Punkt rosy sprężonego powietrza – kalkulator PDP i kondensacji

PDP i atmosferyczny punkt rosy

Ciśnieniowy punkt rosy jest określany przy podwyższonym ciśnieniu. Po rozprężeniu do atmosfery stosunek pary wodnej do całkowitej ilości gazu pozostaje w przybliżeniu taki sam, ale ciśnienie cząstkowe pary znacznie spada.

Dla przykładu PDP +3°C przy 7 bar(g), czyli około 8,01 bar(a), odpowiada atmosferycznemu punktowi rosy około −20,8°C w użytym modelu. Nie oznacza to, że w przewodzie można schłodzić powietrze do −20°C — w sprężonej instalacji kondensacja zaczyna się już przy PDP +3°C.

Klasy wody ISO 8573-1

Klasy jakości sprężonego powietrza dla pary wodnej można określać przez PDP. Atlas Copco podaje klasy: 1 dla PDP ≤ −70°C, 2 dla ≤ −40°C, 3 dla ≤ −20°C, 4 dla ≤ +3°C, 5 dla ≤ +7°C oraz 6 dla ≤ +10°C.

Kalkulator przypisuje najostrzejszą klasę 1–6 spełnianą przez wpisany PDP. Klasa 0 nie jest automatycznie nadawana, ponieważ oznacza wymaganie określone przez użytkownika i ostrzejsze niż klasa 1.

Zawartość wody w g/Nm³

Wartość g/Nm³ pozwala przejść od samej temperatury punktu rosy do ilości pary wodnej przenoszonej przez instalację. Kalkulator najpierw wyznacza ciśnienie pary nasyconej odpowiadające PDP, a następnie jej udział w całkowitym ciśnieniu absolutnym.

Przy PDP +3°C i 7 bar(g) wynik wynosi około 0,760 g/Nm³. Przy przepływie 500 Nm³/h oznacza to około 0,38 kg pary wodnej przechodzącej przez instalację w ciągu godziny, dopóki temperatura pozostaje powyżej PDP.

Kondensacja w zimnym odcinku rurociągu

Jeżeli powietrze o PDP +3°C trafia do przewodu o temperaturze −5°C, część pary wodnej nie może pozostać w fazie gazowej. Nadmiar wilgoci kondensuje, a pozostała para odpowiada nasyceniu przy niższej temperaturze.

Dla danych startowych kalkulator szacuje około 0,357 g kondensatu na każdy Nm³ przepływającego powietrza. Przy 500 Nm³/h daje to około 0,179 l/h, czyli ponad 31 l w miesiącu przy 8 godzinach pracy przez 22 dni.

To pokazuje, że nawet pozornie niewielka różnica kilku stopni pomiędzy PDP i temperaturą rurociągu może przy dużym przepływie wygenerować znaczącą ilość wody.

Osuszacz chłodniczy i adsorpcyjny

Atlas Copco wskazuje, że osuszacze chłodnicze typowo zapewniają PDP około +3 do +7°C i są wystarczające dla wielu zastosowań przemysłowych. Gdy wymagany jest znacznie niższy PDP, np. około −40°C, stosuje się osuszacze adsorpcyjne.

Nie ma korzyści z bezwarunkowego obniżania PDP do możliwie najniższej wartości. Głębsze osuszanie zwykle zwiększa koszt inwestycyjny i energetyczny, dlatego docelowy PDP powinien wynikać z procesu oraz minimalnej temperatury instalacji.

Temperatura przewodu i wilgotność względna

Przy temperaturze powietrza wyższej od PDP para nie jest jeszcze nasycona. Kalkulator pokazuje orientacyjną wilgotność względną w sprężonym przewodzie na podstawie stosunku aktualnego ciśnienia pary do ciśnienia nasycenia w danej temperaturze.

Dla PDP +3°C i temperatury powietrza +20°C wilgotność względna w przewodzie wynosi około 32%. Schłodzenie do +3°C podnosi ją do 100%, a dalsze chłodzenie wymusza kondensację.

Dla ucznia technikum i studenta

Punkt rosy jest dobrym przykładem wykorzystania ciśnienia cząstkowego. Para wodna stanowi tylko niewielką część całkowitego ciśnienia powietrza, ale o kondensacji decyduje właśnie jej ciśnienie cząstkowe w porównaniu z ciśnieniem pary nasyconej.

Sprężanie nie „tworzy” wody. Zwiększa natomiast koncentrację wilgoci w mniejszej objętości. Gdy powietrze po sprężeniu zostaje schłodzone, zdolność utrzymania pary wodnej spada i pojawia się kondensat.

Warto też rozróżniać jednostki g/m³ rzeczywistego sprężonego powietrza oraz g/Nm³ odniesione do warunków normalnych. Bez tego łatwo porównywać wielkości, które opisują inne objętości gazu.

Przykładowe zadania z rozwiązaniami

Źródła techniczne

Atlas Copco – definicja ciśnieniowego punktu rosy, różnica PDP i atmosferycznego punktu rosy oraz znaczenie kondensacji: Co to jest ciśnieniowy punkt rosy?.

Atlas Copco – dobór osuszacza według PDP; typowe PDP około +3…+7°C dla osuszaczy chłodniczych oraz niższe wartości dla zastosowań wymagających bardzo suchego powietrza: Selecting a compressed air dryer.