Perché c'è acqua nel mio impianto di aria compressa?

La condensazione dell'acqua è un fenomeno naturale, e la condensa è un sottoprodotto della compressione dell'aria. La quantità di acqua prodotta da un compressore d'aria dipende in larga misura dalle condizioni di ingresso, dalla qualità dell'aria presente in un dato ambiente e dalla pressione. In termini più semplici, la quantità di acqua che viene immessa nelle tubazioni dell'aria compressa è determinata dalla temperatura e dall'umidità dell'aria, dalle dimensioni del compressore e dalla pressione richiesta. L'aria calda e umida contiene naturalmente più umidità di quella fredda, e fa sì che dai compressori fuoriesca più acqua. Un compressore rotativo a vite da 55 kW (75 CV) in funzione a una temperatura ambiente di 24 °C (75 °F) con un'umidità relativa del 75% produce ad esempio 280 litri (75 galloni) di acqua al giorno. Il processo di rimozione dell'umidità presente in un impianto dell'aria compressa è illustrato di seguito. 

L'umidità può essere rimossa utilizzando accessori, tra cui refrigeratori finali, separatori di condensa, essiccatori a refrigerazione ed essiccatori ad adsorbimento. 

Un compressore che funziona a una sovrapressione di 7 bar(e) comprime l'aria di 7/8 il suo volume riducendo contemporaneamente la capacità dell'aria di trattenere il vapore acqueo.

Questi fattori determinano la combinazione adatta di refrigeratori ed essiccatori.

Per illustrare ulteriormente tale aspetto, esaminiamo altri dati quali la temperatura ambiente, la portata (dimensioni del compressore), la pressione in ingresso, la temperatura di ingresso e il punto di rugiada in pressione (PDP).

• Portata o dimensioni del compressore. Le applicazioni che richiedono portate più elevate (CFM o l/w) generano un maggiore contenuto di acqua nel sistema.
• Temperatura ambiente / Contenuto di umidità. I compressori che operano ad una temperatura più elevata e in un ambiente umido producono maggiori quantità di vapore acqueo all'interno del sistema.
• Temperatura di ingresso. Maggiore è la temperatura in ingresso di un compressore, maggiore sarà il contenuto di acqua presente nell'aria compressa.
• Pressione. A differenza di flusso, temperatura o umidità, livelli di pressione elevati generano bassi livelli di umidità. Ad esempio, se si preme con forza una spugna riempita d'acqua, l'acqua viene spinta fuori.
• Punto di rugiada in pressione (PDP). Il punto di rugiada in pressione è un modo comune per misurare il contenuto di acqua nell'aria compressa. Il PDP si riferisce alla temperatura alla quale aria o gas sono saturi di acqua e iniziano a trasformarsi in uno stato liquido attraverso la condensa. Il PDP è anche il punto in cui l'aria non è in grado di trattenere più vapore acqueo.

Per ridurre al minimo il contenuto di acqua nell'aria compressa, è necessario un livello di PDP inferiore. Ciò è importante poiché valori di PDP più elevati sono indice di maggiori quantità di vapore acqueo nel sistema.Le dimensioni dell'essiccatore determinano il PDP e i livelli di condensa nell'aria compressa.

Un punto di rugiada in pressione inferiore nei sistemi di essiccazione comporta costi energetici più alti, poiché richiede un maggiore sforzo per rimuovere l'umidità. Per mantenere i costi bassi, è importante evitare di utilizzare soluzioni per l'essiccazione eccessivamente potenti rispetto alle reali necessità. Scegliere un sistema che risponda alle proprie esigenze permette di mantenere l'efficienza e controllare le spese.

Quando si esegue un test dell'aria compressa, è importante conoscere i diversi tipi di sensori del punto di rugiada disponibili:

• Sensori capacitivi del punto di rugiada: ideali per il monitoraggio continuo del punto di rugiada negli impianti per aria compressa. Misurano le variazioni di capacità causate dai livelli di umidità, fornendo dati in tempo reale. Questo consente di mantenere condizioni di essiccazione ottimali e, se utilizzati con adeguati controlli dell'essiccatore, possono contribuire al risparmio energetico.

• Specchio refrigerato: questa tecnologia offre la misurazione più accurata del punto di rugiada, raffreddando uno specchio fino alla formazione di condensa. La temperatura a cui si verifica questo fenomeno è il punto di rugiada. Tuttavia, i dispositivi a specchio refrigerato sono costosi, richiedono una pulizia frequente, un operatore addestrato e una calibrazione periodica, rendendoli meno adatti al monitoraggio continuo.

• Indicatore di umidità: uno strumento economico che cambia colore per indicare i livelli di umidità. Può essere installato in qualsiasi punto del sistema a valle di un essiccatore d'aria. Sebbene fornisca una indicazione visiva immediata dell'aumento dei livelli di umidità, non è uno strumento di misurazione preciso.

Conoscere questi strumenti può migliorare notevolmente l'efficacia del processo di test dell'aria compressa.

La condensa non trattata presente nell'aria compressa può causare danni e problemi ai sistemi e ai motori pneumatici, alle valvole e a tutti i componenti o alle macchine collegate al sistema, nonché contaminare il processo o la fabbricazione del prodotto finale.

Ecco un elenco che spiega ulteriormente gli effetti avversi dell'umidità:

• Corrosione del sistema delle tubazioni e delle attrezzature (vale a dire macchine CNC e altri macchinari di produzione).
• Danni ai comandi pneumatici, con il rischio di costosi fermi macchina.
• Formazione di ruggine e aumento dell'usura delle apparecchiature di produzione in seguito alla rimozione del lubrificante.
• Problemi di qualità dovuti al rischio di scolorimento, alla riduzione della qualità e alla scarsa adesione della vernice.
• Possibilità di formazione di ghiaccio durante il funzionamento a basse temperature, con conseguenti danni alle linee di controllo.
• Necessità di manutenzione eccessiva del compressore d'aria e riduzione della vita utile delle apparecchiature.

Inoltre, la presenza di umidità nelle reti dell'aria compressa può inoltre avere numerosi effetti nocivi sull'aria destinata agli impianti, agli strumenti, alle valvole, ai cilindri e agli utensili pneumatici. Per evitare costi di manutenzione eccessivi e inutili, nonché eventuali arresti di sicurezza della produzione, si consiglia di adottare un atteggiamento proattivo e le misure necessarie per mantenere l'aria compressa secca, pulita e adatta per qualunque processo o applicazione.

La scelta del metodo di essiccazione appropriato per l'aria compressa dipende in gran parte dai requisiti specifici necessari per soddisfare gli standard di controllo qualità per l'applicazione.

1. Uno dei primi passaggi è rimuovere l'umidità dell'aria compressa all'interno del compressore. Ciò è importante poiché un separatore di umidità o un refrigeratore finale è in grado di rimuovere il 40-60% di acqua vaporizzata.
2. L'aria compressa che esce dal refrigeratore finale rimane satura di acqua e, se non trattata, può avere effetti dannosi sull'intero sistema.
3. Poiché il serbatoio di un compressore d'aria è molto più freddo dell'aria compressa calda in ingresso, l'utilizzo di un serbatoio dell'aria può aiutare a ridurre il contenuto di acqua. È importante tenere presente che un serbatoio bagnato raccoglie l'umidità in eccesso e deve essere drenato quotidianamente. Ciò è importante per evitare corrosione e usura.
4. Se l'applicazione richiede un'ulteriore rimozione dell'umidità, è necessario introdurre un essiccatore esterno o interno (integrato). 

• Con un essiccatore d'aria a refrigerazione, la temperatura dell'aria viene abbassata a 3 gradi Celsius (37 gradi Fahrenheit). Questo processo fa sì che il vapore acqueo si condensi fuori dall'aria compressa. Se il punto di rugiada di un essiccatore a refrigerazione non è sufficiente, è necessario utilizzare un essiccatore d'aria a sostanza igroscopica.
• Un essiccatore a sostanza igroscopica riduce il punto di rugiada ad almeno -40 gradi Celsius, producendo aria estremamente secca. Tali livelli sono essenziali per le operazioni di verniciatura a spruzzo, stampa e altre applicazioni di utensili pneumatici.