, la presión de funcionamiento, el caudal nominal, la temperatura de entrada, las condiciones ambientales, la pérdida de aire aceptable, el método de ensayo y la duración. En el caso de los medios de recambio, especifique también las condiciones de ensayo de capacidad, la resistencia a la compresión, el desgaste, el rango de granulometría y el esquema de carga homologado. De este modo se evita que una sustitución nominalmente equivalente altere el comportamiento hidráulico o de adsorción del lecho.
Adapta el medio de relleno a tu punto de rocío objetivo
JALON puede comparar los grados de alúmina activada 4A y 13X en función de su presión de funcionamiento, temperatura de entrada, caudal, método de regeneración y PDP requerido. La recomendación puede incluir fichas técnicas de los grados pertinentes, las condiciones de ensayo especificadas, las opciones de tamaño de partícula y muestras para su validación antes de un cambio completo del lecho.
Solicita muestras gratuitas e informes de pruebasReferencias
- ISO. ISO 8573-1:2010 — Aire comprimido — Parte 1: Contaminantes y clases de pureza. 2010.
- ISO. ISO 8573-3:1999 — Aire comprimido — Parte 3: Métodos de ensayo para la medición de la humedad. 1999.
- ISO. ISO 7183:2007 — Secadores de aire comprimido — Especificaciones y ensayos. 2007.
- Departamento de Energía de EE. UU. Mejora del rendimiento de los sistemas de aire comprimido: manual de referencia para la industria, tercera edición. 2016.
- Instituto del Aire Comprimido y el Gas. Secado del aire comprimido y el gas. 2017.
- Instituto del Aire Comprimido y el Gas. Tratamiento del aire comprimido. 2017.
- Instituto Nacional de Estándares y Tecnología. Mediciones del punto de rocío del agua en gases comprimidos. 2021.
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