Dlaczego w mojej sprężarce jest woda?

Kondensacja wody jest zjawiskiem naturalnym i produktem ubocznym sprężania powietrza. Ilość wody wytwarzanej przez sprężarkę powietrza jest w dużej mierze zależna od warunków wlotowych, jakości otaczającego powietrza w danym środowisku, a także od ciśnienia. Mówiąc prościej, temperatura powietrza, wilgotność, wielkość sprężarki i wymagane ciśnienie robocze określą zawartość wody wychodzącą z urządzenia i potencjalnie do przewodów sprężonego powietrza. Naturalnie gorące i wilgotne powietrze ma wyższą wilgotność niż zimne powietrze, co spowoduje, że ze sprężarki wydostanie się więcej wody. Na przykład rotacyjna śrubowa sprężarka powietrza o mocy 55 kW, która pracuje w temperaturze otoczenia 24 °C przy wilgotności względnej 75%, będzie wytwarzać 280 litrów wody dziennie. Poniżej przedstawiono proces usuwania wilgoci w układzie sprężonego powietrza.

Woda ta może być oddzielana z wykorzystaniem odpowiednich akcesoriów, takich jak chłodnice końcowe, separatory kondensacji, osuszacze chłodnicze i osuszacze adsorpcyjne. 

Sprężarka pracująca pod ciśnieniem 7 bar(e) spręża powietrze do 7/8 jego objętości. Zmniejsza to również zdolność powietrza do utrzymywania pary wodnej o 7/8.

Czynniki te określają, jakie połączenie chłodnic i osuszaczy jest odpowiednie.

Aby dokładniej objaśnić wilgotność sprężonego powietrza, oceńmy temperaturę otoczenia, natężenie przepływu (rozmiar sprężarki), ciśnienie na wlocie, temperaturę na wlocie oraz ciśnieniowy punkt rosy (PDP).

Aby to wyjaśnić, przyjrzyjmy się, w jaki sposób parametry takie jak temperatura otoczenia, natężenie przepływu (rozmiar sprężarki), ciśnienie wlotowe, temperatura wlotowa i pożądany ciśnieniowy punkt rosy (PDP) wpływają na proces osuszania i potencjalną zawartość wody w sprężonym powietrzu.

Przepływ lub wielkość sprężarki. W zastosowaniach wymagających wyższych przepływów (l / s) skutkuje większą zawartością wody w systemie.

Temperatura otoczenia / wilgotność. Sprężarki, które pracują w wyższej temperaturze otoczenia i wilgotnym środowisku, ostatecznie wytwarzają w układzie sprężonego powietrza większe ilości wody.

Temperatura na wlocie. Jeśli temperatura na wlocie do osuszacza jest wyższa, w sprężonym powietrzu będzie obecna większa zawartość wody, dlatego do uzdatniania powietrza i wykroplenia wody potrzebny będzie większy osuszacz.

Ciśnienie. W przeciwieństwie do przepływu, temperatury lub wilgotności ciśnienie działa odwrotnie, ponieważ im wyższe ciśnienie, tym mniej wody zawiera sprężone powietrze i łatwiej jest je osuszyć. Jeśli weźmiesz pod uwagę gąbkę wypełnioną wodą, im mocniej ściśniesz gąbkę, tym mniej będzie w niej wody.

Ciśnieniowy punkt rosy (PDP). Ciśnieniowy punkt rosy jest powszechnym sposobem pomiaru zawartości wody w sprężonym powietrzu. PDP odnosi się do punktowej wartości temperatury, w której powietrze lub gaz są nasycone wodą i rozpoczyna proces kondensacji lub przekształcenia w stan ciekły. Można to również wyjaśnić jako punkt, w którym powietrze nie jest w stanie zatrzymać więcej pary wodnej. Aby zminimalizować zawartość wody w naszym sprężonym powietrzu, wymagany jest niższy poziom PDP, podczas gdy wyższe wartości PDP odnoszą się do większej ilości pary wodnej w systemie. PDP określa rozmiar osuszacza i poziomy kondensacji w sprężonym powietrzu.

Niższy ciśnieniowy punkt rosy w systemach osuszających oznacza wyższe koszty energii, ponieważ usunięcie wilgoci wymaga większego wysiłku. Aby utrzymać niskie koszty, należy unikać stosowania rozwiązań osuszających, które wykraczają poza rzeczywiste potrzeby. Zamiast tego warto wybrać system osuszający, który spełnia określone wymagania, aby utrzymać wydajność i kontrolować wydatki.

Podczas kontroli sprężonego powietrza ważne jest, aby znać różnice pomiędzy typami dostępnych czujników punktu rosy:

• Pojemnościowe czujniki punktu rosy: idealnie nadają się do ciągłego monitorowania punktu rosy w układach sprężonego powietrza. Mierzą zmiany pojemności spowodowane poziomem wilgotności, dostarczając dane w czasie rzeczywistym. Pomaga to utrzymywać optymalne warunki osuszania i może prowadzić do oszczędności energii, gdy są one używane z odpowiednimi elementami sterującymi osuszaczem.

• Chłodzone lustro: ta technologia zapewnia najdokładniejszy pomiar punktu rosy poprzez chłodzenie lustra aż do pojawienia się skroplin. Temperatura, przy której występuje ten stan, to punkt rosy. Jednak chłodzone lustra są drogie, wymagają częstego czyszczenia, przeszkolonego operatora i okresowej kalibracji, co sprawia, że są one mniej odpowiednie do ciągłego monitorowania.

• Wskaźnik wilgotności: ekonomiczne narzędzie, które zmienia kolor w celu wskazania poziomu wilgotności. Można go zainstalować w dowolnym miejscu układu za osuszaczem powietrza. Mimo że stanowi szybki wizualny wskaźnik wzrostu poziomu wilgotności, nie stanowi on dokładnego narzędzia pomiarowego.

Poznanie tych narzędzi może znacznie zwiększyć skuteczność procesu kontroli sprężonego powietrza.

Nadmierna wilgoć w sprężonym powietrzu może mieć szkodliwy wpływ na proces produkcyjny i zagrozić skuteczności jego działania. Pozostawiona sama sobie kondensacja w sprężonym powietrzu może uszkodzić i spowodować problemy w układach pneumatycznych, silnikach pneumatycznych, zaworach, a także w jakichkolwiek elementach lub maszynach podłączonych do układu sprężonego powietrza, może też ewentualnie zanieczyścić proces lub produkt końcowy. Oto lista, która dodatkowo wyjaśnia niekorzystne skutki wilgoci:

• Korozja instalacji rurowej i sprzętu (tj. CNC i innych maszyn produkcyjnych)
• Uszkodzenie pneumatycznych elementów sterujących, które może powodować kosztowne przestoje
• Rdzewienie i zwiększone zużycie sprzętu produkcyjnego z powodu zmywania środka smarnego
• Problemy z jakością wynikające z ryzyka przebarwienia, obniżonej jakości i przyczepności farby
• Podczas operacji w niskich temperaturach może wystąpić zamarzanie, powodując uszkodzenie pneumatycznych linii sterujących
• Powoduje nadmierną konserwację sprężarki powietrza i skraca żywotność sprzętu

Wybór odpowiedniej metody osuszania sprężonego powietrza zależy w dużej mierze od określonych wymagań pozwalających spełnić normy kontroli jakości dla danego zastosowania.

1. Jednym z pierwszych kroków jest usunięcie wilgoci ze sprężonego powietrza wewnątrz sprężarki. Jest to ważne, ponieważ separator wilgoci lub chłodnica końcowa są w stanie usunąć 40–60% odparowanej wody.
2. Po opuszczeniu chłodnicy końcowej sprężone powietrze pozostaje nasycone wodą i jeśli nie zostanie odpowiednio osuszone, może to mieć szkodliwy wpływ na cały układ.
3. W związku z tym, że zbiornik sprężarki powietrza jest znacznie chłodniejszy niż doprowadzane gorące sprężone powietrze, wykorzystanie zbiornika powietrza może pomóc w zmniejszeniu zawartości wody. Niezwykle ważne jest, aby pamiętać, że mokry zbiornik zbiera nadmiar wilgoci i należy go codziennie opróżniać. Należy o tym pamiętać, aby uniknąć korozji i nadmiernego zużycia.
4. Jeśli zastosowanie wymaga dalszego usuwania wilgoci, konieczne jest zamontowanie zewnętrznego lub wewnętrznego (wbudowanego) osuszacza. 

• W przypadku osuszaczy chłodniczych temperatura powietrza jest obniżana do 3°C (37°F). Proces ten powoduje skraplanie pary wodnej ze sprężonego powietrza. Jeśli punkt rosy osuszacza chłodniczego jest niewystarczający, należy użyć adsorpcyjnego osuszacza powietrza.
• Osuszacz adsorpcyjny obniża punkt rosy do co najmniej -40°C, co powoduje całkowite wysuszenie powietrza. Poziomy te są niezbędne do lakierowania natryskowego, drukowania oraz innych zastosowań związanych z narzędziami pneumatycznymi.

Wodę można oddzielić za pomocą takich urządzeń, jak: chłodnice końcowe, separatory kondensatu, osuszacze ziębnicze i osuszacze adsorpcyjne. Sprężarka pracująca przy nadciśnieniu 7 bar (e) spręża powietrze do 7/8 jego objętości. Zmniejsza to również zdolność powietrza do zatrzymywania pary wodnej o 7/8. Ilość uwalnianej wody jest znaczna. Na przykład sprężarka o mocy 100 kW, która zasysa powietrze o temperaturze 20 °C i wilgotności względnej 60%, wydziela około 85 litrów wody podczas 8-godzinnej zmiany. W związku z tym ilość wody, która zostanie oddzielona zależy od obszaru zastosowania sprężonego powietrza. To z kolei określa, która kombinacja osuszaczy jest odpowiednia.

Wybór właściwej metody osuszania sprężonego powietrza zależy w dużej mierze od konkretnych wymagań, które należy spełnić, aby nie narazić na szwank procesu i produktu końcowego. Jeden z pierwszych kroków usuwania wilgoci ze sprężonego powietrza ma miejsce wewnątrz sprężarki, ponieważ już separator wilgoci lub chłodnica końcowa są w stanie pozbyć się 40–60% odparowanej wody.

Gdy sprężone powietrze opuszcza chłodnicę końcową, pozostaje nasycone wodą i może nie wpływać prawidłowo na cały system. Wykorzystanie zbiornika powietrza może również pomóc w zmniejszeniu zawartości wody w sprężonym powietrzu, ponieważ temperatura otoczenia zbiornika jest znacznie niższa niż gorące sprężone powietrze wydobywające się ze sprężarki. Należy pamiętać, że mokry zbiornik gromadzi nadmiar wilgoci i dlatego należy go codziennie opróżniać, aby uniknąć korozji i nadmiernego zużycia.

Jeśli aplikacja wymaga dalszego usuwania wilgoci, konieczne jest wprowadzenie zewnętrznego lub wewnętrznego (zintegrowanego) osuszacza. W zależności od pożądanego punktu rosy mamy do dyspozycji dwa rodzaje osuszaczy: ziębnicze i adsorpcyjne. W osuszaczu ziębniczym temperatura powietrza jest obniżana do trzech stopni Celsjusza, powodując kondensację pary wodnej ze sprężonego powietrza w tej temperaturze. Jeśli punkt rosy osuszacza ziębniczego nie jest wystarczający do osiągnięcia pożądanego rezultatu należy zastosować osuszacz powietrza zawierający specjalny adsorbent. W takim przypadku punkt rosy obniża się co najmniej do -40 stopni Celsjusza, co powoduje, że suche (wymrożone) powietrze ma kluczowe znaczenie w operacjach malowania natryskowego, drukowania i innych zastosowaniach związanych z zasilaniem narzędzi pneumatycznych.