WHITEPAPER SUGLI ESSICCATORI D'ARIA COMPRESSA PERDITE DI ACQUA NEI COMPRESSORI
L'aria atmosferica contiene sempre acqua, per lo più sotto forma di umidità vaporizzata e talvolta sotto forma di acqua in forma liquida (quando piove). Anche se l'acqua vaporizzata nell'atmosfera di solito non è né visibile né percettibile, può essere presente in gran quantità.
Alla temperatura di 35°C, l'aria può contenere un massimo di 39 grammi di acqua sotto forma di vapore per m³. Se l'aria raggiunge tale livello, ha un'umidità relativa del 100%. Se c'è più acqua nell'aria, tutto al di sopra di questi 39 g/m³, si condensa e forma delle goccioline.
Quando la temperatura diminuisce, diminuisce anche la quantità massima di vapore acqueo che l'aria è in grado di trattenere. Ad esempio, l'aria ad una temperatura di 20°C può contenere solo un massimo di 17 grammi di acqua per m³ sotto forma di vapore. Ciò significa che quando si porta 1m³ d'aria a 35 °C con il 100% di umidità relativa e la si raffredda a 20 °C, 22 grammi di vapore si condensano poiché l'aria non è più in grado di trattenere questa quantità di vapore.
Il punto di rugiada è un parametro spesso utilizzato per indicare il grado di essiccazione dell'aria. È la temperatura alla quale l'aria è completamente satura di vapore acqueo. Nel nostro esempio, l'aria a 35 °C che contiene 39 g di vapore acqueo per m³, ossia l'aria con un'umidità relativa del 100% ha un punto di rugiada di 35 °C. Se l'aria contiene solo 22 g di acqua per m³, il che significa che la sua umidità relativa è del 56%, allora ha un punto di rugiada di 20 °C.
Nota: Se questi valori vengono misurati a una pressione della temperatura atmosferica, si parla di punto di rugiada atmosferico. Se vengono misurati sotto pressione, lo si intende come punto di rugiada in pressione. Ma cosa accade quando l'aria atmosferica viene compressa? Durante la compressione, la concentrazione del vapore acqueo aumenta insieme al rapporto di pressione, il che significa che una maggiore quantità di vapore acqueo verrà inserita nello stesso spazio.
Un esempio: In condizioni ambientali normali, una temperatura di 35 °C e un'umidità relativa del 60%, 1 metro cubo di aria contiene circa 23 grammi di vapore acqueo. Se l'aria ambiente viene compressa dalla pressione atmosferica a una pressione di 7 bar(g), la concentrazione di vapore acqueo aumenta di 8 volte. Di conseguenza, un metro cubo di tale aria compressa contiene ora 184 grammi di acqua. Ciò significa che 161 grammi di acqua aggiuntiva entrano nel sistema dell'aria compressa per ogni metro cubo di aria compressa prodotta a 35 °C.
Se non sembra molto, esaminiamo cosa significherebbe per un compressore da 90 kW che funziona 8 ore al giorno. Durante questo turno di lavoro, eroga 970m³ di aria compressa contenente un totale di 140 litri di acqua in eccesso, che può riempire una vasca da bagno, e 37 litri di vapore acqueo.
Guarda il video wiki per una spiegazione chiara del motivo per cui è presente acqua nell'aria compressa e su come trattarla correttamente per evitare potenziali rischi.
Questo ci porta alla domanda chiave:
Fortunatamente, esistono diversi modi per rimuovere l'acqua e/o l'umidità dall'aria compressa e proteggere le apparecchiature e i prodotti a valle. La prima è chiamata "sovra-compressione". In questo caso, la pressione viene aumentata oltre il livello richiesto. Come abbiamo appena appreso, ciò comporterebbe una quantità aggiuntiva di acqua nell'aria compressa e la formazione di più goccioline, che vengono poi rimosse. Successivamente, la pressione viene ridotta al livello effettivamente richiesto. Il risultato è che l'aria è molto più essiccata perché nell'aria compressa rimane solo il vapore acqueo, con conseguente umidità relativa inferiore al 100%.
Un secondo metodo è il raffreddamento. Come abbiamo spiegato in precedenza, la quantità di vapore acqueo che l'aria può trattenere diminuisce insieme alla temperatura dell'aria. Durante il raffreddamento, l'aria compressa viene raffreddata a una temperatura inferiore. Quando la temperatura diminuisce, l'umidità relativa supera il 100% e si formano goccioline d'acqua, che possono poi essere raccolte e rimosse. Successivamente, la temperatura dell'aria compressa viene nuovamente aumentata e, ancora una volta, nell'aria compressa rimane solo il vapore acqueo. A questo punto, l'umidità relativa sarà inferiore al 100%.
L'ultima tecnologia è chiamata "essiccazione chimica". Con questo metodo spesso utilizzato, l'umidità viene rimossa mediante assorbimento o adsorbimento da parte di una sostanza esterna. In caso di assorbimento, l'umidità viene catturata da un liquido igroscopico o da una polvere. L'umidità viene assorbita da questo materiale. Poiché la composizione chimica del materiale assorbente cambia, non può più essere rigenerata. Di conseguenza, il materiale assorbente deve essere rimosso e sostituito dopo essere stato saturato per ricominciare il processo.
Nel caso dell'adsorbimento, l'umidità viene catturata dai granuli igroscopici. Mediante diffusione, le molecole di umidità vengono trasportate nei pori dei granuli, dove si accumulano. Quando i granuli sono saturi, devono essere rigenerati per iniziare nuovamente il processo. La rigenerazione dei granuli può essere eseguita in modi diversi: È possibile inviare un flusso di aria calda o molto secca tramite i granuli della sostanza igroscopica. In entrambi i casi, le forze che trattengono l'acqua vengono distrutte, portando alla rimozione delle molecole di acqua.
Esaminiamo brevemente la popolarità e i vantaggi di ogni metodo, come possono essere utilizzati e gli eventuali inconvenienti.
Sovra-compressione: Questo è forse il metodo più semplice per essiccare l'aria compressa, ma è adatto solo per flussi d'aria molto ridotti grazie all'elevato consumo energetico.
Raffreddamento: Il raffreddamento è un metodo di essiccazione popolare. In alcuni casi, l'aria compressa viene raffreddata utilizzando uno scambiatore di calore con acqua di raffreddamento raffreddata. A questa bassa temperatura, l'umidità viene condensata in gocce d'acqua, che vengono raccolte e drenate. Questo sistema è limitato dalla temperatura dell'acqua di raffreddamento e richiede anche l'uso di un refrigeratore dell'acqua.
Assorbimento: Si tratta di un metodo costoso, in quanto i rifiuti liquidi dell'essiccatore devono essere trattati come rifiuti chimici. Il materiale assorbente deve essere sostituito costantemente, il che rende questo sistema molto costoso. Inoltre, il punto di rugiada di questo tipo di essiccatore può essere abbassato solo a 15 °C.
Essiccazione a refrigerazione: Un metodo di essiccazione più comunemente utilizzato che si basa sul raffreddamento dell'aria compressa può essere eseguito da essiccatori a refrigerazione. In questi essiccatori un circuito del refrigerante raffredda l'aria compressa. Tuttavia, se la temperatura in questi essiccatori scende al di sotto di 0 °C, le goccioline d'acqua si congelano e bloccano il flusso dell'aria compressa nello scambiatore di calore, causando il guasto dell'essiccatore a refrigerazione.
Essiccazione ad adsorbimento: Gli essiccatori ad adsorbimento vengono utilizzati principalmente quando il punto di rugiada in pressione richiesto deve essere inferiore a 0 °C. La maggior parte di queste applicazioni richiedono temperature del punto di rugiada minime di -40°C o anche di -70°C.
Process of moisture removal within a compressed air system
Vediamo ora come gli essiccatori cambiano nel tempo.
