Un compresor de aire para buceo es un compresor de aire respirable que puede proporcionar aire respirable directamente a un buceador suministrado desde la superficie o llenar cilindros de buceo con aire a alta presión lo suficientemente puro como para usarlo como gas respirable hiperbárico . 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.
La mayoría de los compresores de aire de buceo de alta presión son compresores de pistón de etapas múltiples lubricados con aceite con trampas de condensación y enfriamiento entre etapas. Los compresores de baja presión pueden ser de una o dos etapas y pueden utilizar otros mecanismos además de los pistones alternativos. Cuando la presión de entrada está por encima de la presión ambiente, la máquina se conoce como bomba de refuerzo de gas .
Por lo general, el aire de salida debe filtrarse para controlar la pureza a un nivel apropiado para respirar el gas a la profundidad de buceo relevante. Se publican estándares de pureza del gas respirable para garantizar que el gas sea seguro. También puede ser necesario filtrar el aire de admisión para eliminar las partículas y, en algunos entornos, puede ser necesario eliminar el dióxido de carbono mediante un depurador . La calidad del aire de entrada es fundamental para la calidad del producto, ya que muchos tipos de impurezas son impracticables de eliminar después de la compresión. El vapor de agua condensado generalmente se elimina entre etapas después de enfriar el aire comprimido para mejorar la eficiencia de la compresión .
Los compresores de alta presión pueden configurarse con grandes cilindros de almacenamiento y un panel de llenado para cilindros portátiles, y pueden estar asociados con equipos de mezcla de gases . Los compresores de buceo de baja presión suelen suministrar aire comprimido a un panel de distribución de gas a través de un tanque de volumen, lo que ayuda a compensar las fluctuaciones en la oferta y la demanda. [1] El aire del panel de gas se suministra al buzo a través del umbilical del buzo .
Los compresores de buceo de alta presión son generalmente compresores de aire alternativos de tres o cuatro etapas que se lubrican con un aceite de compresor mineral o sintético de alta calidad libre de aditivos tóxicos (algunos usan cilindros revestidos de cerámica con juntas tóricas, no anillos de pistón , no requiere lubricación). [ cita necesaria ] Los compresores lubricados con aceite solo deben usar lubricantes especificados por el fabricante del compresor como adecuados para su uso con aire respirable. Se utilizan filtros especiales para limpiar el aire de la mayoría de los residuos de aceite y agua (consulte "Pureza del aire"). [2]
Los compresores más pequeños suelen estar lubricados por salpicadura (el aceite salpica 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 las piezas fundidas. La mayoría de los compresores lubricados con aceite tendrán 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 medidora para una lubricación adecuada. [2] El compresor también debe estar nivelado dentro de las especificaciones del fabricante mientras está en funcionamiento. Estas restricciones garantizan que el lubricante esté en el lugar correcto para que las piezas móviles entren en contacto con él para una 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 fricción excesiva y sobrecalentamiento, así como contaminación del aire respirable por productos tóxicos de degradación de los lubricantes. [2]
El proceso de compresión ayuda a eliminar el agua del gas, haciéndolo 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 buceadores que respiran el gas. [3]
Los compresores de buceo de baja presión suelen ser compresores de una sola etapa, ya que la presión de entrega es relativamente baja. [ cita necesaria ]
El aire comprimido que sale del compresor debe filtrarse para que sea apto para su uso como gas respirable. [4] Periódicamente, el aire producido por un compresor debe probarse para garantizar que cumple 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 necesaria ]
Eliminación de filtros: [5] [6]
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 tipo papel en la entrada de la primera etapa. Si es necesario, el dióxido de carbono se puede eliminar mediante un depurador. Actualmente no es necesario limpiar el aire fresco y limpio, 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. La depuración 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 la depuración de dióxido de carbono a menudo se elimina mediante un sistema de prefiltro antes de comprimir el aire. [5] [6]
Cuando se comprime el aire, la presión parcial del vapor de agua aumenta proporcionalmente. El aire también se calienta por compresión, y cuando se enfría entre etapas en los serpentines interenfriadores, la humedad relativa aumenta y cuando excede el 100% tenderá a condensarse en la superficie de los tubos y en forma de gotas transportadas por el aire. arroyo. El aire de los serpentines del inter-enfriador es conducido 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 tienden a golpear las paredes y fusionarse en una película, que fluirá hacia el fondo del separador y se acumulará allí donde pueda 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 se elimina nuevamente mediante el siguiente separador. [5] [6]
Después de la separación de la etapa final, el aire relativamente libre de gotas pero húmedo pasa a través del filtro para eliminar aún más agua y cualquier otro contaminante que el medio filtrante absorba. La eficiencia de la deshumidificación y la filtración depende de una compresión significativa y una velocidad de flujo limitada, lo 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 proporcionada en la salida de la pila de filtros final afecta la eficacia con la que funciona el filtro. [5] [6]
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 del monóxido de carbono. Todo esto depende del tiempo suficiente en contacto con el medio filtrante, conocido como "tiempo de permanencia", por lo que el filtro debe tener un recorrido de aire largo 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 salga del filtro por encima de la presión establecida. . [5] [6]
El sistema de filtrado comprende uno o más recipientes a presión conocidos como torres de filtrado con cartuchos preempaquetados o medios filtrantes sueltos, una válvula de contrapresión, uno o más manómetros y un separador coalescente. [6] Después de pasar por el 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. [6] El primer medio filtrante es desecante, ya que la contaminación del agua puede reducir la eficacia de algunos de los otros medios. El siguiente es el catalizador convertidor 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 entre desecante y carbón activado será de alrededor de 70/30. [6]
La capacidad de eliminar impurezas del aire que pasa a través de los medios de filtración depende en gran medida de cuánto tiempo permanece el aire en contacto con los medios 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 utilizar una válvula de contrapresión, el aire siempre tarda aproximadamente el mismo tiempo en pasar a través del filtro y la filtración es constante (suponiendo 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 de manera efectiva. [6]
El aire suministrado debe tener un punto de rocío inferior a la temperatura operativa del cilindro, que generalmente es superior a 0 °C cuando está sumergido, 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 provocar un flujo libre, conocido como formación de hielo interno. La contrapresión correcta también proporciona una carga relativamente uniforme de las etapas del compresor, lo que reduce la vibración causada por el desequilibrio y extiende la vida útil del compresor. [5] [6]
El medio filtrante 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 convertirá 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. Se puede cargar un absorbente de dióxido de carbono aguas abajo de la hopcalita. [5] [6]
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 , sorbead 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 Funciona hasta 49 °C (120 °F)120 grados Fahrenheit. [6]
Los catalizadores a base de dióxido de manganeso (Monoxycon y Hopcalite 300) se utilizan para oxidar el monóxido de carbono y convertirlo en dióxido de carbono mucho menos tóxico. Esto es importante si existe riesgo de contaminación por monóxido de carbono, ya que es altamente tóxico. [6] 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 CO2 . [6]
El carbón activado absorbe hidrocarburos tanto condensables como gaseosos y es eficaz para eliminar olores, compuestos orgánicos y disolventes halogenados. [6]
La última parte del circuito de gas del compresor es la válvula de contrapresión. Esta es una válvula accionada 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. [6] En primer lugar, garantiza que después de un breve período de arranque, todas las etapas del compresor estén funcionando a sus presiones de descarga diseñadas, de modo que las cargas sobre los pistones sean estables y distribuidas uniformemente alrededor del cigüeñal. Esta es la carga a la que el compresor se equilibra a la velocidad de funcionamiento diseñada. Cuando la presión en cualquier cilindro es diferente de la presión nominal, las cargas estarán desequilibradas y el compresor vibrará más que cuando está equilibrado, y los cojinetes del eje estarán más cargados y se desgastarán más rápido. Durante el arranque, el compresor primero acumula presión en la primera etapa y se desequilibra, 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 las otras etapas, luego la presión en las otras etapas se acumulan en secuencia, hasta que todos los cilindros funcionan 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. [6]
Los compresores de buceo generalmente se clasifican en una de dos categorías: los que se usan para el buceo desde superficie y los que se usan para llenar cilindros de buceo y cilindros de almacenamiento de suministro desde superficie.
Los compresores de buceo suministrados desde superficie son de baja presión y de gran volumen. Suministran aire respirable directamente a un buceador, a través de un panel de control de gas a veces llamado "rejilla" a través de una manguera que generalmente forma parte de un grupo de mangueras y cables llamado "umbilical". Su salida es generalmente entre 6 y 20 bares (100 y 300 psi). Estos compresores deben ser lo suficientemente potentes para suministrar gas a una presión y un volumen suficientes para varios buzos que trabajan a profundidades de hasta unos 60 metros (200 pies). [8]
Los compresores utilizados para llenar cilindros de buceo tienen una presión de entrega alta y pueden tener un volumen de entrega 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 utiliza directamente; Se puede utilizar un compresor de menor volumen para llenar cilindros de almacenamiento grandes 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). [2]
Cuando se llenan las bombonas de buceo, el gas de su interior se calienta como resultado del calentamiento adiabático . Cuando el gas se enfría perdiendo calor hacia el entorno, la presión caerá como se describe en la ecuación general de los gases y la ley de Gay-Lussac . Los buzos, para maximizar su tiempo de inmersión, generalmente quieren que sus cilindros estén llenos 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 desarrollada para la temperatura de llenado. Las normas de salud y seguridad y las normas 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 lentamente para evitar exceder la temperatura máxima de trabajo. [9]
Los cilindros a menudo se llenan a una velocidad de menos de 1 bar (100 kPa o 15 lbf/in² ) por segundo para dar tiempo a que el calor se transfiera al entorno para limitar este aumento de temperatura. Como método para eliminar el calor más rápido al llenar el cilindro, algunas estaciones de llenado “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. [10]
Los compresores se pueden conectar a un banco de cilindros grandes de alta presión para almacenar gas comprimido y utilizarlo en las horas pico. Esto permite que un compresor más económico de baja potencia, que bombea gas relativamente lento, 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 la demanda máxima sin demoras. por el compresor de funcionamiento lento. En el buceo desde 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 fuente principal de gas respirable, un sistema también conocido como " reemplazo de buceo ". [8]
Los cilindros se pueden llenar directamente desde la salida del compresor o desde un colector de llenado, a través de una manguera flexible de alta presión con una válvula de llenado y una válvula de purga conocida como látigo de llenado. Se proporciona un manómetro para controlar la presión en el cilindro a medida que se llena. Se puede utilizar una válvula de sobrepresión o un interruptor de presión eléctrico para limitar la presión de llenado si el compresor se ajusta a una presión más alta que la presión de trabajo desarrollada de los cilindros que se van a llenar. [2]
Los compresores pueden estar conectados a un panel de mezcla de gases para producir mezclas de nitrox , trimix , heliair o heliox . [11] El panel controla la decantación de oxígeno y helio de los 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 costoso 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 utilizar con un banco de cilindros de almacenamiento para consumir económicamente estos gases de alto costo, de modo que se utilice económicamente el máximo gas del banco. [11] Esto implica llenar un cilindro de buceo decantando primero desde el cilindro del banco con la presión más baja que es mayor que la presión del cilindro de buceo y luego desde el siguiente cilindro del banco de mayor presión 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. [2]
Otro método para eliminar gases costosos de baja presión es bombearlos con una bomba de refuerzo de gas , como una bomba Haskel, o agregarlos al aire de admisión de un compresor adecuado a presión atmosférica en un mezclador conocido como varilla mezcladora . [11]
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 llenar cilindros de alta presión. En otras jurisdicciones, es posible que se requiera que el operador sea competente para utilizar el equipo y examinar externamente los cilindros para verificar su cumplimiento, pero es posible que no se requiera una licencia o registro formal. [9] En otras jurisdicciones puede que no exista control alguno. Generalmente se aplicará la legislación nacional y/o estatal sobre salud y seguridad en el trabajo.
Hay dos aspectos básicos que se pueden considerar: la salud y seguridad del operador, que opera equipos peligrosos y está expuesto a peligros mecánicos y acústicos provenientes de la maquinaria del compresor, el equipo de alta presión y los cilindros, y la salud y seguridad del usuario del gas respirable, que confía en el operador del compresor para garantizar la calidad. [9] [2]