In senso stretto, un sistema ad aria compressa è composto da apparecchiature di alimentazione dell'aria, apparecchiature di purificazione dell'aria e relative tubazioni. In senso lato, componenti ausiliari pneumatici, attuatori pneumatici, componenti di controllo pneumatici, componenti per il vuoto, ecc. rientrano tutti nella categoria dei sistemi ad aria compressa. Solitamente, l'attrezzatura di una stazione di compressione dell'aria costituisce, in senso stretto, un sistema ad aria compressa. La figura seguente mostra un tipico diagramma di flusso di un sistema ad aria compressa:
L'apparecchiatura di alimentazione dell'aria (compressore d'aria) aspira l'aria dall'atmosfera, la comprime trasformandola in aria compressa ad alta pressione e rimuove umidità, olio e altre impurità dall'aria compressa tramite apparecchiature di purificazione.
L'aria in natura è composta da una miscela di vari gas (O₂, N₂, CO₂, ecc.) e il vapore acqueo è uno di questi. L'aria che contiene una certa quantità di vapore acqueo è detta aria umida, mentre l'aria che non contiene vapore acqueo è detta aria secca. L'aria che ci circonda è aria umida, quindi il fluido di lavoro del compressore d'aria è naturalmente aria umida.
Sebbene il contenuto di vapore acqueo nell'aria umida sia relativamente basso, la sua concentrazione influenza notevolmente le proprietà fisiche dell'aria stessa. Nei sistemi di purificazione dell'aria compressa, l'essiccazione dell'aria compressa rappresenta uno dei processi principali.
In determinate condizioni di temperatura e pressione, il contenuto di vapore acqueo nell'aria umida (ovvero la densità del vapore acqueo) è limitato. A una certa temperatura, quando la quantità di vapore acqueo presente raggiunge il valore massimo possibile, l'aria umida in quel momento viene definita aria satura. L'aria umida che non ha raggiunto il valore massimo possibile di vapore acqueo viene definita aria insatura.
Nel momento in cui l'aria non satura diventa satura, le goccioline d'acqua liquida si condensano nell'aria umida, un fenomeno chiamato "condensazione". La condensazione è un fenomeno comune. Ad esempio, in estate l'umidità dell'aria è elevata ed è facile che si formino goccioline d'acqua sulla superficie dei tubi dell'acqua. Nelle mattine d'inverno, le goccioline d'acqua compaiono sui vetri delle finestre. Tutto ciò è dovuto al raffreddamento dell'aria umida sotto pressione costante.
Come accennato in precedenza, la temperatura alla quale l'aria non satura raggiunge la saturazione è chiamata punto di rugiada quando la pressione parziale del vapore acqueo viene mantenuta costante (ovvero, il contenuto assoluto di acqua viene mantenuto costante). Quando la temperatura scende al di sotto della temperatura del punto di rugiada, si verifica la "condensazione".
Il punto di rugiada dell'aria umida non è correlato solo alla temperatura, ma anche alla quantità di umidità presente nell'aria. Il punto di rugiada è alto con un elevato contenuto di vapore acqueo e basso con un basso contenuto di vapore acqueo.
La temperatura di rugiada riveste un'importanza fondamentale nell'ingegneria dei compressori. Ad esempio, quando la temperatura di uscita del compressore d'aria è troppo bassa, la miscela olio-gas condensa a causa della bassa temperatura nel serbatoio, causando la presenza di acqua nell'olio lubrificante e compromettendone l'efficacia. Pertanto, la temperatura di uscita del compressore d'aria deve essere progettata in modo da non essere inferiore alla temperatura di rugiada, in corrispondenza della pressione parziale considerata.
Il punto di rugiada atmosferico è la temperatura di rugiada alla pressione atmosferica. Analogamente, il punto di rugiada pressorio si riferisce alla temperatura di rugiada dell'aria a pressione atmosferica.
La relazione tra il punto di rugiada a pressione atmosferica e il punto di rugiada a pressione normale è legata al rapporto di compressione. A parità di punto di rugiada a pressione atmosferica, maggiore è il rapporto di compressione, minore sarà il corrispondente punto di rugiada a pressione normale.
L'aria compressa in uscita dal compressore è sporca. I principali agenti inquinanti sono: acqua (goccioline d'acqua liquida, nebbia d'acqua e vapore acqueo), nebbia di olio lubrificante residuo (goccioline d'olio nebulizzato e vapore d'olio), impurità solide (fanghi di ruggine, polvere metallica, particelle di gomma, particelle di catrame e materiali filtranti, polvere fine di materiali di tenuta, ecc.), impurità chimiche nocive e altre impurità.
L'olio lubrificante deteriorato corrode gomma, plastica e materiali di tenuta, causando malfunzionamenti delle valvole e inquinando i prodotti. Umidità e polvere provocano ruggine e corrosione nelle parti metalliche e nei tubi, causando il blocco o l'usura delle parti mobili e il malfunzionamento o la perdita d'aria dei componenti pneumatici. Umidità e polvere ostruiscono anche i fori di strozzatura o i filtri. Dopo che il ghiaccio ha causato il congelamento o la rottura della tubazione.
A causa della scarsa qualità dell'aria, l'affidabilità e la durata del sistema pneumatico si riducono notevolmente, e le perdite conseguenti spesso superano di gran lunga i costi di acquisto e manutenzione del dispositivo di trattamento dell'aria, pertanto è assolutamente necessario selezionare correttamente il sistema di trattamento dell'aria.
Quali sono le principali fonti di umidità nell'aria compressa?
La principale fonte di umidità nell'aria compressa è il vapore acqueo aspirato dal compressore insieme all'aria. Dopo che l'aria umida entra nel compressore, una grande quantità di vapore acqueo viene trasformata in acqua liquida durante il processo di compressione, il che riduce notevolmente l'umidità relativa dell'aria compressa all'uscita del compressore.
Ad esempio, quando la pressione del sistema è di 0,7 MPa e l'umidità relativa dell'aria aspirata è dell'80%, sebbene l'aria compressa in uscita dal compressore sia satura sotto pressione, se riportata alla pressione atmosferica prima della compressione, la sua umidità relativa è solo del 6-10%. Ciò significa che il contenuto di umidità dell'aria compressa si è notevolmente ridotto. Tuttavia, con il graduale abbassamento della temperatura nella tubazione del gas e nelle apparecchiature del gas, una grande quantità di acqua liquida continuerà a condensarsi nell'aria compressa.
Come si verifica la contaminazione da olio nell'aria compressa?
Le principali fonti di contaminazione da olio nell'aria compressa sono l'olio lubrificante del compressore d'aria, i vapori d'olio e le goccioline d'olio sospese nell'aria ambiente, nonché l'olio lubrificante dei componenti pneumatici del sistema.
Ad eccezione dei compressori centrifughi e a membrana, quasi tutti i compressori d'aria attualmente in uso (compresi i vari compressori d'aria lubrificati senza olio) immettono nel gasdotto una quantità più o meno abbondante di olio contaminato (goccioline d'olio, nebbie oleose, vapori d'olio e residui di fissione del carbonio).
L'alta temperatura della camera di compressione del compressore d'aria provoca la vaporizzazione, la decomposizione e l'ossidazione di circa il 5-6% dell'olio, che si deposita sulla parete interna del tubo del compressore sotto forma di pellicola di carbonio e vernice, mentre la frazione leggera rimane sospesa sotto forma di vapore e particelle microscopiche che vengono introdotte nel sistema dall'aria compressa.
In sintesi, per i sistemi che non richiedono lubrificanti durante il funzionamento, tutti gli oli e i materiali lubrificanti miscelati nell'aria compressa utilizzata possono essere considerati materiali contaminati da olio. Per i sistemi che necessitano di aggiungere lubrificanti durante il funzionamento, tutte le vernici antiruggine e l'olio del compressore contenuti nell'aria compressa sono considerati impurità contaminate da olio.
Come fanno le impurità solide a entrare nell'aria compressa?
Le principali fonti di impurità solide nell'aria compressa sono:
①L'atmosfera circostante è composta da varie impurità di diverse dimensioni. Anche se la porta di aspirazione del compressore d'aria è dotata di un filtro dell'aria, di solito le impurità "aerosol" inferiori a 5 μm possono comunque entrare nel compressore con l'aria aspirata, mescolandosi con olio e acqua nel tubo di scarico durante il processo di compressione.
②Quando il compressore d'aria è in funzione, l'attrito e la collisione tra le varie parti, l'invecchiamento e il distacco delle guarnizioni, nonché la carbonizzazione e la fissione dell'olio lubrificante ad alta temperatura, provocano l'immissione nella tubazione del gas di particelle solide come particelle metalliche, polvere di gomma e residui carboniosi.
Data di pubblicazione: 18 aprile 2023
