El nivel de filtrado del aire comprimido debe seleccionarse según la aplicación, la calidad del aire que llega desde la red, el tipo de componentes instalados y el caudal que necesita la máquina. Filtrar demasiado poco puede dejar pasar partículas, agua o aceite hacia válvulas y cilindros, mientras que filtrar demasiado fino sin necesidad puede generar pérdida de carga, menor caudal disponible y saturación prematura del filtro.
La norma ISO 8573-1 clasifica la pureza del aire comprimido mediante tres parámetros: partículas sólidas, humedad y aceite. La especificación se expresa con tres cifras, en el orden partículas, agua y aceite; cuanto menor es cada número, más estricta es la calidad exigida.
Por qué es importante filtrar el aire comprimido
El aire comprimido es uno de los recursos más utilizados en instalaciones industriales. Mueve herramientas neumáticas, alimenta líneas de producción, acciona cilindros y válvulas, y forma parte de procesos críticos en sectores que van desde la obra pública hasta la industria alimentaria.
Pero el aire que sale de un compresor no está limpio. Lleva consigo agua, partículas, aerosoles de aceite y vapores que, si no se eliminan correctamente, dañan los equipos, contaminan los procesos y generan averías costosas.
Un filtro de aire comprimido es un dispositivo diseñado para eliminar los contaminantes presentes en el aire después de la compresión. Durante el proceso de compresión, el aire atmosférico -que ya contiene polvo, humedad y microorganismos- se concentra junto con los contaminantes propios del compresor: vapor de aceite lubricante, partículas metálicas y residuos de desgaste interno.
Válvulas que se bloquean, cilindros que se corroen por dentro, herramientas neumáticas que fallan antes de tiempo y productos que se contaminan en línea tienen una causa común: aire comprimido sin la calidad adecuada para la aplicación.
- Partículas sólidas.
- Agua y condensados.
- Aerosoles de aceite.
- Vapores de aceite e hidrocarburos.
- Óxido procedente de tuberías.
- Suciedad acumulada en la red.
- Restos generados por trabajos de mantenimiento.
- Microorganismos en aplicaciones que requieren aire estéril.
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 planificadas en operaciones que dependen del aire comprimido, con consecuencias directas en los costes de mantenimiento y producción.
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.
Contaminantes presentes en el aire comprimido
Partículas sólidas
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 provocan daños 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.
Las impurezas que se encuentran en el aire comprimido pueden provenir de diferentes fuentes. Con el aire aspirado puede penetrar el polvo o el polen existente en el aire ambiente, mientras que un depósito o las tuberías de la red general corroídos con el tiempo pueden aportar partículas dañinas y contaminantes al aire ya comprimido.
Un metro cúbico de aire comprimido contiene más de cien millones de partículas de suciedad, cantidades considerables de agua y aceite, virus y bacterias, e incluso partículas de metales pesados como el plomo, el cadmio y el mercurio.
Humedad y agua
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.
Los secadores de aire comprimido eliminan la humedad reduciendo el punto de rocío a presión de la corriente de aire. Sin un secador, el agua condensa dentro de las tuberías y los equipos, generando corrosión, golpes de ariete y contaminación de procesos.
Aceite, aerosoles y vapores de hidrocarburos
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.
Los aerosoles y los vapores de aceite son debidos en la mayoría de las instalaciones al uso de compresores lubricados y deben filtrarse antes del uso final.
En el aire ambiente urbano y en zonas industriales también existe una concentración media de hidrocarburos entre 0,03 y 0,10 mg/m3, considerándose un valor medio de 0,05 mg/m3, por lo que habrá existencia de hidrocarburos en el aire aspirado por los compresores y por tanto también se encontrará en el aire comprimido, aunque los compresores sean exentos de aceite.
Microorganismos y gases
La norma ISO 8573-1 no cubre microorganismos ni gases. Cuando el proceso exige aire estéril o aire respirable, se necesitan etapas adicionales de tratamiento y métodos específicos de verificación.
Qué establece la norma ISO 8573-1
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.
La norma internacional ISO 8573-1 se estableció en 1991 para afirmar la importancia que tiene la calidad del aire comprimido, siendo su última actualización en 2010. La calidad del aire se define con la clasificación de la calidad para tres tipos de contaminantes: partículas sólidas, contenido de humedad y contenido residual de aceite.
La clasificación se expresa habitualmente con tres cifras:
- Primer número: clase de partículas sólidas.
- Segundo número: clase de agua o humedad.
- Tercer número: clase de aceite total, incluido el vapor.
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.
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 propia ISO indica que esta clasificación aplica independientemente del punto del sistema donde se especifique o mida la calidad del aire.
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.
Para cumplir con la norma de la Clase 0, todos los parámetros deben estar por debajo de las medidas indicadas para la calidad del aire de Clase 1: partículas sólidas, punto de condensación a presión y contenido de aceite.
La Clase 0 puede ir un paso más allá y especificar los parámetros reales para estas categorías según lo requiera el cliente. El nivel de rigurosidad en la Clase 0 está sujeto solamente a los límites de la prueba bajo la norma ISO especificada para cada contaminante.
Cómo leer una clase de pureza
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.
La clasificación se expresa habitualmente mediante la fórmula ISO 8573-1:2010 [A:B:C], donde A es la clase de partículas sólidas, B es la clase de agua o humedad y C es la clase de aceite total.
Por ejemplo, ISO 8573-1:2010 [7:4:4] indicaría una calidad de aire con clase 7 para partículas, clase 4 para agua y clase 4 para aceite.
Según tablas técnicas de referencia basadas en ISO 8573-1:2010, la clase 4 de agua corresponde a un punto de rocío bajo presión de ≤ +3 °C, y la clase 4 de aceite total corresponde a ≤ 5 mg/m³.
Ejemplo: ISO 8573-1 Clase 1.4.1
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.
- 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.
La Clase 1.4.1 requiere un filtro coalescente seguido de un filtro de partículas. Para el aceite, 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.
Clases habituales según la aplicación
| Tipo de aplicación | Clase ISO habitual requerida |
|---|---|
| Aire medicinal | Clase 0 |
| Fabricación de productos farmacéuticos | Clase 1.2.1 |
| Alimentos y bebidas | Clase 1.2.1 |
| Industria de fabricación electrónica | Clase 1.2.1 |
| Instrumentación neumática | Clase 2.2.2 |
| Fabricación general | Clase 3.4.3 |
| Herramientas neumáticas y maquinaria | Clase 3.4.3 |
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.
En industrias en las que el aire comprimido entra en contacto directo o indirecto con los productos, como 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.
En aplicaciones médicas, donde el aire comprimido se suministra directamente a los pacientes, la pureza debe garantizarse sin excepción.
Niveles de filtrado para máquinas neumáticas
En muchas aplicaciones industriales aparecen dos opciones habituales: filtro de 40 µm y filtro de 5 µm. La decisión no debe tomarse por intuición, sino que debe basarse en el tipo de componente instalado, la sensibilidad de válvulas y actuadores, el caudal necesario, la calidad del aire de la red, la presencia de agua, aceite o partículas, la recomendación del fabricante, el coste de mantenimiento y el riesgo de caída de presión.
Cuándo utilizar filtrado de 40 µm
El filtrado de 40 µm suele ser adecuado para muchas aplicaciones neumáticas generales con componentes robustos. La ventaja del 40 µm es que ofrece una protección razonable con menor restricción al caudal que filtros más finos.
- Cilindros neumáticos estándar.
- Válvulas direccionales convencionales.
- Actuadores neumáticos generales.
- Máquinas con aire comprimido industrial común.
- Aplicaciones donde el fabricante admite ese nivel de filtrado.
Para aplicaciones neumáticas generales, la recomendación práctica sería trabajar con filtrado general de 40 µm si los componentes lo admiten.
Cuándo utilizar filtrado de 5 µm o inferior
Un filtrado más fino, como 5 µm o incluso etapas adicionales, puede tener sentido cuando hay componentes más sensibles.
- Válvulas proporcionales.
- Reguladores de precisión.
- Servo-pilotajes.
- Equipos neumáticos delicados.
- Herramientas neumáticas específicas.
- Atornilladoras neumáticas.
- Motores neumáticos.
- Instrumentación neumática.
- Aplicaciones con requisitos especiales de calidad de aire.
La regla correcta es consultar siempre el nivel de filtrado recomendado por el fabricante del componente más sensible.
Si se instala una válvula proporcional o un componente con tolerancias internas más delicadas, puede que el filtrado general de 40 µm no sea suficiente.
Por qué no siempre es mejor filtrar más fino
Un filtro más fino retiene partículas más pequeñas, pero también puede colmatarse antes y generar mayor pérdida de presión. Filtrar más fino no siempre mejora el sistema.
- Mayor pérdida de carga.
- Mayor restricción al paso de aire.
- Saturación más rápida.
- Menor caudal disponible.
- Oscilaciones de presión durante picos de consumo.
- Más mantenimiento.
- Mayor frecuencia de sustitución del cartucho.
La clave está en el equilibrio. Un aire más limpio puede ser necesario para ciertos componentes, pero producir y tratar aire comprimido con mayor pureza también puede aumentar costes y consumo energético.
La calidad requerida del aire comprimido depende siempre de la aplicación. De acuerdo con la norma ISO 8573-1, hay seis clases de calidad, y con cada nivel, el costo de producción de aire difiere.
Para ser rentable, el sistema de aire comprimido debe cumplir, pero no exceder, el nivel requerido por su aplicación. Por lo tanto, es muy importante especificar el nivel de purificación del elemento filtrante.
Tipos de filtros y etapas de tratamiento
No existe un único filtro de aire comprimido que resuelva todos los problemas de contaminación. Cada tipo está diseñado para actuar sobre un contaminante específico, y la combinación correcta depende de la aplicación y del nivel de calidad del aire que requiere la instalación.
En la mayoría de instalaciones industriales no basta con un solo filtro: se trabaja en serie, con etapas de filtración que van de lo más grueso a lo más fino según las exigencias del proceso.
Filtro de admisión
El filtro de admisión es el primer nivel de protección de un compresor de aire. Su principal función es eliminar las partículas sólidas como polvo, polen y otras micro-partículas del aire que entra en el compresor.
Estos filtros deben tener una alta eficiencia de filtrado sin comprometer el flujo de aire hacia el compresor. Su función principal es evitar que contaminantes sólidos entren al sistema desde la aspiración.
Estos filtros suelen retener partículas de entre 1 y 5 micras, pero no eliminan vapores de aceite ni humedad.
Partículas finas que atraviesen esta etapa pueden actuar como abrasivos internos, afectando cojinetes, válvulas y rotores.
Filtros cerámicos
Los filtros cerámicos se utilizan con compresores alternativos de pistón, donde hay una mala calidad del aire comprimido. Los elementos filtrantes son bujías cerámicas y su capacidad de filtrado es superior a 5 micras.
Desde la implantación hace años de los compresores rotativos de tornillo sustituyendo a los compresores alternativos de pistón, este tipo de filtros ha ido desapareciendo de las salas de compresores.
Prefiltros y filtros de partículas
El prefiltro o filtro de partículas es la primera etapa de filtración en muchas instalaciones. Su función es retener las partículas sólidas más gruesas -polvo, óxido y residuos de tuberías- antes de que lleguen a las etapas siguientes.
Sin un prefiltro eficiente, el resto de filtros de la línea se saturan rápidamente y pierden rendimiento.
Los prefiltros trabajan con eficiencias de retención de partículas desde 1 micra hacia arriba. Su selección depende de la concentración de partículas en el aire de entrada y del nivel de pureza exigido por la aplicación final.
Los elementos de prefiltro están diseñados para la eliminación eficiente de partículas sólidas gruesas y líquidos presentes en el aire comprimido. Este tipo de filtro se usa generalmente como un prefiltro para el filtro coalescente posterior.
Filtros separadores de agua
Los filtros separadores de agua se utilizan para eliminar grandes cantidades de condensado, como el que se genera en los refrigeradores posteriores de los compresores por el enfriamiento del aire comprimido.
Estos filtros en la mayoría de los casos no llevan elementos filtrantes, produciéndose mecánicamente la separación del condensado al circular el aire comprimido por un difusor centrífugo que provoca su precipitación en la base del filtro para ser eliminada posteriormente.
Filtros coalescentes
El filtro coalescente está diseñado para eliminar aerosoles de agua y aceite del aire comprimido. Trabaja haciendo que las microgotas de líquido que viajan suspendidas en el aire choquen con las fibras del elemento filtrante, se unan formando gotas más grandes y caigan por gravedad hasta el fondo del filtro, donde se evacuan por el purgador.
Los elementos de filtro coalescentes se utilizan para una eliminación altamente eficiente de partículas sólidas, aerosoles de aceite y agua del aire comprimido.
Los filtros de coalescencia se utilizan principalmente para eliminar partículas e hidrocarburos conforme a su grado de filtración, aunque también eliminan parte de la humedad del aire comprimido.
Su capacidad de filtrado de partículas comprende desde 5 micras hasta 0,01 micras, y en hidrocarburos desde 3 mg/m3 hasta 0,005 mg/m3.
Los elementos filtrantes están fabricados con materiales de microfibra de borosilicatos y de poliéster. En los filtros coalescentes las partículas, el agua y los hidrocarburos quedan adheridos por coalescencia a la fibra del elemento filtrante, formando gotas cada vez mayores que caen hacia la base del filtro, siendo eliminadas posteriormente.
Un filtro coalescente de alta eficiencia puede alcanzar niveles de retención de aceite residual de 0,01 mg/m³.
Cuando el elemento filtrante se satura debe ser sustituido para evitar pérdidas de presión que provoquen un mayor consumo energético.
Filtros de carbón activado
Cuando el problema no son las partículas ni los líquidos sino los vapores -vapores de aceite, olores e hidrocarburos gaseosos- el filtro de carbón activo es el componente necesario.
El carbón activo tiene una superficie porosa enorme que actúa como trampa para las moléculas de vapor, reteniéndolas por adsorción. El carbón activo tiene forma granulada fina para generar una superficie sobre la cual pueda ocurrir la adsorción.
Los filtros y las torres de carbón activo se utilizan para la eliminación de vapores y olores de hidrocarburos. Su capacidad de filtración es para un contenido residual de aceite de hasta 0,003 mg/m3.
Los elementos de los filtros tienen carbón activo en su superficie para la retención y la eliminación de los hidrocarburos del aire comprimido, mientras que las torres disponen en su interior de carbón activo como material adsorbente.
Los filtros de carbón activado están diseñados para la eliminación altamente eficiente de aceite, hidrocarburos, vapores y olores del aire comprimido.
Es esencial que un elemento filtrante coalescente se instale como un prefiltro antes de la instalación del elemento de carbón activado. Los filtros y las torres de carbón activo deben ir precedidos por filtros coalescentes para evitar que se saturen rápidamente.
En las torres hay que instalar siempre un filtro posterior de partículas para la retención del posible polvo de carbón activo que pudiera salir con el aire comprimido.
Filtros estériles y bacteriológicos
Los filtros estériles se utilizan para la retención de bacterias, virus y otros microorganismos. Los filtros de aire comprimido estériles eliminan los microorganismos del aire comprimido y se utilizan en procesos y sistemas que requieren la más alta calidad de aire.
Las carcasas de los filtros estériles deben ser de acero inoxidable. Los filtros estériles de aire comprimido están hechos de materiales que permiten la esterilización con vapor a alta temperatura.
Para asegurar la esterilidad de los elementos filtrantes es necesario esterilizarlos con regularidad con vapor saturado a alta temperatura, para lo que se utilizan los filtros de vapor con el fin de garantizar la máxima seguridad del proceso.
También se puede realizar la esterilización mediante un autoclave.
Filtros de vapor
Los filtros de vapor se emplean junto con los filtros estériles para garantizar la esterilización de los elementos filtrantes con vapor saturado a alta temperatura.
Filtros con catalizador
Se utilizan catalizadores o elementos filtrantes de dos etapas para una reducción altamente eficiente del monóxido de carbono, así como de algunas otras sustancias del aire respirable comprimido.
En la primera etapa, el catalizador de hopcalita reduce el nivel de estas sustancias del aire y en la segunda etapa, los medios filtrantes de fibra de profundidad interceptan todas las partículas de polvo remanente de hopcalita.
Es esencial que un elemento filtrante coalescente se instale anterior al catalizador y de que la humedad relativa sea suficientemente baja.
Filtros de tamiz molecular
Un tamiz molecular es un material con poros -agujeros muy pequeños- de tamaño uniforme. Estos poros coinciden con las dimensiones de las moléculas pequeñas, evitando así la adsorción de moléculas grandes y solo permitiendo el paso de moléculas más pequeñas.
Los elementos de filtro de tamiz molecular se utilizan para separar el vapor de agua de pequeños flujos de aire comprimido y, por lo tanto, para el secado al aire.
En la primera etapa, el desecante adsorbe el vapor de agua del aire y en la segunda etapa los medios filtrantes de fibra de profundidad interceptan todas las partículas de polvo arrastrado.
El filtro de tamiz molecular es adecuado para aplicaciones de punto de uso o usuario final. Es importante que el aire a la entrada esté libre de agua líquida y aerosoles de aceite.
Secado del aire comprimido
Secadores frigoríficos
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.
Los secadores frigoríficos tienen un menor consumo energético que los desecantes, pero están limitados en entornos con riesgo de congelación o procesos que exigen aire extremadamente seco.
Secadores de adsorción
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.
Los secadores de desecante alcanzan un punto de rocío de -40 °C o menor y se recomiendan en procesos críticos como farmacéutica, electrónica o en climas muy fríos.
Su mayor coste operativo se debe al consumo de aire regenerativo o energía eléctrica en desecantes sin purga.
Punto de rocío a presión y riesgo de condensación
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.
Secuencia recomendada de tratamiento
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.
- Filtro de admisión para proteger el compresor.
- Enfriador posterior para reducir la temperatura del aire.
- Separador de agua para eliminar el condensado líquido.
- Prefiltro para retener partículas gruesas y líquidos.
- Filtro coalescente para aerosoles de aceite y agua.
- Secador frigorífico o de adsorción, según el PDP requerido.
- Filtro de carbón activado cuando deben eliminarse vapores de aceite.
- Filtro final de partículas para retener sólidos finos.
- Filtro estéril en aplicaciones que requieren retención de microorganismos.
Antes de pasar al secado, el aire comprimido debe enfriarse para condensar la mayor cantidad posible de vapor de agua.
Los enfriadores posteriores reducen la temperatura del aire, facilitando la condensación. Los separadores de humedad eliminan físicamente las gotas de agua generadas tras el enfriamiento.
Una estrategia en serie consiste en colocar filtros en cascada, de mayor a menor micraje, para reducir la carga en los más finos y prolongar su vida útil.
| Tipo de tratamiento | Contaminante tratado | Rendimiento típico |
|---|---|---|
| Filtro coalescente | Aerosol de aceite y aerosol de agua | Eliminación de aceite de hasta 0,01 mg/m³ |
| Filtro de partículas | Partículas sólidas | Filtración de hasta 0,1 μm |
| Filtro de carbón activado | Vapor de aceite | Eliminación de vapor de aceite de hasta 0,003 mg/m³ |
| Secador frigorífico | Humedad | Punto de rocío a presión de +3 °C |
| Secador de adsorción | Humedad | Punto de rocío a presión de -40 °C o -70 °C |
Filtración superficial y filtración profunda
Para eliminar eficientemente las impurezas, es esencial contar con buenos filtros de aire comprimido, que consisten en una carcasa y un elemento filtrante.
El elemento filtrante es el designado para eliminar la mayoría de los contaminantes sólidos y líquidos presentes en aire comprimido.
Los elementos filtrantes utilizan dos tipos de filtración: filtración superficial y filtración de tipo profunda.
La función del filtro puede basarse en el impacto inercial para partículas grandes, la interceptación para partículas medias o la difusión para las partículas más finas.
Componentes de un filtro
Las dos partes principales que componen un filtro son la carcasa, o cuerpo del filtro, y el elemento filtrante. Otras partes que lo componen son el sistema de purga y el manómetro o indicador de presión diferencial.
La carcasa de un filtro puede estar fabricada en distintos materiales. En los filtros coalescentes y de carbón activo con conexión roscada es de aluminio, mientras que en los modelos para grandes caudales con conexión embridada son de acero al carbono galvanizado.
En los filtros de vapor y estériles las carcasas son de acero inoxidable.
El diseño de la parte superior de la carcasa es básico para optimizar el rendimiento del filtro, reducir al máximo la pérdida de presión y facilitar el cambio de los elementos de filtro de manera sencilla.
El elemento filtrante es la parte fundamental del filtro. Su diseño y materiales son fundamentales para que tengan una amplia superficie que reduzca la resistencia al flujo y de esta forma conseguir que la pérdida de presión sea mínima.
La conexión a la carcasa debe estar también optimizada y la sustitución del elemento debe ser sencilla y rápida.
Los elementos de filtro son un consumible que se adquiere de forma independiente, debiéndose comprobar al sustituirlos que las características de eficiencia y grados de filtración coinciden con las de los elementos a sustituir.
Purga de condensados
Purga manual
Los condensados se drenan manualmente abriendo la llave de purga que se encuentra en la base de la carcasa.
Este tipo de purga se suele montar en filtros situados en puntos donde por el tratamiento previo no debe llegar humedad, como filtros de carbón activo o postfiltros de partículas, por lo que requieren que se revise regularmente la existencia de condensados.
Purga semiautomática
Este tipo de drenaje está normalmente cerrado cuando el filtro se encuentra con presión. Al reducir la presión en el filtro hasta la presión ambiente el filtro abre purgando los condensados.
Este tipo de purgas se suele instalar en filtros situados en las tomas de la instalación o en las bajantes de purga de la red general.
Purga de boya o flotador
Esta clase de purgador es de tipo automático y actúa de forma mecánica. Al existir condensados en la base del filtro se produce una elevación de la boya o flotador que permite la salida de los condensados, realizando el asiento posterior para efectuar el cierre.
El inconveniente de este tipo de filtros es que si existen partículas o suciedad en la base de la carcasa no se producirá correctamente el cierre, provocando fugas de aire comprimido con sus consecuentes pérdidas.
Purga temporizada
Esta clase de purgador es de tipo automático, precisa de alimentación eléctrica y actúa de forma temporizada.
La temporización se realiza regulando el tiempo de apertura del purgador y el intervalo de tiempo que transcurre entre purgas.
El problema de esta clase de purgas es que es difícil que coincida la purga con el momento real en que debería producirse, por lo que habitualmente o no se purgan todos los condensados, o lo que tendremos serán pérdidas por fugas de aire comprimido si queremos asegurar un purgado completo.
Purga capacitiva
Esta clase de purgador es de tipo automático, con un sistema de purgado mediante una regulación electrónica de nivel, precisando de alimentación eléctrica.
Este sistema de purga es el más efectivo al evitar las pérdidas de aire comprimido.
Estos purgadores disponen de un sensor de nivel capacitivo dentro de un contenedor donde se depositan los condensados. Cuando se llena el contenedor, el sensor de nivel emite una señal al controlador electrónico para abrir la conducción de salida y evacuar los condensados.
Algunos modelos de purgas capacitivas incorporan un sistema de gestión que supervisa la vida útil del elemento filtrante.
Caída de presión y caudal
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.
Un filtro subdimensionado genera una caída de presión excesiva que penaliza el rendimiento de toda la instalación. Uno sobredimensionado supone un coste innecesario sin ninguna ventaja técnica.
Una mala selección o exceso de filtros puede incrementar la pérdida de carga, elevando el consumo energético del compresor y los costes operativos.
El aumento de la caída de presión en el sistema de tratamiento del aire comprimido requiere que el compresor se ajuste en un punto de presión más elevado para poder mantener la presión necesaria en los puntos de consumo, lo que implica un consumo eléctrico adicional innecesario.
Con el tiempo, las partículas y el polvo se acumulan en los elementos filtrantes, resultando un obstáculo para el paso del aire comprimido y originando un aumento de la pérdida de presión.
Cómo detectar que el filtro limita el caudal
Una forma práctica de detectar problemas es observar el manómetro de la unidad de mantenimiento durante el pico de consumo de la máquina. Si durante el ciclo el indicador oscila o cae de forma significativa, puede estar indicando que falta caudal.
Si durante el pico de consumo la presión cae más de 0,4 bar, revisa el filtro, la unidad de mantenimiento, el tubo de alimentación y la red.
- Cartucho filtrante colmatado.
- Filtro demasiado fino para el caudal requerido.
- Unidad de mantenimiento infradimensionada.
- Tubo de alimentación demasiado pequeño.
- Red de distribución insuficiente en esa zona.
- Fugas aguas arriba.
- Compresor trabajando al límite.
- Regulador mal dimensionado.
No conviene culpar al compresor sin revisar antes estos puntos.
Dimensionamiento por caudal
El filtro debe estar dimensionado para el caudal nominal de la instalación, expresado en m³/h o en l/min.
La rosca no basta. Una unidad con la misma rosca puede tener distinto caudal nominal según diseño interno, tamaño y elemento filtrante.
Como criterio de diseño, selecciona una unidad de mantenimiento capaz de aportar aproximadamente un 30% más de caudal que el consumo máximo previsto de la máquina.
Ese margen ayuda a mantener una presión más estable durante más tiempo y reduce el riesgo de que la unidad trabaje al límite.
Presión y condiciones ambientales
Los filtros de aire comprimido tienen rangos de presión máxima de operación. En instalaciones industriales que trabajan a presiones elevadas -por encima de 10 o 16 bar- es imprescindible verificar que el filtro está certificado para esas condiciones.
La temperatura del entorno, la humedad relativa y la presencia de contaminantes específicos en el ambiente condicionan tanto la selección del filtro como los intervalos de mantenimiento.
Una instalación en un entorno polvoriento o con alta humedad ambiental necesita una solución diferente a la de un taller en interior con condiciones controladas.
Qué indica el estado del filtro
El filtro no solo protege. También da información sobre la salud de la instalación.
Si aparece aceite
- Arrastre de aceite desde el compresor.
- Separación deficiente.
- Mantenimiento pendiente en el compresor.
- Contaminación acumulada en la red.
Si aparece agua
- Problemas de condensado.
- Secador insuficiente.
- Purgas defectuosas.
- Enfriamiento del aire en la red.
- Falta de tratamiento previo.
Si aparecen partículas sólidas
- Óxido en tuberías.
- Red de distribución envejecida.
- Trabajos recientes sin limpieza posterior.
- Suciedad acumulada aguas arriba.
- Falta de filtrado previo.
Este diagnóstico permite detectar problemas antes de que afecten a válvulas, cilindros o herramientas neumáticas.
Frecuencia de sustitución de los filtros
El mantenimiento de los filtros de aire comprimido es uno de los aspectos más descuidados en instalaciones industriales. El deterioro de un filtro de aire comprimido no siempre genera señales evidentes hasta que el problema ya está avanzado.
La frecuencia de las pruebas y del mantenimiento depende de la calidad del aire, las horas de funcionamiento, la contaminación de la red y la criticidad de la aplicación.
| Tipo de filtro | Intervalo orientativo | Factor que acorta el intervalo |
|---|---|---|
| Prefiltro de partículas | 2.000-4.000 h | Entorno polvoriento, alta concentración de partículas |
| Filtro coalescente | 4.000-8.000 h o 1 año | Alta humedad, aceite lubricante abundante |
| Filtro de carbón activo | 4.000 h o 1 año | Temperatura alta, vapores intensos |
| Elemento secador de adsorción | Según ciclo de regeneración | Alta humedad ambiental, uso intensivo |
Los filtros de aire de baja calidad se obstruyen más rápido que los filtros de aire de alta calidad. Esto significa que se tendrán que sustituir los elementos filtrantes más a menudo.
También significa que la caída de presión del filtro a lo largo del tiempo será más alta y más rápida con filtros de aire de baja calidad, por lo que al final resultan siempre más costosos.
Vaciar el vaso no equivale a cambiar el elemento filtrante. Un filtro puede estar colmatado aunque el vaso parezca limpio.
El manómetro de presión diferencial o un indicador óptico nos indican el grado de saturación del elemento filtrante y cuándo se debe realizar la sustitución del mismo.
Cuando el manómetro diferencial se encuentra en la parte superior de la carcasa del filtro no es muy fiable, siendo aconsejable seguir las instrucciones del fabricante del filtro respecto a la duración del elemento filtrante para su sustitución.
El manómetro diferencial es fiable si sus puntos de conexión están a la entrada y a la salida del filtro, sin conexiones internas que puedan obstruirse.
Verificación de la calidad del aire
La instalación del equipo de tratamiento adecuado es el primer paso. Sin embargo, verificar que el 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 tiempo y 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, en mg/m³ o mediante recuento de partículas por m³.
- Punto de rocío a presión, en °C.
- Contenido total de aceite, en 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.
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.
Selección del nivel de filtrado según el uso
El nivel de filtrado debe adaptarse al destino del aire comprimido.
- Herramientas neumáticas: filtrado básico y secador frigorífico para evitar la corrosión interna.
- Fabricación general: filtración de partículas y coalescente, con secado adecuado a las condiciones de la red.
- Instrumentación neumática: filtración más estricta y control del punto de rocío para evitar errores de medición y fallos en válvulas.
- Laboratorios y farmacéutica: filtración en varias etapas, secador desecante y filtros estériles en el punto de uso.
- Líneas de envasado alimentario: cumplimiento de la clase de calidad requerida, con eliminación de humedad, aceite y microorganismos cuando corresponda.
- Electrónica: control estricto de partículas, humedad, vapores de aceite e hidrocarburos.
La presencia de contaminantes debe ser limitada, no pudiendo exceder unos niveles aceptables, según la aplicación, para evitar daños en equipos o en los procesos de producción.
Errores habituales de instalación y selección
En los sistemas de filtración de aire comprimido se producen errores de instalación, como filtros montados incorrectamente, filtros mal dimensionados o filtros instalados en el lugar equivocado.
- Pensar que más filtrado siempre es mejor.
- Usar 5 µm por sistema en toda la máquina sin comprobar las necesidades reales.
- No revisar el caudal nominal de la unidad.
- Instalar una unidad de mantenimiento al límite del consumo.
- No mirar el manómetro durante el consumo real.
- No analizar la suciedad del filtro.
- No sustituir el cartucho filtrante.
- Colocar el filtro fino antes de una etapa que debería protegerlo.
- Omitir el prefiltro coalescente antes del carbón activado.
- Usar un secador frigorífico cuando se necesita un punto de rocío de -40 °C.
- Medir el punto de rocío sin indicar la presión real de la línea.
- Ignorar las secciones exteriores o sin calefacción.
Un sistema de filtración mal diseñado o mal instalado puede ocasionar costes y problemas técnicos, como caídas de presión excesivas o saturación rápida de los elementos filtrantes.
Buenas prácticas para optimizar el sistema
- Identificar todos los contaminantes presentes y sus fuentes.
- Definir la clase ISO 8573-1 necesaria en cada punto de uso.
- Consultar el nivel de filtrado recomendado por el fabricante del componente más sensible.
- Colocar los filtros en serie, de mayor a menor micraje.
- Dimensionar los filtros según el caudal máximo y la presión de trabajo.
- Dejar aproximadamente un 30% de margen de caudal en la unidad de mantenimiento.
- Monitorizar la presión diferencial de los filtros.
- Supervisar el punto de rocío a presión a la salida del secador.
- Ubicar los filtros lo más cerca posible del punto de uso para minimizar la recontaminación.
- Seleccionar carcasas y elementos filtrantes de alta calidad y fácil mantenimiento.
- Programar inspecciones periódicas en entornos con alta carga de contaminantes.
- Sustituir los elementos antes de que la caída de presión limite el rendimiento.
- Analizar si el filtro contiene agua, aceite u óxido para localizar el origen del problema.
Los filtros de aire comprimido de calidad tienen una caída de presión mucho más baja que los de baja calidad. Esto significa ahorrar energía y dinero.
Una pérdida de carga innecesaria de 1 bar puede aumentar el consumo energético de un compresor hasta un 7%.
Lista de comprobación para seleccionar el nivel de filtrado
| Punto a revisar | Pregunta clave |
|---|---|
| Aplicación | ¿Es neumática general o una aplicación sensible? |
| Componentes | ¿Qué nivel de filtrado recomienda el fabricante? |
| Filtro | ¿40 µm es suficiente para los componentes instalados? |
| Filtrado fino | ¿Existe un motivo real para usar 5 µm? |
| Caudal | ¿La unidad permite el caudal máximo de la máquina? |
| Margen | ¿La unidad tiene al menos un 30% de margen de caudal? |
| Presión | ¿La presión se mantiene estable en el pico de consumo? |
| Manómetro | ¿Oscila más de 0,4 bar durante el ciclo? |
| Agua | ¿Hay condensado en el vaso? |
| Aceite | ¿Hay aceite acumulado en el filtro? |
| Partículas | ¿Hay suciedad u óxido visible? |
| Mantenimiento | ¿Está definida la frecuencia de cambio del cartucho? |
Preguntas frecuentes
¿Qué nivel de filtrado usar en neumática industrial?
En muchas aplicaciones generales con cilindros y válvulas estándar, un filtrado de 40 µm puede ser adecuado si los componentes lo admiten. Para componentes sensibles, hay que revisar la recomendación del fabricante.
¿Es mejor utilizar siempre filtros de 5 µm?
No necesariamente. Un filtro más fino puede colmatarse antes y generar mayor caída de presión. Solo debe usarse cuando la aplicación lo requiera.
¿Qué significa ISO 8573-1 7.4.4?
Es una forma de expresar la calidad del aire comprimido según tres clases: partículas, agua y aceite. Cada número indica una clase de calidad para cada contaminante. Cuanto menor es cada número, mejor es la calidad del aire.
¿Qué indica que el manómetro oscile durante el ciclo?
Puede indicar falta de caudal, filtro colmatado, unidad infradimensionada, tubo pequeño o limitación en la red.
¿Cada cuánto hay que cambiar el filtro?
Depende de la calidad del aire, las horas de funcionamiento, la contaminación de la red y la criticidad de la aplicación. Lo importante es no esperar a que genere caída de presión.
¿Qué ocurre si el filtro tiene aceite?
Puede indicar arrastre de aceite desde el compresor o problemas de separación previa.
¿Qué ocurre si el filtro tiene agua?
Puede indicar condensación en la línea, secado insuficiente o problemas de purga.
¿Qué secador se necesita para una clase de humedad 2?
Los secadores de adsorción son ideales para lograr los bajos puntos de rocío requeridos para el aire de clase 2. Los secadores frigoríficos son más adecuados para aplicaciones menos estrictas.
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