Quel est le point de rosée sous pression de l’air comprimé ?

Un devis atterrit sur votre bureau avec une ligne indiquant « sortie du sèche-linge : point de rosée sous pression de −40 degrés ». Ou un instrument dans l'usine affiche +12 degré et vous ne savez pas si c'est bon ou mauvais. Quoi qu’il en soit, le numéro compte plus que la plupart des spécifications figurant sur la feuille, et c’est le numéro que les clients lisent le plus souvent mal.

Voici la réponse courte avant les détails : le point de rosée sous pression de l'air comprimé est la température à laquelle la vapeur d'eau présente dans l'air commence à se condenser alors que cet air est encore à sa pression de fonctionnement. Un chiffre inférieur signifie un air plus sec. Un point de rosée sous pression de -40 degrés signifie que l'air retient si peu d'humidité que rien ne se condensera jusqu'à ce que la température descende à -40 degrés.

Pourquoi fallait-il plus d’une phrase ? Parce que la même phrase signifie quelque chose de différent selon l’endroit où elle est mesurée, et parce que le nombre n’a aucun sens sans la pression à laquelle il a été mesuré. Ces deux faits sont à l’origine de la plupart des disputes entre utilisateurs finaux et fournisseurs d’équipements.

Cet article traite la métrique de bout en bout : ce que c'est, pourquoi elle diffère du point de rosée sur un rapport météorologique, l'arithmétique qui relie les deux, le tableau de classe ISO 8573-1 qui transforme le nombre en spécification, quelle technologie de séchage atteint quel niveau, comment choisir une cible pour votre propre système et comment savoir si une lecture qui vous a été donnée est fiable.

Que signifie réellement le point de rosée sous pression

Chaque gaz contient de la vapeur d'eau. La quantité qu'il peut contenir dépend de la température. L’air chaud retient davantage, l’air froid retient moins. Le point de rosée est simplement la température à laquelle l'air retient tout ce qu'il peut - saturation - et tout refroidissement supplémentaire force l'excédent à sortir sous forme d'eau liquide.

Le point de rosée sous pression applique cette définition à l’air maintenu au-dessus de la pression atmosphérique. SelonExplication d'Atlas Copco sur le point de rosée sous pression, le point de rosée sous pression est la température à laquelle l'air comprimé peut être refroidi sans que l'humidité qu'il contient ne se condense, et un point de rosée basse pression indique toujours une faible teneur en eau. Le point de rosée atmosphérique, en revanche, décrit le même air après qu'il ait été ramené à environ une barre - le nombre indiqué par les prévisions météorologiques.

Cette distinction n’est pas académique. Étant donné que le point de rosée dépend de la pression, une lecture atmosphérique prise après expansion ne peut pas être comparée à un point de rosée sous pression à la pression de la conduite, et le mélange des deux est à l'origine d'une bonne partie des cotations controversées des séchoirs.

Pourquoi l'industrie spécifie le point de rosée plutôt que l'humidité relative

L'humidité relative vous indique à quel point l'air est proche de la saturation en pourcentage, ce qui semble utile jusqu'à ce que vous remarquiez que le chauffage de l'air abaisse son humidité relative sans éliminer une seule molécule d'eau. L'humidité relative change avec la température ; ce n’est pas le cas de la teneur en humidité. Le point de rosée exprime la teneur en humidité elle-même, sous forme de température. Il reste donc significatif lorsque l'air circule dans un système qui le refroidit, le dilate et le recomprime. C'est pourquoi la norme ISO 8573-1 spécifie l'humidité de l'air comprimé comme point de rosée sous pression plutôt que comme chiffre d'humidité.

Note:Un chiffre du point de rosée sous pression est incomplet sans deux compagnons : - la pression à laquelle il s'applique et la température d'entrée à laquelle le sécheur a été évalué. Une valeur nominale de -40 degrés à une entrée de 38 degrés représente une performance d'une machine différente de celle de la même étiquette à une entrée de 50 degrés.

Point de rosée sous pression vs point de rosée atmosphérique : pourquoi les deux chiffres diffèrent

La compression n'ajoute pas d'eau à l'air. Cela supprime de l'espace.

Lorsqu'un compresseur fait passer l'air ambiant d'un bar à sept, il emballe environ sept fois plus de vapeur dans le même volume de tuyau. La masse d'eau est inchangée, mais sa pression partielle - la part de la pression totale apportée par la vapeur d'eau - augmente proportionnellement. Une pression partielle de vapeur plus élevée signifie que la saturation se produit à une température plus élevée, donc le point de rosée augmente.

Exécutez cela à l’envers et le comportement s’explique. Évacuez le même air dans l'atmosphère et la pression partielle de vapeur s'effondre ; le point de rosée qui serait mesuré chute fortement. Pour le même lot d'air, un point de rosée sous pression est toujours plus élevé -plus humide-apparemment - que son point de rosée atmosphérique. Les conseils de séchage à l'air-d'Atlas Copco donnent un exemple largement cité :un point de rosée sous pression de +2 degrés à 7 bars équivaut à environ -23 degrés à la pression atmosphérique.

Deux conséquences pratiques s’ensuivent.

Premièrement, si un fournisseur indique un point de rosée magnifiquement bas sans indiquer la pression, demandez où il a été mesuré. Un nombre pris après l'expansion est un point de rosée atmosphérique, et le point de rosée réel sous pression en ligne à la sortie du séchoir sera considérablement plus élevé. Deuxièmement, si votre usine accepte de l'air à un point de rosée sous pression de -20 degrés et que quelqu'un mesure un point de rosée atmosphérique de -40 degrés sur un échantillon, ces deux lectures peuvent décrire exactement le même air. Rien n'est faux ; les deux chiffres sont simplement exprimés à des pressions différentes.

Comment la pression déplace le point de rosée : la conversion, effectuée

Vous n’avez pas besoin d’un tableau psychrométrique pour vérifier une conversion, mais vous devez penser sous une pression absolue. La pression manométrique est mesurée par rapport à l'atmosphère, donc au niveau de la mer, une ligne manométrique de 7 bars transporte en réalité environ 8,013 bars absolus, puisque 7 + 1.013=8.013.

Avec ce chiffre, la conversion est une opération en trois-étapes. Maintenez la pression partielle de vapeur d'eau constante, mettez-la à l'échelle selon le rapport des pressions absolues, puis reconvertissez la pression de vapeur résultante en température en utilisant l'inverse d'une relation de pression de vapeur saturante.Guide d'ICS Schneider pour convertir les valeurs de pression et de point de rosée atmosphériqueprésente la méthode, qui est reproduite sous forme simplifiée dans le tableau ci-dessous.

En règle générale, à 7 bar(g), l'écart entre un point de rosée sous pression et son équivalent atmosphérique est d'environ 17 à 25 degrés, et l'écart se creuse à mesure que l'air devient plus humide. L'air sec produit une diffusion plus importante ; l'air humide un plus petit.

Deux exemples concrets

Exemple 1 - de la sortie du séchoir à un échantillon ventilé.Un sécheur fournit un point de rosée sous pression de +3 degrés à 7 bar(g). La pression de ligne en termes absolus est de 8,013 bars. Si l'échantillon est détendu dans l'atmosphère à 1,013 bar, la pression partielle de vapeur diminue d'un facteur de 1,013 ÷ 8,013, soit environ un huitième. La conversion de cette pression de vapeur inférieure en une température renvoie environ -21 degrés. Ainsi, le -21 degrés que le technicien voit sur un échantillon ventilé est le point de rosée atmosphérique correct de l'air avec un point de rosée sous pression de +3 degrés.

Exemple 2 - d'un échantillon ventilé vers la ligne.Supposons qu'un hygromètre portable indique -40 degrés sur l'air rejeté dans l'atmosphère, et que quelqu'un propose de spécifier un séchoir à partir de ce chiffre. En travaillant la même relation dans la direction opposée, le point de rosée sous pression équivalent à 7 bar (g) est d'environ -20 degrés. Il s’agit d’une classe inférieure aux -40 degrés que le chiffre semblait promettre. C’est précisément l’erreur qui conduit à spécifier une usine pour une siccité de classe 3 alors que le procédé nécessite une classe 2.

Avertissement:Ne spécifiez jamais un sécheur à partir d’une lecture du point de rosée atmosphérique. Convertissez toujours le point de rosée sous pression à la pression de fonctionnement réelle du système, car c'est sur cette base que les performances seront jugées.

Les classes d'humidité ISO 8573-1 et ce que chacune vous coûte

La norme ISO 8573-1:2010 définit la pureté de l'air comprimé pour trois familles de contaminants : les particules, l'eau et l'huile. La teneur en eau est exprimée sous la forme d'un point de rosée sous pression maximal à la pression de fonctionnement du système, ce qui rend la norme directement comparable aux spécifications d'un séchoir. La classe 0 est définie comme plus stricte que la classe 1 et est convenue entre l'utilisateur et le fournisseur plutôt que fixée par le tableau.

Les seuils de classe ci-dessous suivent le tableau des classes d'humidité dansManuel sur l'air et le gaz comprimé de CAGI, avec des applications typiques tirées deGuide d'Atlas Copco sur les classes de qualité de l'air ISO 8573-1.

La classe dont vous avez besoin est définie par l'application la plus sensible connectée au système, et non par la moyenne. Cette seule règle résout une grande partie des arguments relatifs aux spécifications, car elle transforme un vague désir d'« air sec » en un seuil auquel un fournisseur peut être tenu.

Le coût d’achat d’un cours dont vous n’avez pas besoin

Aller plus sec n'est pas gratuit, et la pénalité se situe principalement dans l'énergie de régénération et la perte d'air comprimé plutôt que dans le prix d'achat.

Les sécheurs par adsorption sans chaleur, la bête de somme pour les applications de classe 2 et de classe 3, consomment une part substantielle de leur propre production nominale sous forme d'air de purge. LeConseils du Compressed Air Challenge sur les sécheurs par adsorptionestime ce chiffre à 15 à 20 pour cent de la puissance nominale du sèche-linge, tandis qu'un sécheur réfrigéré consomme environ 0,8 kW par 100 cfm de puissance nominale une fois incluse la puissance du compresseur nécessaire pour surmonter sa chute de pression. En termes annuels,Analyse par Chemical Processing de la consommation d'énergie des séchoirs sans chaleurnote qu'un sèche-linge sans chaleur de 1 000-cfm fonctionnant en continu avec un contrôle à cycle fixe consommera de l'ordre de 300 000 kWh par an.

L'orientation de ce commerce est également bien établie : les comparaisons publiées placent les sèche-linge sans chaleur régénérés à froid environ 35 % plus élevés en termes de consommation d'énergie que les conceptions de purge à souffleur régénéré à chaleur-, et les unités de chauffage à soufflante-réduisent la purge à environ 0 à 3 % de leur valeur nominale car elles se régénèrent avec de l'air ambiant plutôt qu'avec de l'air de produit séché.

Par contre, le coût d'une classe trop sèche est réel et récurrent : vous achetez un compresseur plus gros pour couvrir les pertes de purge, et vous payez l'énergie nécessaire pour régénérer le déshydratant qui n'a pas besoin d'être régénéré. Pour une usine dont la tuyauterie ne descend jamais en dessous de +15 degré, une spécification de classe 4 est la réponse techniquement correcte, et une spécification de classe 2 représente de l'argent dépensé pour la protection dont le système n'avait pas besoin.

Quelle technologie de séchage atteint quel point de rosée sous pression

Une fois qu’un point de rosée sous pression cible est défini, le choix technologique suit en grande partie, car chaque méthode de séchage possède une bande caractéristique qu’elle peut atteindre de manière économique.

Si vous voulez voir comment la technologie s'intègre dans la chaîne de traitement plus large, - ce que le refroidisseur final et le séparateur retirent avant le sécheur, et ce que les filtres retirent après -, ce qui est couvert dans l'explication deà quoi sert un sécheur d'air comprimé.

Le séchage réfrigéré couvre la plus grande part de la demande industrielle car la plupart des usines n'ont besoin que de protéger les canalisations et les outils intérieurs. Ces unités refroidissent l'air à quelques degrés au-dessus du point de congélation et maintiennent un point de rosée sous pression de sortie stable, c'est pourquoisécheurs d'air réfrigérésl'utilisation de la dernière génération de conceptions d'étages froids-reste le premier choix standard pour l'air général des usines. Les bandes PDP publiées par les fabricants de ce segment -, y compris la gamme réfrigérée de Sollant Treatment, évaluée pour un point de rosée sous pression stable de 2 à 10 degrés, et ses familles de déshydratants modulaires et assistés par vide-à -20 à -40 degrés - s'alignent étroitement avec le tableau de classes ci-dessus, ce qui constitue un contrôle de cohérence utile lorsque l'on compare les devis de différents fournisseurs. Là où le choix entre les deux principales familles est véritablement serré, les compromis entre perte de purge, coût d'investissement et point de rosée atteignable sont exposés dans la comparaison decomment se comparent les sécheurs par adsorption et les sécheurs réfrigérés.

Une mise en garde est plus importante que toute autre lors de la lecture des chiffres de performances des dessicants : les valeurs PDP sont indiquées à une température d'entrée nominale, généralement de 38 degrés ou moins. Alimentez un séchoir déshydratant avec de l'air à 45 degrés et le point de rosée réalisable se dégrade, car le lit déshydratant combat une charge d'humidité plus lourde et un cycle de régénération plus chaud. Des facteurs de correction existent pour le débit, la pression et la température, et leur application fait la différence entre une spécification qui tient et une qui déçoit en août.

Choisir un point de rosée sous pression cible pour votre système

Il existe une règle qui fait le gros du travail, et elle vient d’une norme plutôt que d’un fournisseur. Spécifiez au moins un point de rosée sous pression10 degrés (18 degrés F) en dessous de la température la plus froidel'air sera diffusé n'importe où dans le réseau de distribution, à tout moment de l'année. Le raisonnement est direct : si le point de rosée sous pression se situe en dessous de la surface la plus froide touchée par l’air, la condensation ne peut pas se former, car la saturation n’est jamais atteinte.

Pour l’air instrument, l’exigence est formalisée. Comme indiquédans l'exigence ANSI/ISA-7.0.01 relative à l'air des instruments, le point de rosée sous pression mesuré à la sortie du sécheur doit être d'au moins 10 degrés en dessous de la température ambiante minimale que le système connaîtra, et le plafond standard pour l'air instrument est de +4 degrés de point de rosée sous pression.

Les exigences de candidature se resserrent à partir de là :

Le contact direct avec le produit est le cas où les chiffres les plus stricts proviennent de directives en matière de sécurité alimentaire plutôt que d'une norme sur les compresseurs -Conseils de Process Sensing Technologies sur l'air de qualité alimentaire-stipule que l'air comprimé entrant directement en contact avec des produits alimentaires ou des boissons doit respecter ou dépasser la norme ISO 8573-1 Classe 2, un point de rosée sous pression de -40 degrés ou mieux, et qu'aucune eau liquide ou aérosol d'eau n'est autorisé.

Où la cible devrait vivre et où elle ne devrait pas vivre

Un point de rosée sous pression unique-à l'échelle de l'usine n'est généralement pas une bonne architecture. Si un processus sur un site a besoin de -40 degrés alors que tout le reste se contente de +3 degrés, le séchage de l'ensemble du réseau à la classe 2 signifie payer une pénalité d'air et d'énergie de purge continue-dans toute l'usine pour alimenter une seule machine.

La solution la plus économique consiste à sécher la majeure partie de l'installation jusqu'à la classe 4 avec un sécheur réfrigéré, puis à installer un petit sécheur à dessicant ou à membrane-au point d'utilisation-séchoir immédiatement en amont du processus sensible. Vous payez la pénalité du déshydratant uniquement pour l'air qui en a réellement besoin, et la majeure partie du système continue de fonctionner avec la méthode de séchage la moins chère disponible. Les limites pratiques de cette approche - réduction du débit, comment-les unités au point d'utilisation- se comportent à charge partielle - sont abordées dans la présentation pas à pas deadapter un sécheur au débit, à la pression et au point de rosée de votre compresseur.

Comment mesurer et vérifier le point de rosée sous pression

Spécifier un point de rosée et l'atteindre sont deux problèmes différents, et l'écart entre eux est presque toujours un problème de mesure ou d'installation plutôt qu'une panne de séchoir.

Il existe deux familles de capteurs couramment utilisées, et elles se situent à différents points de l’échelle de précision.Comparaison de Vaisala des technologies de détection du point de roséeexpose clairement le compromis : les capteurs capacitifs à polymères dominent la surveillance des installations car ils sont compacts, rapides et d'un prix raisonnable, avec une précision généralement autour du point de rosée de ± 2 degrés, tandis que les hygromètres à miroir réfrigérés-mesurent directement le changement de phase et atteignent environ ±0,1 à 0,15 degrés. C'est pourquoi ils sont utilisés comme instruments de référence pour l'étalonnage et pour des applications exigeantes.

Cette différence de précision compte plus qu’il n’y paraît à première vue. Si les exigences de votre processus se situent à moins de 2 degrés de la puissance nominale de votre sécheuse, un capteur de ± 2 degrés ne peut pas prouver que vous êtes dans la spécification -, il peut seulement indiquer que vous en êtes probablement proche.

La procédure pas à pas suivante de CS Instruments explique le fonctionnement pratique d'une chambre de mesure, y compris les dispositions d'échantillonnage qui maintiennent un capteur à l'écart des gaz humides et dans un flux représentatif :

Règles d'installation qui décident si la lecture est réelle

Une lecture du point de rosée sous pression n’est valable qu’à la pression à laquelle elle a été prise, c’est pourquoi les modalités d’échantillonnage sont si importantes. Une chute de pression dans un tube, un filtre ou une cellule de mesure fausse la valeur ; une lecture prise après expansion dans l'atmosphère n'est pas du tout un point de rosée sous pression. Les conseils pratiques d’installation convergent vers un ensemble cohérent de règles :

• Montez le capteur verticalement sur le côté sec du système. Ne l'installez jamais à l'envers, horizontalement, dans du gaz humide ou dans un bras mort où l'air ne circule pas.
• Placez-le en aval du sécheur et en aval de la filtration finale lorsque vous vérifiez les performances du sécheur, ou directement en amont d'un point d'utilisation critique lorsque vous protégez un processus.
• Prévoyez une certaine distance par rapport à la sortie d’un séchoir par adsorption. La mesure immédiate à la sortie expose le capteur aux oscillations du cycle de régénération et produit des lectures en dents de scie - qui ressemblent à un défaut mais n'en sont pas.
• Gardez les conduites d'échantillonnage courtes, étanches-et fabriquées en acier inoxydable ou en PTFE plutôt qu'en plastique-absorbant l'humidité, et contrôlez le débit d'échantillon - trop peu ralentit la réponse, trop crée une erreur de chute de pression.
• Lorsque les conditions de la ligne sont trop chaudes, sales ou humides pour un capteur, utilisez une cellule d'échantillonnage ou une ligne de purge plutôt que de monter dans la ligne principale.

Expérience d'installation pratique

D'après notre expérience des installations de compresseurs à vis, plusieurs problèmes qui semblent être des « pannes de compresseur » sont en réalité liés aux conditions d'installation.

Par exemple, lors de la mise en service, nos ingénieurs portent une attention particulière à :

• ventilation et dissipation thermique autour de la salle des compresseurs ;
• espace suffisant pour l'entretien et le remplacement du filtre ;
• la propreté et l'acheminement de l'air d'admission ;
• stabilité de l'alimentation électrique et rotation correcte du moteur ;
• taille des conduites d'air comprimé et chute de pression ;
• évacuation des condensats et installation de séchoir ;
• température ambiante, surtout dans les climats chauds.

Ces contrôles sont particulièrement importants pour les projets situés dans des régions présentant des températures ambiantes élevées, des environnements poussiéreux ou une ventilation limitée des locaux avec compresseurs.

Note de terrain de notre équipe d'ingénierie

Une erreur courante consiste à évaluer les performances du compresseur sans vérifier au préalable l’environnement d’installation. Un compresseur fonctionnant dans une pièce mal ventilée peut connaître des températures d'entrée et de refoulement plus élevées, ce qui peut affecter l'efficacité de fonctionnement et déclencher une protection contre les températures élevées.

Pour cette raison, nous vous recommandons de vérifier les conditions réelles d'installation avant de conclure que le compresseur lui-même est sous-performant.

Cinq raisons pour lesquelles une lecture du point de rosée est trompeuse

Lorsqu’une lecture est hors spécifications, la cause est plus souvent en amont que dans le capteur :

1. Le sèche-linge est sous-dimensionné ou surchargé.Un sécheur sélectionné sur la plaque signalétique du compresseur plutôt que sur le débit mesuré ne parviendra pas à atteindre son point de rosée sous pression nominal une fois que le système fonctionnera près de sa capacité. Les taux de purge sont définis en fonction de la valeur nominale du séchoir, et non du débit réel, de sorte qu'un séchoir à moitié chargé consomme toujours la totalité de son allocation de purge.
2. Les pré-filtres sont obstrués.L'augmentation de la chute de pression à travers un filtre coalescent réduit le débit à travers le sécheur et perturbe l'équilibre auquel l'unité était nominale.
3. L'air d'entrée est trop chaud.Un refroidisseur final faible ou une salle de compresseur mal ventilée pousse de l'air chaud et chargé d'humidité dans le sécheur. Il s’agit de la cause la plus courante d’un sèche-linge déshydratant sous-performant un après-midi d’été.
4. Le déshydratant est épuisé ou la régénération a échoué.Les vannes de purge, les réchauffeurs et les ventilateurs tombent tous en panne silencieusement. Un défaut de régénération se manifeste par une augmentation constante du point de rosée à la sortie des semaines avant que quiconque ne remarque de l'eau dans la conduite.
5. Le condensat n'est pas éliminé.Des purges automatiques défectueuses, des crépines bouchées ou des canalisations avec des points bas non vidangés permettent à l'eau liquide de s'écouler en aval, où elle produit des lectures humides et des outils mouillés même si le sèche-linge fonctionne correctement.

La dérive du capteur constitue un facteur de complication plutôt qu'une cause : un capteur capacitif qui n'a pas été calibré peut sous-estimer ou surestimer le véritable point de rosée sous pression pendant des mois. Un enregistrement continu et un intervalle d'étalonnage documenté sont le seul moyen de distinguer une tendance réelle de la dérive de l'instrument, et c'est également la preuve qu'un audit ISO 8573-1 s'attend à voir.

Idées fausses courantes sur le point de rosée sous pression

"Un indice de point de rosée bas signifie toujours un air plus sec." Uniquement si la pression est la même. Un point de rosée atmosphérique de -50 degrés peut correspondre à un point de rosée sous pression d'environ -30 degrés à 7 bars - plus humide en termes de système qu'un point de rosée sous pression déclaré de -40 degrés.

"Le point de rosée à la sortie du séchoir est le point de rosée observé par le processus." Pas nécessairement. L'air sortant du sécheur à -40 degrés peut capter l'humidité en aval d'un filtre saturé, d'un récepteur humide ou d'un point bas non drainé. Si le processus est critique, mesurez au point d'utilisation ainsi qu'à la sortie du sécheur.

"Un séchoir à −40 degrés fournira −40 degrés quelles que soient les conditions." Les performances du déshydratant sont évaluées en fonction d'une température d'entrée, d'une pression et d'un débit spécifiques. Modifiez-les et le point de rosée atteignable change en conséquence. C'est pourquoi des facteurs de correction existent et pourquoi un sécheur fonctionnant en hiver peut manquer son objectif en été.

"Plus sec, c'est toujours mieux." Un séchoir est toujours plus cher. Chaque étape en dessous d'environ +3 degrés coûte de l'air de purge, de l'énergie de régénération ou les deux - un coût qui se répète chaque heure de fonctionnement de l'usine.

Prochaines étapes

Le numéro sur le devis n'a de sens qu'une fois qu'il est lié à une pression, une condition d'entrée et la surface la plus froide de votre système. Si vous effectuez ce calcul - débit du compresseur, pression de service, températures d'entrée et ambiante et classe de point de rosée, le processus le plus sensible a réellement besoin de - les spécialistes du traitement deSollantpeut cartographier votre système par rapport aux classes ISO 8573-1 et confirmer le dimensionnement du sécheur qui suit. Apportez les conditions de fonctionnement plutôt que le numéro de modèle et les spécifications deviennent simples à régler.