Przemysłowe osuszacze pary: zasada działania i zastosowanie
- Szczegóły
Osuszanie sprężonego powietrza jest kluczowym procesem w wielu gałęziach przemysłu. Woda i wilgoć zawarte w sprężonym powietrzu mogą powodować korozję, zatykanie narzędzi pneumatycznych, awarie urządzeń oraz w efekcie wpływać na obniżenie jakości końcowych produktów. W niniejszym artykule omówimy różne metody i technologie stosowane do osuszania sprężonego powietrza, ich zasadę działania, zalety i wady oraz zastosowanie w przemyśle.
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.
Dlaczego osuszanie sprężonego powietrza jest tak ważne?
Sprężone powietrze, które jest wilgotne, niesie ze sobą ryzyko wprowadzenia wody do systemów pneumatycznych i innych urządzeń. Obecność wilgoci w sprężonym powietrzu może prowadzić do wielu problemów, takich jak:
- korozja rur i zbiorników magazynujących
- uszkodzenie narzędzi pneumatycznych i innych urządzeń
- zanieczyszczenie produktów końcowych, szczególnie w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym
- zmniejszenie efektywności i niezawodności całego systemu pneumatycznego
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.
Metody osuszania sprężonego powietrza
Istnieje kilka głównych metod osuszania sprężonego powietrza, które różnią się zasadą działania, efektywnością oraz kosztami eksploatacji. Do najczęściej stosowanych metod należą:
Przeczytaj także: TTK - Osuszacze powietrza dla budownictwa: Co warto wiedzieć?
- Osuszanie chłodnicze (ziębnicze, kondensacyjne)
- Osuszanie adsorpcyjne
- Osuszanie membranowe
- Osuszanie chemiczne
- Osuszanie za pomocą pochłaniaczy wilgoci
1. Osuszanie chłodnicze
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.
Zasada działania osuszaczy ziębniczych
Osuszanie chłodnicze polega na schładzaniu sprężonego powietrza do temperatury poniżej punktu rosy, co powoduje kondensację pary wodnej. Skroplona woda jest następnie oddzielana i usuwana z powietrza, a osuszone sprężone powietrze jest ponownie podgrzewane do temperatury zbliżonej do temperatury otoczenia.
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.
Przeczytaj także: Leroy Merlin osuszacze przemysłowe - opinie użytkowników
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.
Zalety osuszania chłodniczego
- wysoka efektywność w usuwaniu wilgoci
- niskie koszty eksploatacji w porównaniu do innych metod
- łatwość instalacji i konserwacji
Wady osuszania chłodniczego
- ograniczona skuteczność w bardzo niskich temperaturach (poniżej 0°C)
- zajmuje więcej miejsca niż inne metody osuszania
- wymaga zasilania elektrycznego
Zastosowanie osuszania ziębniczego
Osuszacze kondensacyjne są powszechnie stosowane w przemyśle motoryzacyjnym, elektronicznym, spożywczym oraz w zakładach produkcyjnych, gdzie wymagane jest osuszanie powietrza do średniego, podstawowego poziomu wilgotności.
Kondensacyjne osuszacze powietrza są często stosowane jako gotowe do pracy agregaty w obiektach przemysłowych i mniejszych obiektach firmowych, a także do usuwania wilgoci na pływalniach. Kondensacyjne osuszacze powietrza są efektywnym energetycznie i ekonomicznym rozwiązaniem wszędzie tam, gdzie względna wilgotność powietrza wynosi od 45 do 60%.
2. Osuszanie adsorpcyjne
Osuszacze adsorpcyjne są stosowane wszędzie tam, gdzie kondensacyjne osuszacze powietrza napotykają na swoje granice fizyczne i gdzie wymagane jest utrzymanie bezwzględnej wilgotności powietrza lub zawartości pary wodnej na minimalnym poziomie.
Zasada działania osuszaczy adsorpcyjnych
Osuszanie adsorpcyjne wykorzystuje materiały adsorpcyjne, takie jak żel krzemionkowy, tlenek glinu lub sita molekularne, które mają zdolność do przyciągania i zatrzymywania cząsteczek wody z powietrza. Proces osuszania adsorpcyjnego może być realizowany w trybie regeneracji gorącym powietrzem (obecnie - najczęściej z otoczenia) lub regeneracji zimnym osuszonym powietrzem.
Przeczytaj także: Peltier - czy osuszanie działa?
- regeneracja „na gorąco” - wykorzystuje ciepło do usuwania wilgoci z adsorbentu
- regeneracja „na zimno” - wykorzystuje część strumienia już osuszonego powietrza do osuszania adsorbentu
Zasada sorpcji opiera się na właściwości niektórych materiałów, polegających na wiązaniu wody na ich powierzchni.
Wentylator zasysa wilgotne powietrze z otoczenia (powietrze procesowe), które jest przekazywane dalej przez rotor adsorpcyjny. Jest on zbudowany z pofalowanej masy akumulującej o drobnych lamelach, dzięki czemu wykazuje nadzwyczaj dużą powierzchnię wewnętrzną, która jest pokryta silnie higroskopijnym żelem krzemionkowym.
Zawarta w powietrzu para wodna jest wówczas prawie w całości adsorbowana. Powietrze regenerujące, ogrzane wcześniej przez grzałkę regeneracyjną do temperatury ok. 120°C, przepływa przez sektor regeneracyjny 90° rotora na zasadzie przeciwprądu. Związana w rotorze para wodna jest teraz eliminowana w procesie adsorpcji i usuwana na zewnątrz wraz ze strumieniem wilgotnego powietrza.
Zalety osuszania adsorpcyjnego
- skuteczność w usuwaniu wody i pary wodnej ze strumienia spr. powietrza (nawet do ciśnieniowego punktu rosy -70°C)
- wysoka efektywność osuszania w porównaniu z innymi metodami stosowanymi w technice
- możliwość osuszania powietrza do bardzo niskiego poziomu bezwzględnej resztkowej zawartości wilgoci
Wady osuszania adsorpcyjnego
- wyższe koszty inwestycji, eksploatacji i serwisu w porównaniu do osuszaczy chłodniczych
- wymaga regularnej wymiany adsorbentu (co kilka lat)
- wyższe zużycie energii w trybie regeneracji „na gorąco”
- wrażliwość na obecność oleju w osuszanym powietrzu
- większe wymagana dotyczące filtracji (wymagane filtry wstępne oraz filtr końcowy cząstek stałych)
- straty spr. powietrza na regenerację adsorbentu (osuszacze regenerowane „na zimno”) wynikające z zasady działania
Zastosowanie osuszania adsorpcyjnego
Osuszacze adsorpcyjne są stosowane jako osuszacze centralne lub lokalnie do zasilania wybranych urządzeń:
- w aplikacjach wymagających bardzo suchego powietrza, takich jak przemysł farmaceutyczny, produkcja elektroniki, zakłady chemiczne oraz w systemach, gdzie powietrze musi być wolne od wilgoci nawet w bardzo niskich temperaturach.
- w zastosowaniach, gdzie sprężone powietrze używane jest w niskich temperaturach otoczenia (np. przemysł spożywczy) lub instalacja sprężonego powietrza prowadzona jest np. na zewnątrz pomieszczeń - między budynkami (zima - zagrożenie zamarzaniem elementów rurociągu)
Precyzyjnie zdefiniowana wilgotność powietrza w procesach produkcji jest często warunkiem stabilnej jakości produktów. Rurociągi, instalacje, materiały eksploatacyjne i urządzenia techniczne są chronione przed uszkodzeniami na skutek wilgoci. Przyczynia się to do zapewnienia stałej gotowości do pracy i chroni przed dużymi kosztami napraw.
3. Osuszanie membranowe
Zasada działania osuszaczy membranowych
Osuszanie membranowe wykorzystuje półprzepuszczalne membrany w postaci wiązki włókien ze specjalnego materiału (podobnych z wyglądu do światłowodów), zainstalowanej w nierozbieralnej obudowie, a które pozwalają na selektywne przepuszczanie cząsteczek wody, jednocześnie zatrzymując cząsteczki powietrza wewnątrz włókien. Sprężone powietrze przechodzi przez membranę, a wilgoć jest oddzielana i odprowadzana na zewnątrz do otoczenia.
Zalety osuszania membranowego
- stopień osuszenia lepszy niż dla osuszaczy chłodniczych (punkt. rosy: ok. -17…-20°C)
- brak potrzeby zasilania elektrycznego
- możliwość zainstalowania w dowolnej pozycji, bezpośrednio na urządzeniu
- brak ruchomych części i nierozbieralna konstrukcja, co zmniejsza wymagania konserwacyjne
- kompaktowa konstrukcja, łatwy montaż - zwykle bezpośrednio na rurociągu lub na zasilanym urządzeniu, zajmuje niewiele miejsca.
Wady osuszania membranowego
- ograniczona wydajność w usuwaniu dużych ilości wilgoci (zwykle do 100-150 m3/h)
- nieco wyższe koszty zakupu w porównaniu do osuszaczy chłodniczych
- rzeczywisty poziom osuszenia zmienny i zależny od lokalnych warunków roboczych
- ograniczona skuteczność w wysokich temperaturach
- ograniczony zakres ciśnień roboczych (zwykle do 10- 12 bar max.)
- wrażliwość na obecność oleju, wody i zanieczyszczeń stałych na wlocie co oznacza konieczność zastosowania skutecznej filtracji wstępnej z dobrym spustem kondensatu
- obecność strat sprężonego powietrza na regenerację (do 20…25%) - wynika z zasady działania
Zastosowanie osuszaczy membranowych
Osuszacze membranowe są idealne do zastosowań, gdzie wymagana jest kompaktowość, niski wymagania dotyczące konserwacji i niskie zużycie energii, takich jak laboratoria, przemysł medyczny i małe zakłady produkcyjne.
4. Osuszanie chemiczne
Zasada działania osuszaczy chemicznych
Osuszanie chemiczne polega na wykorzystaniu substancji chemicznych które reagują z wodą zawartą w sprężonym powietrzu, tworząc związki stałe lub ciecz. Najczęściej stosowane środki chemiczne to chlorek wapnia, krzemionka i tlenki metali.
Zalety osuszania chemicznego
- skuteczność w szerokim zakresie temperatur
- możliwość uzyskania bardzo niskiego poziomu wilgotności
- niskie koszty początkowe instalacji
Wady osuszania chemicznego
- wymaga regularnej wymiany lub regeneracji środków chemicznych
- potrzebne są specjalne procedury utylizacji zużytych chemikaliów
- wyższe koszty eksploatacji w długim okresie.
Zastosowanie osuszaczy chemicznych
Osuszacze chemiczne są stosowane w przemyśle chemicznym, farmaceutycznym i spożywczym, gdzie wymagana jest wysoka skuteczność osuszania i możliwość uzyskania bardzo suchego powietrza. Są to zastosowania specjalne, dlatego ten typ osuszania rzadko jest używany w instalacjach pneumatyki.
5. Osuszanie za pomocą pochłaniaczy wilgoci
Zasada działania pochłaniaczy wilgoci
Pochłaniacze wilgoci, takie jak pakiety z krzemionką lub chlorkiem wapnia, są umieszczane w strumieniu sprężonego powietrza. Te materiały przyciągają i zatrzymują (absorbują) cząsteczki wody, osuszając powietrze przechodzące przez nie.
Zalety metody pochłaniania wilgoci
- prosta instalacja i obsługa
- niskie koszty początkowe
- skuteczność w usuwaniu wilgoci w małych systemach
Wady metody pochłaniania wilgoci
- ograniczona pojemność pochłaniacza wilgoci, wymagająca częstej jego wymiany
- niska wydajność w dużych systemach pneumatycznych
- wymaga monitorowania i regularnej wymiany materiałów pochłaniających
Zastosowanie pochłaniaczy wilgoci
Pochłaniacze wilgoci są stosowane w małych systemach pneumatycznych, takich jak laboratoria, przemysł elektroniczny i medyczny, gdzie wymagana jest prosta i skuteczna metoda osuszania niewielkich strumieni sprężonego powietrza.
W jakich branżach stosuje się sprężone powietrze?
Prawdą jest to, że 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 osuszacze 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.
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.
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.
tags: #osuszacze #pary #przemyslowe #zasada #działania
