Qual é o ponto de orvalho de pressão do ar comprimido?

Uma cotação chega à sua mesa com uma linha que diz "saída do secador: ponto de orvalho sob pressão de -40 graus". Ou um instrumento na planta mostra +12 grau e você não tem certeza se isso é bom ou ruim. De qualquer forma, o número é mais importante do que a maioria das especificações na planilha e é o número que os clientes mais frequentemente interpretam mal.

Aqui está a resposta curta antes dos detalhes: a pressão do ponto de orvalho do ar comprimido é a temperatura na qual o vapor de água no ar começa a condensar enquanto o ar ainda está em sua pressão operacional. Um número menor significa ar mais seco. Um ponto de orvalho de pressão de -40 graus significa que o ar retém tão pouca umidade que nada se condensará até que a temperatura caia para -40 graus.

Por que isso precisava de mais de uma frase? Porque a mesma frase significa algo diferente dependendo de onde é medida e porque o número não tem sentido sem a pressão em que foi medido. Esses dois fatos causam a maioria das discussões entre usuários finais e fornecedores de equipamentos.

Este artigo trata da métrica de ponta a ponta: o que é, por que difere do ponto de orvalho em um boletim meteorológico, a aritmética que conecta os dois, a tabela de classe ISO 8573-1 que transforma o número em uma especificação, qual tecnologia de secagem atinge qual nível, como escolher um alvo para seu próprio sistema e como saber se uma leitura que você recebeu é confiável.

O que o ponto de orvalho de pressão realmente significa

Todo gás contém vapor de água. Quanto ele pode conter depende da temperatura. O ar quente retém mais, o ar frio retém menos. O ponto de orvalho é simplesmente a temperatura na qual o ar retém tudo o que pode - saturação - e qualquer resfriamento adicional força o excesso a sair como água líquida.

O ponto de orvalho de pressão aplica essa definição ao ar mantido acima da pressão atmosférica. De acordo comExplicação da Atlas Copco sobre o ponto de orvalho sob pressão, o ponto de orvalho de pressão é a temperatura na qual o ar comprimido pode ser resfriado sem que a umidade nele contida se condense, e um ponto de orvalho de baixa pressão sempre indica um baixo teor de água. O ponto de orvalho atmosférico, por outro lado, descreve o mesmo ar depois de ter sido expandido de volta para aproximadamente uma barra - o número relatado pela previsão do tempo.

Essa distinção não é acadêmica. Como o ponto de orvalho depende da pressão, uma leitura atmosférica feita após a expansão não pode ser comparada a um ponto de orvalho sob pressão na linha, e a mistura dos dois está por trás de uma boa parte das cotações controversas de secadores.

Por que a indústria especifica o ponto de orvalho em vez da umidade relativa

A umidade relativa informa o quão próximo o ar está da saturação em porcentagem, o que parece útil até você perceber que o aquecimento do ar reduz sua umidade relativa sem remover uma única molécula de água. A umidade relativa muda com a temperatura; o teor de umidade não. O ponto de orvalho expressa o próprio teor de umidade, como uma temperatura, por isso permanece significativo à medida que o ar se move através de um sistema que o resfria, expande e recomprime. É por isso que a ISO 8573-1 especifica a umidade do ar comprimido como um ponto de orvalho sob pressão, em vez de um valor de umidade.

Observação:Um valor de ponto de orvalho de pressão está incompleto sem dois companheiros - a pressão na qual ele se aplica e a temperatura de entrada na qual o secador foi classificado. Uma classificação de -40 graus em uma entrada de 38 graus é um desempenho de máquina diferente do que a mesma etiqueta em uma entrada de 50 graus.

Ponto de orvalho de pressão versus ponto de orvalho atmosférico: por que os dois números diferem

A compressão não adiciona água ao ar. Ele remove espaço.

Quando um compressor comprime o ar ambiente de uma barra para sete, ele embala cerca de sete vezes mais vapor no mesmo volume do tubo. A massa de água permanece inalterada, mas sua pressão parcial - a parcela da pressão total que o vapor de água contribui - aumenta proporcionalmente. Pressão parcial de vapor mais alta significa que a saturação ocorre em uma temperatura mais alta, então o ponto de orvalho aumenta.

Execute isso ao contrário e o comportamento se explicará. Ventile o mesmo ar de volta à atmosfera e a pressão parcial do vapor entra em colapso; o ponto de orvalho que seria medido cai drasticamente. Para o mesmo lote de ar, um ponto de orvalho de pressão é sempre mais alto - mais úmido-com aparência - do que seu ponto de orvalho atmosférico. As orientações-de secagem ao ar da Atlas Copco fornecem um exemplo amplamente citado:um ponto de orvalho de pressão de +2 grau a 7 bar é equivalente a aproximadamente -23 graus à pressão atmosférica.

Seguem-se duas consequências práticas.

Primeiro, se um fornecedor citar um ponto de orvalho lindamente baixo sem indicar a pressão, pergunte onde ela foi medida. Um número obtido após a expansão é um ponto de orvalho atmosférico, e o ponto de orvalho-da pressão real na linha na saída do secador será substancialmente maior. Em segundo lugar, se a sua planta aceita ar com pressão de ponto de orvalho de -20 graus e alguém mede um ponto de orvalho atmosférico de -40 graus em uma amostra, essas duas leituras podem descrever exatamente o mesmo ar. Nada está errado; os dois números são simplesmente expressos em pressões diferentes.

Como a pressão move o ponto de orvalho: a conversão, elaborada

Você não precisa de um gráfico psicrométrico para verificar uma conversão, mas precisa pensar em pressão absoluta. A pressão manométrica é medida em relação à atmosfera, portanto, ao nível do mar, uma linha manométrica de 7 bar na verdade carrega cerca de 8,013 bar absolutos, já que 7 + 1.013=8.013.

Com esse valor, a conversão é uma operação-de três etapas. Mantenha a pressão parcial do vapor de água constante, dimensione-a pela razão das pressões absolutas e, em seguida, converta a pressão de vapor resultante de volta em uma temperatura usando o inverso de uma relação de pressão de vapor de saturação.Guia do ICS Schneider para conversão de valores de pressão e ponto de orvalho atmosféricoestabelece o método, que é reproduzido de forma simplificada na tabela abaixo.

Como regra geral, a 7 bar(g) a diferença entre um ponto de orvalho de pressão e seu equivalente atmosférico é de aproximadamente 17 a 25 graus, e a diferença aumenta à medida que o ar fica mais úmido. O ar seco produz uma propagação maior; o ar úmido é menor.

Dois exemplos trabalhados

Exemplo 1 - da saída do secador para uma amostra ventilada.Um secador fornece um ponto de orvalho sob pressão de +3 graus a 7 bar(g). A pressão da linha em termos absolutos é de 8,013 bar. Se a amostra for expandida para a atmosfera a 1,013 bar, a pressão parcial do vapor cai por um fator de 1,013 ÷ 8,013, ou cerca de um oitavo. Converter essa pressão de vapor mais baixa de volta a uma temperatura retorna aproximadamente -21 graus. Portanto, o grau de -21 que o técnico vê em uma amostra ventilada é o ponto de orvalho atmosférico correto do ar com um ponto de orvalho de pressão de +3 graus.

Exemplo 2 - de uma amostra ventilada de volta à linha.Suponha que um higrômetro portátil indique -40 graus no ar sangrado para a atmosfera e alguém proponha especificar um secador a partir desse valor. Trabalhando a mesma relação na direção oposta, o ponto de orvalho de pressão equivalente a 7 bar (g) é aproximadamente -20 graus. Essa é uma classe inferior aos -40 graus que o número parecia prometer. Este é justamente o erro que faz com que uma planta seja especificada para secura Classe 3 quando o processo necessita de Classe 2.

Aviso:Nunca especifique um secador a partir de uma leitura de ponto de orvalho atmosférico. Sempre converta para o ponto de orvalho de pressão na pressão operacional real do sistema, porque esse é o valor pelo qual o desempenho será avaliado.

As classes de umidade ISO 8573-1 e quanto custa cada uma

A ISO 8573-1:2010 define a pureza do ar comprimido em três famílias de contaminantes: partículas, água e óleo. O conteúdo de água é expresso como um ponto de orvalho de pressão máxima na pressão operacional do sistema, o que torna o padrão diretamente comparável a uma especificação de secador. A Classe 0 é definida como mais rigorosa que a Classe 1 e é acordada entre o usuário e o fornecedor, e não fixada pela tabela.

Os limites de classe abaixo seguem a tabela de classes de umidade emManual de Ar e Gás Comprimido do CAGI, com aplicações típicas extraídas deGuia da Atlas Copco para classes de qualidade do ar ISO 8573-1.

A classe necessária é definida pelo aplicativo mais sensível conectado ao sistema, não pela média. Essa regra única resolve uma grande parte dos argumentos de especificação, porque converte um vago desejo de “ar seco” num limite ao qual um fornecedor pode ser obrigado.

O custo de comprar uma aula que você não precisa

Ficar mais seco não é gratuito, e a penalidade cai principalmente na energia de regeneração e na perda de ar comprimido, e não no preço de compra.

Os secadores por dessecante sem calor, a força de trabalho para aplicações de Classe 2 e Classe 3, consomem uma parcela substancial de sua própria produção nominal como ar de purga. OOrientação do Compressed Air Challenge sobre secadores dessecantescoloca o valor em 15 a 20 por cento da classificação do secador, enquanto um secador refrigerado consome cerca de 0,8 kW por 100 cfm de classificação, uma vez incluída a potência do compressor necessária para superar sua queda de pressão. Em termos anuais,Análise da Chemical Processing sobre o uso de energia do secador sem aquecimentoobserva que um secador sem aquecimento de 1.000-cfm funcionando continuamente com controle de ciclo fixo consumirá cerca de 300.000 kWh por ano.

A direção desse comércio também está bem estabelecida: comparações publicadas colocam secadores sem aquecimento regenerados a frio cerca de 35% mais altos em consumo de energia do que designs de purga de soprador-regenerado a calor-e unidades de calor de soprador-reduzem a purga para aproximadamente 0 a 3 por cento da classificação porque se regeneram com ar ambiente em vez de ar de produto seco.

Contra isso, o custo de ser uma classe muito seca é real e recorrente: você compra um compressor maior para cobrir a perda de purga e paga pela energia para regenerar o dessecante que não precisava ser regenerado. Para uma planta cuja tubulação nunca cai abaixo de +15 grau, uma especificação de Classe 4 é a resposta tecnicamente correta, e uma especificação de Classe 2 é o dinheiro gasto em proteção que o sistema não exigia.

Qual tecnologia de secagem atinge qual ponto de orvalho sob pressão

Uma vez definido um ponto de orvalho de pressão alvo, a escolha da tecnologia segue em grande parte, porque cada método de secagem tem uma faixa característica que pode ser alcançada economicamente.

Se você quiser ver como a tecnologia se enquadra na cadeia de tratamento mais ampla - o que o pós-resfriador e o separador removem antes do secador e o que os filtros removem depois dele - isso é abordado na explicação deo que um secador de ar comprimido faz.

A secagem refrigerada cobre a maior parte da demanda industrial porque a maioria das fábricas só precisa proteger tubulações e ferramentas internas. Essas unidades resfriam o ar alguns graus acima do ponto de congelamento e mantêm um ponto de orvalho estável na pressão de saída, e é por isso quesecadores de ar refrigeradosO uso da última geração de projetos-de estágio frio continua sendo a primeira escolha padrão para ar geral de plantas. As faixas de PDP publicadas por fabricantes neste segmento - incluindo a linha refrigerada da Sollant Treatment, classificada para um ponto de orvalho de pressão estável de 2 a 10 graus, e suas famílias de dessecantes modulares e assistidos a vácuo- de -20 a -40 graus - se alinham estreitamente com a tabela de classes acima, o que é uma verificação de sanidade útil ao comparar cotações de diferentes fornecedores. Quando a escolha entre as duas famílias principais é genuinamente próxima, as compensações-entre perda de purga, custo de capital e ponto de orvalho alcançável são estabelecidas na comparação decomo os secadores dessecantes e refrigerados se comparam.

Uma advertência é mais importante do que qualquer outra ao ler os números de desempenho do dessecante: as classificações de PDP são cotadas para uma temperatura nominal de entrada, geralmente de 38 graus ou menos. Alimente um secador dessecante com ar a 45 graus e o ponto de orvalho alcançável se degrada, porque o leito dessecante está lutando contra uma carga de umidade mais pesada e um ciclo de regeneração mais quente. Existem fatores de correção para vazão, pressão e temperatura, e aplicá-los é a diferença entre uma especificação válida e outra que decepciona em agosto.

Escolhendo um ponto de orvalho de pressão alvo para o seu sistema

Existe uma regra que faz o trabalho pesado e ela vem de um padrão e não de um fornecedor. Especifique um ponto de orvalho de pressão pelo menos10 graus (18 graus F) abaixo da temperatura mais friao ar encontrará em qualquer lugar da rede de distribuição, em qualquer época do ano. O raciocínio é direto: se o ponto de orvalho de pressão estiver abaixo da superfície mais fria que o ar toca, a condensação não pode se formar, porque a saturação nunca é alcançada.

Para o ar de instrumentos, o requisito está formalizado. Como estabelecidono requisito de ar por instrumentos ANSI/ISA-7.0.01, o ponto de orvalho de pressão medido na saída do secador deve estar pelo menos 10 graus abaixo da temperatura ambiente mínima que o sistema experimentará, e o teto padrão para ar de instrumento é ponto de orvalho de pressão de +4 graus.

Os requisitos de aplicação ficam mais restritos a partir daí:

O contato direto com o produto é o caso em que os números mais restritos vêm de orientações de segurança alimentar e não de um padrão de compressor -Orientação da Process Sensing Technologies sobre ar-de qualidade alimentardeclara que o ar comprimido que atende diretamente a produtos alimentícios ou bebidas deve atender ou exceder a ISO 8573-1 Classe 2, um ponto de orvalho de pressão de -40 graus ou melhor, e que nenhuma água líquida ou aerossóis de água são permitidos.

Onde o alvo deveria morar e onde não deveria

Um único ponto de orvalho de pressão-em toda a planta geralmente é a arquitetura errada. Se um processo em um local precisar de -40 graus enquanto todo o resto estiver em +3 graus, secar toda a rede até a Classe 2 significa pagar uma penalidade contínua de purga-de ar e energia em toda a planta para atender uma máquina.

O arranjo mais econômico é secar a maior parte da planta até a Classe 4 com um secador refrigerado e, em seguida, instalar um pequeno dessecante ou secador de ponto de{1}}uso-de membrana imediatamente antes do processo sensível. Você paga a penalidade do dessecante apenas pelo ar que realmente precisa dele, e a maior parte do sistema continua funcionando com o método de secagem mais barato disponível. Os limites práticos dessa abordagem - redução de fluxo, como as unidades do ponto-de-uso se comportam em carga parcial - são abordados no passo a passo decombinar um secador com o fluxo, pressão e ponto de orvalho do seu compressor.

Como medir e verificar o ponto de orvalho sob pressão

Especificar um ponto de orvalho e alcançá-lo são dois problemas diferentes, e a lacuna entre eles é quase sempre um problema de medição ou instalação, e não uma falha do secador.

Existem duas famílias de sensores de uso comum e elas ficam em pontos diferentes na escala de precisão.Comparação da Vaisala de tecnologias de detecção de ponto de orvalhoestabelece a compensação-com clareza: os sensores capacitivos de polímero dominam o monitoramento de plantas porque são compactos, rápidos e têm preços razoáveis, com precisão normalmente em torno do ponto de orvalho de ±2 graus, enquanto os higrômetros de espelho-resfriados medem a mudança de fase diretamente e atingem aproximadamente ±0,1 a 0,15 graus, e é por isso que são usados ​​como instrumentos de referência para calibração e para aplicações exigentes.

Essa diferença de precisão é mais importante do que parece à primeira vista. Se o requisito do seu processo estiver dentro de 2 graus da saída nominal do seu secador, um sensor de ±2 graus não poderá provar que você está dentro da especificação -, apenas poderá indicar que você provavelmente está próximo dela.

O seguinte passo a passo da CS Instruments aborda como uma câmara de medição funciona na prática, incluindo os arranjos de amostragem que mantêm um sensor fora do gás úmido e em um fluxo representativo:

Regras de instalação que decidem se a leitura é real

Uma leitura do ponto de orvalho sob pressão só é válida na pressão em que foi medida, e é por isso que os arranjos de amostragem são tão importantes. A queda de pressão na tubulação, nos filtros ou em uma célula de medição distorce o valor; uma leitura feita após a expansão para a atmosfera não é de forma alguma um ponto de orvalho sob pressão. As orientações práticas de instalação convergem para um conjunto consistente de regras:

• Monte o sensor verticalmente no lado seco do sistema. Nunca instale-o de cabeça para baixo, horizontalmente, em gás úmido ou em uma perna morta onde o ar não flua.
• Coloque-o a jusante do secador e a jusante da filtração final quando estiver verificando o desempenho do secador, ou diretamente a montante de um ponto crítico de uso quando estiver protegendo um processo.
• Deixe distância da saída de um secador dessecante. A medição imediata na saída expõe o sensor a oscilações do ciclo de regeneração e produz leituras-dentes de serra que parecem uma falha, mas não são.
• Mantenha as linhas de amostra curtas,{0}}estanques e feitas de aço inoxidável ou PTFE, em vez de plástico absorvente-de umidade, e controle o fluxo da amostra - muito pouco retarda a resposta, muito cria erro de queda de pressão.
• Quando as condições da linha forem muito quentes, sujas ou úmidas para um sensor, use uma célula de amostragem ou linha de sangria em vez de montar na linha principal.

Experiência prática de instalação

Em nossa experiência com instalações de compressores de parafuso, vários problemas que parecem ser “falhas do compressor” estão, na verdade, relacionados às condições de instalação.

Por exemplo, durante o comissionamento, os nossos engenheiros prestam especial atenção a:

• ventilação e dissipação de calor ao redor da sala do compressor;
• espaço suficiente para manutenção e substituição de filtros;
• a limpeza e direcionamento do ar de admissão;
• estabilidade da fonte de alimentação e rotação correta do motor;
• tamanho da tubulação de ar comprimido e queda de pressão;
• drenagem de condensado e instalação de secador;
• temperatura ambiente, especialmente em climas quentes.

Essas verificações são particularmente importantes para projetos em regiões com altas temperaturas ambientes, ambientes empoeirados ou ventilação limitada da-sala do compressor.

Nota de campo da nossa equipe de engenharia

Um erro comum é avaliar o desempenho do compressor sem primeiro verificar o ambiente de instalação. Um compressor operando em uma sala mal ventilada pode apresentar temperaturas de entrada e descarga mais altas, o que pode afetar a eficiência operacional e acionar a proteção-de alta temperatura.

Por este motivo, recomendamos verificar as condições reais de instalação antes de concluir que o próprio compressor apresenta um desempenho insatisfatório.

Cinco razões pelas quais uma leitura do ponto de orvalho engana

Quando uma leitura está fora das especificações, a causa está mais frequentemente a montante do que no sensor:

1. A secadora está subdimensionada ou sobrecarregada.Um secador selecionado na placa de identificação do compressor, em vez do fluxo medido, perderá seu ponto de orvalho de pressão nominal quando o sistema funcionar próximo à capacidade. As taxas de purga são definidas de acordo com a classificação do secador, e não com o fluxo real, portanto, um secador-com meia carga ainda consome toda a sua capacidade de purga.
2. Os pré-filtros estão entupidos.O aumento da queda de pressão através de um filtro coalescente reduz o fluxo através do secador e perturba o equilíbrio em que a unidade foi classificada.
3. O ar de entrada está muito quente.Um pós-resfriador fraco ou uma sala de compressor mal ventilada empurra ar quente e cheio de umidade-para dentro da secadora. Esta é a causa mais comum de mau desempenho de um secador dessecante em uma tarde de verão.
4. O dessecante acabou ou a regeneração falhou.Válvulas de purga, aquecedores e conjuntos de sopradores falham silenciosamente. Uma falha de regeneração aparece como um aumento constante do ponto de orvalho na saída semanas antes que alguém perceba água na linha.
5. A condensação não está sendo removida.Drenos automáticos defeituosos, filtros bloqueados ou tubulações com-pontos baixos não drenados permitem que a água líquida seja transportada rio abaixo, onde produz leituras molhadas e ferramentas molhadas, mesmo que o secador esteja funcionando corretamente.

O desvio do sensor é um fator complicador e não uma causa: um sensor capacitivo que não foi calibrado pode subestimar ou exagerar o verdadeiro ponto de orvalho da pressão durante meses. O registro contínuo mais um intervalo de calibração documentado é a única maneira de distinguir uma tendência real do desvio do instrumento e também é a evidência que uma auditoria ISO 8573-1 espera ver.

Equívocos comuns sobre o ponto de orvalho sob pressão

"Um número de ponto de orvalho baixo sempre significa ar mais seco." Somente se a pressão for a mesma. Um ponto de orvalho atmosférico de -50 graus pode corresponder a um ponto de orvalho de pressão em torno de -30 graus a 7 bar - mais úmido em termos de sistema do que um ponto de orvalho de pressão de -40 graus declarado.

"O ponto de orvalho de saída do secador é o ponto de orvalho que o processo vê." Não necessariamente. O ar que sai do secador a -40 graus pode captar umidade a jusante de um filtro saturado, um receptor úmido ou um ponto baixo não-drenado. Se o processo for crítico, meça no ponto de uso, bem como na saída do secador.

"Um secador de -40 graus fornecerá -40 graus, independentemente das condições." O desempenho do dessecante é avaliado em uma temperatura, pressão e vazão de entrada específicas. Altere qualquer um deles e o ponto de orvalho alcançável muda com ele. É por isso que existem fatores de correção e por que um secador que funcionou no inverno pode perder seu objetivo no verão.

"Mais seco é sempre melhor." O secador é sempre mais caro. Cada etapa abaixo de cerca de +3 grau custa ar de purga, energia de regeneração ou ambos - um custo que se repete a cada hora de operação da planta.

Próximas etapas

O número na cotação só tem sentido quando está vinculado à pressão, à condição de entrada e à superfície mais fria do seu sistema. Se você estiver trabalhando nesse cálculo - do fluxo do compressor, da pressão de trabalho, das temperaturas de entrada e ambiente e da classe do ponto de orvalho, o processo mais sensível realmente precisa - dos especialistas em tratamento daSollantVocê pode mapear seu sistema em relação às classes ISO 8573-1 e confirmar o dimensionamento do secador a seguir. Traga as condições de operação em vez do número do modelo e a especificação será fácil de definir.