Det tekniske hjørne 5 – Indlæg om tekniske produkter

Skrevet af Ib Kjærside, Sales Manager Condair A/S

En adsorptionsaffugters funktionsmåde

Det hygroskopiske materiale optager fugt og tørrer således luftstrømmen. Denne del af processen kaldes adsorptionsprocessen. For at drive den opsamlede fugt ud af sorptionsmidlet igen gennemstrømmes adsorptionslegemet efterfølgende af varm luft i den modsatte retning, hvorved den varme luftstrøm i adsorptionslegemet optager den bundne vanddamp. Der foregår altså en desorption; den tilsvarende proces betegnes regeneration.

Ved en adsorptionsaffugter består sorptionsmaterialet oftest af en stærkt hygroskopisk silikagel, som er indlejret fast i en langsomt drejende rotor, der kontinuerligt roterer mellem to separate modsatrettede luftstrømme. I rotorens adsorptionsområde tørres den fugtige luftstrøm. I regenerationsområdet driver den varme luftstrøm den fugt ud, der er opsamlet i sorptionsmaterialet, og optager den igen. Da funktionsprincippet bygger på sorption, en i høj grad temperaturuafhængig proces, og ikke f.eks. på kondensation, kan adsorptionsaffugtere især anbefales ved lave temperaturer. Endvidere kan man med adsorptionsaffugtere opnå særligt lave fugtighedsværdier, hvilket f.eks. er påkrævet i medicinalindustrien.

Adsorptionsaffugterens anvendelsesområder

Til forskel fra kondensationsaffugteren, hvis anvendelsesområde er begrænset af systemgrænserne for det aktuelt anvendte kølekredsløb, er adsorptionsaffugtere ikke underlagt nogen begrænsninger med hensyn til temperatur og fugtighed. Deres specifikke optagne effekt er dog systembetinget konstant højere end den for kondensationsaffugtere.

De bør derfor anvendes på steder, hvor særligt lave tilførte luftfugtigheder (< 6 g/kg) eller lave omgivende temperaturer retfærdiggør et højere energiforbrug, eller kondensationsaffugtere ikke længere kan løse den krævede affugtningsopgave. Diagrammet til højre fra Thiekötter viser en grov sammenligning af den specifikke optagne effekt for kølemiddeldrevne kondensationsaffugtere i forhold til adsorptionsaffugtere med rent elektrisk drevet regeneration.

Tilslutning af adsorptionsaffugter

Adsorptionsaffugternes forskellige luftstrømme skal føres via ventilationskanaler. Dette sker som regel via spiralfalsede rør. Kanalen, der fører den fugtige luft ud, bør isoleres. Hvis der anvendes udeluft som procesluft, skal man sørge for, at udgangen for fugtig luft er tilstrækkelig langt fra udeluftindsugningen. Den fugtige luft skal hele tiden føres ud.

Regeneration og temperaturkontrol

For at uddrive vanddampen, der ved adsorption er bundet i røret, og lede den væk, skal adhæsionskræfterne, der virker på sorptionsmidlets overflade, ophæves. For denne proces skal regenerationsluftstrømmen opvarmes tilsvarende. Dette sker via en forkoblet regenerationsluftvarmer. Ved mindre adsorptionsaffugtere foregår regenerationsopvarmningen altid elektrisk. Ved større aggregater kan regenerationsluftvarmere have følgende udførelse:

• Elektrisk (standard)
• Med damp
• Med varmt vand
• Kombination af el- og pumpevarmtvands-varmeregister
• Kombination af el- og damp- eller varmtvands-varmeregister

Ved større adsorptionsaffugtere er der mulighed for at benytte forskellige medier til regeneration af rotoren. Med henblik på en maksimal energieffektivitet bør man om muligt udnytte eksisterende medier på installationsstedet såsom damp, varmt vand eller varmt pumpevand til regeneration eller som bidrag dertil.

Ved opvarmning af rotoren til høje temperaturer på 120 °C for at uddrive den adsorptivt bundne vanddamp opvarmes rotorens lagringsmateriale. Tilstandsændringen i tørringssektoren foregår derfor ikke ideelt adiabatisk ved konstant entalpi. Den resterende varme i rotoren betegnes indbragt varme og fører til en overophedning af tørluftstrømmen på ca. 1,5 K pr. g/kg tørreydelse. Ved en angivet indbragt varme på 1,3 K/g/kg bliver denne overophedning f.eks. ved en tørreproces fra 12 til 4,5 g/kg tør luft: 1,3 /K/g/kg x (12 – 4,5) g/kg = 9,75 K.

Viden om denne kendsgerning er vigtig for en vurdering af en adsorptionsaffugters integration med det samlede klimatiseringskoncept for det rum, der skal tørres. I producentens tekniske beregninger er der allerede taget højde for den indbragte varme, og tørreluftstrømmens faktiske temperatur angives.

For at opnå særligt lave tilførte luftfugtigheder skal der evt. forkobles en overfladekøler. I temperatursensible områder bør den tilførte lufts temperatur reguleres via en efterkøler, evt. i kombination med et eftervarmeregister, direkte via tørreren. Ideelt set leverer producenten af adsorptionstørreren de nødvendige moduler monteret i tørrerhuset, hvor de er klar til tilslutning. Ved tørring af ubehandlet udeluft bør der installeres en forvarmer til frostbeskyttelse.

Varmegenvinding ved brug af adsorptionsaffugtere

Ved brug af større adsorptionstørrere anbefaler vi med henblik på regenerationsvarmerens systembetinget høje energiforbrug, at der fra fabrikken monteres en varmegenvindingsenhed. Da vil den opvarmede fugtige luft, inden den ledes ud i det fri, føres via en krydsstrøms-varmeveksler, hvor den afgiver en stor del af den indeholdte varmeenergi til luftstrømmen, der anvendes til regenerationen. Derved kan regenerationsvarmerens energiforbrug reduceres markant.

Et nyt setup hos Teknologisk Institut til kalibrering af overfladetermometre gør det nu muligt at forbedre reproducerbarheden markant på måling af overfladetemperaturen i industrielle processer. Læs her om, hvad man skal gøre for at udføre sporbare målinger af temperaturen på en overflade og dermed opnå effektiv og reproducerbar processtyring.

For at opnå reproducerbarhed på industrielle procesmålinger skal man sikre sig, at de målinger - der udføres ude i processen - er metrologisk sporbare.

Måler man således en overfladetemperatur som et led i en proces, skal den målte temperatur kunne spores tilbage til en reference på et højere niveau. Den beregnede usikkerhed skal afspejle bidrag fra både kalibreringen af føleren og det miljø, som målingen udføres i, for at sikre reproducerbarhed på den udførte procesmåling. Det er de miljømæssige påvirkninger af målingen, som gør det svært at sikre sporbarheden.

Måling af overfladetemperatur er essentielt i en række industrielle processer fra pre- og post-varmebehandling i forbindelse med svejsning, styring af temperaturen af støbeforme, monitorering af overfladetemperaturen på bremseskiver og til indirekte bestemmelse af temperaturen af mediet inde i et procesrør.

Alligevel findes der endnu ikke nogen bredt accepteret metode til måling af en overfladetemperatur, og kalibrering af overfladetermometre sker ofte i traditionelle kalibreringsbade eller tørblokkalibratorer. Når de miljømæssige faktorer ikke afspejles i kalibreringen af overfladeføleren, kan de faktiske systematiske fejl på målingen i processen være langt større, end man umiddelbart skulle tro.

I det måletekniske EU-projekt, EMPRESS, har Teknologisk Institut sammen med en række europæiske partnere arbejdet med at udvikle nyt referenceudstyr og nye metoder til kalibrering og måling af overfladetemperatur. Arbejdet udspringer af dokumenterede behov i fremstillingsindustrien og har til formål at bringe »ægte« sporbarhed på måling af en overflades temperatur helt ud i de industrielle processer.

Brug af kontakttermometre

Temperaturmåling på en overflade kan traditionelt ske på to forskellige måder: Enten med et kontakttermometer, hvor en føler er i kontakt med overfladen - eller med en infrarød overfladetemperaturmåling, hvor den varmestråling, der udsendes fra overfladen, er et mål for overfladetemperaturen.

Fælles for de to metoder er, at der er udfordringer, som gør det svært at sikre sporbarhed helt ud til temperaturen af emnet, man måler på. Når man skal måle en overfladetemperatur med et kontakttermometer, kan man ikke undgå at ændre den temperatur, man forsøger at måle, idet man udfører målingen - en effekt som er afhængig af både termometerets design og den overflade, man skal måle på. Når man derimod skal måle en infrarød temperatur, er det manglende kendskab til overfladens strålingsevne, emmisiviteten, som vanskeliggør målingen.

I begge tilfælde er det de temperaturforskelle, som uundgåeligt er til stede mellem emnet og omgivelserne, der skaber en varmetransport, som er svær at kontrollere.

I det følgende fokuseres på kontakttermometeret.

• Ønsket om termodynamisk ligevægt

Når man kalibrerer termometre, gør man det oftest under betingelser, der er så tæt på termodynamisk ligevægt som muligt. Man venter til systemet er stabilt.

På samme måde skal man forsøge at udføre sine temperaturmålinger i processen på en måde, hvor temperaturen af sensoren og temperaturen af det medie, man gerne vil kende temperaturen på, er så tæt på hinanden som muligt. Man stræber mod den termodynamiske ligevægt.

Det er imidlertid ikke så let; det er udfordrende at opnå ligevægt mellem sensor og medie i en dynamisk proces. Her må man gøre det så godt, man kan, og sætte realistiske usikkerheder på sine målinger, så man tager højde for de udsving, som det dynamiske miljø skaber.

Generelt kan man sige, at usikkerheden er bygget op af et kalibreringsbidrag og et bidrag fra de omgivelser, målingen er udført i, hvor omgivelsesbidraget ofte betyder mest.

Når man måler overfladetemperatur, har man en situation, hvor man pr. definition ikke kan have termodynamisk ligevægt. Hvad gør man så?

For at skabe ægte sporbarhed på en overfladetemperaturmåling i en proces må man på bedste vis forsøge at efterligne omgivelserne ved en brugssituation under kontrollerbare betingelser for kalibreringen af den føler, man anvender. Dermed kan de ellers ukendte systematiske fejl, som optræder under målingen i processen, styres, så man enten kan korrigere for dem eller medtage dem i usikkerheden på målingen.

• De fire referencefølere

For at kunne måle temperaturen på en overflade skal man først bestemme sig for, hvilken størrelse man vil kalde for en overfladetemperatur. Det skal være en størrelse, som kan reproduceres, og man skal kunne skabe sporbarhed til SI-enheden, Kelvin. Problemet er, at den almindelige definition af temperatur tager udgangspunkt i den termodynamiske ligevægt. Man siger, at to legemer, som er i termodynamisk ligevægt, deler en størrelse - nemlig deres temperatur.

Da der ikke er termodynamisk ligevægt på en overflade, er det nødvendigt at bruge en anden definition. Når man skal bestemme referencetemperaturen for en overfladetemperatur, måler man sporbart temperaturen i mindst tre dybder på en opvarmet overflade - hos Teknologisk Institut anvendes fire Type Ntermokoblere som referencefølere i overfladekalibratoren.

Når visningen af referencefølerne er stabil, tilføres der lige meget energi fra varmekilden under referenceoverfladen, som overfladen taber til omgivelserne. Overfladetemperaturen er nu defineret som ekstrapolationen af de målte referencetemperaturer til overfladen af kalibratoren - man trækker den bedste rette linje gennem de fire punkter og aflæser værdien af temperaturen ved skæringen med overfladen.

• Termisk ledeevne

En rigtig vigtig parameter, når man skal kalibrere kontakttermometre til måling af overfladetemperatur, er overfladematerialets termiske ledningsevne. Det gør altså en stor forskel, om målingen i processen skal udføres på en overflade lavet af aluminium (termisk ledningsevne: ca. 200 W/(m∙K)) eller på en overflade lavet af rustfrit stål (termisk ledningsevne: ca. 20 W/(m∙K)).

Jo bedre overfladen er til at lede varmen, des mere varme bliver der overført til overfladeføleren, som så opnår en bedre ligevægt med overfladen. Det giver i sidste ende en mere nøjagtig måling.

Temperaturmålinger udført med en overfladeføler afhænger meget af, hvilket materiale målingen udføres på. Her ses fejlen på kalibrering af en overfladeføler ved 50°C og 100°C på fem forskellige materialer, kobber, aluminium, messing, stål og rustfrit stål.

Stål på en ståloverflade i området mellem -25°C og 500°C. En traditionel kalibrering af den samme føler i en tørblokkalibrator giver fejl, som ligger inden for 0,5°C op til 150°C og inden for 5°C op til 500°C. Man laver altså potentielt meget store fejl på procesmålingen, hvis man tager kalibrering ved neddypning for gode varer. Problemet er, at man ikke er klar over, at man laver en fejl på op til 10 procent, hvis man kalibrerer sin føler på traditionel vis, og så er det umuligt at korrigere målingen.

• Procedure ved kalibrering af overfladetermometre

Når man kalibrerer et overfladeter-mometer, skal man være opmærksom på, at man ofte er interesseret i at kende temperaturen af den ubelastede overflade. Idet overfladeføleren trækker varme ud af overfladen, vil føleren ændre temperaturen på den overflade, man måler på - man ser simpelthen en permanent ændring af referencetemperaturen, imens man aflæser sit overfladetermometer.

Derfor anbefaler Teknologisk Institut, at referenceoverfladetemperaturen måles, før og efter den føler, som kalibreres, påføres overfladen, så referencetemperaturen bliver udtryk for den ubelastede overfladetemperatur. Man skal altså ikke måle referencetemperaturen, samtidig med at man aflæser den føler, der skal kalibreres - som an ellers normalt gør.

Når overfladeføleren påføres referenceoverfladen, skal man ydermere forsøge at optimere den termiske kontakt mellem overflade og føler, så føleren viser så høj (lav) en temperatur som mulig, hvis referencetemperaturen er over (under) stuetemperatur. Den fremgangsmåde anbefales også ved selve procesmålingen, så man opnår den størst mulige sammenlignelighed mellem kalibrerings- og brugssituationen.

Andre effekter, som kan øge temperaturforskellen mellem føler og overflade, er konvektion i omgivelserne omkring den overflade, der skal måles på.

Konvektionseffekterne ser vi bort fra i dette setup - men noterer, at der kan være forskel på resultatet af en måling på en lodret overflade i forhold til en vandret overflade. Her måler vi på en vandret overflade.

På Teknologisk Instituts temadag d. 10 oktober, holder Søren Lindholt Andersen (konsulent, ph.d,, cand. scient.) oplæg om netop sporbar måling af overfladetemperatur. 

Indlægget er leveret af Fluke

Selv de mindste utætheder kan forværre produkt- og energispild og tabt produktionstid - især på en produktionslinje, der ikke kan fungere uden trykluft til at køre værktøjer og processer.

Hvis der ikke er nok trykluft-tryk til, at udstyret kan fungere ved optimale niveauer, vil det føre til øgede omkostninger. Jo højere antal lækager i systemet, jo hårdere skal kompressoren arbejde for at levere den nødvendige luft til udstyret, hvilket ikke er optimalt for kompressoren. Denne stigning i efterspørgslen giver anledning til risiko for en utilstrækkelig mængde trykluft til værktøjerne og procesudstyret.

Trykluftslækager øger også energiomkostningerne. Ifølge U.S. Department of Energy (det amerikanske energiministerium) kan en enkelt 1/8" (3 mm) lækage i en trykluftledning koste op til USD 2.500 om året.

En partner i luftlækagedetektion
Hvordan holder man sig på toppen med hensyn til lækagedetektering, når der er så mange andre prioriteringer? Det er det spørgsmål, som en førende producent af tungt udstyr for nylig svarede på, da de fik en ny samarbejdspartner i luftlækagedetektering.

Denne producent bruger mellem 1.800 og 2.600 CFM trykluft hver dag. Dette trykluftvolumen driver op til 200 momentværktøjer pr. linje og procesudstyr, der bruges til at flytte store plader bestående af halvtommers stål og placering af dele. Hvis en enkelt linje har en lækage, kan det påvirke produktionen og øge energispildet. Og det er bare én lækage…

Så da Fluke tilbød virksomheden en chance for at teste den nye Fluke ii900 Sonisk Industriel Imager, takkede de ja. Ii900's array af små super følsomme mikrofoner registrerer både ultrasoniske lyde og lyde, der befinder sig inden for den menneskelige høreområde, og giver som det mest enestående brugeren mulighed for at se lyden.

"At kunne visualisere, hvor problemet er, tilføjer en ny dimension," siger virksomhedens servicechef. "Du kan identificere hvilke gevind, fittings eller slanger, der er berørt. At være i stand til at afgøre, hvor lækagen kommer fra på dette billede, er ekstremt spændende."

Ii900 kan visuelt scanne store områder fra op til 50 meter (164 fod) væk, udføre lækagedetektering på anlægget og reducere det antal timer, der tidligere blev anvendt på opgaven.

Nogle dage kan vi lokalisere og reparere 30 eller 40 lækager på kun et par timer," siger virksomhedens vedligeholdelseschef. "Desuden kan vi bruge ii900 i produktionstiden, når det er ekstremt støjfyldt herinde, og stadig være i stand til at fange lækager på spær-niveauet op til 6 til 9 meter (20 til 30 fod) væk."

Scanning for lækager uden at påvirke produktionen er en kæmpe fordel for producenten. "Før tænkte vi aldrig på at teste for luftlækager i løbet af produktionen, fordi vi ikke kunne lukke gangene og flytte folk ud af et område for at gå op og se på en potentiel lækage," siger virksomhedens vedligeholdelseschef. "Nu kan vi stå på sidelinjen og scanne luftledningen oven over, mens vogne og folk bevæger sig under. Lækagedetekteringen får ikke indflydelse på deres arbejde, og det er bedre for alle".