Cikkünkben a harmatpont (angolul dew point) fogalmát és az általa előidézett fizikai jelenségeket járjuk körül különös tekintettel a nyomás alatti levegővel, sűrített levegővel működő pneumatikus rendszerek, ipari folyamatok szempontjából. A levegő magas nedvességtartalma miatti páralecsapódás technikai problémák sorát veti fel.
Minden olyan ipari területen fontos a mérése, ahol sűrített levegős, pneumatikus rendszerekkel dolgoznak. Ez nem kis szám, hiszen az ipari területek kb. 90 százalékában valamilyen formában ezek megtalálhatók.
Ha megértjük a harmatpont fizikai törvényszerűségét, akkor azt is látni fogjuk, milyen feltételekkel és milyen gyorsan változik az értéke és miért létfontosságú ezt mérni és felügyelni a sűrített levegős rendszerek biztonságos és gazdaságos működtetésekor.
De kezdjük az elején:
Mi az a harmatpont?
A harmatpont az a hőmérsékleti érték, ahol adott nedvességtartalom mellett, a levegő páratartalomra telítetté válik. Ha a harmatpontot eléri, illetve ez alá csökken a levegő hőmérséklete, akkor az addig láthatatlan, légnemű vízpára kondenzálódik, folyadék lesz ismét. Vagyis fizikai kifejezéssel élve eléri a 100 % relatív páratartalmat.
Ezt nevezzük páralecsapódásnak, vagy hidegebb időben, zúzmarásodásnak, deresedésnek, jegesedésnek. Érdekes tény, de extrém alacsony relatív páratartalom mellett a harmatpont lehet a víz fagyáspontja alatti hőmérséklet is.
Harmatpont a mindennapokban
A páralecsapódás jelenségével szinte mindenki találkozott már. Elég csak rálehelni egy hideg ablaküvegre és a tüdőnkből távozó kb. 36,5 celsius fok körüli lélegzet magas páratartalma azonnal megjelenik az ablaküvegen, vagy a fürdőszobatükrön. Sőt, ha hidegben párafelhőt látunk kilégzéskor a levegőben, az is ez a jelenség.
Téli reggeleken az autók szélvédőjén képződő pára és jégréteg is ide tartozik, hiszen a fém és üveg gyorsabban lehűl éjjel, így a pára elsősorban itt csapódik le. Páralecsapódás, zúzmaraképződés hirtelen nyomásvesztés hatására fellépő hőmérséklet változás során is bekövetkezhet. Régen az otthoni szódásüvegből a patron becsavarásakor eltávozott a gáz, és a kis fémtartály falán azonnal megjelent a dér, sőt, aki nem vigyázott, a tenyere is ráfagyhatott még a meleg szobában is.
A hűtőbordákra rakódó jegesedés is a levegőből kiváló harmat hatására jön létre, mivel azok jóval hidegebbek, így megteremtik a harmatpont, a jegesedési pont feltételeit.
Milyen tényezők befolyásolják a harmatponti hőmérsékletet?
A harmatponti hőmérsékletet befolyásolja a levegő relatív páratartalma és a levegő hőmérséklete. Mivel a hideg levegőben kevesebb nedvességtartalom képes megmaradni, a pára kicsapódik. Általában minél hidegebb a levegő, annál szárazabb.
Érdekességképpen megjegyezhető, hogy Földünk leghidegebb részei az Antarktiszon egyben a legszárazabbak is, az egész egy speciális sivatagnak is tekinthető. A trópusi esőerdők extrém magas páratartalma pedig csak a folyamatosan és egyenletesen magas hőmérsékletnek is köszönhető, de ezt csak szemléltetésképpen mondtuk el.
Mi történik, ha a harmatponti hőmérséklet alá csökken egy közeg hőmérséklete?
A harmatponti hőmérsékletet elérve a levegő már nem képes több vízpárát felvenni. Ha tovább csökken a hőmérséklet, akkor ami eddig a levegőben volt, az a víztartalom is elkezd kicsapódni. Minél gyorsabban hűl a levegő és minél magasabb a relatív páratartalma, a folyamat annál gyorsabban megy végbe.
Ha a levegő hőmérséklete emelkedik, akkor több vízpárát képes felvenni, ezért lehet jól szárítani magasabb hőmérsékletű, ám alacsony relatív páratartalmú levegő befúvásával.
Magasabb hőmérsékleten a vízgőz parciális nyomása növekszik, ezért több víz képes elpárologni. Ez a víz egyik speciális tulajdonsága, melyhez a levegő jelenlétének nincs is köze.
Ha a hőmérséklet eléri a harmatpontot, akkor a harmat olyan zárt rendszerekben is lecsapódik, ahol nincs jelen sem levegő, sem más egyéb gáz.
Hogyan lehet kiszámolni a harmatpontot?
A harmatpont értéke annál magasabb, minél magasabb a levegő relatív páratartalma. Ez fordítva is igaz , minél kisebb a levegő relatív páratartalma, annál alacsonyabb a harmatpont.
A harmatpont számítási képlet elemei: Tp (°C), amely meghatározza a relatív páratartalom függését Rh (%) és T hőmérséklet (°C).
A fenti képlet szerint azt számolhatjuk ki, hogy ha például a szobahőmérséklet 25 C°, és a levegő relatív páratartalma 65%, akkor a harmatpont 17,5C°. Ha a helyiség levegője ennyire hűl le, akkor kondenzáció keletkezik a felületeken. Ne feledjük: minél alacsonyabb a páratartalom a szobában, annál nagyobb a különbség a harmatpont és a szobahőmérséklet között. De egyszerűbb, ha táblázatos formában nézzük meg a harmatpont értékeket:
| Relatív páratartalom %rH | Hőmérséklet °C | Harmatpont °Chp |
| 50 | 22 | 11,1 |
| 40 | 22 | 7,8 |
| 30 | 22 | 3,7 |
| 20 | 22 | -1,7 |
| 10 | 22 | -9,8 |
| 5 | 22 | -17,4 |
| 1 | 22 | -33,4 |
| 0,5 | 22 | -39,7 |
| 0,2 | 22 | -47,6 |
| 0,05 | 22 | -58,5 |
| 0,01 | 22 | -69,9 |
| 0,005 | 22 | -74,4 |
Milyen rendszerek működésében fontos a harmatpont?
A harmatpont ismerete (az építészeti szempontokon túl) fontos minden sűrített levegővel működő, vagyis pneumatikus rendszer, gép, vagy alkatrész működése szempontjából. A nyomás alatt tartott levegőt szárítani kell, hogy megakadályozzuk a párásodást.
Korszerű levegőszárító berendezések nélkül a sűrített levegővel működő rendszerek (festékszórók, takarítógépek, stb.) élettartama csökken, hatékonysága romolhat, illetve az általuk létrehozott végtermék minősége sem lesz egyenletesen megfelelő.
A sűrített levegő, mint összenyomható közeg, lehetővé teszi az energia tárolását és igény szerinti felhasználását. Ahol pneumatikus rendszerek működnek, ott a munkalevegő páratartalmát, a környezet hőmérsékletét folyamatosan mérni kell és ha szükséges, akkor megtenni azokat az intézkedéseket, amellyel a rendszer zavartalan működése fenntartható. Erre külön léteznek harmatpontmérő berendezések.
Mi történik a harmatponttal egy nyomás alatti rendszerben?
A harmatpont nyomás alatti levegős rendszerekben drámaian másképp működik, mint mondjuk szabad levegőn. Itt nem a meteorológia makroszintű szabályai működnek, hanem a nyomás alatt tartott levegő fizikai törvényei.
Minél magasabb a nyomás, annál magasabb a harmatpont is. Minél magasabb nyomáson van tehát a levegő, annál könnyebben kondenzálódik annak nedvességtartalma.
Egységnyi levegő víztartalma ugyanannyi marad, hiába sűrítjük össze a harmadára mondjuk. Ezt azt jelenti, hogy egységnyi térfogatú levegőben relatíve háromszoros lesz a relatív páratartalom. Ez pedig nagyon könnyen vezet kicsapódáshoz olyan egyébként átlagos hőmérsékleten is, ahol a kondenzálódás még nyomás nélkül nem fordulna elő.
Miért fontos mindez? – mert a sűrített levegővel működő rendszerekben a harmatpontot követő páralecsapódás a fent említett súlyos gondokhoz, károsodáshoz vezet,
Milyen károkat okozhat a harmatpont alatti hőmérséklet sűrített levegő rendszerekben?
A páralecsapódás okozhat
- idő előtti korróziót
- károsíthatja a célgépeket
- ronthatja a célgéppel gyártott termék minőségét
- megnövelheti az üzemi költségeket
- fokozott energiafelhasználással járhat
A sűrített levegővel működő rendszereknek sok kritikus pontja van, ezek közül az egyik legfontosabb a zártság és szivárgásmentes tömítés és az ideális üzemi hőmérséklet megtartása a harmatpont felett.
Hogyan csökkenthető a sűrített levegő rendszerek harmatpontja?
Szárazabbá, alacsonyabb nedvesség tartalmúvá kell tenni az üzemi levegőt, hogy csökkenthessük a kondenzációs víz mennyiségét. Így egy ilyen rendszer fontos eleme kell, hogy legyen a préslevegő relatív páratartalmának / harmatpontjának folyamatos mérését szolgáló műszer, mely felügyeli a levegőszárító berendezés által szárított sűrített levegőt.
A sűrített levegős rendszerhez csatlakoztatott szárítóberendezések teljesítményét a gazdaságos üzemszintnek megfelelően kell méretezni. Négy tényezőt kell figyelembe venni, ha meg akarjuk előzni a nedvesség és jegesedés okozta károkat.
- a környezet hőmérséklete
- a sűrített levegő hőmérséklete
- a sűrített levegő nyomása
- elvárt nyomás alatti harmatponti hőmérséklet
Összefoglalva a dolog teljesen törvényszerű: ha alacsonyabb relatív páratartalmú, tehát szárazabb levegő van nyomás alatt, akkor a harmatpont is alacsonyabb lesz és a nedvesség nem csapódik ki.
Mit jelent a kifejezés?
A harmatpont adott nedvesség és hőmérséklet mellett az a hőmérsékleti érték, ahol a relatív páratartalom eléri a telítettségi értéket, a nyomás változása nélkül, így a benne lévő vízgőz kicsapódik.
Miért van nagy jelentősége?
Nyomás alatt a harmatpont megemelkedik, így olyan ipari rendszerek, gépek üzemeltetésénél kifejezetten fontos erre figyelni, melyek sűrített levegővel dolgoznak.
Milyen károkat okozhat?
A nyomás alatt a levegő relatív páratartalma megemelkedik és így hamarabb kicsapódik. Ez okozhat jegesedést, korróziót, idő előtti elhasználódást, teljesítménycsökkentés, illetve nagyobb energiafelhasználást.