Che cos'è un'apparecchiatura ad aria compressa? Di che tipo di apparecchiatura si tratta?

Che cos'è un'apparecchiatura ad aria compressa? Di che tipo di apparecchiatura si tratta?

L'apparecchiatura di alimentazione dell'aria è il dispositivo di generazione dell'aria compressa: il compressore d'aria. Esistono molti tipi di compressori d'aria, i più comuni sono quelli a pistone, centrifughi, a vite, a palette, a spirale e così via.
L'aria compressa in uscita dal compressore contiene una grande quantità di agenti inquinanti come umidità, olio e polvere. È necessario utilizzare apparecchiature di purificazione per rimuovere correttamente questi inquinanti ed evitare che compromettano il normale funzionamento del sistema pneumatico.

Il termine "apparecchiature per la purificazione dell'aria" si riferisce in generale a diverse apparecchiature e dispositivi. Nel settore, queste apparecchiature sono spesso indicate anche come apparecchiature di post-trattamento e comprendono serbatoi di stoccaggio del gas, essiccatori, filtri, ecc.
● serbatoio dell'aria
La funzione del serbatoio di accumulo del gas è quella di eliminare le pulsazioni di pressione, sfruttando l'espansione adiabatica e il raffreddamento naturale per abbassare la temperatura, separare ulteriormente l'umidità e l'olio presenti nell'aria compressa e immagazzinare una certa quantità di gas. Da un lato, ciò consente di ovviare al problema del consumo d'aria superiore al volume d'aria erogato dal compressore in brevi periodi di tempo. Dall'altro lato, garantisce un'alimentazione d'aria a breve termine in caso di guasto del compressore o interruzione di corrente, assicurando così la sicurezza delle apparecchiature pneumatiche.

●Essiccatore d'aria

L'essiccatore per aria compressa, come suggerisce il nome, è un tipo di apparecchiatura per la rimozione dell'acqua dall'aria compressa. Esistono due tipologie comunemente utilizzate: gli essiccatori a liofilizzazione e ad adsorbimento, oltre agli essiccatori a deliquescenza e a membrana polimerica. L'essiccatore a refrigerazione è l'apparecchiatura di disidratazione dell'aria compressa più comunemente utilizzata e viene solitamente impiegato in situazioni in cui sono richiesti standard di qualità dell'aria compressa. L'essiccatore a refrigerazione sfrutta la caratteristica della pressione parziale del vapore acqueo nell'aria compressa, determinata dalla temperatura dell'aria stessa, per effettuare raffreddamento, disidratazione e asciugatura. Gli essiccatori a refrigerazione per aria compressa sono generalmente indicati nel settore come "essiccatori a refrigerazione". La loro funzione principale è quella di ridurre il contenuto di acqua nell'aria compressa, ovvero di abbassare la "temperatura di rugiada" dell'aria compressa. Nei sistemi industriali di aria compressa, rappresentano un'apparecchiatura necessaria per l'asciugatura e la purificazione (nota anche come post-trattamento) dell'aria compressa.

1 principio fondamentale

L'aria compressa può essere utilizzata per rimuovere il vapore acqueo tramite pressurizzazione, raffreddamento, adsorbimento e altri metodi. La liofilizzazione è un metodo di raffreddamento. Sappiamo che l'aria compressa da un compressore contiene vari gas e vapore acqueo, quindi è aria umida. Il contenuto di umidità dell'aria umida è generalmente inversamente proporzionale alla pressione, ovvero maggiore è la pressione, minore è il contenuto di umidità. Quando la pressione dell'aria aumenta, il vapore acqueo presente nell'aria, oltre il limite consentito, si condensa in acqua (vale a dire che il volume dell'aria compressa diminuisce e non può più contenere il vapore acqueo originario).

Ciò significa che, rispetto all'aria originariamente inalata, il contenuto di umidità diminuisce (qui si riferisce al ritorno di questa parte dell'aria compressa allo stato non compresso).

Tuttavia, l'aria in uscita dal compressore è ancora aria compressa e il suo contenuto di vapore acqueo è al valore massimo possibile, ovvero si trova in uno stato critico gassoso e liquido. L'aria compressa in questo stato è detta satura, quindi non appena viene leggermente pressurizzata, il vapore acqueo passerà immediatamente dallo stato gassoso allo stato liquido, ovvero l'acqua condenserà.

Ipotizzando che l'aria sia una spugna bagnata che ha assorbito acqua, il suo contenuto di umidità corrisponde all'acqua assorbita. Se si strizza la spugna con forza per far uscire parte dell'acqua, il contenuto di umidità della spugna si riduce. Se si lascia che la spugna si rigeneri, sarà naturalmente più asciutta di prima. Questo processo, inoltre, assolve allo scopo di rimuovere l'acqua e asciugare tramite pressurizzazione.
Se, dopo aver raggiunto una certa forza durante la spremitura della spugna, non si applica ulteriore pressione, l'acqua smette di fuoriuscire, indicando che la spugna è satura. Continuando ad aumentare la forza di spremitura, l'acqua continuerà a fuoriuscire.

Pertanto, il corpo stesso del compressore d'aria ha la funzione di rimuovere l'acqua, e il metodo utilizzato è la pressurizzazione, ma questo non è lo scopo del compressore d'aria, bensì un onere "sgradevole".

Perché la "pressurizzazione" non viene utilizzata come metodo per rimuovere l'acqua dall'aria compressa? Principalmente per ragioni economiche: aumentare la pressione di 1 kg, consumando circa il 7% dell'energia, è decisamente antieconomico.

La disidratazione tramite raffreddamento è relativamente economica e l'essiccatore a refrigerazione utilizza lo stesso principio della deumidificazione del condizionatore d'aria per raggiungere l'obiettivo. Poiché la densità del vapore acqueo saturo ha un limite, nell'intervallo di pressione aerodinamica (2 MPa), si può considerare che la densità del vapore acqueo nell'aria satura dipenda solo dalla temperatura e non dalla pressione atmosferica.

Più alta è la temperatura, maggiore è la densità del vapore acqueo nell'aria satura e maggiore sarà la quantità di acqua presente. Al contrario, più bassa è la temperatura, minore sarà la quantità di acqua (questo si può comprendere dal buon senso nella vita quotidiana: l'inverno è secco e freddo, l'estate è calda e umida).

Raffreddare l'aria compressa alla temperatura più bassa possibile per ridurre la densità del vapore acqueo in essa contenuto e formare condensa, raccogliere le piccole goccioline d'acqua formate dalla condensa e scaricarle, in modo da raggiungere lo scopo di rimuovere l'umidità dall'aria compressa.

Poiché il processo prevede la condensazione e la trasformazione dell'acqua in vapore acqueo, la temperatura non può essere inferiore al "punto di congelamento", altrimenti il ​​congelamento non consentirà di drenare efficacemente l'acqua. Solitamente, la "temperatura di rugiada a pressione" nominale del liofilizzatore è generalmente compresa tra 2 e 10 °C.

Ad esempio, il "punto di rugiada a pressione" di 0,7 MPa a 10 °C viene convertito in "punto di rugiada a pressione atmosferica" ​​a -16 °C. Si può quindi dedurre che, se utilizzato in un ambiente con temperature non inferiori a -16 °C, non ci sarà acqua liquida quando l'aria compressa viene scaricata nell'atmosfera.

Tutti i metodi di deumidificazione dell'aria compressa garantiscono solo un grado di secchezza relativo, raggiungendo un certo livello. È impossibile rimuovere completamente l'umidità, e perseguire un grado di secchezza superiore a quello richiesto per l'utilizzo risulterebbe antieconomico.
2 principio di funzionamento

L'essiccatore a refrigerazione per aria compressa raffredda l'aria compressa per condensare il vapore acqueo in essa contenuto in goccioline liquide, in modo da ridurre il contenuto di umidità dell'aria compressa.
Le goccioline condensate vengono scaricate dalla macchina attraverso il sistema di drenaggio automatico. Finché la temperatura ambiente della tubazione a valle all'uscita dell'essiccatore non è inferiore alla temperatura del punto di rugiada all'uscita dell'evaporatore, non si verificherà condensazione secondaria.

3 flussi di lavoro

Processo ad aria compressa:
L'aria compressa entra nello scambiatore di calore aria (preriscaldatore) [1], che inizialmente riduce la temperatura dell'aria compressa ad alta temperatura, e poi entra nello scambiatore di calore Freon/aria (evaporatore) [2], dove l'aria compressa viene raffreddata molto rapidamente, abbassando notevolmente la temperatura fino alla temperatura del punto di rugiada, e l'acqua liquida e l'aria compressa separate vengono separate nel separatore d'acqua [3], e l'acqua separata viene scaricata fuori dalla macchina tramite il dispositivo di drenaggio automatico.

L'aria compressa e il refrigerante a bassa temperatura si scambiano calore nell'evaporatore [2]. In questo momento, la temperatura dell'aria compressa è molto bassa, approssimativamente pari alla temperatura del punto di rugiada di 2~10°C. Se non vi sono requisiti particolari (ovvero, non vi è alcun requisito di bassa temperatura per l'aria compressa), di solito l'aria compressa ritorna allo scambiatore di calore dell'aria (preriscaldatore) [1] per scambiare calore con l'aria compressa ad alta temperatura appena entrata nell'essiccatore a freddo. Lo scopo di fare ciò è:

① Utilizzare efficacemente il “raffreddamento di scarto” dell’aria compressa essiccata per preraffreddare l’aria compressa ad alta temperatura appena entrata nell’essiccatore a freddo, in modo da ridurre il carico frigorifero dell’essiccatore a freddo;

② Prevenire problemi secondari quali condensa, gocciolamento e ruggine sulla parte esterna della tubazione posteriore causati dall'aria compressa essiccata a bassa temperatura.

Processo di refrigerazione:

Il refrigerante freon entra nel compressore [4] e, dopo la compressione, la pressione aumenta (e anche la temperatura aumenta), e quando è leggermente superiore alla pressione nel condensatore, il vapore refrigerante ad alta pressione viene scaricato nel condensatore [6]. Nel condensatore, il vapore refrigerante a temperatura e pressione più elevate scambia calore con l'aria a temperatura inferiore (raffreddamento ad aria) o con l'acqua di raffreddamento (raffreddamento ad acqua), condensando così il refrigerante Freon allo stato liquido.

In questa fase, il refrigerante liquido entra nello scambiatore di calore Freon/aria (evaporatore) [2] attraverso il tubo capillare/valvola di espansione [8] per depressurizzare (raffreddare) e assorbire il calore dell'aria compressa nell'evaporatore per vaporizzarla. L'oggetto da raffreddare – l'aria compressa – viene raffreddato e il vapore di refrigerante vaporizzato viene aspirato dal compressore per avviare il ciclo successivo.

Il refrigerante completa un ciclo attraverso quattro processi: compressione, condensazione, espansione (strozzamento) ed evaporazione all'interno del sistema. Attraverso cicli di refrigerazione continui, si raggiunge l'obiettivo di congelare l'aria compressa.
4 Funzioni di ciascun componente
scambiatore di calore ad aria
Per evitare la formazione di condensa sulla parete esterna della tubazione, l'aria liofilizzata esce dall'evaporatore e si scambia nuovamente calore con aria compressa calda, umida e ad alta temperatura nello scambiatore di calore. Allo stesso tempo, la temperatura dell'aria in ingresso all'evaporatore si riduce notevolmente.

scambio di calore
Il refrigerante assorbe calore e si espande nell'evaporatore, passando dallo stato liquido allo stato gassoso, e l'aria compressa viene raffreddata tramite scambio termico, in modo che il vapore acqueo presente nell'aria compressa passi dallo stato gassoso allo stato liquido.

separatore d'acqua
L'acqua liquida precipitata viene separata dall'aria compressa nel separatore d'acqua. Maggiore è l'efficienza di separazione del separatore d'acqua, minore sarà la percentuale di acqua liquida rivolatilizzata nell'aria compressa e minore sarà il punto di rugiada in pressione dell'aria compressa.

compressore
Il refrigerante gassoso entra nel compressore frigorifero e viene compresso fino a diventare un refrigerante gassoso ad alta temperatura e alta pressione.

valvola di bypass
Se la temperatura dell'acqua liquida precipitata scende al di sotto del punto di congelamento, il ghiaccio condensato causerà un blocco. La valvola di bypass può controllare la temperatura di refrigerazione e mantenere il punto di rugiada a pressione a una temperatura stabile (tra 1 e 6 °C).

condensatore

Il condensatore abbassa la temperatura del refrigerante, che passa dallo stato gassoso ad alta temperatura allo stato liquido a bassa temperatura.

filtro
Il filtro filtra efficacemente le impurità del refrigerante.

Valvola capillare/di espansione
Dopo aver attraversato il tubo capillare/valvola di espansione, il refrigerante aumenta di volume, diminuisce di temperatura e si trasforma in un liquido a bassa temperatura e bassa pressione.

Separatore gas-liquido
Poiché l'ingresso di refrigerante liquido nel compressore può causare uno shock termico, con conseguente rischio di danni al compressore stesso, il separatore gas-liquido del refrigerante garantisce che solo il refrigerante gassoso possa entrare nel compressore.

scarico automatico
Lo scarico automatico convoglia a intervalli regolari l'acqua liquida accumulata sul fondo del separatore fuori dalla macchina.

asciugatrice

L'essiccatore a refrigerazione presenta i vantaggi di una struttura compatta, facilità d'uso e manutenzione, e bassi costi di manutenzione. È adatto per applicazioni in cui la temperatura del punto di rugiada dell'aria compressa non è troppo bassa (superiore a 0 °C).
L'essiccatore ad adsorbimento utilizza un essiccante per deumidificare e asciugare l'aria compressa che viene forzata a fluire al suo interno. Gli essiccatori ad adsorbimento rigenerativi sono spesso utilizzati quotidianamente.
● filtro
I filtri si dividono in filtri principali per condotte, separatori gas-acqua, filtri deodorizzanti a carbone attivo, filtri di sterilizzazione a vapore, ecc., e la loro funzione è quella di rimuovere olio, polvere, umidità e altre impurità dall'aria per ottenere aria compressa pulita.