Un compresor de aire de buceo es un compresor de gas que puede proporcionar aire respirable directamente a un buzo suministrado desde la superficie o llenar cilindros de buceo con aire a alta presión lo suficientemente puro como para usarlo como gas de respiración .
Un compresor de aire de buceo de baja presión suele tener una presión de suministro de hasta 30 bar, que se regula para adaptarse a la profundidad de la inmersión. Un compresor de buceo de alta presión tiene una presión de suministro que suele ser superior a 150 bar, y normalmente está entre 200 y 300 bar. La presión está limitada por una válvula de sobrepresión que puede ser ajustable.
Maquinaria [ editar ]
Los compresores de buceo de alta presión son generalmente compresores de aire alternativos de tres o cuatro etapas que están lubricados con un aceite de compresor sintético o mineral de alta calidad libre de aditivos tóxicos (algunos usan cilindros revestidos de cerámica con juntas tóricas, no anillos de pistón , no requieren lubricación). [ cita requerida ] Los compresores lubricados con aceite solo deben usar lubricantes especificados por el fabricante del compresor como adecuados para usarse con aire respirable. Se utilizan filtros especiales para limpiar el aire de la mayor parte del aceite y el agua residuales (consulte "Pureza del aire"). [ cita requerida ]
Los compresores más pequeños a menudo se lubrican por salpicadura: el aceite se salpica en el cárter por el impacto del cigüeñal y las bielas, pero es probable que los compresores más grandes tengan lubricación presurizada utilizando una bomba de aceite que suministra el aceite a áreas críticas a través de tuberías y pasajes en los castings. La mayoría de los compresores lubricados con aceite tienen un cárter húmedo en la parte inferior del cárter y requieren que el nivel de aceite esté dentro de los límites indicados por una mirilla o varilla de nivel para una lubricación adecuada. [ cita requerida ]El compresor también debe estar nivelado dentro de las especificaciones del fabricante mientras está en funcionamiento. Estas restricciones aseguran que el lubricante esté en el lugar correcto para que las partes móviles entren en contacto con él para la lubricación por salpicadura o para una succión confiable a la bomba de aceite. El incumplimiento de estas especificaciones puede provocar daños en el compresor debido a una fricción excesiva y sobrecalentamiento, y la contaminación del aire respirable por productos tóxicos de descomposición de los lubricantes. [ cita requerida ]
El proceso de compresión ayuda a eliminar el agua del gas, dejándolo seco, lo que es bueno para reducir la corrosión en los cilindros de buceo y la congelación de los reguladores de buceo , pero contribuye a la deshidratación , un factor en la enfermedad por descompresión , en los buzos que respiran el gas. [ cita requerida ]
Los compresores de buceo de baja presión suelen ser compresores de una sola etapa, ya que la presión de suministro es relativamente baja. [ cita requerida ]
Pureza del aire [ editar ]
La salida de aire comprimido del compresor debe filtrarse para que se pueda usar como gas respirable. [1] Periódicamente, el aire producido por un compresor debe probarse para garantizar que cumpla con los estándares de pureza del aire. La frecuencia de las pruebas, los contaminantes que deben analizarse y los límites permitidos varían entre aplicaciones y jurisdicciones. Se pueden verificar las siguientes impurezas: [ cita requerida ]
- Dióxido de carbono -
- Monóxido de carbono : un gas que está presente en los gases de escape de los motores de combustión interna, incluidos los que se utilizan a menudo para impulsar los compresores. También proviene de la descomposición del aceite lubricante cuando los compresores se calientan demasiado. El monóxido de carbono es inodoro, incoloro e insípido. Es mortal incluso en pequeñas cantidades, porque se une fácilmente a la hemoglobina de los glóbulos rojos y, por lo tanto, destruye la capacidad de la sangre para transportar oxígeno. Los compresores de aire respirable deben diseñarse y colocarse cuidadosamente de modo que la entrada del compresor esté ubicada en aire fresco lejos y corriente arriba de cualquier escape del motor. [2] [3]
- Vapor de aceite lubricante: el aceite, que debe usarse para lubricar las partes internas del compresor, puede ser dañino si contamina el gas respirable y se inhala en forma de niebla. Los aceites a base de petróleo no pueden ser absorbidos ni metabolizados por el cuerpo y cubrirán las superficies internas de los pulmones, causando una afección conocida como neumonía lipoidea que conduce a la asfixia y la muerte. Por esta razón, los compresores deben diseñarse y mantenerse cuidadosamente para garantizar que la contaminación por aceite del gas respirable esté dentro de los límites de seguridad. Los aceites utilizados deben ser aprobados por el fabricante del compresor y clasificados como seguros para los compresores de aire respirable. Varios fabricantes de lubricantes suministran una gama de aceites sintéticos y minerales para esta aplicación. [ cita requerida ]
- Hidrocarburos totales -
- Dióxido de nitrógeno -
- Olor y sabor -
- Partículas sólidas -
- Vapor de agua : los límites permitidos para el contenido de humedad dependen de la presión: el aire húmedo no es dañino para el buceador y reduce la deshidratación, por lo que es aceptable en aire respirable a baja presión para suministro de superficie en una concentración mucho más alta que para el almacenamiento en cilindros de alta presión, donde la corrosión se debe a la condensación es un problema. [2] [3]
Filtración [ editar ]
- F1: filtro de entrada
- 1: pistón de primera etapa
- C1: serpentín de refrigeración de la primera etapa
- OP1: válvula de sobrepresión
- 2: pistón de segunda etapa
- C2: serpentín de refrigeración de la segunda etapa
- S1: serparador de agua de segunda etapa
- OP2: válvula de sobrepresión
- 3: pistón de tercera etapa
- C3: serpentín de enfriamiento de la tercera etapa
- S2: separador de agua de tercera etapa
- F2: pila de filtro principal
- OP3: válvula de sobrepresión
- BP: válvula de contrapresión
- G: manómetro
- W: látigo de llenado
Filtros eliminados: [2] [3]
- Partículas sólidas del aire de admisión, utilizando filtros de papel.
- Agua , utilizando separadores de agua, gel de sílice , alúmina activada o un tamiz molecular.
- Aceite, usando carbón activado o un tamiz molecular.
- Monóxido de carbono , usando un catalizador ( Hopcalite )
- Es posible que sea necesario utilizar un prefiltro (depurador) de dióxido de carbono , dependiendo de la calidad del aire de admisión.
Filtración a baja presión [ editar ]
El aire de admisión de un compresor de alta presión debe estar limpio y tener un bajo contenido de dióxido de carbono. La eliminación de la contaminación por partículas suele realizarse mediante un filtro de polvo de papel en la entrada de la primera etapa. El dióxido de carbono se puede eliminar con un depurador si es necesario. En la actualidad, no es necesario limpiar el aire fresco, pero el aire del centro de la ciudad puede tener un contenido de dióxido de carbono excesivamente alto y el contenido de dióxido de carbono del aire atmosférico estándar está aumentando lentamente. El lavado con dióxido de carbono requiere humedad para que el material absorbente funcione eficazmente, y el aire húmedo no es deseable para los otros medios filtrantes, por lo que el lavado con dióxido de carbono a menudo se elimina mediante un sistema de prefiltro antes de comprimir el aire. [2] [3]
Sistemas de filtración de alta presión [ editar ]
Cuando se comprime el aire, la presión parcial de vapor de agua aumenta proporcionalmente. El aire también se calienta por compresión, y cuando se enfría entre etapas en los serpentines del interenfriador, la humedad relativa aumenta, y cuando excede el 100% tenderá a condensarse en la superficie de los tubos y como gotitas transportadas por el aire. Arroyo. El aire de las bobinas del interenfriador se conduce al tubo de eje vertical de gran diámetro de un separador, donde cambia de dirección unos 90 grados y se ralentiza considerablemente. Cuando el flujo de aire cambia de dirección hacia la salida en la parte superior de la carcasa del separador, las gotas más densas tienen una tendencia a golpear las paredes y fusionarse en una película, que fluirá hacia abajo hasta la parte inferior del separador y se acumulará allí donde puede ser periódicamente. descargado a través de una válvula de drenaje.Esto reduce el contenido de agua del aire de salida, que luego se comprime nuevamente en el cilindro de la siguiente etapa, se enfría nuevamente y el agua que se condensa es nuevamente eliminada por el siguiente separador.[2] [3]
Después de la separación de la etapa final, el aire relativamente seco pasa a través del filtro para eliminar aún más agua y cualquier otro contaminante que adsorberá el medio filtrante. La eficiencia de la deshumidificación y filtración depende de una compresión significativa y una velocidad de flujo limitada, que requiere contrapresión en la salida de la etapa final para resistir el flujo cuando la presión de llenado es baja. La válvula de contrapresión provista en la salida de la pila de filtros final afecta la eficacia con que funciona el filtro. [2] [3]
La etapa final del tratamiento del aire es la filtración de la humedad residual, el aceite y los hidrocarburos y, cuando sea necesario, la conversión catalítica de monóxido de carbono. Todo esto depende de un tiempo suficiente en contacto con el medio filtrante, conocido como "tiempo de permanencia", por lo que el filtro debe tener una trayectoria de aire larga o el aire debe fluir lentamente. El flujo de aire lento se logra fácilmente mediante una alta compresión, por lo que la filtración funciona mejor en o cerca de la presión de salida de trabajo del compresor, y esto se logra mediante la válvula de contrapresión, que solo permite que el aire fluya por encima de la presión establecida. [2] [3]
El sistema de filtrado comprende uno o más recipientes a presión conocidos como torres de filtrado con cartucho preempacado o medio filtrante suelto, una válvula de contrapresión, uno o más manómetros y un separador coalescente. [3] Después de pasar a través del serpentín del intercooler final, el aire comprimido pasa a través de separadores para eliminar mecánicamente el agua condensada y las gotas de aceite, después de lo cual otros contaminantes se eliminan en los filtros mediante unión química, absorción y catálisis. [3]El primer medio de filtrado es desecante, ya que la contaminación del agua puede reducir la eficacia de algunos de los otros medios. A continuación, se encuentra el catalizador de conversión de monóxido de carbono (si se usa), luego el carbón activado y finalmente un filtro de partículas, que también atrapará el polvo del medio filtrante. La proporción de desecante a carbón activado será de alrededor de 70/30. [3]
La capacidad de eliminar las impurezas del aire que pasa a través del medio de filtración depende en gran medida del tiempo que el aire permanece en contacto con el medio mientras pasa a través de la pila de filtros, lo que se conoce como tiempo de permanencia. Un tiempo de permanencia más prolongado en el filtro es una forma eficaz de aumentar el tiempo de contacto, y esto es proporcional a la presión del aire en la carcasa del filtro. Al usar una válvula de contrapresión, el aire siempre tarda aproximadamente el mismo tiempo en pasar a través del filtro y la filtración es constante (asumiendo una velocidad de funcionamiento constante). La válvula de contrapresión generalmente se ajusta cerca de la presión de trabajo del compresor para garantizar que el aire se comprima lo suficiente para que los filtros funcionen con eficacia. [3]
El aire suministrado debe tener un punto de rocío más bajo que la temperatura operativa del cilindro, que generalmente es superior a 0 ° C cuando se sumerge, pero puede ser más frío durante el transporte. La temperatura del aire también disminuye durante la expansión a través del regulador cuando está en uso, y cuando esta temperatura es lo suficientemente baja como para que el condensado se congele, puede bloquear las partes móviles del regulador y causar un flujo libre, conocido como formación de hielo interna. La contrapresión correcta también proporciona una carga relativamente uniforme de las etapas del compresor, lo que reduce la vibración causada por el desequilibrio y prolonga la vida útil del compresor. [2] [3]
El medio de filtro de carbón activado funciona mejor cuando está seco, por lo que generalmente se carga en la pila de filtros para que el aire fluya primero a través del medio desecante, comúnmente un tamiz molecular. El catalizador de hopcalita convierte el monóxido de carbono en dióxido de carbono, pero requiere aire muy seco (la humedad relativa debe ser inferior al 50 por ciento), por lo que la hopcalita se carga aguas abajo del desecante. Puede cargarse un absorbente de dióxido de carbono aguas abajo de la hopcalita. [2] [3]
Medios de filtración [ editar ]
Los desecantes están destinados a absorber el vapor de agua. Los medios desecantes utilizados en los filtros de aire respirable HP incluyen: alúmina activada , gel de sílice , sorbeta y tamiz molecular . Algunos grados de tamiz molecular pueden absorber hasta el 23% de su propio peso en agua, pueden producir puntos de rocío de -75 ° C (-103 ° F) y tienen capacidades adicionales para absorber hidrocarburos, dióxido de carbono y otros compuestos orgánicos, y Funcionan hasta 49 ° C (120 ° F) 120 grados Fahrenheit. [3]
Los catalizadores basados en dióxido de manganeso (Monoxycon y Hopcalite 300) se utilizan para oxidar el monóxido de carbono en dióxido de carbono mucho menos tóxico. Esto es importante si existe riesgo de contaminación por monóxido de carbono, ya que es altamente tóxico. [3] El aire que ingresa a la capa de catalizador debe estar seco (punto de rocío de alrededor de -46 ° C (-51 ° F) -50 grados), ya que la humedad neutraliza el catalizador. Después del catalizador, se puede utilizar un absorbente para eliminar el CO 2 . [3]
El carbón activado absorbe tanto hidrocarburos condensables como gaseosos y es eficaz para eliminar olores, compuestos orgánicos y disolventes halogenados. [3]
Equilibrio del compresor y válvula de contrapresión [ editar ]
La última parte del circuito de gas del compresor es la válvula de contrapresión. Esta es una válvula cargada por resorte que se abre para permitir el flujo de aire solo después de que la presión alcanza la presión establecida. Por lo general, se ajusta a una presión cercana a la presión de trabajo del compresor y tiene dos funciones básicas. [3] En primer lugar, asegura que después de un período de arranque corto, todas las etapas del compresor estén funcionando a sus presiones de descarga diseñadas, de modo que las cargas en los pistones estén distribuidas de manera constante y uniforme alrededor del cigüeñal. Esta es la carga a la que se equilibra el compresor.a la velocidad de funcionamiento diseñada. Cuando la presión en cualquier cilindro es diferente a la presión nominal, las cargas estarán desequilibradas y el compresor vibrará más que cuando está equilibrado, y los cojinetes del eje estarán más fuertemente cargados y se desgastarán más rápido. Durante el arranque, el compresor primero acumula presión en la primera etapa y está desequilibrado, con una carga mayor en el pistón de ese cilindro, y vibrará más de lo normal, ya que no hay una carga equivalente en los pistones de la otra etapa, luego la presión en las otras etapas se acumulan en secuencia, hasta que todos los cilindros están operando a sus presiones de trabajo, las cargas en todos los pistones son similares y la válvula de contrapresión comienza a abrirse para permitir que el gas comprimido fluya hacia el panel de distribución. [3]
Presión [ editar ]
Compresores de buceo generalmente caen en una de dos categorías: los que se utilizan para el buceo suministrado desde la superficie y los utilizados para el llenado de buceo cilindros de buceo y cilindros de almacenamiento de superficie de suministro.
Los compresores de buceo de superficie son de baja presión y alto volumen. Suministran aire respirable directamente a un buzo, a través de un panel de control de gas a veces llamado "rack" a través de una manguera que generalmente es parte de un grupo de mangueras y cables llamado "umbilical". Su salida está generalmente entre 6 y 20 bares (100 y 300 psi). Estos compresores deben ser lo suficientemente potentes para suministrar gas a una presión y volumen suficientes para varios buzos que trabajen a profundidades de hasta aproximadamente 60 metros (200 pies). [ cita requerida ]
Los compresores que se utilizan para llenar cilindros de buceo tienen una presión de suministro alta y pueden tener un volumen de suministro bajo. Se utilizan para llenar cilindros de buceo y cilindros de almacenamiento o bancos de cilindros de almacenamiento. Estos compresores pueden ser más pequeños y menos potentes porque el volumen de gas que entregan no es tan crítico ya que el buceador no lo usa directamente; Se puede usar un compresor de menor volumen para llenar grandes cilindros de almacenamiento durante los períodos en que la demanda es baja. Este aire comprimido almacenado se puede decantar en cilindros de buceo cuando sea necesario. Las presiones comunes de los cilindros de buceo son 200 bar (2940 psi), 3000 psi (207 bar), 232 bar (3400 psi) y 300 bar (4500 psi). [ cita requerida ]
Calor de compresión [ editar ]
Cuando se llenan los cilindros de buceo, el gas de su interior se calienta como resultado del calentamiento adiabático . Cuando el gas se enfría perdiendo calor hacia los alrededores, la presión caerá como se describe en la ecuación general del gas y la ley de Gay-Lussac . Los buzos, para maximizar su tiempo de inmersión, generalmente quieren que sus cilindros se llenen hasta su capacidad segura, la presión de trabajo. Para proporcionar al buceador un cilindro lleno a la presión de trabajo a la temperatura nominal de 15 o 20 ° C, el cilindro y el gas deben mantenerse fríos al llenarse o llenarse a una presión tal que cuando se enfríe esté a la presión de trabajo. Esto se conoce como presión desarrolladapara la temperatura de llenado. Las regulaciones de salud y seguridad y los estándares de diseño de recipientes a presión pueden limitar la temperatura de trabajo del cilindro, comúnmente a 65 ° C, en cuyo caso el cilindro debe llenarse lo suficientemente lento para evitar exceder la temperatura máxima de trabajo. [4]
Los cilindros a menudo se llenan a una velocidad de menos de 1 bar (100 kPa o 15 lbf / in² ) por segundo para permitir que la transferencia de calor al entorno limite este aumento de temperatura. Como método para eliminar el calor más rápidamente al llenar el cilindro, algunas estaciones de servicio “llenan en húmedo” los cilindros sumergidos en un baño de agua fría. Existe un mayor riesgo de corrosión interna del cilindro causada por la humedad del ambiente húmedo que ingresa al cilindro debido a la contaminación durante la conexión de la manguera de llenado durante el llenado húmedo. [5]
El banco [ editar ]
Los compresores se pueden conectar a un banco de cilindros grandes de alta presión para almacenar gas comprimido, para su uso en horas pico. Esto permite que un compresor de baja potencia más económico, que es relativamente lento en el bombeo de gas, llene el banco automáticamente durante los períodos de inactividad, almacenando un gran volumen de aire presurizado para que un lote de cilindros se pueda llenar más rápidamente en los picos de demanda sin retrasos. por el compresor de funcionamiento lento. En el buceo con suministro de superficie, los bancos de cilindros de alta presión pueden usarse como respaldo de emergencia en caso de falla del compresor primario, o pueden usarse como la fuente primaria de gas respirable, un sistema también conocido como " reemplazo de buceo ". [6]
Mezcla de gases [ editar ]
Los compresores pueden estar conectados a un panel de mezcla de gases para hacer mezclas de nitrox , trimix , heliair o heliox . [7] El panel controla la decantación de oxígeno y helio de cilindros comprados a proveedores comerciales de gas.
Como no es posible decantar a un cilindro de buceo desde un cilindro de almacenamiento que contiene gas a una presión más baja que el cilindro de buceo, el gas caro en los cilindros de almacenamiento de baja presión no se consume fácilmente y puede desperdiciarse cuando se devuelve el cilindro de almacenamiento. al proveedor. El sistema en cascada se puede usar con un banco de cilindros de almacenamiento para consumir económicamente estos gases de alto costo de modo que se use el gas económicamente máximo del banco. [7]Esto implica llenar un cilindro de buceo decantando primero desde el cilindro de banco con la presión más baja que sea más alta que la presión del cilindro de buceo y luego desde el siguiente cilindro de banco de presión más alta en sucesión hasta que el cilindro de buceo esté lleno. El sistema maximiza el uso de gas de banco de baja presión y minimiza el uso de gas de banco de alta presión.
Otro método para eliminar los costosos gases de baja presión es bombearlo con una bomba de refuerzo de gas como una bomba Haskel , [7] o agregarlo al aire de admisión de un compresor adecuado a presión atmosférica en un mezclador conocido como mezclador .
Operación [ editar ]
Es posible que se requiera que un operador de compresor de aire de buceo esté certificado formalmente como competente para operar un compresor de aire de buceo y para llenar cilindros de alta presión. En otras jurisdicciones, es posible que se requiera que el operador sea competente para usar el equipo y examinar externamente los cilindros para verificar el cumplimiento, pero es posible que no se requiera una licencia o registro formal. [4] En otras jurisdicciones puede que no exista ningún control. Por lo general, se aplicará la legislación nacional y / o estatal sobre salud y seguridad ocupacional.
Referencias [ editar ]
- ^ Millar IL; Mouldey PG (2008). "Aire comprimido para respirar - el potencial para el mal desde dentro" . Buceo y Medicina Hiperbárica . Sociedad de Medicina Subacuática del Pacífico Sur . 38 : 145–51 . Consultado el 28 de febrero de 2009 .
- ^ a b c d e f g h i Burton, Stephen E. "Diseño del sistema de filtración del compresor de aire respirable de alta presión" . scubaengineer.com . Consultado el 10 de marzo de 2018 .
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s Verde, Ted. "Comprensión de los compresores SCUBA y la filtración" (PDF) . Club de Buceo SCUBA de la Universidad Nacional Australiana . Consultado el 10 de marzo de 2018 .
- ^ a b Norma nacional sudafricana SANS 10019: 2008 Contenedores transportables para gases comprimidos, disueltos y licuados - Diseño básico, fabricación, uso y mantenimiento (6ª ed.). Pretoria, Sudáfrica: Normas de Sudáfrica. 2008. ISBN 978-0-626-19228-0.
- ^ Calhoun, Fred. "El caso de los tanques de buceo de llenado en seco" (PDF) . Copia archivada de The Best of Sources . págs. 146-149. Archivado desde el original (PDF) el 20 de septiembre de 2009 . Consultado el 14 de diciembre de 2016 , a través de webarchive.org.
- ^ Personal (2002). Williams, Paul (ed.). Manual del supervisor de buceo (IMCA D 022 de mayo de 2000, que incorpora la errata ed. De mayo de 2002). Londres, Reino Unido: Asociación Internacional de Contratistas Marítimos. ISBN 1-903513-00-6.
- ↑ a b c Harlow, V (2002). Compañero del hacker de oxígeno . Prensa de velocidad aérea. ISBN 0-9678873-2-1.
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