Cos’è la temperatura di rugiada o di dew point?
La temperatura di rugiada o di dew point, conosciuta come temperatura di prima condensazione, è quella temperatura che in particolari condizioni operative di pressione, temperatura e concentrazione di alcune sostanze chimiche, permette la formazione della prima goccia liquida di una o più di quelle sostanze.
Conoscere la temperatura di rugiada o di dew point è fondamentale in presenza di alcuni processi industriali dove sono coinvolte sostanze chimiche che subiscono variazioni di fase.
Questo significa che queste sostanze possono evaporare, condensare o liquefare, per esempio all’interno della macchina o in particolari zone della stessa.
L’accadimento di questi fenomeni potrebbe creare, a lungo termine, gravi problemi ad alcune parti delle macchine obbligando a fermate manutentive impreviste.
Per ovviare o ridurre questa incertezza, risulta fondamentale conoscere i processi chimici, fisici e tecnologici che portano alla formazione della prima goccia di liquido.
Questa conoscenza permette di affrontare con maggiore presa di coscienza la progettazione della macchina e delle diverse parti della macchina dove il fenomeno del dew point avviene e crea i suoi danni.
Conoscere con una buona approssimazione la temperatura di condensazione di un acido permette, per esempio, di scegliere il materiale più corretto da impiegare per assicurare un ciclo di vita maggiore alla macchina, piuttosto che meno blocchi per manutenzioni operando direttamente sulla maggiore produttività e durata dell’investimento.
Come funziona il fenomeno del dew point?
La storia dell’umanità ha sempre dovuto combattere contro il fenomeno della condensazione, soprattutto dell’acqua.
La pioggia, la siccità, la troppa o la poca umidità hanno sempre influenzato il ciclo naturale della vita.
Per questo motivo fondamentale l’uomo ha studiato il ciclo dell’acqua, ovvero fusione, evaporazione, condensazione e solidificazione, al fine di poterlo gestire al meglio e perchè no, addirittura per poterlo dominare e utilizzare a proprio vantaggio.
L’esempio tipico di studio è quello della psicrometria, ovvero la scienza che studia l’aria umida e che viene rappresentata dal diagramma psicrometrico qui sotto.
Come potrai leggere in questo articolo, il diagramma psicrometrico permette di leggere e conoscere il comportamento puntuale della miscela di aria secca e vapore acqueo. Questo significa che attraverso questo strumento si può conoscere la temperatura alla quale avviene la condensazione del vapore (temperatura di rugiada o dew point) identificando le zone dell’impianto produttivo dove avviene questo fenomeno. Pareti fredde di un canale oppure pareti fredde o poco coibentate di un forno possono essere alcuni dei punti critici dove è possibile vedere e subire la temperatura di rugiada.
Se per l’acqua e per il vapore acqueo le regole sono ben identificate grazie allo studio della psicrometria, per le altre sostanze le cose si complicano ed il tutto si definisce grazie a formule empiriche e regole di buona progettazione nate dall’esperienza diretta che i singoli costruttori di impianti, manutentori tecnici ed ingegneri hanno fatto negli anni.
Le sostanze più pericolose una volta condensate, soprattutto per una questione di temperatura, sono gli acidi. In questo articolo affronto proprio questo discorso per quanto riguarda gli ossidatori termici.
Il raggiungimento della temperatura di rugiada per questi, è tipicamente una funzione della concentrazione di acqua e della concentrazione dell’anidride dell’acido relativo.
Quali processi possono portare alla formazione di acidi?
Il fenomeno della condensazione degli acidi è tipico a valle di processi di combustione dove vengono combusti, magari anche inavvertitamente, sostanze chimiche che contengono molecole con gruppi attivati alogenati (X), solforati (S) o azotati (N).
Considerando quindi un composto organico volatile che viene combusto, la formula generale che si può applicare è la seguente:
E più precisamente:
In presenza di reagenti con gruppi attivati, il prodotto della reazione è l’anidride relativa che, combinandosi con l’acqua formatasi, crea l’acido relativo che poi a causa di un abbassamento di temperatura del sistema, forma appunto la condensazione dello stesso sulle superfici delle apparecchiature iniziando a corroderle.
La condensazione di un acido può avvenire in tutti quei processi dove vengono essiccate sostanze che di per sé contengono le molecole sopra citate, che a causa di una degradazione termica o semplicemente per evaporazione, possono liberare inquinanti acidi gassosi che possono appunto condensare in un punto più freddo del processo.
Come calcolare la temperatura di rugiada o dew point per alcuni acidi comuni?
Vista l’importanza di conoscere indicativamente, ma con buona approssimazione, la temperatura di rugiada o dew point di alcuni acidi a causa del loro grosso impatto sulle strutture metalliche, sono state ricavate delle formule empiriche che permettono di ricavare la temperatura di dew point.
In particolare sono note le formule di Kiang per predire la temperatura di rugiada o dew point di acido bromidrico, cloridrico e fluoridrico mentre per l’acido solforico si ricorda quella di Pierce.
Da tali formule sono stati ricavati i seguenti grafici che correlano la temperatura di dew point con la pressione parziale dell’acido relativo e della tensione di vapore acqueo.
Il calcolo della temperatura di dew point non ha una formula generale valida per tutte sostanze, infatti per i vari acidi, sono state costruite delle formule empiriche specifiche.
Queste formule, se conosciute e ben applicate, possono permettere per esempio, di affrontare con una maggiore serenità la problematica della formazione di condense acide che causano la corrosione dei metalli con cui sono costruite le più tipiche macchine produttive come ventilatori, forni, impianti di abbattimento…
L’alternativa a queste formule specifiche è l’applicazione della Legge di Antoine che descrive la relazione tra pressione di vapore saturo e la temperatura per un liquido chimicamente puro in equilibrio col suo vapore.
La forma generale della Legge di Antoine è la seguente:
dove:
- P° è la pressione di vapore della sostanza liquida espressa in mmHg;
- T è la temperatura espressa in gradi Celsius;
- A, B e C sono costanti che dipendono dalla natura della sostanza, ricavate sperimentalmente;
- log è il logaritmo in base 10.
Una volta calcolata la pressione di vapore saturo della sostanza in esame è possibile utilizzare la legge dei Gas Perfetti per calcolare la concentrazione della sostanza alla quale avviene la condensazione considerando il tutto come una miscela aria + sostanza.
Spero che questo articolo ti sia stato utile per comprendere meglio come alcuni fenomeni di condensazione possano creare grossi problemi di manutenzione e di produzione.
Se ritieni che ti possa aiutare in questo mondo particolare delle condensazioni non volute, contattami pure.