Punto di rugiada basso

Batteria al litio

Stanza asciutta con controllo della temperatura

Il PowerPurge brevettato

scheda del circuito della batteria al litio

Dietmar Müller, Amministratore Delegato di Munters GmbH

Una tipologia di tecnologia climatica più particolare si occupa di fornire aria estremamente secca per processi produttivi specifici. Nel gergo tecnico si parla di applicazioni a basso punto di rugiada. Da molti anni, l'azienda Munters si occupa di sviluppo, progettazione e fornitura di tali deumidificatori speciali. La gamma di prodotti si estende dai deumidificatori fino alla consegna completa, inclusi camere di essiccazione, fino al pacchetto "tutto incluso" con copertura di assistenza 24/7.

Cos'è il Low Dew Point?

Per soluzioni a basso punto di rugiada si intendono applicazioni nella classe dell'aria tra il punto di rugiada - 40 °C e - 65 °C. Un punto di rugiada di - 40 °C corrisponde a una quantità assoluta di acqua di 0,0793 g/kg, mentre a - 60 °C si parla già di una quantità assoluta di acqua nell'aria di 0,0066 g/kg.

Altri casi di applicazione speciale richiedono addirittura punti di rugiada di - 85 °C, ovvero 0,0017 g/kg.

Applicazioni

Le applicazioni per aria secca con punti di rugiada tra - 20 e - 40 °C sono molteplici e spaziano dall'industria automobilistica, a quella chimica fino alle applicazioni nel settore farmaceutico.

Quando si tratta di aria veramente secca, si trovano principalmente applicazioni nel settore delle batterie o degli accumulatori o nella tecnologia degli schermi piatti. In generale, in tali ambienti di produzione si mira a prevenire reazioni indesiderate tra le sostanze chimiche utilizzate e l'umidità dell'aria. Il litio reagisce molto energicamente con l'umidità ed è estremamente idrofilo. Per questa proprietà, in passato il litio veniva usato come agente disidratante, tra l'altro, in rotori di assorbimento. Purtroppo, oltre a queste caratteristiche, il litio è anche molto aggressivo e in varie sue forme è fortemente corrosivo.

L'uso di batterie al litio in telefoni cellulari, pacemaker o altre applicazioni mediche si è esteso negli ultimi anni anche nel settore dei trasporti, ad esempio nell'aviazione e molto più nel settore automobilistico. Queste batterie richiedono impianti di produzione molto più grandi e di conseguenza quantità di aria molto maggiori per garantire un flusso affidabile di aria secca nelle camere di essiccazione.

Ingegneria dei processi

Per la progettazione delle componenti dell'impianto, ovviamente, è necessario conoscere i carichi di calore e il numero di lavoratori coinvolti, nonché eventuali fonti di umidità nella camera di essiccazione.

Inoltre, per la progettazione della camera di essiccazione, oltre alla superficie produttiva, deve essere pianificata con precisione la distribuzione dell'aria. Si può prevedere di immettere aria secca direttamente sul posto di lavoro oppure di fornire aria attraverso flussi lamellari o di alimentare l'intera area di lavoro con tecniche miste.

La variabile decisiva per il carico di umidità è il tipo di attività svolte. Per il carico di umidità legato al lavoro, causato da sudorazione e respirazione, si adottano comunemente assunzioni tra 160 e 200 g di H2O/operatore/ora. I tecnici di Munters GmbH sono disponibili ad aiutare nella stima e vantano anni di esperienza.

Un carico di umidità di 160 g/h per operatore può sembrare molto basso a prima vista, ma rappresenta una grande sfida per la tecnologia dell'impianto, considerando i livelli di umidità residua desiderati nell'ambiente. Solo la rimozione del carico di umidità per operatore, nelle condizioni sopra descritte, richiede una portata d'aria di 1.700 m³/h.

Le sale di produzione di batterie sono generalmente operate in modalità semi-aperta. Ciò significa che si estrae aria esausta e si immette tanta aria fresca quanta ne viene deliberatamente espulsa come flusso di aria inquinata o almeno quella necessaria per il rifornimento di aria fresca dei lavoratori.

La quantità di aria ricircolata estratta dalla stanza sarà molto secca, corrispondente al punto di rugiada minimo concordato nell'ambiente, ad esempio un punto di rugiada di - 60 °C, con assorbimento di umidità che porta a circa - 40 °C nell'aria di ritorno.

Questa aria di ricircolo deve essere miscelata con aria fresca e nuovamente essiccata a - 60 °C. Questo richiede molta energia. La deumidificazione a questo livello richiede infatti molto più energia rispetto a un'applicazione a livello atmosferico, ad esempio da circa 7 g/kg a 1 g/kg, come nelle normali applicazioni farmaceutiche. Qui assume un ruolo principale la progettazione del processo e il sistema di controllo.

Ma prima di tutto, passiamo alla parte principale del processo, il rotore disidratante. A seconda del caso, Munters utilizza diversi rotori, tra cui un rotore monostrato di 400 mm di profondità, stabilizzato con titanio, o un rotore ibrido di silice gel e molecolare sieves. Entrambi i tipi di rotore sono stati ampiamente testati e certificati, tra cui come non generanti polvere e ignifughi.

I deumidificatori a rotore funzionano secondo il principio di adsorbimento. Ciò significa che l'aria di processo immagazzina le sue componenti di acqua all'interno del rotore, senza cambiare fase. Le molecole di vapore acqueo vengono adsorbite nei pori del rotore tramite forze di van der Waals e forze elettrostatiche. Il rotore di adsorbimento ruota attorno alla propria asse e viene quindi essiccato o desorbito nel settore di rigenerazione.

Da un punto di vista energetico, sono importanti sia l'orientamento e la connessione del rotore nel sistema, sia una pianificazione accurata del recupero di calore. Questa attenzione alla progettazione sta diventando sempre più importante, poiché le sale di produzione sono cresciute negli ultimi anni, passando da semplici glove box a interi capannoni di produzione.

Per ottimizzare l'orientamento del rotore, Munters utilizza circuiti brevettati come Power Purge® e Green Purge. Per comprendere questi metodi, è necessario approfondire la fisica della tecnologia rotore, che va oltre lo scopo di questo articolo. In breve, si tratta di operare il rotore in modo che la superficie assorbente l'umidità sia disponibile con temperatura e velocità di rotazione ottimali per il processo di adsorbimento.

Il recupero di calore può essere effettuato in più fasi. Innanzitutto, come accennato sopra, tramite l'ottimizzazione energetica interna con Power Purge®, poi attraverso il recupero di calore dall'aria di scarico del flusso di aria di rigenerazione, e anche sfruttando l'entalpia di vaporizzazione liberata nel processo di adsorbimento. Inoltre, si può ottimizzare energeticamente in funzione delle condizioni desiderate del locale di essiccazione, ad esempio utilizzando il calore residuo del sistema di raffreddamento.

Per ottimizzare i costi, è anche possibile utilizzare bruciatori a gas naturale direttamente nel settore di rigenerazione del rotore. Come noto, la combustione del gas naturale produce anidride carbonica CO₂ e vapore acqueo H₂O. La presenza di vapore acqueo nell'aria di rigenerazione può complicare il processo di essiccazione, ma in pratica non si è rivelato un problema.

In generale, ci sono due approcci nella progettazione o revisione di un concetto di camera di essiccazione. La soluzione "tutto in uno" è consigliata per laboratori o istituti di ricerca, così come per requisiti di punto di rugiada estremi, poiché richiedono una pianificazione approfondita. Partner di sistema esperti permettono di ottenere soluzioni affidabili e ottimizzate dal punto di vista energetico per ambienti di produzione e soluzioni modulari per concetti standard.

Il criterio decisivo è una corretta progettazione e valutazione dei carichi di partenza. Munters ha acquisito un'ampia esperienza in molti progetti e incarichi in questo campo.