canadian puregas equipment limited
SECADORES DE AIRE PARA LAS COMUNICACIONES
Ingolf Plath
C Julio 14, 1996.
Canadian Puregas Equipment Limited TABLA DE CONTENIDOS
1. Introducción
2. Humedad
3. Secadores
3.1. Tipos de secadores
3.2. Membrana de secado
4. Comparación de secadores
4.1. Refrigeración
4.2. Desecante reactivado
4.3. Membrana
5. Resumen
1. Introducción
Actualmente existen muchas aplicaciones de los secadores de aire. Se utilizan diferentes principios de secado de aire para obtener resultados específicos para la aplicación implicada. Nos centraremos sólo en las aplicaciones para las telecomunicaciones y las comparaciones que aquí se presentan son específicas de ese ramo. El secado por aire en la industria en general, no se abarcará, dado que los flujos y presiones requeridas son diferentes y estas comparaciones no son válidas para flujos y presiones altos. La presurización de cable fue instituida por primera vez en los 1940s, para proteger los cables telefónicos de la entrada de humedad y los problemas subsecuentes ocasionados a la cubierta y o fallas en la integridad del empalme. Un gas puro seco tal como el aire, fue forzado bajo presión en los cables. Este gas puro bajo presión dentro del cable evita que entre humedad y purga el cable a cualquier humedad inherente. A lo largo de los años, se ha difundido el uso de la presurización para abarcar otros tipos de transportadores de comunicación tales como cable F.O., coaxial y guía de ondas. Los secadores de aire también han ido cambiando desde el tipo de refrigeración original al descante regenerativo sin calor y hasta la tecnología más moderna de secadores de membrana permeable. Este Manual proporciona información respecto a secadores de aire y compara los diferentes principios de secado, especialmente la tecnología de membrana permeable
. 2. Humedad
El aire siempre contiene humedad o vapor de agua. Esta humedad presente en el aire puede ser una cantidad mínima o puede ser lo suficiente como para estar en saturación, en donde las gotitas de agua forman condensación. Para evitar la condensación se debe retirar la humedad del aire (secar), de tal manera, que cuando éste se utilice, no se pueda presentar la condensación, o de tal manera que el equipo no pueda percibir la humedad. La cantidad de humedad se puede expresar en diferentes formas, de acuerdo a nuestros requerimientos: Humedad relativa. Es la proporción entre la humedad en el aire y la capacidad de saturación de humedad del aire, expresada en un porcentaje y dependiente de la temperatura y presión. Punto de condensación: Es la temperatura a la cual el aire se satura, expresado como temperatura y dependiente de la presión. Generalmente utilizamos el punto de condensación expresado en presión atmosférica (cero psig) como una constante para comparaciones. La presurización del equipo se efectúa para evitar que la humedad entre o para purgarla en forma de humedad natural y agua.
3. Secadores
3.1. Tipos de secadores
Para secar aire, originalmente se utilizó el nitrógeno embotellado, hasta que se introdujeron los secadores por refrigeración. Estos secadores proporcionaban un flujo constante de aire seco sin los riesgos y costos asociados a las botellas presurizadas. Desarrollos posteriores condujeron al compresor de auto-lubricación, secadores desecante sin calor utilizando la absorción giratoria y el principio de reactivación. Estas unidades son actualmente el soporte principal de los secadores de aire de baja presión. Existen muchas variantes de estos secadores , incluyendo las versiones de compresor de anillo líquido y por calor reactivado para diferentes capacidades y aplicaciones. Otro método para el secado de aire es el método por delicuescencia. La deliquescencia debe reemplazarse, por lo tanto, este tipo de secador es muy limitado en la práctica. Los tres principios básicos de secado en comunicaciones que son importantes para establecer comparación son: refrigeración, desecante reactivado y membrana permeable. El secador de aire debe proporcionar la capacidad de secado necesario en el flujo de aire para lograr una presión constante a su capacidad normal. Si el secador debe proporcionar flujos más altos que los establecidos para su capacidad, la eficiencia y secado del aire serán afectados.
3.2. Secadores de membrana
Los secadores de membrana utilizan el proceso de penetración selectiva de los componentes de una mezcla de gas (aire). El secador es un cilindro que almacena miles de fibras huecas y diminutas construidas por membranas poliméricas de polisulfono semipermeable. Estas fibras tienen una penetración selectiva para la remoción de vapor de agua (humedad). Esta proporción de penetración selectiva permite que el vapor de agua permee la pared de la membrana mientras evita el paso del nitrógeno y oxígeno a través de la pared. El agua permeada y una cantidad suficiente de aire para retener el agua como vapor, sale a la atmósfera fuera del cilindro. El aire seco continua al extremo de la fibra a casi la misma presión que el aire entrante. La penetración o separación es ocasionada por la diferencia entre la presión parcial de un gas al interior y exterior de la fibra hueca.
4. Comparación entre los secadores
4.1. Refrigeración
Los secadores de aire por refrigeración utilizan la refrigeración o enfriamiento de aire para condensar la humedad en él. Tienen una proporción de purga muy baja de menos de 2% de volumen enviado al compresor de aire del aire que es eficiente en energía para el compresor de aire pero también requiere de otro compresor para el refrigerante. Su desventaja se debe a la posibilidad de la formación de hielo en el intercambiador de calor a temperaturas inferiores al punto de congelación del agua. Operan a alta presión de aproximadamente 150 psig para producir un nivel máximo de punto de condensación. El punto de condensación general de salida es de -20 grados Celsius que se equipara al 3% RH a 20 grados Celcius. Los costos del mantenimiento y consumo de energía son altos debido a la unidad de secado por refrigeración y al sistema de aire de presión alta que se requiere. Para propósitos de comunicación, no es posible utilizar este tipo de secador para puntos de condensación bajos. También deben tomarse en consideración los inconvenientes ambientales de la refrigeración y contaminación por aceite del compresor de aire también deben tomarse en consideración.
4.2. Descecante reactivado
Los secadores de aire de Desecante reactivado, son el tipo más común utilizado en la actualidad. Estos son secadores de baja presión que utilizan compresores de auto-lubricación. Han reemplazado a los secadores originales del tipo de refrigeración debido a su facilidad en mantenimiento y bajos costos de operación. Los secadores desecantes también proporcionan aire a un punto de condensación mucho más bajo que los secadores por refrigeración. El punto de condensación standard es de -40 grados Celcius que es igual a 1/2% R.H. a 20 grados Celcius y son capaces de puntos de condensación a -100 grados Farenheit. La proporción de purga para los secadores desecante está en el rango de 2 a 25% (la cantidad de aire requerida para purgar la humedad a la atmósfera) dependiendo de la capacidad requerida. Debido al método de absorción giratoria del deshidratador algo de electricidad se utiliza para el cronómetro y funcionamiento del solenoide. El mantenimiento requerido es un simple cambio semestral de filtro y una instalación anual de juego del compresor. Cada dos años se requiere de un juego de mantenimiento para el secador (rehidratador). Las capacidades del flujo de aire de salida varían de 500 a 10,000 SCFD (pie cúbico standard por día). Con los compresores de anillo líquido (que sólo requieren de mantenimiento cada 5 años) y reactivación de calor de las capacidades de disección incrementa a 30,000 SCFD
. 4.3. Membrana
Los secadores de aire de membrana son lo más nuevo en la tecnología de los secadores de aire y se utilizan en aplicaciones de baja capacidad selectiva. Dado que no hay partes movibles en la membrana misma, no se requiere del mantenimiento de ésta. Se necesita un pre-filtro para proteger la membrana de contaminantes y humedad líquida (agua). Este pre-filtro debe cambiarse anualmente y requiere de un drenado de agua automático para operación no atendida. El compresor auto-lubricado requiere de la instalación anual de un juego de mantenimiento. La simple operación del secador de membrana y mantenimiento mínimo lo convierte en ideal para aplicaciones en lugares distantes tales como torres de comunicación de microondas. Los requerimientos de baja potencia permiten que el secador se active por medio de muchas fuentes incluyendo potencia de batería de corriente directa. Para obtener la norma de comunicaciones de 40 grados de punto de condensación se requiere de una proporción de purga de aproximadamente 45%. La alta proporción de purga limita el uso de secadores de membrana para capacidades de salida baja, generalmente no mas de 400 SCFD. No es eficiente en cuanto a costo en las capacidades mayores como los secadores desecantes que son menos eficientes y menos costosos de operar a capacidades más altas.
5. Resumen
Cada tipo de secador de aire tiene sus aplicaciones. Aún cuando los secadores de aire refrigerado se utilizan en muchas aplicaciones industriales, ya no son eficientes en cuanto a costo en la industria de las comunicaciones y no pueden alcanzar una norma industrial de -40 grados de punto de condensación. Los secadores desecantes son el tipo de secador más común en uso actualmente y pueden proporcionar un amplio rango de capacidades de flujo de salida de aire. El secador de membrana es la tecnología más moderna disponibles y es comparable al desecante en cuanto a capacidad de secado. Debido a la alta proporción de purga de los secadores de membrana éstos están restringidos por costos de operación a aplicaciones de baja capacidad. Son ideales para aplicaciones que requieran menos de 400 SCFD y sitios remotos en donde se dispone de un mínimo de energía y se requiere de poco mantenimiento. Los secadores de membrana se especifican generalmente para aplicaciones de torre remota de microondas.
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