APPLICAZIONE · DEW POINT E UMIDITÀ NEI GAS

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.

Dew pointTrace moistureGas in pressioneSamplingAria compressa
PRIMA DISTINZIONE

−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.

T gas = +25 °Cpuò coesistere conTdp = −40 °C
RHdipende fortemente da T
°Cdpsoglia di condensazione
ppmquantità d'acqua
pla pressione conta
H₂Ole superfici la ricordano
PRIMA STRANEZZA

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.

RISCALDO IL GAS

RH diminuisce

La quantità d'acqua può essere rimasta praticamente la stessa, ma aumenta il margine rispetto alla saturazione.

RAFFREDDO IL GAS

RH aumenta

Avvicinandosi al dew point si arriva alla saturazione; oltre la soglia compare la fase liquida.

CONSEGUENZA

“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.

SECONDA STRANEZZA

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.

1

Gas in processo

Pressione P₁, temperatura T₁, quantità d'acqua x.

→
2

Riduzione di pressione

Il campione viene portato a P₂ per la misura.

→
3

Nuovo equilibrio

La relazione fra pressione parziale dell'acqua e saturazione cambia.

→
4

Nuovo Tdp

Il valore letto deve essere riferito alle condizioni corrette.

Domanda indispensabile: il dew point richiesto è quello alla pressione di linea oppure quello del campione alle condizioni dell'analizzatore?
TERZA STRANEZZA · LA PIÙ IMPORTANTE

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.

Adsorbimento

Le superfici trattengono molecole d'acqua quando il sistema è più umido.

Desorbimento

Quando arriva gas secco, quelle stesse superfici possono restituire acqua al campione.

Dry-down

Il tempo di stabilizzazione non dipende soltanto dalla velocità del sensore, ma dall'intero percorso del gas.

Per questo i sistemi metrologici per trace moisture minimizzano superficie e volumi morti e usano materiali e finiture scelti per ridurre l'interazione con l'acqua.
UN ERRORE DIAGNOSTICO FREQUENTE

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.

RISPOSTA OSSERVATAsensore + sampling + superfici + processonon soltantosensore
IL PUNTO FREDDO

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.

PARADOSSO

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.

QUALE GRANDEZZA?

“Umidità” è una famiglia di misure, non una sola misura.

Umidità relativaQuanto il gas è vicino alla saturazione alla temperatura corrente.Molto dipendente dalla temperatura.
Dew / frost pointTemperatura alla quale compare condensazione di acqua o ghiaccio.Va riferito alle condizioni di pressione.
ppm / frazione molareQuantità d'acqua rispetto alla quantità di gas.Utile nelle tracce e nei gas tecnici.
Umidità assolutaMassa o quantità d'acqua riferita a un volume o massa di gas.Richiede definizioni e condizioni coerenti.
SOLO ORA: LE TECNOLOGIE ULTRAKUST

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.

Hygrophil HP

Specchio raffreddato: misura diretta del punto di rugiada tramite raffreddamento della superficie. Da valutare anche la pulizia della superficie ottica.

Hygrophil DTP

Soluzione indicata nella documentazione Baggi per dew point in aria compressa e linee in pressione.

Hygrophil H 4320

Famiglia destinata a condizioni gravose, gas caldi, umidi e sporchi, con applicazioni anche in essiccazione e cartiere.

Hygrophil Z 1701

Principio a ossido di zirconio per specifiche applicazioni gas; la composizione della matrice va verificata.

INTEGRAZIONE BAGGI

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.

1 · Processo

Gas, pressione, temperatura, campo atteso e contaminanti.

2 · Grandezza

Dew point, pressure dew point, ppm, RH o altra unità realmente richiesta.

3 · Sampling

Materiali, pressione, temperatura, volumi morti e dry-down.

4 · Sistema

Hygrophil, segnali, PLC/DCS, commissioning e manutenzione.

PRIMA DELLA RICHIESTA D'OFFERTA

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.
FAQ TECNICA

Quattro equivoci da eliminare subito.

No. È la temperatura alla quale, alle condizioni definite, il vapore d'acqua raggiungerebbe la saturazione. Il gas può trovarsi a una temperatura molto superiore.
Sì: dew point, quantità d'acqua e pressione sono collegati. Per questo occorre distinguere il valore alla pressione di processo da quello misurato dopo un'eventuale espansione.
Non necessariamente per il sensore. Acqua adsorbita su tubi, raccordi, filtri e volumi morti può desorbirsi lentamente e prolungare il dry-down dell'intero sistema.
Non in modo affidabile. Servono almeno gas, pressione, temperatura, contaminanti, modalità di installazione e grandezza che si vuole realmente riportare.
FONTI E APPROFONDIMENTI

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.
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