نقطه شبنم و مواد رطوبت گیر

احتمالا در اوایل صبح بارها شاهد به وجود آمدن قطره‌های آب روی شیشه پنجره بوده‌اید که در آن هوا صد در صد از بخار آب اشباع شده است، به این حالت نقطه شبنم می‌گویند. شناخت دقیق این دما نقش به سزایی در طراحی و به کارگیری سیستم‌های گوناگون صنعتی از قبیل تهویه مطبوع، هوای فشرده و… دارد. از این‌رو برای کسب اطلاعات بیشتر درباره مواد رطوبت‌گیر و نقطه شبنم تا انتهای مقاله همراه ما باشید.

نقطه شبنم به دمایی گفته می‌شود که در آن، بخار آب موجود در هوا به طور کامل اشباع شده و به مایع تبدیل می‌شود. به عبارت دیگر، اگر دمای هوا تا نقطه شبنم آن سرد شود، رطوبت موجود در هوا به صورت شبنم یا بخار آب متراکم شده بر روی سطوح سرد ظاهر می‌شود.

مواد رطوبت گیر موادی هستند که به دلیل خاصیت جاذب رطوبت، می‌توانند بخار آب موجود در هوا را جذب کرده و رطوبت محیط را کاهش دهند. این مواد در انواع مختلفی مانند سیلیکاژل، زئولیت، بوکسیت و جاذب‌های مولکولی وجود دارند.

ارتباط نقطه شبنم و مواد رطوبت گیر:

• هرچه نقطه شبنم پایین‌تر باشد، نشان‌دهنده خشکی بیشتر هوا است و ظرفیت آن برای جذب رطوبت بیشتر خواهد بود.
• مواد رطوبت گیر با جذب بخار آب موجود در هوا، نقطه شبنم را افزایش می‌دهند. به عبارت دیگر، این مواد با جذب رطوبت، هوا را خشک‌تر می‌کنند و باعث می‌شوند که دمای لازم برای اشباع شدن بخار آب (نقطه شبنم) افزایش یابد.

کاربردهای مواد رطوبت گیر:

• جلوگیری از خوردگی و زنگ زدگی: رطوبت بالا می‌تواند باعث خوردگی و زنگ زدگی فلزات شود. استفاده از مواد رطوبت گیر در محیط‌های مرطوب می‌تواند با کاهش رطوبت، از خوردگی و زنگ زدگی فلزات جلوگیری کند.
• حفظ مواد غذایی: رطوبت بالا می‌تواند باعث فساد و خرابی مواد غذایی شود. استفاده از مواد رطوبت گیر در بسته‌بندی مواد غذایی می‌تواند با حفظ رطوبت در حد مناسب، به حفظ کیفیت و ماندگاری مواد غذایی کمک کند.
• کنترل رطوبت در محیط‌های صنعتی: رطوبت بالا می‌تواند در برخی از فرآیندهای صنعتی مشکلاتی ایجاد کند. استفاده از مواد رطوبت گیر در محیط‌های صنعتی می‌تواند با کنترل رطوبت، به بهبود کیفیت محصولات و افزایش راندمان تولید کمک کند.

انتخاب نوع مناسب ماده رطوبت گیر:

انتخاب نوع مناسب ماده رطوبت گیر به عوامل مختلفی مانند میزان رطوبت مورد نظر، نوع کاربرد و دمای محیط بستگی دارد. برای مثال، سیلیکاژل برای مصارف خانگی و رطوبت‌های نسبی پایین مناسب است، در حالی که جاذب‌های مولکولی برای رطوبت‌های بسیار پایین و دمای بالا کاربرد دارند.

نقطه شبنم (Dew Point) و دمای نقطه شبنم (Td) چیست؟

نقطه شبنم به درجه‌ای از دمای هوا گفته می‌شود که در آن هوای مفروض صد در صد از بخار آب اشباع شود. برای اینکه هوای مرطوب نسبت به سطح آب تا حد اشباع برسد، باید به‌ اندازه همان دما سرد شود که این دما را دمای نقطه شبنم می‌نامند. 

در این پروسه فشار هوای مرطوب P و نسبت اختلاط r  ثابت باقی می‌ماند. نکته قابل توجه این است که در این فرآیند فشار هوا ثابت باقی می‌ماند و هیچ بخار آبی به نمونه هوا اضافه یا کاسته نمی‌شود. در نتیجه نسبت اختلاط هوا ثابت می‌ماند، اما در هر صورت دمای نقطه شبنم به حد اشباع می‌رسد و در این دما میزان نسبت اختلاط با نسبت اختلاط اشباع برابر می‌شود.

در نزدیکی زمین سرد شدن نسبی لایه‌ای از هوا هنگام شب می‌تواتد دمای هوا را تا حد نقطه شبنم برساند. پس از آن سرد شدن موجب تراکم بخار آب می‌شود و در حقیقت این فرآیند اصلی تشکیل شبنم است.

دمای نقطه شبنم یخی (rf)

دمایی که برای اشباع شدن هوای مرطوب در مجاورت یخ، سرد می‌شود را دمای نقطه شبنم می‌نامند و در این فرآیند نسبت اختلاط r و فشار هوای مرطوب p ثابت می‌ماند.

روش اندازه گیری نقطه شبنم

برای اندازه‌گیری اولیه نقطه شبنم یک ظرف دارای جداره خارجی کاملا صیقلی را تهیه کنید و مخلوط یخ و آب را در آن قرار دهید. هنگامی که روی جدار خارجی ظرف که با هوای مورد نظر در تماس است، ذرات بخار آب به‌ شکل مایع (شبنم) پیدا شد، دمای آب را با دماسنج مشخص کنید به این دما نقطه شبنم (درجه اشباع) گفته می‌شود.

سيليکاژل

یکی از فراگیرترین انواع دسیکانت، سيليکاژل است که در آب و هواهای متفاوت قدرت محافظتی بسیار کار آمدی دارد. همچنین سیلیکاژل در جنگ جهانی دوم توسط آلمانی‌ها به نام “سنگ معجزه‌گر” شناخته شد.

ترکيب اصلی سيليکاژل

ترکیب اصلی این ماده از دی اکسيد سيليکون است که در شرایط کنترل شده و خاص از مخلوط کردن سيليکات سدیم و سولفوریک اسید تولید می‌شود‌. سيليکاژل ماده‌ای بدون بو و مزه، غيرسمی و از لحاظ شيميایی نیز غيرفعال است و این ماده نفوذپذیری و سطح تماس بسیار بالایی دارد. قدرت جذب سیلیکاژل در برخورد با آلودگی‌‌های نفتی، روغنی و گرد و غبار كاهش پيدا مي كند.

سيليکاژل نارنجی یک عامل رنگی ترکيبی است که بر خلاف عامل رنگی در سيليکاژل آبی (نمک کبالت) غير سمی بوده و مانع از ایجاد آلودگی در محيط زیست می‌شود. این محصول با تکنيک منحصربه‌فرد و قدرت جذب بالای خود (بالاتر از سيليکاژل آبی) به عنوان محصول جدید سيليکاژل درخشان و دوستدار محيط زیست شناخته می‌شود.

سيليکاژل نارنجی در صنایع گوناگونی مانند هوانوردی، نظامی، ساختمان، برق، الکترونيک و به‌ویژه صنایع دارویی و غذابی که با سلامتی انسان ارتباط تنگاتنگ و مستقیمی دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. از آنجایی که این ماده غیر سمی است، با اطمينان خاطر و بدون هیچ نگرانی می‌توان از آن استفاده کرد.

رنگ این نوع سيليکاژل در شرایط فعال و خشک از نارنجی تيره به رنگ سبز تيره در هنگام اشباع شدن از رطوبت تغییر می‌کند. این محصول به دو شکل کروی و گرانول (نامنظم) تولید می‌شود که انواع کروی آن دارای منافذ باریک و فاقد هرگونه غباری هستند و به همين علت در مقایسه با نوع گرانول بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

رطوبت‌گیر چیست؟

در اغلب مناطق فرآیند‌های متداول این است که در زمستان به دلیل کاهش رطوبت نسبی هوا در اثر افزایش دمای هوای خارج، عمل رطوبت‌زنی صورت بگیرد و در تابستان نیز کاهش دمای هوای مرطوب، عمل رطوبت‌گیری انجام شود. البته در شرایط گوناگون به‌خصوص در صنعت امکان دارد به فرآیند‌‌های حرارت دادن، رطوبت گرفتن، سرد کردن و رطوبت زدن نیاز باشد‌.

رطوبت‌گیری بایستی به وسیله سیستم کنترل رطوبت انجام شود و این فرآیند می‌تواند به سه روش صورت گیرد که در ادامه به بررسی این روش ها می‌پردازیم:

• پاشش آب با دمای کمتر از دمای نقطه شبنم هوا به درون هوا
• عبور هوا از روی اجسام جذب‌کننده آب (خشک کن‌های شیمیایی) مانند سیلیکاژل، آلومینیوم فعال شده و اتیلن گلیکول
• عبور هوا از داخل کویل با دمای کمتر از دمای نقطه شبنم هوا

رطوبت زدایی به روش جذب فیزیكی

اگر مقداری نمک طعام را در ظرفی سرباز بریزید و آن را برای مدتی در یک محیط مرطوب نگهداری کنید، به تدریج مشاهده خواهید کرد که نمک مرطوب می‌شود، به همین دلیل می‌توان گفت نمک طعام جزو مواد رطوبت‌گیر یا جذب کننده رطوبت است. در حال حاضر برای انحام فرآیند رطوبت‌گیری گازها و دستیابی به نقطه شـبنم بـسیار پـایین (كمتـر از 100c-) از مـواد رطوبت‌گیر مانند بوكـسیت (شـكل طبیعـی Al2O3)، سیلیكاژل (SIO2)، آلومینـا (Al2O3 فعال شده) و الك مولكولی (Molecular Sieves) با فرمول شیمیایی  NaSio2 و Alo2 مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ترکیبات ذکر شده به ساختمانی متخلل و با سطح آزاد زیاد (500 – 800 m²) مجهز هستند که می‌توانند رطوبت موجود در گاز را به شکل فیزیکی جذب کنند. در ضمن کیفیت جذب به درجه حرارت بستگی دارد و با افزایش درجه حرارت كاهش پیدا می‌کند.

تجهیزات رایج جذب رطوبت فیزیکی

در زمان‌ بهره‌برداری مقدار رطوبت موجود روی مواد رطوبت‌گیر بسیار کم است، بـه همین علت فشار جزیی آن نیز كم خواهد بود. هنگامی که گـاز مرطـوب از روی بـستر پر شـده عبور می‌کند و به‌خاطر اختلاف فشار جزیی که بین رطوبت موجود در گاز مرطوب و بستر خشك شده وجود دارد، فرآیند انتقـال جرم و جذب رطوبت از گاز مرطوب به مواد رطوبت‌گیر انجام می‌شود. تکرار مستمر ایـن فرآیند باعث كاهش فشار جزیی بخار آب در گاز مرطوب و افزایش آن در بستر پر شده می‌شود.

 ضمنا فرآیند رطوبت‌گیری تا زمانی كه دو فشار جزیی به تعادل برسند، ادامه خواهد داشت و پس از آن متوقف می‌شود. همچنین عمل جذب فیزیكی رطوبت بسیار سریع است و به زمانی بـین 0.5 – 0.1  ثانیـه نیاز دارد. هر واحد وزن مواد رطوبت‌گیر قابلیـت جـذب میزان مشخـصی از رطوبـت را دارند و پس از آن به حالت اشباع می‌رسند، همچنین فرآیند اشـباع شـدن مـاده در مـسیر جریـان گـاز انجام می‌شود. اجزای اصلی رطوبت‌گیر‌های سری DFRB و DFRD به شرح زیر هستند:

• فن هوای خشک
• دیسک گردان سیلیکاژل (Desiccant Rotor)
• فیلتر هوا
• سیستم محرک دیسک گردان
• فن هوای Reactivation برای سری DFRD
• هیتر هوای Reactivation
• Terminal Box
• مواد رطوبت‌گير، برای جذب محتویات آب و رطوبتی سیستم در خطوط لوله مکش و مايع سيستم‌‌هاي سرد کننده این تجهیزات قرار مي‌گيرند.

مواد رطوبت‌گیر

برخی از مواد رایج رطوبت‌گير و جذب کننده رطوبت به شرح زیر هستند:

• آلومیناژل
• آلوميناي فعال شده
• سیلیکاژل
• سولفات کلسيم

شبكه توري یا سرند مولکولی و بسيار ظريف اکثر این مواد رطوبت‌گير، رسوبات، رطوبت و اسيد‌هاي مواد سرمازا را جذب مي‌کند. مواد رطوبت گير به‌طور معمول در مسير لوله دارای مايع سرمازا و در نزديكي سوپاپ کنترل جريان ماده سرمازا مستقر می‌شوند. اين مواد و لوازم بايستی تا حد امکان در جاي خنک قرار گيرند؛ چرا که ممکن است گرما موجب جدا شدن دوباره رطوبت از آن‌ها و مخلوط شدن آن با ماده سرمازا شود.

مواد رطوبت گير دارای مايع سرمازا بايستی در حالت عمودي سوار شود و ماده سرمازا از پايين به بالاي آن جريان پیدا کند. اين مواد رطوبت‌گير زمانی از مدار خارج می‌شوند که قدرت جذب رطوبت خود را از دست دهند.

سخن پایانی

نقطه شبنم به درجه‌ای از دمای هوا گفته می‌شود که در آن هوای مفروض صد در صد از بخار آب اشباع شود، این دما به دو صورت دمای نقطه شبنم (Td) و دمای نقطه شبنم یخی (rf) قابل مشاهده است. در شرایط گوناگون به‌خصوص در صنعت امکان دارد به فرآیند‌‌های حرارت دادن، رطوبت گرفتن، سرد کردن و رطوبت زدن نیاز باشد‌.