Osuszacze Ziębnicze: Zasada Działania i Zastosowanie
- Szczegóły
Osuszacze ziębnicze to niezastąpione urządzenia w wielu gałęziach przemysłu i produkcji, gdzie kontrola poziomu wilgotności powietrza jest kluczowa dla sprawności maszyn i jakości wytwarzanych produktów. Osuszacze ziębnicze są kluczowym elementem w instalacjach próżniowych i pneumatycznych, chroniąc urządzenia przed wilgocią i poprawiając jakość powietrza. Ich odpowiedni dobór oraz regularna konserwacja zapewniają długotrwałą, bezawaryjną eksploatację. Inwestycja w wysokiej jakości osuszacz to krok w stronę zwiększenia efektywności procesów technologicznych.
Co to jest osuszacz sprężonego powietrza?
Osuszacz sprężonego powietrza to urządzenie, często wykorzystywane razem z systemami sprężonego powietrza, które ma za zadanie usunąć parę wodną ze sprężonego powietrza. Dzięki temu chroni system przed potencjalnymi uszkodzeniami wywołanymi przez kondensację pary wodnej, co jest szczególnie ważne w wilgotnym środowisku pracy i wymagających, przemysłowych aplikacjach.
Jak działa osuszacz sprężonego powietrza?
Osuszacz sprężonego powietrza ma za zadanie dehumidyzować, czyli “suszyć” powietrze, skutecznie usuwając parę wodną. Jest to kluczowy proces w przemyśle produkcyjnym, motoryzacyjnym i energetycznym, gdzie wilgoć w powietrzu może prowadzić do korozji, rdzy, a nawet awarii urządzeń. Osuszacze sprężonego powietrza utrzymują integralność systemów, poprawiają ich wydajność, przedłużają żywotność i redukują koszty utrzymania.
Rodzaje osuszaczy sprężonego powietrza
Istnieją różne typy osuszaczy powietrza, zaprojektowane do konkretnych zastosowań i wymagań:
- Osuszacze ziębnicze
- Osuszacze adsorpcyjne
- Osuszacze membranowe
Osuszacze Ziębnicze: Zasada Działania
Osuszacze ziębnicze działają w oparciu o zasadę obniżania temperatury powietrza do tak zwanego punktu rosy, czyli temperatury, przy której para wodna zaczyna skraplać się w ciecz. Działają one podobnie do domowych lodówek, chłodząc wchodzące powietrze do punktu, w którym wilgoć kondensuje. Ta woda jest następnie odprowadzana, pozostawiając suche powietrze. Osuszacze ziębnicze są typowo używane w ogólnych zastosowaniach przemysłowych, gdzie wymagania dotyczące wilgotności sprężonego powietrza nie są zbyt rygorystyczne.
Przeczytaj także: Instrukcja krok po kroku: Osuszacz w Solaris Urbino
Proces działania osuszacza ziębniczego obejmuje:
- Wprowadzenie sprężonego powietrza: Ciepłe, wilgotne powietrze wchodzi do osuszacza.
- Chłodzenie powietrza: Wchodzące powietrze jest najpierw wstępnie chłodzone w wymienniku ciepła powietrze-powietrze.
- Cykl chłodzenia: Następnie powietrze przechodzi przez wymiennik ciepła powietrze-chłodziwo, gdzie jest dalej chłodzone do temperatury tuż powyżej 0°C, co prowadzi do kondensacji zawartej w powietrzu pary wodnej.
- Oddzielenie i odprowadzenie wody: Skroplone krople wody są następnie oddzielane od strumienia powietrza i odprowadzane.
- Ponowne ogrzewanie powietrza: Na koniec, zimne, suche powietrze jest ogrzewane w wymienniku ciepła powietrze-powietrze przez wchodzące powietrze.
Rezultatem jest suche sprężone powietrze, pozbawione wilgoci, gotowe do użycia w różnych narzędziach i maszynach bez ryzyka uszkodzeń spowodowanych przez wodę.
Punkt rosy osiągany przez osuszacz ziębniczy mieści się typowo w zakresie od 2°C do 10°C, co jest odpowiednie dla większości ogólnych zastosowań przemysłowych.
Budowa i działanie osuszacza ziębniczego
W nowoczesnych konstrukcjach obecnych na polskim rynku, stosowane są skuteczne rozwiązania zapewniające wysoką efektywność i sprzyjające zminimalizowaniu strat sprężonego powietrza. Spójrzmy zatem na niektóre szczegóły konstrukcyjne głównych podzespołów osuszaczy chłodniczych:
- Wymiennik ciepła
- Sprężarka czynnika chłodniczego („freonu”)
- Spust kondensatu (dren)
- Sterownik i urządzenia kontroli parametrów pracy
Wymiennik ciepła
Zwykle z aluminium - w mniejszych osuszaczach najczęściej o zwartej, kompaktowej konstrukcji. To nierozbieralny zespół stanowiący 3 sekcje tj. układ współpracujących ze sobą dwóch wymienników: powietrze-powietrze i powietrze - freon oraz komorę, w której zbierane są skropliny (kondensat).
- Sekcja powietrze-powietrze: tu odbierane jest wstępnie ciepło ze strumienia powietrza wlotowego przez powietrze (t = +3 °C) opuszczające główny wymiennik powietrze-freon. Jednocześnie powietrze osuszone jest tu ponownie podgrzewane do temperatury bliskiej temperaturze wlotowej.
- Sekcja powietrze-freon: główny wymiennik, w którym następuje intensywny odbiór ciepła ze sprężonego powietrza za pośrednictwem czynnika chłodniczego (freonu). Efektem jest obniżenie temperatury sprężonego powietrza i kondensacja wody, która na bieżąco jako kondensat jest usuwana na zewnątrz przez trzecią sekcje - komorę, do której podłączony jest dren / zawór spustowy. Taka konstrukcja zdecydowanie odróżnia osuszacz od zwykłych chłodnic i schładzarek.
Obecnie w dobrych osuszaczach wymiennik taki ma specjalnie opracowaną budowę o małych gabarytach, z kanałami obu sekcji o znacznym przekroju, lecz prowadzonymi tak, aby zapewnić maksymalnie efektywną wymianę ciepła. W efekcie przy zwartej budowie uzyskuje się bardzo dobre właściwości termodynamiczne i co ważne znikomy spadek ciśnienia powietrza.
Przeczytaj także: Osuszacze wilgoci - ranking
Sprężarka czynnika chłodniczego
To element, od którego jakości i niezawodności w znacznym stopniu zależy trwałość osuszacza, ale też decydujący o zużyciu energii. Zwykle w mniejszych i średnich urządzeniach montowane są odpowiednio dobrane do typu czynnika chłodniczego sprężarki tłokowe, nierozbieralne i bezobsługowe. Bardziej niezawodne i wydajne energetycznie są sprężarki typu ”scroll” montowane coraz częściej w osuszaczach wiodących producentów.
W przypadkach, gdy mamy zmienne zapotrzebowanie na sprężone powietrze, warto zdecydować się na osuszacz z bardziej zaawansowanym sterownikiem umożliwiającym dostosowanie wydajności i poboru mocy elektrycznej do bieżącego obciążenia, albo z wbudowanym falownikiem (z płynną regulacją prędkości obrotowej sprężarki freonu). Zwłaszcza osuszacze zwane „zmiennobrotowymi” typu „Eco” są obecnie godne szczególnej uwagi przy współpracy z kompresorami o zmiennej wydajności, gdyż pozwalają ograniczyć koszty energii aż do 50% względem urządzeń standardowych. Jest to niezwykle istotne, bowiem ok. 80% opłat związanych z siecią sprężonego powietrza to wydatki na energię elektryczną.
Dren kondensatu
Pozornie niewielki element, lecz niezwykle ważny w osuszaczu ziębniczym. Od sprawnego odprowadzania skroplin odseparowanych w wymienniku ciepła zależy skuteczność działania stacji uzdatniania sprężonego powietrza.
W przypadku niesprawności drenu lub zablokowania odpływu kondensatu nie uzyskamy oczekiwanego efektu osuszania - kondensat nie zostanie usunięty na zewnątrz, a po niedługim czasie nagromadzona w stacji osuszania woda może doprowadzić nawet do zablokowania wymiennika ciepła i jego zniszczenia. Dlatego istotne, by osuszacz był wyposażony w niezawodny, skuteczny (np. elektroniczny) i łatwy w konserwacji dren kondensatu.
Sterownik i kontrola stanu pracy
Elementy decydujące o wygodzie i bezpieczeństwie użytkowania. Podczas wyboru urządzenia do uzdatniania warto też zwrócić uwagę na rodzaj elementów automatyki optymalizujących pracę obwodu czynnika chłodniczego (jak np. zawór obejściowy „tzw. hot gas valve”) czy awaryjnych wyłączników ciśnieniowych.
Przeczytaj także: Jak naprawić błąd E5 w osuszaczu powietrza Ralf?
Rodzaje osuszaczy ziębniczych
- W osuszaczach ziębniczych bez cyklu pracy, system chłodzenia pracuje nieprzerwanie, niezależnie od aktualnego zapotrzebowania na sprężone powietrze.
- Z kolei osuszacze ziębnicze zmiennoobrotowe dostosowują pracę kompresora chłodziwa do aktualnych potrzeb systemu, co pozwala na optymalizację zużycia energii.
Sterowanie sprężarką czynnika chłodniczego za pomocą inteligentnych algorytmów sterowania może znacznie zmniejszyć zużycie energii nowoczesnych osuszaczy chłodniczych.
Zastosowanie i zalety osuszaczy ziębniczych
Osuszacze ziębnicze charakteryzują się niskimi kosztami inwestycyjnymi, operacyjnymi oraz konserwacji, co sprawia, że są atrakcyjne dla szerokiego spektrum zastosowań przemysłowych. Są one dostępne jako maszyna wolnostojąca lub zintegrowany moduł osuszający wewnątrz sprężarki. W zależności od zastosowania, urządzenie to może być najlepszym rozwiązaniem dla Twojej produkcji.
Osuszacze z czynnikiem chłodniczym są używane dla temperatur punktu rosy w zakresie od + 2 ° C do + 10 ° C i wymieniona dolna granica, jest temperaturą zamarzania skroplonej wody.
Nowoczesne osuszacze z czynnikiem chłodniczym wykorzystują gazy chłodnicze o niskim współczynniku ocieplenia globalnego (GWP), co oznacza gazy chłodnicze, które - w razie przypadkowego uwolnienia do atmosfery - w mniejszym stopniu przyczyniają się do globalnego ocieplenia. Zgodnie z przepisami ochrony środowiska czynniki chłodnicze, które mają być stosowane w przyszłości będą musiały mieć jeszcze niższą wartość GWP.
Osuszacz ziębniczy czy adsorpcyjny?
Osuszacz ziębniczy działa poprzez chłodzenie powietrza i kondensację wody, natomiast adsorpcyjny wykorzystuje środek suszący (np. żel krzemionkowy), który pochłania wilgoć. Działanie osuszacza adsorpcyjnego wykorzystuje reakcję chemiczną, polegającą na wiązaniu wody z ciekłym lub stałym środkiem absorbującym wilgoć (absorbentem). Jest to proces nieodwracalny i wymaga użycia znacznych ilości kosztownego absorbentu. Zastosowano w nich metodę fizyczną polegającą na wiązaniu wody na powierzchni ciała stałego (np. dwutlenku krzemu), nazywanego desykantem lub złożem.
Osuszacz adsorpcyjny posiada dwie kolumny wypełnione adsorbentem. Podczas pracy w jednej kolumnie następuje osuszanie przepływającego powietrza, natomiast w drugiej adsorbent jest regenerowany na zimno lub gorąco. Bardzo ważne jest, aby powietrze na wejściu osuszacza było pozbawione oleju.
Osuszacze sprężonego powietrza ziębnicze są najbardziej popularnym i najtańszym rozwiązaniem przemysłowym. Występują zarówno jako urządzenia indywidualne, jak i stanowiące część sprężarek. Osuszacz ziębniczy działa na zasadzie obniżania punktu rosy sprężonego powietrza (standardowo do ok. +3°C), poprzez jego schładzanie przy pomocy czynnika chłodzącego.
Osuszacze adsorpcyjne
Osuszacz adsorpcyjny, znany również jako osuszacz chemiczny, to urządzenie wykorzystywane do usuwania wilgoci ze sprężonego powietrza lub gazów poprzez proces adsorpcji. W przeciwieństwie do kondensacji, która jest podstawą działania osuszaczy chłodniczych, adsorpcja polega na fizycznym lub chemicznym wiązaniu cząsteczek wody na powierzchni stałego materiału, zwanego adsorbentem. Proces ten pozwala na usuwanie wilgoci z powietrza nawet przy bardzo niskich temperaturach punktu rosy, co jest szczególnie przydatne w zastosowaniach przemysłowych wymagających bardzo suchego powietrza.
Proces działania osuszacza adsorpcyjnego obejmuje:
- Faza adsorpcji: W pierwszej fazie, wilgotne powietrze przepływa przez zbiornik zawierający adsorbent (np. żel krzemionkowy, alumina aktywna, czy molekularne sita), który fizycznie lub chemicznie wiąże cząsteczki wody z powietrza. Powietrze, które opuszcza zbiornik, jest suche.
- Regeneracja adsorbentu: Po osiągnięciu nasycenia adsorbentu wilgocią, osuszacz musi zostać zregenerowany, czyli odnowiony do stanu, w którym może ponownie adsorbować wilgoć. Regeneracja odbywa się poprzez podgrzewanie adsorbentu, co zazwyczaj realizowane jest za pomocą gorącego powietrza lub gazu. Wysoka temperatura powoduje odparowanie adsorbowanej wody i przywrócenie adsorbentu do stanu początkowego.
- Cykliczna praca: Osuszacze adsorpcyjne często pracują w cyklach z wykorzystaniem co najmniej dwóch zbiorników: gdy jeden zbiornik adsorbuje wilgoć, drugi jest regenerowany, co umożliwia ciągłą pracę systemu.
Osuszacze membranowe
Osuszacze membranowe działają na zasadzie selektywnej permeacji. Sprężone powietrze przechodzi przez membranę, przy czym para wodna i inne zanieczyszczenia przenikają przez ściankę membrany, a suche powietrze przepływa dalej. Osuszacze membranowe oferują unikatowe rozwiązanie do wyzwania suszenia sprężonego powietrza, wykorzystując specjalne materiały membranowe do oddzielania pary wodnej od powietrza. Proces ten nie wymaga zmian temperatury ani chemikaliów do usunięcia wilgoci, co czyni te systemy kompaktowymi i niezależnymi od źródeł zasilania. Są ciche i mają niewiele ruchomych części, co sprawia, że są niezawodne i wymagają minimalnej konserwacji. Mogą osiągać szeroki zakres punktów rosy, od około 4°C do nawet -40°C, co czyni je wszechstronnymi dla różnych zastosowań.
Wybór odpowiedniego osuszacza sprężonego powietrza
Wybór odpowiedniego osuszacza sprężonego powietrza jest kluczowym elementem projektowania lub usprawniania systemu sprężonego powietrza. Chociaż obecność wilgoci w instalacji kompresora jest nieunikniona, problemy, które ta wilgoć może powodować w dalszej części systemu, mogą być znaczące. Pozostawienie tej wilgoci w systemie jest niedopuszczalne, ponieważ może kontaminować produkty końcowe i uszkodzić narzędzia, układy pneumatyczne a oraz inne komponenty. Tutaj z pomocą przychodzą osuszacze sprężonego powietrza, które pomagają w suszeniu wilgotnego powietrza, chroniąc instalację przed negatywnymi skutkami wilgoci. Wybór odpowiedniego rodzaju osuszacza powietrza najlepiej dopasowanego do Twoich potrzeb jest zatem kluczowy.
Jak wybrać właściwy osuszacz sprężonego powietrza?
Wybierając osuszacz, należy zwrócić uwagę na kilka kluczowych czynników, takich jak maksymalny przepływ powietrza w standardowych litrach na minutę, pożądany punkt rosy pod ciśnieniem, ciśnienie wlotowego sprężonego powietrza, temperatura wlotowego powietrza oraz temperatura otoczenia (i wody, jeśli kondensator jest chłodzony wodą). Zazwyczaj, osuszacze adsorpcyjne mogą zapewnić punkt rosy nawet do -40°C, co jest korzystne w wymagających aplikacjach, takich jak przewody narażone na zamarzanie, przemysł farmaceutyczny, przetwórstwo żywności oraz aplikacje wymagające wyjątkowo czystego powietrza. Osuszacze chłodzone zwykle osiągają punkt rosy na poziomie około 3, 4°C. Jednakże, osuszacze adsorpcyjne charakteryzują się wyższymi kosztami eksploatacji związanymi z zużyciem energii czy wymianą nośnika adsorpcyjnego.
Osuszacz ziębniczy będzie doskonałym wyborem dla aplikacji wymagających suchego powietrza, ale nie wymagających krytycznego punktu rosy.
Czy warto kupić kompresor śrubowy z zintegrowanym osuszaczem?
Kompresory śrubowe z zintegrowanymi osuszaczami są popularnym wyborem, szczególnie gdy przestrzeń w sprężarkowni jest ograniczona, a wymagane jest suche powietrze. Jednak w przypadku awarii kompresora lub osuszacza koszty naprawy mogą być wyższe niż przy zakupie oddzielnych urządzeń. Osuszacz jest zaprojektowany do pracy z odpowiadającym mu kompresorem, a cały system mieści się w kompaktowej obudowie, minimalizując wymaganą przestrzeń.
Wybór odpowiedniego osuszacza ma kluczowe znaczenie dla skuteczności całego systemu. Osuszacz sprężonego powietrza nieoptymalizowany pod kątem efektywności może z łatwością zwiększyć ogólny rachunek za energię o 25%, podczas gdy kompaktowy osuszacz zoptymalizowany pod kątem efektywności powinien przyczynić się do wzrostu kosztów o nie więcej niż 2%. Technologia suszenia i rozmiar osuszacza, który wybierzesz, powinny być zgodne z szybkością wydmuchu sprężonego powietrza i specyfikacjami jakości powietrza które są wymagane w Twoich procesach produkcyjnych.
| Typ osuszacza | Zasada działania | Proces | Zastosowania | Punkt rosy |
|---|---|---|---|---|
| Osuszacze ziębnicze | Chłodzenie powietrza do kondensacji wilgoci |
| Ogólne zastosowania przemysłowe | Od 2°C do 10°C |
| Osuszacze adsorpcyjne | Adsorpcja wilgoci przez materiał adsorbent |
| Procesy produkcyjne wymagające bardzo suchego powietrza | Do -70°C |
| Osuszacze membranowe | Selektywna permeacja przez membranę |
| Niewielka przestrzeń pracy, brak źródła zasilania | Od 4°C do -40°C |
tags: #osuszacz #powietrza #ziębniczy #zasada #działania
