Osuszacze chłodzone wodą lub powietrzem: Zasada działania i zastosowanie
- Szczegóły
Usuwanie wilgoci z układów sprężonego powietrza to podstawowy warunek prawidłowo zaprojektowanego systemu wytwarzania i dystrybucji tego medium. Szacuje się, że typowa sprężarka o wydajności 50 dm3/s (100 scfm) w ciągu roku wprowadza do sprężonego powietrza ok. 500 l wody. Konieczne jest więc usuwanie wilgoci do wartości odpowiedniego ciśnieniowego punktu rosy. Do osuszania sprężonego powietrza stosuje się osuszacze chłodnicze, adsorpcyjne i membranowe.
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 chłodnicze (ziębnicze, kondensacyjne)
Osuszacze chłodnicze (ziębnicze, kondensacyjne) wytrącają wilgoć poprzez schładzanie powietrza. Rozwiązania tego typu najczęściej stosuje się w aplikacjach pracujących w pomieszczeniach o temperaturze powyżej 12°C. Osuszacze ziębnicze są najczęściej używanym typem osuszaczy. 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: TTK - Osuszacze powietrza dla budownictwa: Co warto wiedzieć?
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. Oprócz tego następuje oddzielenie kondensatu wodno-olejowego za pomocą filtra siatkowego. Należy podkreślić, że osuszacz chłodniczy, osiągając przepływ na poziomie 0,17 m3/s przy ciśnieniu 0,7 MPa, jest w stanie odseparować ok. 2,5 kg kondensatu olejowo-wodnego.
- 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.
Przykłady osuszaczy chłodniczych
Z oferty rynkowej można wymienić osuszacz chłodniczy typu OP 180 firmy Airpol. Osiąga on przepływ powietrza na poziomie 4200 m3/h przy mocy 10 i 20 kW. Urządzenie podłącza się do instalacji za pomocą przyłącza DN125. Innym przykładem są osuszacze ziębnicze sprężonego powietrza Drypoint RA, oferowane przez firmę Beko Technologies. Jako istotną cechę tego urządzenia producent wymienia minimalny spadek ciśnienia również przy dużym obciążeniu. Wydajność osuszaczy wynosi 208,800 m3/h. Firma ma w ofercie także osuszacze do zastosowań specjalnych.
Osuszacze ziębnicze Buran CQ 0020 AB - CQ 0850 AB, oferowane przez firmę Pneumat System, bazują na aluminiowym wymienniku ciepła i mogą przenosić duże obciążenia do punktu rosy wynoszącego ok. 20°C. Urządzenie ma zawór elektromagnetyczny sterowany czasowo, a także kompaktową obudowę, co szczególnie sprawdzi się w miejscach o ograniczonej przestrzeni. Opcjonalnie można uwzględnić wyjście przekaźnika np.
Analizując dostępną ofertę rynkową, warto również zwrócić uwagę na osuszacze chłodnicze Ingersoll Rand D2250 (Next Generation Refrigerated Dryer). Urządzenia te mają wbudowaną technologię Smart Drain (inteligentnego odprowadzenia kondensatu) firmy Ingersoll Rand. Odpływ kondensatu monitorowany jest przez algorytmy, które są programowane w zaawansowanym sterowniku osuszacza, w celu zapewnienia prawidłowego i ciągłego działania. Urządzenia mają trzy tryby osuszania o wysokiej sprawności przy cyklicznej pracy sprężarki oraz trzy standardowe tryby osuszania przy ciągłej pracy sprężarki. Dostępne są w wersjach o wydajności: 1500 m3/h, 1800 m3/h i 2250 m3/h. Ponadto nowa generacja osuszaczy ma unowocześnioną konstrukcję z nowym rozmieszczeniem podzespołów, co ułatwia serwisowanie. Wszystkie części podlegające konserwacji zapobiegawczej zlokalizowane są po jednej stronie osuszacza z łatwymi do wyjęcia panelami na zawiasach, dzięki czemu technicy mają do nich łatwy dostęp.
Przeczytaj także: Leroy Merlin osuszacze przemysłowe - opinie użytkowników
Osuszacze adsorpcyjne
Instalacje z większym ciśnieniem i przepływem właściwym wyposaża się w 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. Powietrze przepływa przez zbiornik z adsorbentem w postaci nanofiltra lub żelu aluminiowego, pozwalając w ten sposób na wytrącanie się wilgoci. Substancję absorbującą poddaje się regeneracji przez przepuszczenie przez zbiornik osuszonego powietrza, który odebraną wilgoć odprowadza na zewnątrz. W omawianym systemie ważny jest układ sterujący rozdzielający powietrze do dwóch zbiorników przy zapewnieniu wyjściowych parametrów na stałym poziomie. Regeneracja powoduje utratę ok. 15% powietrza. 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.
Przykłady osuszaczy adsorpcyjnych
Firma Atlas Copco oferuje osuszacze adsorpcyjne wyposażone w dmuchawę do regeneracji o wydajności 3601600 l/s. Wykorzystuje się przy tym mieszankę powietrza, która pochodzi z zewnętrznej dmuchawy z systemu ogrzewania przy niewielkiej ilości sprężonego powietrza. Eksploatując osuszacz adsorpcyjny, trzeba zadbać o ochronę wnętrza urządzenia przed przedostaniem się oleju. Wynika to ze stopniowego zmniejszania się zdolności działania granulek adsorbentu pokrytych filmem olejowym. Konieczny jest więc odpowiedni filtr zamontowany na wlocie powietrza.
Osuszacze adsorpcyjne WVM Parker Zander, regenerowane na gorąco metodą próżniową, wyróżniają się zerową stratą sprężonego powietrza. Ich cechy to: dwuskładnikowy adsorbent o wysokiej efektywności, aktywne grzanie w podciśnieniu oraz intensywne chłodzenie - zapewniają one bardzo stabilny punkt rosy przy najniższych kosztach energetycznych. Urządzenia te wyposażone są w system sterowania zwrotnego od punktu rosy, co pozwala zminimalizować koszty eksploatacji proporcjonalnie do zmniejszonego obciążenia urządzenia. Osuszacze o wydajności od 420 do 14 500 m3/godz. wykonywane są w dwóch wersjach: o maks. ciśnieniu roboczym 10 lub 16 barów.
Osuszacze adsorpcyjne znajdują się również w ofercie firmy Compair. Urządzenia wykorzystują adsorpcję pary wodnej w efekcie przepływu przez podłoże materiału osuszającego w dwóch komorach. Do wyboru są urządzenia z regeneracją bez ogrzewania i z ogrzewaniem. Wersja nieogrzewana przy regeneracji środka osuszającego wykorzystuje część osuszonego powietrza.
Przeczytaj także: Peltier - czy osuszanie działa?
Osuszacze membranowe
W konstrukcji osuszaczy membranowych wykorzystuje się membranę w postaci włókna polimerowego. Przez membranę przechodzą cząsteczki osuszanego powietrza. Za dokładne oczyszczanie powietrza odpowiadają filtry wlotowe. 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.
Przykłady osuszaczy membranowych
Przykładem rynkowym są osuszacze membranowe KSI ECOTROC oferowane przez firmę Comfilter. Stanowią one alternatywę dla osuszaczy chłodniczych i adsorpcyjnych w przypadku instalacji z małym zapotrzebowaniem na sprężone powietrze.
Z kolei firma Kaeser oferuje osuszacze membranowe, w których przewidziano rozmieszczenie typu „helix”. W efekcie dzięki specjalnej strukturze włókien powleczonych od środka zapewniona jest większa powierzchnia czynna przy równomiernym rozdziale powietrza. Gwarantuje to dużą wydajność przy stosunkowo niewielkich wymiarach osuszacza. Dysza powietrza płuczącego dozuje je w zależności od bieżącego zapotrzebowania.
Jak wybrać właściwy osuszacz 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.
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.
Tabela porównawcza typów osuszaczy
| 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 |
Na etapie projektowania procesów technologicznych i instalacji sprężonego powietrza należy pamiętać o optymalizacji kosztów. W tym celu należy uwzględnić parametry sprężonego powietrza, wydajność chłodnic końcowych, moc odbiorników i wydajność filtrów.
tags: #osuszacze #chłodzone #wodą #lub #powietrzem #zasada
