Un gas può sembrare secco e contenere ancora acqua.
“Umidità”, “dew point”, ppm di H₂O e umidità relativa descrivono la presenza dell'acqua da punti di vista diversi. Prima di scegliere un igrometro bisogna quindi stabilire quale acqua vogliamo misurare, a quale pressione e in quale punto del processo.
−40 °Cdp non significa gas a −40 °C.
Significa che, alle condizioni definite, il gas dovrebbe essere raffreddato fino a circa quella temperatura perché il vapore d'acqua raggiunga la saturazione e inizi la condensazione.
La stessa quantità d'acqua può dare umidità relative completamente diverse.
L'umidità relativa confronta la quantità di vapore presente con quella che il gas potrebbe sostenere alla temperatura considerata. Se la temperatura cambia, cambia la capacità di arrivare alla saturazione anche senza aggiungere o togliere acqua.
RH diminuisce
La quantità d'acqua può essere rimasta praticamente la stessa, ma aumenta il margine rispetto alla saturazione.
RH aumenta
Avvicinandosi al dew point si arriva alla saturazione; oltre la soglia compare la fase liquida.
“5% RH” non descrive da solo quanto è secco un gas industriale.
Per gas molto secchi, aria compressa e gas tecnici sono spesso più utili dew/frost point o concentrazione d'acqua, purché siano definite anche le condizioni di misura.
Il dew point non è indipendente dalla pressione.
NIST tratta esplicitamente il dew point dell'acqua nei gas compressi come una relazione fra temperatura di rugiada, frazione molare d'acqua e pressione. È quindi essenziale sapere se stiamo parlando di pressure dew point nella linea o di dew point dopo espansione a una pressione diversa.
Gas in processo
Pressione P₁, temperatura T₁, quantità d'acqua x.
Riduzione di pressione
Il campione viene portato a P₂ per la misura.
Nuovo equilibrio
La relazione fra pressione parziale dell'acqua e saturazione cambia.
Nuovo Tdp
Il valore letto deve essere riferito alle condizioni corrette.
Alle tracce, la tubazione può contenere più “memoria d'acqua” del gas.
L'acqua si adsorbe sulle superfici e può successivamente desorbirsi. Quando il processo passa da umido a molto secco, pareti, raccordi, filtri, volumi morti e materiali del sampling system possono continuare a rilasciare acqua. Il sensore può quindi impiegare tempo a raggiungere il vero valore del processo.
Le superfici trattengono molecole d'acqua quando il sistema è più umido.
Quando arriva gas secco, quelle stesse superfici possono restituire acqua al campione.
Il tempo di stabilizzazione non dipende soltanto dalla velocità del sensore, ma dall'intero percorso del gas.
Una risposta lenta non significa necessariamente un sensore lento.
Se dopo una manutenzione, un'apertura della linea o un periodo con gas umido il valore scende lentamente, la causa può essere il rilascio progressivo dell'acqua accumulata nel sistema di campionamento.
La condensa può nascere prima dell'analizzatore.
Se un tratto del sampling scende sotto il dew point, una parte dell'acqua può condensare. Il campione che raggiunge lo strumento non rappresenta più necessariamente la miscela originaria. Anche riscaldamento, isolamento e percorso della linea possono quindi far parte della misura.
Proteggere il sensore può alterare il campione.
Condizionare pressione e temperatura è spesso necessario, ma ogni trasformazione del campione va progettata affinché la grandezza cercata resti interpretabile.
“Umidità” è una famiglia di misure, non una sola misura.
Non esiste un unico Hygrophil per tutti i gas.
La pagina Ultrakust già adottata da Baggi distingue più principi e famiglie. La scelta dipende da campo di misura, pressione, temperatura, composizione, contaminanti e installazione: il principio “più sofisticato” non è automaticamente quello più adatto.
Specchio raffreddato: misura diretta del punto di rugiada tramite raffreddamento della superficie. Da valutare anche la pulizia della superficie ottica.
Soluzione indicata nella documentazione Baggi per dew point in aria compressa e linee in pressione.
Famiglia destinata a condizioni gravose, gas caldi, umidi e sporchi, con applicazioni anche in essiccazione e cartiere.
Principio a ossido di zirconio per specifiche applicazioni gas; la composizione della matrice va verificata.
Per le tracce d'acqua, il sampling system è parte dell'igrometro.
La selezione dello strumento è solo una parte del lavoro. Punto di prelievo, materiali, lunghezza della linea, riduzione di pressione, filtrazione, temperatura, volumi morti e procedure di purge possono determinare quanto rapidamente e fedelmente il campione rappresenti il processo.
Gas, pressione, temperatura, campo atteso e contaminanti.
Dew point, pressure dew point, ppm, RH o altra unità realmente richiesta.
Materiali, pressione, temperatura, volumi morti e dry-down.
Hygrophil, segnali, PLC/DCS, commissioning e manutenzione.
Se manca la pressione, manca una parte della misura.
| Dato | Perché serve |
|---|---|
| Gas e composizione | La relazione fra acqua, dew point e risposta del sensore dipende anche dalla matrice. |
| Pressione di processo e di misura | Permette di interpretare correttamente pressure dew point ed eventuale espansione del campione. |
| Temperatura processo / ambiente | Serve a individuare rischio di condensa e punti freddi nel percorso. |
| Campo atteso | −20 °Cdp e −80 °Cfp sono problemi metrologici molto differenti. |
| Contaminanti | Olio, particelle e componenti aggressivi possono condizionare principio, filtrazione e manutenzione. |
| Misura diretta o estrattiva | Determina quanto il sistema di campionamento entra nella catena metrologica. |
Quattro equivoci da eliminare subito.
La misura dell'acqua è anche una misura del sistema che la trasporta.
- NIST Thermodynamic Metrology Group — dew-point measurements for water in compressed gases.
- NIST — gravimetric hygrometer e primary humidity standards.
- NIST — trace humidity: progettazione delle linee, adsorbimento/desorbimento e dry-down.
- Documentazione Baggi / Ultrakust — famiglie Hygrophil HP, DTP, H 4320 e Z 1701.
La misura continua oltre questa pagina.
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