Osuszacz ziębniczy: zasada działania i zastosowanie
- Szczegóły
Na naszej stronie niejednokrotnie publikowaliśmy artykuły, w których wspomnieliśmy czym są osuszacze sprężonego powietrza, jak niezwykle istotne jest dopasowanie odpowiedniego osuszacza w systemie sprężonego powietrza, a nawet jaki osuszacz wybrać. W tym artykule skupimy się na zasadzie działania osuszaczy wykorzystywanych w procesie dostarczania sprężonego powietrza.
Sprężone powietrze i jego uzdatnianie
Sprężone powietrze to medium, które wykorzystuje się w wielu zakładach przemysłowych. Jest bezpieczne, niezawodne i ogólnie dostępne, a ponadto stanowi doskonałą alternatywę dla energii elektrycznej. Może służyć do bardzo szerokiego zastosowania.
Do urządzeń uzdatniających sprężone powietrze zalicza się osuszacz sprężonego powietrza. Mowa tu o urządzeniach skutecznie i sprawnie eliminujących wodę i parę wodną z powietrza, które jest emitowane przez sprężarkę. Wilgoć w przewodach instalacji sprężonego powietrza może prowadzić do wielu strat. Wywołuje korozję osprzętu, przyczynia się do zamarzania zewnętrznych przewodów, a w konsekwencji tego, do awarii całej instalacji. Tak więc woda stanowi duże zagrożenie dla wielu urządzeń elektrycznych i maszyn. Na szczęście istnieją metody, dzięki którym można tę wilgoć wyeliminować.
Profesjonalny osuszacz sprężonego powietrza zapobiega szkodliwemu wpływowi wody na funkcjonowanie instalacji. Stosując to nowoczesne rozwiązanie można przede wszystkim uniknąć przerwania kosztownych procesów produkcji, a także serwisowania elementów instalacji. Również tym sposobem można uniknąć potrzeby zakupu nowego sprzętu, co mogłoby wiązać się z awarią obecnego.
Technologie osuszania sprężonego powietrza
Obecnie na rynku mamy dostęp do kilku rodzajów osuszaczy sprężonego powietrza. Zasada działania każdego z nich jest nieco inna. Wyróżnia się następujące technologie osuszania: chłodnicze, adsorpcyjne, tandemowe, membranowe. Ważnym parametrem tych urządzeń jest temperatura, w której dochodzi do rozpoczęcia procesu skraplania pary wodnej przy aktualnym ciśnieniu roboczym. Zależnie od tego, do jakich celów ma być przeznaczony osuszacz, powinien spełniać określone wymagania co do danej zawartości. Znając wymagania urządzenia, posługując się specjalną tabelą, można wyczytać temperaturę punktu rosy.
Przeczytaj także: Instrukcja krok po kroku: Osuszacz w Solaris Urbino
Zastosowanie sprężonego powietrza w przemyśle
Sprężone powietrze jest powszechnie stosowane w przemyśle. Ponadto ma wiele zastosowań. Wbrew pozorom zapotrzebowanie na odpowiednio uzdatnione sprężone powietrze nieustannie rośnie. Główne zastosowania sprężonego powietrza to: napęd pneumatyczny, transport pneumatyczny, automatyka pneumatyczna, obróbka powierzchni, nośnik, powietrze warsztatowe, pakowanie.
Przykładowo w przemyśle spożywczym sprężone powietrze stosuje się podczas transportu produktów do wytwarzania azotu, obierania, krojenia i pakowania. W zakładach chemicznych wykorzystuje się je do oczyszczania, osuszania i przenoszenia produktów, tworzenia kurtyn powietrznych, wytwarzania azotu czy sterowania zaworami. W motoryzacji służy do pompowania opon, lakierowania i wielu innych prac, które wykonuje się przy użyciu narzędzi zasilanych powietrzem.
W przemyśle farmaceutycznym również wykorzystuje się sprężone powietrze. Przydaje się ono tam do oczyszczania i osuszania produktów, kontrolowania sprzętu podczas produkcji. Zakłady przemysłowe wykorzystują sprężone powietrze do uruchomienia różnego rodzaju narzędzi, urządzeń i sprzętu - sprzęty dźwigowe, do prac wykończeniowych, czyszczenia czy osuszania, ogrzewania i chłodzenia.
Trzeba mieć na uwadze to, że jeden osuszacz nie może służyć do zastosowania w każdym miejscu z uwagi na to, że sprężone powietrze musi być pozbawione w wymaganym stopniu zanieczyszczeń i wody. W związku z tym kupując osuszacz, trzeba dokonać właściwego wyboru.
Jak wybrać osuszacz sprężonego powietrza?
Wybór osuszacza wbrew temu, co się wydaje, nie jest taki oczywisty i łatwy. Jednym z kryteriów wyboru jest bez wątpienia norma ISO 8573-1. W ten sposób dokonuje się wybór rodzaju osuszacza. Następnie należy ustalić wydajność kompresorów. Trzeba koniecznie pamiętać, że rodzaj sprężarki ma znaczenie z uwagi na to, że każda z nich generuje różne ilości par olejowych i różną temperaturę sprężonego powietrza. W związku z tym bardzo często stosuje się filtry odolejające przed osuszaczami.
Przeczytaj także: Osuszacze wilgoci - ranking
Kolejna bardzo ważna sprawa to, to, że osuszacze mogą pracować w określonej temperaturze otoczenia i temperaturze sprężonego powietrza. Chodzi mianowicie o to, że kiedy temperatura jest zbyt wysoka, to urządzenie nie spełnia swojej roli. Co więcej, może nawet ulec uszkodzeniu. Dokonując wyboru osuszacza, powinno się zwrócić uwagę na takie wydajność, spadek ciśnienia, a także koszty eksploatacji i zakupu. Wymieniając te czynniki, nie należy zapominać o oczekiwanym stopniu osuszenia.
Wybierając osuszacz chłodniczy, trzeba zwrócić uwagę na następujące aspekty: wymagany punkt rosy, zużywana ilość sprężonego powietrza, maksymalny strumień powietrza, minimalne ciśnienie robocze, a także maksymalna temperatura na wlocie do osuszacza. Ponadto należy uwzględnić maksymalną temperaturę powietrza otaczającego, energooszczędność urządzenia, wymagane media, ilości dostępnego miejsca oraz koszt urządzenia.
Dla osoby, która nigdy nie miała do czynienia z osuszaczami może wydawać się, że ich wybór wcale nie jest trudny. Wystarczy zagłębić się w parametry tego urządzenia, aby zmienić zdanie. Nic w takim razie dziwnego w tym, że eksperci podkreślają, iż wyboru osuszacza powinien dokonywać ktoś, kto przede wszystkim orientuje się, na czym polegają poszczególne technologie osuszania.
Przed dokonaniem wyboru osuszacza należy sprawdzić, jakie trzeba spełnić wymagania, a mogą być różne, zależnie od rodzaju tego urządzenia.
Wymagania instalacyjne dla różnych typów osuszaczy:
- Osuszacze chłodnicze: Przed osuszaczem trzeba zainstalować filtr odpylający, cyklon zainstalować przed tym filtrem, a za osuszaczem umieścić filtr odolejający. Należy zapewnić prawidłowe chłodzenie osuszacza.
- Osuszacze adsorpcyjne: Przed osuszaczem należy zainstalować filtr odolejający, który powinien być poprzedzony filtrem odpylającym. Za osuszaczem powinien być zamontowany filtr odpylający. Dodatkowo trzeba zapewnić odpowiednią temperaturę otoczenia.
- Osuszacze tandemowe: Przed osuszaczem powinien znajdować się cyklon. W tym przypadku również trzeba zagwarantować odpowiednią temperaturę otoczenia.
Układ chłodniczy a osuszacz sprężonego powietrza
Osuszacze kondensacyjne opierają swoje działanie na odpowiednio dopasowanym układzie chłodniczym. To niejako trzon właściwie wykonanego urządzenia, którego zasady działania umożliwiają uzyskanie kondensacji pary wodnej, a w konsekwencji skuteczne obniżenie zawartości wody w dostarczanym sprężonym powietrzu.
Przeczytaj także: Jak naprawić błąd E5 w osuszaczu powietrza Ralf?
Kolejnym istotnym aspektem dla układu, jest sama sprężarka chłodnicza odpowiedzialna za przepływ czynnika chłodniczego (freonu). W czasie gdy ciśnienie i temperatura w systemie wzrasta, sprężony gaz dociera do skraplacza, gdzie dochodzi do jego ochłodzenia. Proces ten wieńczy przejście substancji ze stanu gazowego w stan ciekły.
W kolejnym etapie skroplony czynnik przepływa przez filtr freonu, którego zadaniem jest pochłanianie pary wodnej, by następnie trafić do specjalnego zaworu rozprężającego, którego cechą charakterystyczną jest duża różnica ciśnień. Wówczas czynnik zaczyna ulegać rozprężeniu, a tym samym i odparowaniu, na skutek tego procesu dochodzi do gwałtownego spadku temperatury w wymienniku ciepła.
Podczas separowanego kontaktu ciepłego sprężonego powietrza z wychłodzonym układem freonowym, dochodzi do wykroplenia pary wodnej z układu sprężonego powietrza - powstały kondensat jest odprowadzony przez zainstalowany spust kondensatu.
Najważniejsze czynniki w czasie pracy osuszacza sprężonego powietrza
Kolejno przedstawione etapy osuszania sprężonego powietrza nasuwają jeden istotny wniosek. W procesie tym najważniejszym aspektem pozostaje spadek ciśnienia oraz temperatury czynnika chłodniczego, zjawisko to oddaje ciepło w procesie parowania. Ponadto temperatura poniżej punktu rosy powoduje usunięcie nadmiaru wilgoci na ściankach parownika, a tym samym gwarantuje wymagany w procesie eksploatacji efekt.
Osuszacze ziębnicze: które cechy budowy wziąć pod uwagę przy doborze urządzenia?
Do niezawodnej, bezawaryjnej pracy zakładowej pneumatyki niezbędne jest zastosowanie powietrza, które jest czyste i odpowiednio osuszone. Podstawowymi urządzeniami w procesie zapewnienia jakości tego medium są osuszacze sprężonego powietrza. Zadaniem osuszacza chłodniczego jest usunięcie wody z powietrza wytworzonego przez sprężarkę na tyle skutecznie, by całkowicie wyeliminować proces pojawiania się kondensatu i zjawisko korozji w instalacji sprężonego powietrza zasilającej urządzenia produkcyjne. Za osuszaczem chłodniczym (w odróżnieniu od zwykłej chłodnicy powietrza) dodatkowo uzyskujemy korzyść w postaci redukcji wilgotności względnej powietrza na wyjściu do wartości RH < 30%, tj. progu pojawiania się zjawiska korozji w instalacji i w urządzeniach w niej zainstalowanych.
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
1. Wymiennik ciepła
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 (np. z zastosowaniem metody przeciwprądu i bez zbędnych zmian kierunku strumienia powietrza w wymienniku). W efekcie przy zwartej budowie uzyskuje się bardzo dobre właściwości termodynamiczne i co ważne znikomy spadek ciśnienia powietrza. W urządzeniach oferowanych przez Pneumat. to jedynie 0,15...0,17 bar.
Integralną częścią tego zespołu jest komora (czasem z demisterem) na zbierający się (grawitacyjnie) kondensat, w której bezpośrednio do króćca wylotowego zainstalowany jest spust kondensatu.
Zwykle zespół wymiennika jest jednym z najkosztowniejszych komponentów osuszacza chłodniczego, stanowiącym do 60-70% wartości całego urządzenia.
2. 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.
3. 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.
4. Sterownik i kontrola stanu pracy
Elementy decydujące o wygodzie i bezpieczeństwie użytkowania. Doświadczenie wskazuje, że stacje osuszania wyposażone w nowoczesny, prosty w obsłudze sterownik, z czytelnym i intuicyjnym wyświetlaczem stanu i parametrów pracy jest chętniej wybierany przez użytkowników.
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.
Tabela: Przykładowe ceny osuszaczy ziębniczych w zależności od wydajności
| Wydajność (m³/min) | Cena (EUR) |
|---|---|
| 5.0 | 2.180 |
| 6.0 | 2.500 |
| 8.0 | 3.560 |
Pamiętaj, że określone parametry i jakość kosztują.
Osuszacze ziębnicze to kluczowe urządzenia stosowane w wielu gałęziach przemysłu i usług, gdzie odpowiednia wilgotność powietrza jest niezbędna do sprawnego funkcjonowania. Znajdują zastosowanie w technice sprężonego powietrza, wydłużając żywotność sprzętu i poprawiając jakość pracy systemów pneumatycznych. Osuszacze ziębnicze działają na podstawie obniżania temperatury sprężonego powietrza, co prowadzi do kondensacji pary wodnej.
W trakcie tych etapów opary oleju i wody zawarte w sprężonym powietrzu skraplają się, a następnie są oddzielane od powietrza przez wysokowydajny separator i odprowadzane na zewnątrz za pomocą zaworu automatycznego spustu. Osuszacze ziębnicze są szczególnie polecane w przypadku zastosowań przemysłowych, gdzie wymagane jest utrzymanie niskiego poziomu wilgoci w sprężonym powietrzu. Dzięki nim można uniknąć korozji, uszkodzeń urządzeń oraz negatywnego wpływu wilgoci na procesy produkcyjne.
Zastosowania osuszaczy ziębniczych są różnorodne i obejmują takie branże, jak przemysł chemiczny, spożywczy, farmaceutyczny, drzewny czy metalowy.
Osuszanie ziębnicze oznacza, że sprężone powietrze jest schładzane, co umożliwia skraplanie dużej ilości wody i jej oddzielanie. Po ochłodzeniu i skropleniu wilgoci sprężone powietrze ponownie ogrzewa się do temperatury zbliżonej do temperatury pokojowej, aby na zewnątrz układu nie powstała skroplona para wodna. Sterowanie sprężarką czynnika chłodniczego za pomocą inteligentnych algorytmów sterowania może znacznie zmniejszyć zużycie energii nowoczesnych osuszaczy chłodniczych.
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.
tags: #osuszacz #ziębniczy #zasada #działania
