CAPITOLUL 2 – GENERAREA ENERGIEI PNEUMATICE – USCATOARE DE AER

Compoziția aerului

Aerul este un amestec gazos format din mai multe componente, și anume:

  • azot 75,31 %
  • oxigen      22,95 %
  • bioxid de carbon 0,04 %
  • gaze nobile      1,43 %
  • alte substanțe      0,27 %.

Această compoziție variază în funcție de loc și de condițiile ambiante. În aer se află și o anumită cantitate de vapori de apă ce depinde de temperatură, presiune şi de condiţiile atmosferice. Aerul dintr-un volum dat este saturat atunci când cantitatea de vapori de apă conținută de acesta este maximă; o cantitate suplimentară de vapori nu mai poate fi asimilată de masa de aer şi în consecinţă aceşti vapori se vor condensa.

Spre exemplificare, în tabelul 3, pentru diferite temperaturi și presiuni, este indicată cantitatea de apă mvs, exprimată în grame, conținută în aerul saturat dintr-un volum V0 = 1 m3 .

Pentru a exprima cantitatea de vapori de apă conţinută de aerul dintr-un volum V se defineşte umiditatea aerului ca fiind:

 

mv este masa vaporilor de apă conținuți de aerul nesaturat;

  • ua umiditatea aerului din volumul V.

Trebuie subliniat faptul că în ambele situații (când în volumul V

există aer saturat și respectiv aer cu o umiditate ua) avem aceeași presiune și aceeași temperatură, iar umiditatea aerului saturat este de 100 %. Compresorul aspiră aer direct din atmosferă. În aceste condiții considerând presiunea absolută de 1 bar, temperatura de 20 0C si umiditatea de 65 %, se poate calcula, cu relația de mai sus, masa de vapori de apă conținută într-un volum de un metru cub:

unde mai întâi s-a stabilit din tabelul 3 pentru condițiile precizate .

Analizând valorile din tabelul 3 se observă că fenomenul de condensare a vaporilor de apă conținuți în masa de aer este favorizat de micșorarea temperaturii și creșterea presiunii.

În timpul procesului de comprimare în compresor temperatura și presiunea aerului cresc. Apariția fenomenului de condensare în acest echipament este puțin probabilă deoarece creșterea temperaturii în raport cu creşterea presiunii este mult mai semnificativă.

În schimb, în echipamentele și conductele din aval de rezervor are loc o destindere a aerului însoțită de o scăderea semnificativă a temperaturii sale; în aceste condiții aerul are nevoie de o masă mai mică de vapori de apă pentru a se satura și o parte însemnată din masa de vapori de apă conținută de aerul furnizat de compresor se va condensa.

tabel 3

Condensul şi efectele acestuia

În concluzie, dacă nu se iau măsuri speciale, compresorul poate să furnizeze sistemului deservit un aer saturat. În aceste condiții există pericolul apariției în echipamentele sistemului deservit a condensului. Acest lucru se poate întâmpla în supape, în motoarele pneumatice liniare și în special la nivelul motoarelor

În concluzie, dacă nu se iau măsuri speciale, compresorul poate să furnizeze sistemului deservit un aer saturat. În aceste condiții există pericolul apariției în echipamentele sistemului deservit a condensului. Acest lucru se poate întâmpla în supape, în motoarele pneumatice liniare și în special la nivelul motoarelor rotative.

Așa cum s-a mai arătat, prezența apei în echipamentele ce alcătuiesc sistemul este de nedorit deoarece:

  • piesele metalice se pot coroda;
  • la temperaturi scăzute apa poate îngheța și se pot forma dopuri de gheaţă în conducte sau în echipamente lucru ce poate conduce la disfuncționalități;

împreună cu uleiul de ungere apa formează un amestec vâscos care aderă pe suprafeţele elementelor mobile ale echipamentelor, îngreunând mișcarea acestora.

La toate acestea se adaugă faptul că există aplicații din industria alimentară, chimică, farmaceutică la care nu este admisă prezența aerului umed.

Iată de ce o stație de compresoare trebuie prevăzută cu un sistem de uscare a aerului comprimat, sistem care trebuie dimensionat în funcţie de aplicaţiile deservite de staţia respectivă.

Nivelul de uscare atins este indicat în mod obişnuit de “punctul de rouă”, care este temperatura la care se produce condensarea pentru o concentraţie determinată de vapori de apă. În general, se menţine acest punct de rouă la o temperatură cu 50C sub temperatura minimă atinsă în instalaţie.

Metode de eliminare a apei

Există mai multe metode pentru eliminarea apei din aerul comprimat, dar cele mai importante sunt:

  • uscare prin răcire;
  • uscare prin adsorbţie;

Metoda de uscare prin răcire

În figura 11 este prezentat principiul acestei metode. Metoda se bazează pe faptul că la scăderea temperaturii, vaporii de apă din masa de aer se condensează, iar picăturile de apă formate se depun în colector, acesta fiind amplasat la nivelul cel mai de jos al sistemului de răcire.

Aerul cald refulat de compresor traversează mai întâi schimbătorul de căldură SC1, unde are loc o primă etapă de răcire, apoi traversează schimbătorul SC2, unde în contact cu serpentina circuitului de răcire cu apă aerul suportă o răcire semnificativă. Aici, cea mai mare parte a vaporilor de apă se condensează, iar picăturile formate, prin efect gravimetric, se depun în colector, de unde sunt purjate periodic către exterior. În drumul său, aerul trece din nou prin schimbătorul SC1, unde recuperează o parte din căldura cedată inițial, ajungând la o

temperatură apropiată de cea a mediului ambiant.

Această metodă este des utilizată datorită unor avantaje, cum sunt: economicitate, siguranță și nu în ultimul rând întreținere și exploatare ușoară.

 

Metoda de uscare prin adsorbție

În figura 12 este prezentată principial această metodă. Metoda constă în traversarea de către aerul comprimat a unei zone în care se află un gel format din cristale ale unor substanțe (cum ar fi spre exemplu dioxidul de sulf) cu proprietăți adsorbante; în contact cu aceste cristale apa din aer aderă la suprafața lor.

Sistemul este prevăzut cu două adsorbere A1 şi A2; atunci când unul dintre ele lucrează celălalt se regenerează.

fig 11Fig. 11

În exemplul din figură lucrează adsorberul A1, în timp ce A2 se regenerează. Regenerarea constă în suflarea de aer cald asupra gelului saturat cu apă. Pentru aceasta robinetele R1 şi R2 sunt deschise, robinetele R3 şi R4 sunt închise, iar distribuitoarele D1 şi D2 realizează conexiunile figurate.

fig 12Fig. 12

Metoda, deși deosebit de eficientă, este mai puțin folosită deoarece gelul adsorbant este costisitor, iar consumul de energie este mare. Pentru ca substanţa cu proprietăţi adsorbante să fie eficientă trebuie ca la intrarea în instalația de uscare aerul să conțină o cantitate cât mai mică de ulei; din acest motiv în amonte trebuie montat un filtru, care la rândul său contribuie la scăderea randamentului energetic datorită pierderilor mari de presiune ce apar la curgerea aerului prin el.

Metoda de uscare prin absorbţie

Această metodă este prezentată principial în figura 13 și are la bază proprietatea apei de a forma un compus greu, ce se separă prin efect gravitațional, atunci când vine în contact cu anumite substanțe chimice.

fig 13Fig. 13

Această metodă presupune un consum redus de energie în timpul funcționării și o întreținere ușoară. Metoda este însă mai puțin folosită datorită prețului ridicat al substanței absorbante, substanță care periodic trebuie completată.

Prof. Dr. Ing. Mihai Avram

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

× Contact rapid WhatsApp Available from 08:00 to 18:00