Con Craig Moller - ingegnere capo, Brad Stewart - responsabile dell'ingegneria del software e dei controlli e Steve Hartenberger - responsabile del prodotto retrofit elettrico.
Il vapore acqueo è ovunque. Anche in una fredda e secca giornata invernale nel nord dell'Illinois, c'è vapore acqueo nell'aria. Misuriamo il vapore acqueo ambientale calcolando il punto di rugiada: la temperatura a cui l'aria deve essere raffreddata per raggiungere un'umidità relativa di 100% a una determinata pressione costante.
Quindi, quando la temperatura raggiunge i 10° F in pieno inverno e l'esperto meteo locale segnala un punto di rugiada di -7° F, significa che, supponendo che le temperature notturne seguano il loro solito andamento e che la pressione atmosferica rimanga costante, possiamo aspettarci che l'acqua precipiti dall'atmosfera. Questo può portare alla formazione di nebbia o brina sulle superfici fredde se la temperatura scende al di sotto dei -7°F.
"-7° F sarebbe un punto di rugiada molto negativo per il gas di riempimento", ha spiegato Craig Moller, ingegnere capo di Ipsen. "È un contenuto d'acqua troppo elevato. Quando monitoriamo gas di processo come l'argon, in genere cerchiamo punti di rugiada tra -60° F e -100° F".
Le alte temperature e le basse pressioni all'interno di un forno a vuoto può scindere le molecole d'acqua nei loro elementi componenti, l'idrogeno e l'ossigeno. Se l'ossigeno viene introdotto in un processo di trattamento termico, può causare lo scolorimento o l'ossidazione dei pezzi, nonché il danneggiamento della zona calda.
Monitoraggio del punto di rugiada dei gas di processo
Sensori del punto di rugiada possono svolgere un ruolo importante nel proteggere i forni e i componenti dall'ingresso di vapore acqueo nella camera attraverso perdite nei sistemi di gas di processo.
I sensori di punto di rugiada sono tipicamente installati in linea con un gas di processo, come argon o azoto. Il sensore verifica la presenza e la concentrazione di vapore acqueo nel flusso appena prima che il gas di processo entri nella camera a vuoto. Il sensore è collegato a un igrometro con display digitale che può fornire uscite di allarme analogiche, digitali e a doppio relè. I sensori del punto di rugiada sono in grado di fornire informazioni accurate finché il gas scorre, sia ad alta pressione che a un lento rivolo. I sensori possono essere impostati per fornire una lettura per l'ispezione manuale o per il monitoraggio attivo attraverso l'integrazione con il PLC e il software di controllo del forno, in modo da registrare le tendenze e generare allarmi.
"Quando si tratta dei nostri clienti del settore aerospaziale, molte delle loro ricette specificano che determinati gas di processo e di tempra devono essere molto puri. Quando ordinano gas di processo come l'argon, quanto più secco è il gas, tanto più alto è il costo", spiega Brad Stewart, Software and Controls Engineering Lead. "I clienti del settore aerospaziale sanno che quando utilizzano l'argon per le loro ricette di lavorazione termica, devono rispettare specifici standard di punto di rugiada".
I fornitori di gas industriali possono offrire prodotti che vanno dalla purezza 99% fino alla purezza 99,995%, ma il collegamento di grandi serbatoi di gas all'aperto ai forni a vuoto di un impianto di produzione può comportare molti metri di tubi. Non è raro incontrare molte giunzioni, curve, raccordi e valvole lungo il percorso. Ogni giunzione comporta il rischio di perdite che, anche in presenza di pressione positiva, possono consentire all'aria ambiente (e in particolare al vapore acqueo) di entrare nel sistema e provocare l'ossidazione dei componenti*.
Inoltre, ci sono ricette che possono prevedere l'introduzione di due gas diversi nel forno, come l'argon e l'azoto, ognuno dei quali avrebbe le proprie specifiche sul punto di rugiada. "La maggior parte dei nostri clienti che utilizzano questi processi sanno di aver bisogno di un sensore del punto di rugiada e chiedono specificamente di includerlo in un nuovo forno o di installarlo in un retrofit", ha osservato Steve Hartenberger, Product Leader per i retrofit elettrici.
*Il Principio di Bernoulli dimostra che in un sistema di gas con generazione di pressione direzionale da un tubo grande che si riduce a un tubo più stretto, la pressione del gas all'interno del tubo stretto sarà inferiore a quella del tubo più grande. Una perdita in una sezione di questo tubo stretto può agire come un vuoto, attirando i gas ambientali nel sistema.
Si raccomanda agli operatori con sensori di punto di rugiada in linea di controllare e registrare le letture del punto di rugiada prima di ogni ciclo. I sistemi integrati possono segnalare e registrare le letture del punto di rugiada durante il ciclo. Se una lettura del punto di rugiada non rientra nelle specifiche, il sensore può essere istruito a far scattare un allarme.
"Gli allarmi del punto di rugiada possono aiutare gli operatori a identificare una possibile fonte di ossidazione", ha spiegato Moller. "Più alta è la velocità del gas che si muove attraverso il tubo, maggiori sono le possibilità di aspirare aria attraverso una perdita e maggiore è la probabilità di far scattare l'allarme".
Quando un allarme del sistema del punto di rugiada si attiva a metà ciclo, l'operatore dovrà registrare le letture, la parte del processo in cui è scattato l'allarme e consentire il completamento del ciclo, seguito da un'attenta ispezione delle parti e della zona calda.
"L'allarme di un sensore di punto di rugiada significa che è giunto il momento di effettuare un test di bolla sui raccordi", suggerisce Moller.
Come identificare l'origine di un problema di punto di rugiada:
- Eseguire un test a bolle d'aria sulle linee del gas per verificare la presenza di perdite in tutte le giunzioni (giunti, curve, raccordi e valvole).
- Verificare che il gas all'interno del serbatoio di stoccaggio sia conforme alle specifiche di purezza.
- Dopo aver completato il test delle bolle sulle giunzioni, pompare la linea del forno fino al serbatoio di accumulo del gas ed eseguire un test del vuoto con l'elio.
- Se il sensore del punto di rugiada è ancora fuori portata, eseguire un altro test della bolla di pressione positiva dal forno alla fonte di gas.
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