Hybritec: efficienza garantita in ogni applicazione

Immediatamente dopo la compressione l’aria ha una temperatura di 80°C. Il vapore d’acqua presente nell’aria si troverà in condizioni di saturazione (massimo contenuto di vapore nell’aria a data pressione e temperatura). Durante il raffreddamento dell’aria compressa, che avviene negli scambiatori del compressore, la temperatura viene notevolmente abbassata. Una parte del vapore passerà dunque alla fase liquida formando la condensa.

La condensa se non opportunamente separata può essere dannosa per gli impianti e la produzione. Nelle applicazioni più delicate, quando è richiesto un elevato grado di purezza dell’aria è necessario il ricorso ad un essiccatore ad adsorbimento.

Cosa significa essiccazione ad adsorbimento?

L'essiccazione ad adsorbimento è un processo fisico in cui il vapore acqueo viene trattenuto da un materiale adsorbente e sottratto all’aria compressa. I materiali adsorbenti più comunemente utilizzati sono l’allumina e il silicagel. 

Gli essiccatori ad adsorbimento sono utilizzati per ottenere punti di rugiada particolarmente bassi (<0°C) consentendo la quasi totale eliminazione della condensa nell’aria compressa. 

►Scopri di più sul trattamento della condensa

Quali sono quindi le conseguenze se l'essiccatore lavora in una condizione ambientale sfavorevole.

Nella seguente case history presentiamo un progetto di verifica effettuato dal Support Dep. Kaeser Compressori, con misure in campo, delle prestazioni e del corretto funzionamento dell’essiccatore Hybritec in condizioni di funzionamento dell'impianto sfavorevoli, ovvero con condizioni metereologiche di alta temperatura e alta umidità.

Lo scopo delle misure effettuate è la verifica dei dati di consumo dell’essiccatore combinato Hybritec modello DTI 668/902 in alcuni punti di lavoro e confermare quindi le prestazioni dichiarate in fabbrica.

In particolare, il periodo preso in esame va dal 27/05/2021 all' 11/06/2021, periodo caratterizzato da condizioni di lavoro tra i 18° C e i 26°C e con e una concentrazione di umidità del 70% (UR).  Le misurazioni sono state effettuate presso la sede produttiva del nostro cliente, una importante realtà che opera nel settore chimico. 

Caratteristiche dell’impianto:

• N° compressori: 4
• Potenza totale installata: 500 kW
• Portata massima totale: 66,8 m3/min
• Pressione di esercizio: 7,5 bar

Essiccatore combinato Hybritec

Gli essiccatori Hybritec combinano il risparmio energetico, tipico dei moderni essiccatori a ciclo frigorifero, con i punti di rugiada estremamente bassi, propri degli essiccatori ad adsorbimento.

Cosa si intende con il termine punto di rugiada (PDP)?

Esso indica la temperatura alla quale, a pressione costante, l'aria compressa diventa satura di vapore acqueo il quale, quindi, comincia a condensare ad ogni ulteriore riduzione della temperatura. Il punto di rugiada richiesto deve essere ottenuto con il minimo dispendio di energia.

Con punti di rugiada fino a +3°C gli essiccatori a ciclo frigorifero rappresentano la soluzione migliore. Nel caso in cui si necessiti di un punto di rugiada inferiore a +3°C, la risposta migliore è fornita dagli essiccatori ad adsorbimento, ed ecco che entra in gioco l’Hybritec.

Presso il nostro cliente, in particolare sono state valutate le funzionalità dell’ Hybritech DTI 668/902. Si tratta di una macchina di trattamento dell’aria compressa in grado di abbassare il punto di rugiada a -40°C corrispondente a classe 2 in accordo alla norma ISO 8573-1. La macchina è composta da due apparati principali, un impianto frigorifero a compressione ed un impianto di essiccazione ad assorbimento a doppia colonna rigenerato a caldo

Norma ISO 8573

La norma ISO 8573 definisce in modo preciso quali sono gli inquinanti dell’aria compressa e, a seconda delle loro concentrazioni classifica la qualità dell’aria. Inoltre definisce i criteri di misura in campo degli inquinanti in condizioni operative, rispetto alle quali viene utilizzata l'aria. 

Le categorie principali di inquinanti relativi agli impianti di aria compressa sono:

• Polveri(solidi): definite in base alla loro dimensione. Ogni classe è dettagliata per numero massimo di particelle ammesso e rispettive dimensioni.
• Umidità(acqua/condensa): ogni classe viene definita in funzione del “punto di rugiada in pressione” (pressure dew point o PDP.
• Olio(Idrocarburi): si tratta del contenuto oleoso, o meglio di idrocarburi, in qualsiasi forma si presentino gocce, nebbie, aerosol o vapori / odori.

Leggi anche: " ISO 8573-1: GLI INQUINANTI DELL'ARIA COMPRESSA E I SISTEMI DI TRATTAMENTO"

Strumenti di analisi

Gli strumenti utilizzati per le analisi in campo sono il Sigma Air Manager e l'analizzatore di rete. Infatti, il sistema di essiccazione viene totalmente gestito dalla centralina di gestione, in grado di garantire la pressione minima richiesta dall’utenza in sicurezza oltre a fornire tutti i dati di controllo del funzionamento degli essiccatori ad adsorbimento.

L'obiettivo è quello di ottenere il migliore indice di efficienza energetica grazie al calcolo effettuato dall’algoritmo di controllo 3Dadvance.

L'analizzatore di rete è un dispositivo che analizza il comportamento elettrico di una macchina, e nel caso del nostro cliente è stato utilizzato per registrare le potenze nel periodo di tempo della misura.

Hybritec in azione: le misurazioni in campo

Cosa è stato osservato? Durante il normale funzionamento, l’aria compressa, prima di essere inviata nella linea di distribuzione, viene trattata da un ciclo frigorifero e successivamente fatta passare attraverso una colonna ad adsorbimento che completa il ciclo di essiccazione.

L’essiccatore ad assorbimento è composto da due vessel riempiti di allumina che funzionano in modo alternato. Infatti, mentre una delle due colonne assolve il compito dell’essiccazione l’altra si trova in stato di rigenerazione.

La fase di rigenerazione è “a caldo” e schematizzabile nel modo seguente: dopo aver depressurizzato la colonna, una soffiante preleva l’aria dall’esterno e la invia ad una resistenza che ne alza la temperatura. L’aria preriscaldata riempie la colonna dall’alto e permette il desorbimento dell’acqua dall’allumina.

Prima di tornare in funzione la colonna viene raffreddata da una minima quantità di aria compressa già trattata e pressurizzata.

In funzione dell’umidità richiesta dalle utenze e dalle caratteristiche dell’impianto, l’essiccatore combinato consente di lavorare solo con il gruppo frigorifero grazie all’opzione estate/ inverno, bypassando l’essiccatore ad adsorbimento e risparmiando sul consumo elettrico legato alla rigenerazione delle colonne.

La durata di ogni fase dipende dal carico richiesto alla macchina (punto di rugiada, portata elaborata, condizioni esterne). Dunque, durante i cicli di lavoro della macchina la potenza assorbita varia in funzione della portata elaborata e della fase del ciclo in cui si trova l’essiccatore.

Un piccolo approfondimento

Si definisce ciclo completo della macchina, un periodo di tempo del totale di 16 ore in cui la macchina effettua due semi-cicli di essiccazione e rigenerazione, uno per ogni colonna.

In un semi-ciclo, prendendo come riferimento una singola colonna, si ha:

• Periodo di essiccazione: la colonna assolve il suo ruolo di trattamento dell’aria.
• Rigenerazione: la colonna viene riscaldata per desorbire le molecole di acqua adsorbite e successivo raffreddamento.
• Pressurizzazione e attesa: la colonna viene pressurizzata e messa in attesa fino alla fine del periodo di essiccazione della colonna in funzione.

Risultati

Durante il periodo di misurazione è stato rilevato un consumo medio di aria di 31 m3/min che corrispondono circa al 45% della portata massima elaborabile dal sistema. Per questo valore di portata e alle condizioni ambientali di 26°C e 70 % UR, la potenza assorbita dal sistema è corrispondente al 27% rispetto alla potenza nominale ( al 100% di portata). Inoltre, sono confermate le durate dei cicli di funzionamento del sistema. Le misurazioni effettuate hanno dimostrato che, in tutte le condizioni operative osservate, le prestazioni dell’Hybritec rispecchiano i valori tecnici di fabbrica mantenendo alte performance, tali da garantire il grado di purezza richiesto per l’aria compressa.

Application Team Kaeser Compressori