Qual è il punto di rugiada in pressione dell'aria compressa?

Una citazione arriva sulla tua scrivania con una riga che dice "uscita dell'asciugatrice: punto di rugiada in pressione di -40 gradi". Oppure uno strumento nell'impianto mostra +12 gradi e non sei sicuro se sia positivo o negativo. In ogni caso, il numero conta più della maggior parte delle specifiche riportate sul foglio ed è l'unico numero che i clienti fraintendono più spesso.

Ecco la breve risposta prima dei dettagli: il punto di rugiada in pressione dell'aria compressa è la temperatura alla quale il vapore acqueo nell'aria inizia a condensare mentre l'aria è ancora alla pressione di esercizio. Un numero più basso significa aria più secca. Un punto di rugiada in pressione di -40 gradi significa che l'aria trattiene così poca umidità che nulla si condenserà finché la temperatura non scenderà a -40 gradi.

Perché era necessaria più di una frase? Perché la stessa frase significa qualcosa di diverso a seconda di dove viene misurata e perché il numero non ha senso senza la pressione a cui è stato misurato. Questi due fatti sono all’origine della maggior parte delle discussioni tra utenti finali e fornitori di apparecchiature.

Questo articolo tratta la metrica dall'inizio alla fine: cos'è, perché differisce dal punto di rugiada su un bollettino meteorologico, l'aritmetica che collega i due, la tabella delle classi ISO 8573-1 che trasforma il numero in una specifica, quale tecnologia di essiccazione raggiunge quale livello, come scegliere un obiettivo per il proprio sistema e come stabilire se una lettura che ti è stata fornita può essere attendibile.

Cosa significa realmente il punto di rugiada in pressione

Ogni gas contiene vapore acqueo. Quanto può contenere dipende dalla temperatura. L'aria calda trattiene di più, l'aria fredda trattiene di meno. Il punto di rugiada è semplicemente la temperatura alla quale l'aria trattiene tutto ciò che può - saturazione - e qualsiasi ulteriore raffreddamento spinge l'eccesso fuori come acqua liquida.

Il punto di rugiada in pressione applica tale definizione all'aria mantenuta al di sopra della pressione atmosferica. SecondoSpiegazione di Atlas Copco sul punto di rugiada in pressione, il punto di rugiada in pressione è la temperatura alla quale l'aria compressa può essere raffreddata senza che l'umidità al suo interno si condensi e un punto di rugiada in pressione basso indica sempre un basso contenuto di acqua. Il punto di rugiada atmosferico, al contrario, descrive la stessa aria dopo che è stata estesa nuovamente a circa una barra - il numero riportato dalle previsioni del tempo.

Questa distinzione non è accademica. Poiché il punto di rugiada dipende dalla pressione, una lettura atmosferica effettuata dopo l'espansione non può essere paragonata a un punto di rugiada alla pressione di linea, e la combinazione dei due è alla base di una buona parte delle quotazioni contestate degli essiccatori.

Perché l'industria specifica il punto di rugiada anziché l'umidità relativa

L'umidità relativa ti dice quanto l'aria è vicina alla saturazione in percentuale, il che sembra utile finché non noti che il riscaldamento dell'aria abbassa la sua umidità relativa senza rimuovere una singola molecola d'acqua. L'umidità relativa cambia con la temperatura; il contenuto di umidità no. Il punto di rugiada esprime il contenuto di umidità stesso, come temperatura, quindi rimane significativo mentre l'aria si muove attraverso un sistema che la raffredda, la espande e la ricomprime. Ecco perché la norma ISO 8573-1 specifica l'umidità dell'aria compressa come punto di rugiada in pressione anziché come valore di umidità.

Nota:Una cifra del punto di rugiada in pressione è incompleta senza due compagni - la pressione alla quale si applica e la temperatura di ingresso a cui è stato valutato l'essiccatore. Una valutazione di -40 gradi con un ingresso di 38 gradi rappresenta una prestazione della macchina diversa rispetto alla stessa etichetta con un ingresso di 50 gradi.

Punto di rugiada in pressione e punto di rugiada atmosferico: perché i due numeri differiscono

La compressione non aggiunge acqua all'aria. Toglie spazio.

Quando un compressore spreme l'aria ambiente da uno a sette bar, compatta circa sette volte il vapore nello stesso volume del tubo. La massa dell'acqua rimane invariata, ma la sua pressione parziale - la quota della pressione totale a cui contribuisce il vapore acqueo - aumenta in proporzione. Una pressione parziale del vapore più elevata significa che la saturazione avviene a una temperatura più elevata, quindi il punto di rugiada aumenta.

Eseguilo al contrario e il comportamento si spiega da solo. Sfiatare la stessa aria nell'atmosfera e la pressione parziale del vapore crolla; il punto di rugiada da misurare scende bruscamente. Per la stessa quantità d'aria, il punto di rugiada in pressione è sempre più alto - più umido- sembra - rispetto al punto di rugiada atmosferico. La guida all'essiccazione ad aria di Atlas Copco-fornisce un esempio ampiamente citato:un punto di rugiada in pressione di +2 gradi a 7 bar equivale a circa −23 gradi a pressione atmosferica.

Ne conseguono due conseguenze pratiche.

Innanzitutto, se un fornitore indica un punto di rugiada meravigliosamente basso senza indicare la pressione, chiedere dove è stata misurata. Un numero preso dopo l'espansione è un punto di rugiada atmosferico e il reale punto di rugiada in pressione in-linea all'uscita dell'essiccatore sarà sostanzialmente più alto. In secondo luogo, se il tuo impianto accetta aria con un punto di rugiada in pressione di -20 gradi e qualcuno misura un punto di rugiada atmosferico di -40 gradi su un campione, queste due letture possono descrivere esattamente la stessa aria. Non c'è niente di sbagliato; le due cifre sono semplicemente espresse a pressioni diverse.

Come la pressione sposta il punto di rugiada: la conversione, risolta

Non hai bisogno di un grafico psicrometrico per verificare una conversione, ma devi pensare in assoluta pressione. La pressione relativa viene misurata rispetto all'atmosfera, quindi a livello del mare una linea di 7 bar trasporta in realtà circa 8,013 bar assoluti, poiché 7 + 1.013=8.013.

Con questa cifra, la conversione è un'operazione in tre-fasi. Mantenere costante la pressione parziale del vapore acqueo, ridimensionarla in base al rapporto delle pressioni assolute, quindi convertire la pressione di vapore risultante in una temperatura utilizzando l'inverso della relazione di pressione del vapore di saturazione.Guida di ICS Schneider per convertire i valori di pressione e punto di rugiada atmosfericone definisce il metodo, che è riportato in forma semplificata nella tabella che segue.

Come regola pratica, a 7 bar(g) il divario tra il punto di rugiada in pressione e il suo equivalente atmosferico è di circa 17-25 gradi e il divario si allarga man mano che l'aria si bagna. L'aria secca produce una diffusione maggiore; l'aria umida è più piccola.

Due esempi funzionanti

Esempio 1 - dall'uscita dell'essiccatore a un campione ventilato.Un essiccatore fornisce un punto di rugiada in pressione di +3 gradi a 7 bar(g). La pressione di linea in termini assoluti è 8.013 bar. Se il campione viene espanso nell'atmosfera a 1.013 bar, la pressione parziale del vapore diminuisce di un fattore 1.013 ÷ 8.013, ovvero circa un ottavo. La conversione della pressione di vapore inferiore in una temperatura restituisce circa -21 gradi. Quindi i -21 gradi che il tecnico vede su un campione ventilato è il punto di rugiada atmosferico corretto dell'aria con un punto di rugiada in pressione di +3 gradi.

Esempio 2 - da un campione ventilato alla linea.Supponiamo che un igrometro portatile indichi -40 gradi sull'aria scaricata nell'atmosfera e che qualcuno proponga di specificare un essiccatore in base a quella cifra. Utilizzando la stessa relazione nella direzione opposta, il punto di rugiada in pressione equivalente a 7 bar(g) è di circa −20 gradi. Si tratta di una classe inferiore ai -40 gradi che il numero sembrava promettere. Questo è proprio l'errore che porta a specificare che un impianto è classificato in Classe 3 di secchezza quando il processo necessita della Classe 2.

Avvertimento:Non specificare mai un essiccatore in base alla lettura del punto di rugiada atmosferico. Convertire sempre al punto di rugiada in pressione alla pressione operativa effettiva del sistema, poiché questo è il valore rispetto al quale verranno giudicate le prestazioni.

Le classi di umidità ISO 8573-1 e quanto ti costa ciascuna

La norma ISO 8573-1:2010 definisce la purezza dell'aria compressa in tre famiglie di contaminanti: particelle, acqua e olio. Il contenuto di acqua è espresso come punto di rugiada massimo alla pressione operativa del sistema, che è ciò che rende lo standard direttamente paragonabile alle specifiche di un essiccatore. La Classe 0 è definita più rigorosa della Classe 1 ed è concordata tra l'utente e il fornitore piuttosto che fissata dalla tabella.

Le soglie delle classi riportate di seguito seguono la tabella delle classi di umidità inManuale dell'aria compressa e del gas CAGI, con applicazioni tipiche tratte daGuida di Atlas Copco alle classi di qualità dell'aria ISO 8573-1.

La classe di cui hai bisogno è impostata dall'applicazione più sensibile connessa al sistema, non dalla media. Quella singola regola risolve gran parte delle argomentazioni relative alle specifiche, perché converte un vago desiderio di “aria secca” in una soglia alla quale un fornitore può essere tenuto.

Il costo per l'acquisto di un corso che non ti serve

L'essiccazione non è gratuita e la penalità risiede principalmente nell'energia di rigenerazione e nella perdita di aria compressa piuttosto che nel prezzo di acquisto.

Gli essiccatori ad adsorbimento a freddo, il cavallo di battaglia per le applicazioni di Classe 2 e Classe 3, consumano una quota sostanziale della propria potenza nominale come aria di spurgo. ILGuida alla Compressed Air Challenge sugli essiccatori ad adsorbimentostima che la cifra sia compresa tra il 15 e il 20% della potenza nominale dell'essiccatore, mentre un essiccatore a refrigerazione assorbe circa 0,8 kW per 100 cfm di potenza una volta inclusa la potenza del compressore necessaria per superare la caduta di pressione. In termini annuali,Analisi effettuata da Chemical Processing sul consumo energetico dell'essiccatore senza calorerileva che un essiccatore senza calore da 1.000-cfm funzionante ininterrottamente con controllo a ciclo fisso consumerà nell'ordine di 300.000 kWh all'anno.

Anche la direzione di questo scambio è ben consolidata: i confronti pubblicati collocano gli essiccatori a freddo-rigenerati senza calore con un consumo di energia superiore di circa il 35% rispetto ai modelli con-ventilatore{3}}rigenerato a caldo-spurgo, e le unità di calore con ventilatore-riducono lo spurgo a circa lo 0-3% del valore nominale perché si rigenerano con l'aria ambiente anziché con l'aria del prodotto essiccato.

A fronte di ciò, il costo di una classe troppo secca è reale e ricorrente: si acquista un compressore più grande per coprire la perdita di spurgo e si paga per l’energia necessaria per rigenerare l’essiccante che non necessitava di essere rigenerato. Per un impianto le cui tubazioni non scendono mai al di sotto di +15 gradi, una specifica di Classe 4 è la risposta tecnicamente corretta e una specifica di Classe 2 rappresenta il denaro speso per la protezione che il sistema non richiedeva.

Quale tecnologia di essiccazione raggiunge quale punto di rugiada in pressione

Una volta impostato un punto di rugiada in pressione target, segue in gran parte la scelta della tecnologia, poiché ciascun metodo di essiccazione ha una fascia caratteristica che può raggiungere economicamente.

Se vuoi vedere come si colloca la tecnologia all'interno della catena di trattamento più ampia - cosa rimuovono il postrefrigeratore e il separatore prima dell'essiccatore e cosa rimuovono i filtri dopo di esso - questo è trattato nella spiegazione dicosa fa un essiccatore ad aria compressa.

L’essiccazione refrigerata copre la quota maggiore della domanda industriale perché la maggior parte degli impianti deve solo proteggere le tubazioni e gli strumenti interni. Queste unità raffreddano l'aria fino a pochi gradi sopra lo zero e mantengono stabile il punto di rugiada della pressione di uscita, ecco il motivoessiccatori d'aria refrigeratil'utilizzo dell'ultima generazione di design-della fase fredda rimane la prima scelta standard per l'aria generale degli impianti. Le bande PDP pubblicate dai produttori in questo segmento - compresa la gamma refrigerata di Sollant Treatment, valutata per un punto di rugiada in pressione stabile da 2 a 10 gradi, e le sue famiglie di essiccanti modulari e -assistiti dal vuoto da −20 a −40 gradi - si allineano strettamente con la tabella delle classi sopra, che è un utile controllo di integrità quando si confrontano i preventivi di diversi fornitori. Laddove la scelta tra le due famiglie principali è veramente ravvicinata, i compromessi-tra perdite di spurgo, costo di capitale e punto di rugiada ottenibile vengono stabiliti nel confronto diconfronto tra gli essiccatori ad adsorbimento e quelli a refrigerazione.

Un avvertimento è più importante di ogni altro quando si leggono i dati sulle prestazioni dell'essiccante: i valori PDP sono indicati a una temperatura di ingresso nominale, generalmente pari a 38 gradi o inferiore. Alimentando un essiccatore con sostanza igroscopica con aria a 45 gradi, il punto di rugiada raggiungibile si degrada, poiché il letto igroscopico sta combattendo un carico di umidità più pesante e un ciclo di rigenerazione più caldo. Esistono fattori di correzione per flusso, pressione e temperatura e applicarli fa la differenza tra una specifica che regge e una che delude in agosto.

Scegliere un punto di rugiada in pressione target per il proprio sistema

C'è una regola che svolge il lavoro pesante e proviene da uno standard piuttosto che da un fornitore. Specificare almeno un punto di rugiada in pressione10 gradi (18 gradi F) sotto la temperatura più freddal'aria incontrerà qualsiasi punto della rete di distribuzione, in qualsiasi momento dell'anno. Il ragionamento è diretto: se il punto di rugiada in pressione si trova al di sotto della superficie più fredda toccata dall'aria, non può formarsi condensa, perché la saturazione non viene mai raggiunta.

Per l'aria strumentale il requisito è formalizzato. Come espostonei requisiti ANSI/ISA-7.0.01 relativi all'aria strumentale, il punto di rugiada in pressione misurato all'uscita dell'essiccatore deve essere almeno 10 gradi inferiore alla temperatura ambiente minima riscontrata dal sistema e il limite standard per l'aria strumentale è di +4 gradi di punto di rugiada in pressione.

I requisiti dell'applicazione si restringono da lì:

Il contatto diretto con il prodotto si verifica nel caso in cui le cifre più rigide provengano da linee guida sulla sicurezza alimentare piuttosto che da uno standard di compressore -Guida di Process Sensing Technologies sull'aria-per uso alimentareafferma che l'aria compressa che incontra direttamente prodotti alimentari o bevande deve soddisfare o superare la norma ISO 8573-1 Classe 2, un punto di rugiada in pressione di -40 gradi o migliore e che non sono consentiti acqua liquida o aerosol d'acqua.

Dove dovrebbe vivere l'obiettivo e dove no

Un singolo punto di rugiada in pressione-per l'intero impianto è solitamente l'architettura sbagliata. Se un processo in un sito necessita di -40 gradi mentre tutto il resto è contenuto a +3 gradi, essiccare l'intera rete alla Classe 2 significa pagare una penalità continua per l'aria di spurgo e l'energia in tutto l'impianto per servire una macchina.

La soluzione più economica consiste nell'essiccare la maggior parte dell'impianto portandolo alla Classe 4 con un essiccatore a refrigerazione, quindi installare un piccolo essiccante o un essiccatore a membrana-di-punto d'uso immediatamente a monte del processo sensibile. Si paga la penalità dell'essiccante solo per l'aria che ne ha effettivamente bisogno e la maggior parte del sistema continua a funzionare con il metodo di essiccazione più economico disponibile. I limiti pratici di questo approccio - riduzione del flusso, come si comportano le unità del punto-di-uso a carico parziale - sono trattati nella procedura dettagliata diadattare un essiccatore al flusso, alla pressione e al punto di rugiada del compressore.

Come misurare e verificare il punto di rugiada in pressione

Specificare un punto di rugiada e raggiungerlo sono due problemi diversi e il divario tra di essi è quasi sempre un problema di misurazione o installazione piuttosto che un guasto dell'essiccatore.

Esistono due famiglie di sensori di uso comune e si trovano in punti diversi sulla scala di precisione.Confronto di Vaisala delle tecnologie di rilevamento del punto di rugiadadefinisce chiaramente il compromesso-off: i sensori capacitivi polimerici dominano il monitoraggio degli impianti perché sono compatti, veloci e a prezzi ragionevoli, con una precisione tipicamente intorno a ±2 gradi del punto di rugiada, mentre gli igrometri a specchio-raffreddato misurano direttamente il cambiamento di fase e raggiungono circa ±0,1 - 0,15 gradi, motivo per cui vengono utilizzati come strumenti di riferimento per la calibrazione e per applicazioni impegnative.

Questa differenza di precisione è più importante di quanto sembri a prima vista. Se i requisiti del processo si trovano entro 2 gradi dalla potenza nominale dell'essiccatore, un sensore di ±2 gradi non può dimostrare che sei conforme alle specifiche - può solo indicare che probabilmente ti trovi vicino ad esse.

La seguente procedura dettagliata di CS Instruments illustra il funzionamento pratico di una camera di misurazione, comprese le disposizioni di campionamento che mantengono un sensore lontano dal gas umido e in un flusso rappresentativo:

Regole di installazione che decidono se la lettura è reale

La lettura del punto di rugiada in pressione è valida solo alla pressione alla quale è stata rilevata, motivo per cui le modalità di campionamento sono così importanti. La caduta di pressione nei tubi, nei filtri o in una cella di misura distorce il valore; una lettura effettuata dopo l'espansione nell'atmosfera non è affatto un punto di rugiada in pressione. La guida pratica all’installazione converge su un insieme coerente di regole:

• Montare il sensore verticalmente sul lato asciutto del sistema. Non installarlo mai capovolto, orizzontalmente, in gas umido o su una gamba morta dove l'aria non scorre.
• Posizionarlo a valle dell'essiccatore e a valle della filtrazione finale quando si verificano le prestazioni dell'essiccatore o direttamente a monte di un punto critico di utilizzo quando si protegge un processo.
• Lasciare una certa distanza dall'uscita di un essiccatore ad adsorbimento. La misurazione immediata all'uscita espone il sensore a oscillazioni del ciclo di rigenerazione e produce letture a dente di sega-che sembrano un guasto ma non lo sono.
• Mantieni le linee del campione corte, a tenuta-e realizzate in acciaio inossidabile o PTFE anziché in plastica-che assorbe l'umidità e controlla il flusso del campione - troppo poco rallenta la risposta, troppo crea errori di caduta di pressione.
• Se le condizioni della linea sono troppo calde, sporche o bagnate per un sensore, utilizzare una cella di campionamento o una linea di spurgo anziché montarla sulla linea principale.

Esperienza pratica di installazione

Nella nostra esperienza con le installazioni di compressori a vite, diversi problemi che sembrano essere "guasti del compressore" sono in realtà legati alle condizioni di installazione.

Ad esempio, durante la messa in servizio, i nostri ingegneri prestano particolare attenzione a:

• ventilazione e dissipazione del calore attorno alla sala compressori;
• spazio sufficiente per la manutenzione e la sostituzione del filtro;
• la pulizia e il percorso dell'aria aspirata;
• stabilità dell'alimentazione e corretta rotazione del motore;
• dimensioni delle tubazioni dell'aria compressa e perdita di carico;
• installazione scarico condensa e asciugatrice;
• temperatura ambiente, soprattutto nei climi caldi.

Questi controlli sono particolarmente importanti per i progetti in regioni con temperature ambiente elevate, ambienti polverosi o ventilazione limitata della sala compressori-.

Nota sul campo del nostro team di ingegneri

Un errore comune è valutare le prestazioni del compressore senza prima verificare l’ambiente di installazione. Un compressore che funziona in una stanza scarsamente ventilata può sperimentare temperature di ingresso e di scarico più elevate, che potrebbero influire sull'efficienza operativa e attivare la protezione dalle alte-temperature.

Per questo motivo si consiglia di verificare le effettive condizioni di installazione prima di concludere che il compressore stesso sia poco performante.

Cinque ragioni per cui la lettura del punto di rugiada è fuorviante

Quando una lettura non rientra nelle specifiche, la causa è più spesso a monte che nel sensore:

1. L'asciugatrice è sottodimensionata o sovraccarica.Un essiccatore selezionato sulla targhetta del compressore anziché sul flusso misurato mancherà il punto di rugiada in pressione nominale una volta che il sistema si avvicina alla capacità. Le velocità di spurgo sono impostate in base al valore nominale dell'essiccatore, non al flusso effettivo, quindi un essiccatore a metà carico consuma comunque l'intera capacità di spurgo.
2. I pre-filtri sono intasati.L'aumento della caduta di pressione attraverso un filtro a coalescenza riduce il flusso attraverso l'essiccatore e disturba l'equilibrio a cui è stata classificata l'unità.
3. L'aria in ingresso è troppo calda.Un postrefrigeratore debole o una sala compressori poco ventilata spingono aria calda e carica di umidità nell'essiccatore. Questa è la causa più comune delle prestazioni inferiori di un essiccatore ad adsorbimento in un pomeriggio estivo.
4. L'essiccante è esaurito o la rigenerazione non è riuscita.Le valvole di spurgo, i riscaldatori e i gruppi soffiante si guastano silenziosamente. Un guasto di rigenerazione si manifesta come un punto di rugiada in uscita in costante aumento settimane prima che qualcuno si accorga dell'acqua nella linea.
5. La condensa non viene rimossa.Scarichi automatici difettosi, filtri ostruiti o tubazioni con punti bassi non -drenati consentono all'acqua liquida di essere trasportata a valle, dove produce letture bagnate e strumenti bagnati anche se l'asciugatrice funziona correttamente.

La deriva del sensore si affianca a questi come un fattore complicante piuttosto che una causa: un sensore capacitivo che non è stato calibrato può sottostimare o sovrastimare il vero punto di rugiada in pressione per mesi. La registrazione continua più un intervallo di calibrazione documentato è l'unico modo per distinguere una tendenza reale dalla deriva dello strumento, ed è anche la prova che un audit ISO 8573-1 si aspetta di vedere.

Idee sbagliate comuni sul punto di rugiada in pressione

"Un punto di rugiada basso significa sempre aria più secca." Solo se la pressione è la stessa. Un punto di rugiada atmosferico di -50 gradi può corrispondere a un punto di rugiada in pressione di circa -30 gradi a 7 bar - più umido in termini di sistema rispetto al punto di rugiada in pressione dichiarato di -40 gradi.

"Il punto di rugiada in uscita dall'essiccatore è il punto di rugiada rilevato dal processo." Non necessariamente. L'aria che esce dall'essiccatore a -40 gradi può assorbire umidità a valle di un filtro saturo, un ricevitore umido o un punto basso non-drenato. Se il processo è critico, misurare sia nel punto di utilizzo che all'uscita dell'essiccatore.

"Un essiccatore a -40 gradi fornirà -40 gradi indipendentemente dalle condizioni." Le prestazioni dell'essiccante sono valutate a una temperatura, una pressione e un flusso di ingresso specifici. Modificandoli, il punto di rugiada raggiungibile cambia con esso. Questo è il motivo per cui esistono fattori di correzione e perché un essiccatore che funziona in inverno può mancare il suo obiettivo in estate.

"Più asciutto è sempre meglio." Un essiccatore è sempre più costoso. Ogni gradino inferiore a circa +3 gradi costa l'aria di spurgo, l'energia di rigenerazione o entrambi - un costo che ricorre ogni ora di funzionamento dell'impianto.

Passaggi successivi

Il numero sul preventivo ha senso solo se è legato a una pressione, a una condizione di ingresso e alla superficie più fredda del sistema. Se stai eseguendo il calcolo della portata del compressore -, della pressione di esercizio, della temperatura di ingresso e dell'ambiente e della classe del punto di rugiada, il processo più sensibile ha effettivamente bisogno di - gli specialisti del trattamento pressoSollantpuò mappare il vostro sistema rispetto alle classi ISO 8573-1 e confermare il dimensionamento dell'essiccatore che segue. Porta le condizioni operative anziché il numero del modello e le specifiche diventano semplici da definire.