Poiché l'umidità può avere effetti così ampi e costosi sulla rete dell'aria compressa, attrezzature e prodotti finali, l'essiccazione è di fondamentale importanza, rendendo gli essiccatori una parte fondamentale di qualsiasi strategia di trattamento dell'aria.
Tuttavia, l'essiccazione dell'aria richiede energia … e l'energia costa. Più si secca l'aria, maggiore è l'energia necessaria. Ecco perché è fondamentale trovare la tecnologia giusta che non solo soddisfi i requisiti di qualità dell'aria (sia quelli conformi allo standard ISO 8573-1 che quelli che garantiscono la protezione del sistema dell'aria compressa e delle apparecchiature), ma mantenga anche bassi i costi di esercizio.
Il modo migliore (e più semplice) di scegliere la tecnologia ottimale per gli essiccatori per la vostra attività è determinare i requisiti del punto di rugiada della vostra applicazione.
Se è inferiore a 3 °C (37.4 °F), è probabile che sia necessario un essiccatore ad adsorbimento a sostanza igroscopica. Sono in grado di raggiungere PDP di -40°C, il che li rende adatti a fornire aria molto secca per le applicazioni più critiche.Tuttavia, se i requisiti del punto di rugiada sono meno rigorosi, probabilmente è possibile utilizzare essiccatori a refrigerazione.
Quindi, esaminiamo più da vicino i diversi tipi di essiccatori.
Gli essiccatori a refrigerazione sono quelli più comunemente utilizzati e sono costituiti da uno scambiatore di calore aria-aria e da uno scambiatore di calore aria-refrigerante. Gli scambiatori di calore rimuovono l'umidità dall'aria compressa attraverso la condensazione.
Fondamentalmente, questi essiccatori (che possono essere raffreddati ad aria o ad acqua) raffreddano l'aria calda e umida proveniente dal compressore. Man mano che la temperatura diminuisce, l'umidità condensa e può essere scaricata dall'aria compressa con l'ausilio di uno scarico dell'acqua.
Successivamente, l'aria compressa viene nuovamente riscaldata nello scambiatore di calore aria-aria dall'aria in ingresso a circa la temperatura ambiente per garantire che non si formi condensa sulla parte esterna delle tubazioni. Questo scambio di calore tra l'aria compressa in ingresso e l'aria compressa in uscita riduce anche la temperatura dell'aria compressa in ingresso e, di conseguenza, la capacità di raffreddamento richiesta del circuito del refrigerante.
Per essere efficace, l'umidità relativa dell'aria compressa a valle dell’essiccatore deve essere inferiore al 50%.
Distinguiamo inoltre tra essiccatori a refrigerazione non ciclici, ciclici e VSD.
Essiccatori non ciclici: Il termine "non ciclico" significa che questi essiccatori azionano costantemente il compressore di refrigerazione e utilizzano una valvola di bypass gas caldo per reindirizzare il refrigerante, anche in condizioni di carico inferiore al pieno.
Sono un ottimo punto di partenza per chiunque desideri migliorare la qualità dell'aria compressa acquistando con un budget limitato. Gli essiccatori non ciclici sono molto semplici e affidabili e vengono forniti con opzioni minime per semplificarne il design e il funzionamento. Questo tipo di essiccatore a refrigerazione è molto conveniente, in quanto comporta il minor costo iniziale di investimento pur fornendo aria compressa secca e pulita.
Gli essiccatori non ciclici sono semplici da installare e da utilizzare, cosa che li rende uno standard di mercato in termini di prestazioni, qualità e capacità di fornire i risultati desiderati. Sono idealmente abbinati a qualsiasi compressore d'aria rotativo a vite, mentre è preferibile e consigliata una versione ad alta temperatura per l'uso con qualsiasi compressore a pistone. Come suggerito dal nome, il termine "non ciclico" indica che l'essiccatore è in funzione in modo costante, indipendentemente dal carico di aria compressa in ingresso. Di conseguenza, sono meno efficienti dal punto di vista energetico rispetto ad altre opzioni.
Essiccatori ciclici: A differenza delle versioni non cicliche, gli essiccatori ciclici utilizzano apparecchiature aggiuntive, come la massa termica o il regolatore di frequenza. In questo modo, possono attivarsi e disattivarsi in base alla richiesta di aria compressa in ingresso nell'essiccatore. Ciò li rende più efficienti dal punto di vista energetico.Sebbene gli essiccatori ciclici siano più costosi da acquistare, essi garantiscono risparmi a lungo termine sui costi energetici rispetto agli essiccatori non ciclici, soprattutto per le operazioni con un fabbisogno d'aria variabile. Sono molto affidabili e offrono la comodità di una facile installazione, un ingombro ridotto e un basso livello di rumore.
Essiccatori VSD: Per le operazioni con un fabbisogno di aria variabile, gli essiccatori che utilizzano l'azionamento a velocità variabile (VSD) offrono i costi di esercizio più bassi e, di conseguenza, anche i costi di proprietà più bassi. Poiché la velocità del motore del compressore integrato nell'essiccatore si regola automaticamente in base al fabbisogno di aria, le spese per l'energia si riducono drasticamente.
Suggerimento: I vantaggi degli essiccatori integrati
Quando si ha la possibilità di scegliere tra un essiccatore integrato nella cofanatura del compressore o un modello autonomo, spesso ha più senso utilizzare la versione integrata.
Un essiccatore integrato consente di risparmiare spazio, spesso un bene prezioso nelle sale compressori e nelle officine. Inoltre, gli essiccatori integrati riducono i costi di installazione offrendo al contempo una soluzione piccola, più silenziosa e conveniente per le vostre esigenze di aria compressa.
La sostanza igroscopica è un materiale che adsorbe l'umidità. La maggior parte della gente lo conosce dalle piccole buste riempite di silice che sono incluse nella confezione dei prodotti per mantenerli asciutti.
In un essiccatore, l'aria compressa fluisce su questo cosiddetto materiale igroscopico (come silicagel, setacci molecolari o allumina attivata) e viene quindi essiccata. Lo scambio di vapore acqueo dall'aria compressa umida nella sostanza igroscopica causa la graduale saturazione del materiale con l'umidità adsorbita. Di conseguenza, deve essere "rigenerata" (cioè scaricata d'acqua) regolarmente per recuperare la sua capacità di essiccazione.
Ecco perché gli essiccatori d'aria ad adsorbimento sono solitamente costruiti con due serbatoi di essiccazione: Il primo essicca l'aria compressa in entrata mentre il secondo viene rigenerato. Una volta completato il processo, i due serbatoi (denominati anche “torri”) commutano le attività.
Esistono quattro modi per rigenerare la sostanza igroscopica e il metodo utilizzato determina il tipo di essiccatore ad adsorbimento. I tipi più efficienti dal punto di vista energetico riducono i costi di esercizio ma sono in genere più complessi e, di conseguenza, più costosi da acquistare.
Essiccatori ad adsorbimento con rigenerazione a freddo: Questi essiccatori sono ideali per le piccole portate d'aria. Il processo di rigenerazione avviene con l'ausilio di aria compressa espansa ("purga") e richiede circa il 15-20% della capacità nominale dell'essiccatore a una pressione di esercizio di 7 bar(e).
Essiccatori con rigenerazione a caldo: Questi essiccatori riscaldano l'aria di rigenerazione mediante una resistenza elettrica, limitando di conseguenza il flusso di purga all'8% circa. Questo tipo di essiccatori utilizza il 25% di energia in meno rispetto a quelli con rigenerazione a freddo.
Essiccatori con rigenerazione a soffiante: L'aria ambiente aspirata per la rigenerazione viene surriscaldata e portata a contatto con la sostanza igroscopica umida per rigenerarla. Solo una piccola parte del flusso d'aria in uscita viene utilizzata per raffreddare il materiale essiccante. Con questo tipo di essiccatore, per rigenerare il materiale igroscopico viene utilizzata solo il 2-3% di aria compressa. Con gli essiccatori più avanzati di questa gamma, nessun tipo di scarico andrà sprecato. Questi essiccatori a perdita zero catturano lo scarico utilizzato per rigenerare la torre satura e viene riportato all'ingresso dell'essiccatore. Per questi essiccatori il consumo energetico è inferiore del 40% rispetto a quello degli essiccatori con rigenerazione a freddo.
Essiccatori con calore di compressione rigenerazione a caldo (essiccatori "HOC"): Negli essiccatori “HOC”, la sostanza igroscopica viene rigenerata utilizzando il calore disponibile del compressore. Invece di rimuovere il calore dell'aria compressa in un refrigeratore finale, l'aria calda viene utilizzata per rigenerare la sostanza igroscopica. Questo tipo di essiccatore è in grado di fornire un tipico punto di rugiada in pressione di -20°C senza la necessità di energia. È inoltre possibile ottenere un PDP inferiore aggiungendo ulteriori riscaldatori.
Un essiccatore a sostanza igroscopica di tipo rivoluzionarioGli essiccatori a sostanza igroscopica tradizionali si basano su migliaia di minuscole granuli di sostanza igroscopica per essiccare l'aria. Questa tecnologia consente di portare a termine il lavoro, ma presenta anche alcuni inconvenienti. Ad esempio, spingere l'aria compressa attraverso questo labirinto di granuli richiede abbastanza energia. Inoltre, la sostanza igroscopica si decompone, creando una polvere sottile che rappresenta un pericolo per la salute e per l'ambiente. Infine, i granuli in decadimento potrebbero anche ridurre la qualità dell'aria e richiedere una manutenzione frequente.
Atlas Copco ha risolto questi inconvenienti con l'introduzione di CERADES™, il primo essiccante solido al mondo. Gli essiccatori a sostanza igroscopica CERADES consumano meno energia, offrono una migliore qualità dell'aria, richiedono meno manutenzione ed eliminano i rischi per la salute e l'ambiente. Invece di forzare l'aria compressa attraverso migliaia di granuli, CERADES consente il passaggio attraverso condotti interni. Poiché l'aria non incontra resistenza, la caduta di pressione è molto più bassa quando si utilizza questo processo e, di conseguenza, è necessaria molta meno energia per azionare l'essiccatore.
Ma i costi operativi molto più bassi sono solo uno dei vantaggi. Gli essiccatori CERADES eliminano inoltre la polvere fine che si crea negli essiccatori tradizionali quando l'aria compressa forza i granuli della sostanza igroscopica a rimbalzare e, di conseguenza, a decomporre lentamente. Se la polvere non viene filtrata, può contaminare l'aria e le apparecchiature a valle. Il filtraggio comporta invece costi di esercizio più elevati. E soprattutto, la polvere rappresenta un pericolo per la salute e per l'ambiente, poiché circola nell'aria ambiente al momento della sostituzione della sostanza igroscopica. Poiché il CERADES si decompone a una velocità molto più bassa, elimina questo problema di polvere. Ciò riduce ulteriormente i costi e garantisce agli utenti la purezza dell'aria a norma ISO 8573-1:2010 Classe 2 per le particelle senza ulteriore filtraggio.
Questi essiccatori sono semplici da utilizzare, silenziosi durante l'uso e non hanno parti mobili, basso consumo di energia e requisiti di manutenzione minimi (principalmente filtri a monte dell'essiccatore).
Essi utilizzano un processo chiamato “permeazione selettiva” dei gas dell’aria. L'essiccatore è un cilindro che contiene migliaia di minuscole fibre di polimeri cavi con un rivestimento interno. Utilizzando la loro permeabilità selettiva, queste fibre rimuovono il vapore acqueo.
Ecco come funziona. L'aria compressa umida entra nel cilindro. Il rivestimento della membrana consente al vapore acqueo di permeare la parete della membrana e di raccogliersi tra le fibre, mentre l'aria secca continua attraverso le fibre nel cilindro a quasi la stessa pressione dell'aria umida in entrata. L'acqua permeata viene scaricata nell'atmosfera all'esterno del cilindro.Per poter rimuovere l'acqua espulsa dall'essiccatore, gli essiccatori a membrana richiedono tipicamente una purga di circa il 12% .
