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Modulo 0.3: Richiami di componentistica
Scaricatori di condensa
Prof. Ing. Cesare Saccani
Prof. Ing. Augusto Bianchini
Ing. Marco Pellegrini
Department of Industrial Engineering (DIN) - University of Bologna
Corso di Impianti Meccanici
Laurea Triennale e Magistrale
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Scaricatori di condensa
Problema di formazione della condensa
Un problema non trascurabile negli impianti di compressione gas è relativo alla
condensazione del vapore (ad esempio, presente nell’aria). Bisogna assolutamente
evitare che delle goccioline di acqua arrivino al secondo stadio di compressione o agli
utensili pneumatici perché, a causa della natura incomprimibile dell’acqua, si avrebbe
la rottura del cilindro o degli utensili. La condensa che si forma viene quindi separata
grazie a separatori ed eliminata dal circuito tramite gli scaricatori di condensa.
L’aria è una miscela di gas, composta principalmente da: azoto, ossigeno, anidride
carbonica, gas nobili e vapor d’acqua. Per la legge di Dalton, la pressione totale
esercitata da una miscela di gas ideali, è pari alla somma delle pressioni parziali dei
singoli componenti. La pressione parziale di un componente è quella che sarebbe
esercitata dal singolo gas se fosse presente da solo in egual volume.
Il vapore contenuto in aria condensa quando vengono raggiunte le condizioni di
saturazione, ovvero quando ad una certa temperatura, la pressione parziale del
vapore eguaglia la pressione di condensazione relativa a quella temperatura.
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Scaricatori di condensaDiagramma di Mollier per l’acqua → Le grandezze specifiche sono riferite al kg di acqua
Es: con una pressione di 1 bar il vapore condensa a 100°C
con una pressione di 74 mbar il vapore condensa a 40°C
T [°C] 0,01 5 10 15 20 25 30 35 40 45
psat [kPa] 0,6113 0,8721 1,2276 1.7051 2,339 3,169 4,246 5,628 7,384 9,593
T [°C] 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
psat [kPa] 12,349 15,758 19,940 25,03 31,19 38,58 47,39 57,83 70,14 84,55
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Scaricatori di condensa
pv = RT →
• x =𝜌v
𝜌a=
Τkgv m3
Τkga m3 =kgv
kga(titolo di vapore)
• Tv = Ta = T
• Rv =R0
μv, μv = 18 kg/kmol
• Ra =R0
μa, μa ≃ ω02 ∙ μ02 +ωN2
∙ μN2= 0,23 ∙ 32 + 0,77 ∙ 28 = 28,92 kg/kmol
papv
∙vavv
=R0μa
∙μvR0
∙T
T→
papv
∙𝜌v𝜌a
=μvμa
→ x =μvμa
∙pvpa
=18
28,92∙pvpa
= 0,622pvpa
φ =Pv
Psat(T)→ 𝐱 = 𝟎, 𝟔𝟐𝟐
𝛗 𝐩𝐬𝐚𝐭(𝐓)
𝐩 − 𝛗 𝐩𝐬𝐚𝐭(𝐓)
pava = RaTa a = aria secca
pvvv = RvTv v = vapor d’acqua
p = pressione totale dell’aria umida
Calcolo della condensa da rimuovere
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Scaricatori di condensa
La temperatura raggiunta dall’aria a seguito del raffreddamento determina la pressione di
saturazione del vapore. Entrambe le grandezze sono pertanto note. Anche la pressione dell’aria
compressa è nota.
Se conoscessi il grado igrometrico, sarebbero noti anche gli x grammi di vapore contenuti
nell’aria compressa che, confrontati con gli x0 grammi di vapore iniziale, determinano la quantità
di acqua che condensa.
Se all’uscita di uno stadio di compressione, ad esempio, la pressione dell’aria risulta triplicata,
secondo la legge di Dalton lo stesso accade alla pressione parziale del vapore. Le elevate
temperature di fine compressione sono però tali da determinare una elevata pressione di
saturazione del vapore, maggiore rispetto alla sua pressione parziale (φ<1).
D’altro canto, l’aria all’uscita dallo stadio di compressione viene solitamente raffreddata sotto i
40°C: raffreddando l’aria (e quindi anche il vapore), la pressione di saturazione del vapore
cala (l’aria può contenere meno vapore). Quando pressione parziale e pressione di saturazione
del vapore si eguagliano, inizia a formarsi della condensa (φ=1). Pertanto, a valle dello
scambiatore di calore possiamo raggiungere le condizioni di saturazione: φ = 1.
𝐱 = 𝟎, 𝟔𝟐𝟐𝐩𝐬𝐚𝐭(𝐓)
𝐩 − 𝐩𝐬𝐚𝐭(𝐓)
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Scaricatori di condensa
𝐱𝐬𝐚𝐭 = 𝟎, 𝟔𝟐𝟐𝐩𝐬𝐚𝐭(𝐓)
𝐩 − 𝐩𝐬𝐚𝐭(𝐓)
Nel secondo stadio di compressione l’aria entra in condizioni di saturazione (situazione limite
per evitare che delle goccioline arrivino nel cilindro) per essere compressa. Tuttavia, l’aumento
di temperatura dovuto alle perdite ed alla compressione fa aumentare la pressione di
saturazione del vapore allontanando l’aria dalle condizioni di saturazione.
Anche nel serbatoio d’accumulo e lungo la rete di
distribuzione si ha l’estrazione di condensa: difatti,
l’aria, che si trova in condizioni di saturazione, può
condensare per effetto della diminuzione della
temperatura del sistema (ad esempio, non perfetta
coibentazione e perdita di calore con l’ambiente
esterno), che comporta una diminuzione della
pressione di saturazione. Questo effetto è bilanciato
dalle perdite di carico lungo il circuito, che
comportano una diminuzione della pressione e,
quindi, un allontanamento dalle condizioni di
saturazione.
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Scaricatori di condensaSeparatore di condensa
Il separatore di condensa è un separatore
inerziale. All’interno del separatore vi è un setto
intermedio che separa ingresso e uscita. L’aria
è costretta a transitare attraverso settori
circolari: le goccioline sospese soggette a forza
centrifuga vanno a collidere con le pareti e
vengono separate. Il film liquido che si forma
viene raccolto verso il basso e arriva allo
scaricatore di condensa.
Il separatore di condensa deve essere
sovradimensionato per permettere
l’estrazione di condensa in qualunque
situazione (es: a seguito di un calo generale
della temperatura dell’aria compressa in rete).
La presenza di un separatore di condensa, pur essendo indispensabile, penalizza il rendimento
dell’impianto (perdite di carico).
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Scaricatori di condensaSeparatore di condensa: dati tecnici e dimensioni
Categoria secondo direttiva PED
(Pressure Equipment Directive)
Conoscere la tipologia di
connessione a disposizione
è fondamentale per poter
collegare correttamente il
separatore all’impianto
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Scaricatori di condensaSeparatore di condensa: dimensionamento
Il corretto dimensionamento del separatore di condensa è di fondamentale importanza per evitare che della
condensa possa arrivare al compressore danneggiandolo.
Il costruttore solitamente fornisce il valore massimo di portata di aria consigliata e dunque occorre fare
attenzione alle condizioni di pressione e temperatura a cui tale portata si riferisce.
Esempio.
Si vuole scegliere un separatore per una portata di 300 Nm3/h a 30
°C e pressione pari a 6 bar.
Per poter procedere alla scelta si deve calcolare la portata di aria
nelle condizioni fornite dal costruttore del separatore (nel caso la
portata è definita pari a quella alle condizioni di funzionamento):
𝑄𝑓 = 𝑄𝑛273 + 𝑡𝑓
273×
1,013
1,013 + 𝑝𝑓= 300 ×
273 + 30
273×
1,013
1,013 + 6= 56,1
𝑚3
ℎ
Dove:
• Qf è la portata di aria alle condizioni di funzionamento (m3/h);
• Qn è la portata di aria alle condizioni normali (Nm3/h);
• Tf è la temperatura di funzionamento in ingresso al
separatore(°C)
• Pf è la pressione dell’aria in ingresso al separatore, (bar)Si sceglie il DN 40 che
consente una portata
superiore a quella calcolata
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Scaricatori di condensaScaricatore di condensa
Lo scarico della condensa non avviene direttamente
dal separatore di condensa ma attraverso uno
scaricatore di condensa.
Un piccolo galleggiante apre la luce di scarico quando
la condensa raccolta raggiunge un certo livello.
Ingresso Condensa
Uscita Condensa
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Scaricatori di condensaScaricatore di condensa
Problema dell’invaso: se il condotto tra separatore di
condensa e scaricatore di condensa è troppo piccolo,
si possono formare dei tappi di aria che impediscono
alla condensa di scendere verso lo scaricatore (la
pressione dell’aria è pari alla pressione di rete più il
battente di acqua condensata che cerca di
raggiungere lo scaricatore).
Per evitare ciò si utilizza il tubo equilibratore che
libera l’invaso di aria e fa in modo che l’acqua possa
scendere.
Condotti di scarico troppo grandi, comportano una
fuoriuscita di aria compressa non trascurabile dato
che il salto di pressione tra l’aria contenuta nello
scaricatore di condensa e l’ambiente può raggiungere
gli 8-9 bar.
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Scaricatori di condensaScaricatore di condensa: dati tecnici
Lo scaricatore di condensa deve essere scelto tenendo conto delle effettive condizioni di lavoro
dell’impianto in cui andrà ad essere installato.
Derating temperatura - pressione
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Scaricatori di condensaScaricatore di condensa: dimensioni
Rappresenta la distanza che si deve garantire fra
tale superficie e qualunque altro oggetto.
Si tratta dunque di un’informazione di ingombro.
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Scaricatori di condensaScaricatore di condensa: dimensionamentoIl dimensionamento dello scaricatore di condensa è effettuato considerando la portata di condensa
da scarica. Il costruttore fornisce la curva di portata in funzione della pressione differenziale in bar,
ossia della differenza di pressione necessaria per scaricare la portata di condensa.
Esempio
Si supponga di dover scarica una portata di
condensa pari a 250 kg/h.
La pressione differenziale (in ascissa) è calcolata
come differenza fra la pressione a monte del
separatore di condensa e la contropressione
totale della linea di ritorno (pressione statica +
perdite di carico). Se dai calcoli risulta che la
pressione differenziale è pari a 6 bar, dal grafico
si osserva che lo scaricatore scelto è sufficiente
allo scopo. In caso contrario si sarebbe dovuto
adottare un altro scaricatore.
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Scaricatori di condensaSeparatore e scaricatore di condensa: installazione
Il separatore di condensa deve essere installato correttamente con la freccia nella direzione di percorrenza
dell’aria e con l’attacco di scarico rivolto verso il basso per consentire il deflusso della condensa.
All’attacco di scarico occorre installato lo scaricatore di condensa dimensionato per l’effettivo quantitativo di
condensa separato e preceduto da un filtro.
Per piccole portate (per esempio per applicazioni di drenaggio di linea è consentita l’eliminazione del tubo di
equilibratore che collega superiormente lo scaricatore al separatore (caso 1). Infatti l’aria presente nel corpo
non si pressurizza avendo la possibilità di sfiatare attraverso il collegamento occupato solo parzialmente dal
liquido. In caso di portate elevate occorre seguire il caso 2 con tubo equilibratore.
Scaricatore
di condensa
Filtro
Tubo di equilibratoreCaso 1 Caso 2
Modulo 0.3: Richiami di componentistica
Scaricatori di condensa
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Prof. Ing. Augusto Bianchini
Ing. Marco Pellegrini
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