De ce avem nevoie de aer comprimat uscat?

mart. 29, 2020 | Aer comprimat, Tratarea aerului comprimat

Acasă » Articole » Aer comprimat » De ce avem nevoie de aer comprimat uscat?

Problema este în aer – literalmente: Când aerul atmosferic este răcit după comprimare, aşa cum se întâmplă într-un compresor, vaporii de apă se transformă în condens. În condiții de referință (+20° C temperatură ambiantă, 70% umiditate relativă şi 1 bar), un compresor cu un debit livrat de 5 m³/min va “produce” aproximativ 30 litri de condens într-un schimb de opt ore de lucru.

Acest condens trebuie îndepărtat din sistemul de aer pentru a preveni problemele de funcționare, opririle costisitoare ale producției și coroziunea. De aceea, uscarea economică şi cât mai nepoluantă a aerului comprimat, conform cerințelor aplicației, este o cerință cheie pentru tratarea aerului comprimat.

1. Un exemplu practic

Dacă un compresor cu șurub răcit cu fluid/ulei aspiră 10 m³ de aer pe minut la 20 °C, la presiune atmosferică și umiditate relativă de 60%, acest aer va conține şi aproximativ 100 g de vapori de apă. Dacă acest aer este comprimat la o presiune absolută de 10 bar cu un raport de compresie de 1:10, atunci se obține ceea ce se cheamă 1 metru cub de lucru.

Totuși, la o temperatură de 80 °C după comprimare, aerul este capabil să absoarbă până la 290 g de apă pe metru cub. Cum sunt disponibile doar aprox. 100 g, aerul este foarte uscat cu o umiditate relativă de circa 35%, astfel încât nu se poate forma condens.

Temperatura aerului este apoi redusă de la 80 până la aprox. 30 °C în răcitorul final al compresorului.
La această temperatură, un metru cub de aer poate să absoarbă doar aproximativ 30 g de apă. Rezultă un exces de aprox. 70g /min de apă care condensează şi apoi este separată.

Aceasta înseamnă că în timpul unui schimb de lucru de opt ore se acumulează aproximativ 35 litri de condens. Încă 6 litri sunt separați în fiecare schimb dacă după compresor se utilizează un uscător cu refrigerare. Inițial, în aceste uscătoare, aerul este răcit până la +3 °C şi apoi este reîncălzit la temperatura ambiantă.

Aceasta conduce la un deficit de saturație a vaporilor de apă de aprox. 20% şi deci un aer comprimat uscat, de calitate mai bună (fi g. 1).

uscarea aerului comrpimat
Fig. 1: Condensul care este implicat în producerea, stocarea şi tratarea aerului comprimat (date valorice la 10 m³/min, 10 bar, 8 h, 60 % Hrel şi 20 °C)

2. Cauzele umidității

Aerul ambiant conține întotdeauna o cantitate mai mică sau mai mare de apă. Cantitatea de umezeală din aer depinde de temperatura aerului. De exemplu, aerul saturat 100% cu vapori de apă conține, la o temperatură de +25 °C, aproape 23 g de apă pe metru cub.

3. Acumularea condensului

Condensul se formează dacă se reduc în acelaşi timp volumul de aer şi temperatura acestuia. Astfel, se reduce capacitatea aerului de a absorbi apa. Aceasta este exact ceea ce se întâmplă în blocul de compresie şi în răcitorul final ale unui compresor.

4. Termeni importanţi – o scurtă explicaţie

a) Umiditatea absolută a aerului

Umiditatea absolută a aerului este conţinutul de apă din aer, în g/m³.

b) Umiditatea relativă a aerului (Hrel)

Umiditatea relativă este raportul dintre umiditatea absolută actuală și umiditatea absolută maxim posibilă, sau punctul de saturație (100% Hrel). Aceasta variază în funcție de temperatură; aerul cald poate reține o cantitate mai mare de vapori de apă decât aerul rece.

c) Punct de rouă atmosferic

Punctul de rouă atmosferic este temperatura la care aerul atinge gradul de saturaţie de 100% umiditate relativă (Hrel) la presiune atmosferică (condiții ambiante).

d) Punct de rouă sub presiune

Punctul de rouă sub presiune este temperatura la care aerul comprimat atinge gradul de saturaţie de 100% umiditate relativă (Hrel) în starea sa comprimată.

Aceasta înseamnă, în cazul de mai sus, că aerul comprimat supus unei presiuni de 10 bar (a) cu un punct de rouă sub presiune de +3 °C are un conținut de umiditate de 6 g pe metru cub de lucru. Pentru clarificare – dacă metrul cub sus-menționat este expandat de la 10 bar (a) la presiune atmosferică atunci volumul său se mărește de 10 ori.

Conținutul de vapori de apă de 6 g rămâne neschimbat, dar acum se distribuie la un volum de 10 ori mai mare. Aceasta înseamnă că fiecare metru cub de aer expandat conține acum numai 0,6 g de vapori de apă, ceea ce corespunde unui punct de rouă atmosferic de -24 °C.

5. Uscarea eficientă și cât mai nepoluantă a aerului comprimat cu un uscător cu refrigerare sau uscător cu adsorbție?

Noua legislație a mediului referitoare la agenții frigorifici nu poate schimba faptul că uscătoarele cu adsorbție nu constituie o alternativă la uscătoarele cu refrigerare, nici economic și nici din punct de vedere al protecției mediului.

Uscătoarele cu refrigerare consumă doar 3% din energia necesară compresorului pentru a produce aerul comprimat; în schimb, uscătoarele cu adsorbție necesită între 10 și 25%, sau mai mult.

Din acest motiv, uscătoarele cu refrigerare ar trebui utilizate ori de câte ori este posibil. Utilizarea unui uscător cu adsorbție are sens doar dacă este necesar un aer extrem de uscat cu un punct de rouă sub presiune de -20, -40 sau -70° C (fig. 2).

Fig. 2: În funcţie de punctul de rouă sub presiune necesar sunt disponibile diverse procese de uscare

Pe parcursul unei zile de lucru, sistemele de aer comprimat sunt supuse deseori la variații importante ale cererii de aer comprimat. Similar, pe parcursul unui an, acestea sunt supuse și la variații mari de temperatură.

De aceea, uscătoarele de aer comprimat trebuie proiectate să facă față la cele mai nefavorabile condiții de funcționare care pot să apară, de exemplu: cea mai mică presiune, consum maxim de aer comprimat, precum și temperaturi maxime de ambient și de intrare a aerului comprimat.

Anterior, aceste sarcini erau realizate cu uscătoare cu funcţionare continuă, fapt care – în special la încărcare parţială – a condus la o risipă considerabilă de energie.

În schimb, uscătoarele cu refrigerare moderne cu control ciclic eficient asigură calitatea constantă a aerului comprimat şi sunt capabile să-și adapteze consumul de energie în funcție de schimbarea condițiilor de funcționare (fi g. 3). Drept urmare, acestea sunt capabile de a realiza economii de energie medii anuale de peste 50%.

Potențial de economisire a energiei la uscătoarele cu refrigerare şi control ciclic
Fig. 3: Potențial de economisire a energiei la uscătoarele cu refrigerare şi control ciclic

Este important să se utilizeze tehnologii eficiente energetic în special pentru a atinge puncte de rouă sub presiune negative, deoarece uscătoarele cu adsorbție necesare pentru a atinge acest nivel de performanță au un consum foarte mare de energie.

Folosind un proces hibrid, eficient energetic și cu costuri reduse, sistemul HYBRITEC este în măsură să reducă în mod semnificativ acest consum de energie. Sistemul conține atât un uscător cu refrigerare cât și un uscător cu adsorbție.

În primă fază uscătorul cu refrigerare aduce aerul comprimat până la un punct de rouă sub presiune de +3 °C, eficient și cu costuri reduse.

După ce a fost pre-uscat, aerul trece apoi în uscătorul cu adsorbție, care necesită acum considerabil mai puțină energie pentru a usca aerul în continuare până la un punct de rouă sub presiune de -40 °C.

Postări asemănătoare…

Share This