Úprava stlačeného vzduchu

Vzduch jako energetické médium je sice po celém světě k dispozici téměř neomezeně, jeho kvalita však není všude stejná. Výrazně se liší v různých klimatických zónách a na základě různého zanesení emisemi, které může být způsobeno dopravou, průmyslovou výrobou, zemědělstvím a dalšími vlivy. To vše je nutno při úpravě stlačeného vzduchu odpovídajícím způsobem zohlednit. Díky správné úpravě stlačeného vzduchu lze výrazně snížit míru výpadků strojů a doby odstávek. Nejen stroje potřebují čistý a suchý stlačený vzduch. Jako procesní médium musí stlačený vzduch splňovat technické podmínky a musí být odpovídajícím způsobem upraven. Kvalita stlačeného vzduchu se proto řídí příslušnými požadavky.

Různé procesy při úpravě stlačeného vzduchu

Norma ISO 8573-1 stanovuje povolené množství nečistot na metr krychlový stlačeného vzduchu. Jako 3 primární nečistoty se uvádí pevné částice, voda a olej.

Příslušná třída kvality podle ISO 8573-1 je označena vždy 3 číslicemi.

Různé procesy při úpravě stlačeného vzduchu jsou pak vhodným způsobem sladěny. Zvláštní pozornost patří také znečištění choroboplodnými zárodky a bakteriemi. V normě DIN ISO 8573-1 však nejsou definovány žádné mezní hodnoty pro zárodky/mikroorganismy.

Více o tématu kvality stlačeného vzduchu podle ISO 8573-1 zde …

Koncentrace částic

Při výrobě stlačeného vzduchu dochází k nasávání okolního vzduchu a jeho stlačení pomocí kompresoru. Do stlačeného vzduchu se tak dostane i prach, vlhkost, oleje, aerosoly i mikrobiologické složky v příslušně stlačeném poměru.

Pomocí vhodných filtrů lze postupně dosáhnout správné koncentrace částic.


Zbytkové vlhkostiy

Nejproblematičtější ze všech nečistot ve stlačeném vzduchu je voda. Ta způsobuje nejen poškození korozí, ale podporuje také růst mikroorganismů, které škodí personálu a mohou kontaminovat i produkty a procesy.

Pomocí vhodných sušiček lze zajistit požadovaný stupeň zbytkové vlhkosti.


Obsah zbytkového oleje

Okolní vzduch obsahuje olej v plynném stavu (olejovou páru). Typické hodnoty znečištění se nacházejí mezi 0,05 mg/m³ a 0,5 mg/m³. V oblastech s hustou zástavbou, městech či průmyslových oblastech může však tento obsah být ještě vyšší.

Pomocí vhodných postupů lze obsah zbytkového oleje snížit a sledovat.


Bez choroboplodných zárodků

Systémy stlačeného vzduchu obsahují velké množství mikrobiologických nečistot a teplo a vlhkost v těchto systémech vytvářejí ideální prostředí pro jejich růst.

Avšak i choroboplodné zárodky a mikroorganismy lze ze stlačeného vzduchu trvale odstranit za pomoci technologie pro jeho úpravu, jako jsou sterilní filtry nebo katalyzační technologie.


Nečistoty ve vzduchu

Pouhým okem je téměř nezaznamenáte: pyly, choroboplodné zárodky, částice, vlákna, aerosoly oleje a také těžké kovy jako olovo a kadmium. Nečistoty obsažené v okolním vzduchu mohou omezit funkci rozvodu stlačeného vzduchu, kvalitu výrobků a dokonce i zdraví spotřebitelů.

Kompresor stlačuje nasávaný okolní vzduch na potřebnou úroveň tlaku. Stlačením okolního vzduchu však dojde i ke stlačení nečistot. Bez odpovídající technologie pro úpravu by se nečistoty nerušeně dostaly do rozvodu stlačeného vzduchu a v závislosti na výrobním postupu i do konečného výrobku. Problematika úpravy stlačeného vzduchu se proto týká i procesní bezpečnosti.

Filtrace stlačeného vzduchu

V souvislosti s filtry stlačeného vzduchu se setkáte s nejrůznějšími pojmy. Některé názvy pocházejí od konkrétních výrobců, částečně se prostě a jednoduše vžily nebo se jedná o odborné termíny. Níže vám vysvětlíme některé pojmy, které se často vyskytují pro určité druhy filtrů.

Odlučovače vody / cyklonové odlučovače

Odlučovač vody není filtr ve vlastním smyslu, ale – jak už název napovídá – odlučovač. Zahrazuje cestu inertním kapalinám ve stlačeném vzduchu a pomocí gravitace a odstředivé síly odlučuje vodu.

Odlučovače vody tedy odstraňují ze systému velké množství kapalin a odlehčují tak následně zařazeným sušičkám atd. Tato kapalina se označuje jako kondenzát a je nutno ji odpovídajícím způsobem upravit (kondenzační technika).

Mokrá filtrace / koalescenční filtry

Hojně rozšířené koalescenční filtry interně kombinují různé filtrační technologie, aby dosáhly optimálních výsledků. Často se zde používají filtrační rouna s různými materiálovými vlastnostmi spolu s odpovídajícími výrobními postupy (plisování, navíjení...). Jednotliví výrobci tak usilují o odstranění částic i kapiček kapalin a olejů a rovněž aerosolů, to vše v jednom tělese. Jak přesně takový postup funguje, vysvětlíme dále.

Povrchové filtraci

Částice, které jsou větší než rozestup mezi vlákny filtračního rouna, jsou zadrženy přímo mezi těmito vlákny, tedy zachyceny jako u síta. Protože tento postup probíhá většinou na povrchu, hovoříme často o povrchové filtraci.


Hloubkové filtrace

U hloubkové filtrace, takzvaném odloučení fluidní složky, proniknou pevné částice a aerosoly do filtrační vrstvy. Tam narazí na mnoho jemných vláken, ztratí přitom kinetickou energii, jsou stále pomalejší, až nakonec ulpí na vláknech.


Brownova pohybu

Nejmenší aerosoly se v důsledku Brownova pohybu srazí s vlákny a putují ve směru proudění stlačeného vzduchu podél jejich vnější stěny. V místech rozvětvení vytvářejí větší kapky a stečou do sběrné nádoby, ze které je nutno je odvést jako kondenzát ze stlačeného vzduchu.


Vícestupňová filtrace

Pro dosažení lepšího výsledku po filtraci lze zařadit i několik filtrů částic za sebou. Přitom je nutno nainstalovat vždy hrubší filtr před jemnější. Tento postup se označuje také jako vícestupňová filtrace, protože požadované kvality filtrace je dosaženo v několika stupních po sobě. Společnost BEKO TECHNOLOGIES nabízí koalescenční filtry ve 3 stupních:

. Olejové aerosoly - Částice .
Filtrační stupeň Množství odlučovaných
olejových aerosolů
Vstupní koncentrace Výstupní koncentrace - Odlučování
částic
Velikost částic Třída podle
ISO 8573-1
Hrubý filtr C 84,00 % 30 mg/m³ <=5 mg/m³ - 99,00 % 2,0 -5,0 µm 4. - 4.
Jemný filtr F 99,50 % 10 mg/m³ 0,05 mg/m³ - 99,83 % 0,5 -2,0 µm 2. - 2.
Nejjemnější
filtr S
99,95 % 10 mg/m³ 0,005 mg/m³ - 99,98 % 0,1 -0,5 µm 1. - 2.*

* Pro dosažení třídy 1.–.1 je zpravidla nutné dodatečné použití filtru s aktivním uhlím a prachového filtru, protože koalescenční filtry nedokáží zadržet olejové páry.

Koalescenční filtry a obsah zbytkového oleje

U filtrů stlačeného vzduchu obecně se mluví o takzvaných koalescenčních filtrech. Jak již název napovídá, „splynou“ v takovém filtru menší kapičky do větších kapek. Tím se zlepšuje odlučovací výkon filtru.

Například olejová pára se vyskytuje v tak „malé“ formě, že koalescence nemůže proběhnout. Olejová pára proudí filtrem ničím neomezena. V normě ISO 8573-1 jsou zohledněny všechny olejové složky, tedy složka kapalná, aerosoly i pára. Samotný koalescenční filtr však pro dosažení třídy kvality 1 nestačí.

Vhodnou metodou je adsorpce nebo alternativně katalytická úprava. Viz bezolejový stlačený vzduch…

Vlhkost ve stlačeném vzduchu

Jako vlhkost vzduchu se označuje obsah vodní páry ve vzduchu. Při stejné okolní teplotě může být vlhkost vzduchu rozdílná (pouštní klima, tropické klima). Při určité teplotě může objem vzduchu obsahovat jen omezené množství vodní páry. Přitom se rozlišuje maximální, absolutní a relativní vlhkost.

Jako tlakový rosný bod se označuje teplota, při které je provozní krychlový metr, jenž se nachází pod určitým tlakem, 100% nasycen vodní parou. Pokud se poté stlačený vzduch pod tuto teplotu ochladí, vytvoří se kondenzát.  Ačkoli se vyjadřuje jako teplotní hodnota, neodpovídá rosný bod skutečné okolní teplotě. Stlačený vzduch o teplotě 35 °C může mít např. tlakový rosný bod v hodnotě -40 °C.

Pro způsoby použití, u kterých zbytková vlhkost ve stlačeném vzduchu představuje kritérium kvality, je tlakový rosný bod důležitou veličinou.

  • Příliš vysoká zbytková vlhkost ve stlačeném vzduchu zhoršuje kvalitu lakování, např. tím, že způsobuje tvoření bublinek.
  • Hygroskopické produkty, které absorbují vodu, jako např. prášky, koření, sůl nebo cukr, se ve výrobním procesu slepí.
  • V nechráněném, studeném prostředí vede vlhkost ve stlačeném vzduchu například k zamrznutí ovládacích ventilů a korozi přístrojů, které pracují se stlačeným vzduchem.

Postupy vysoušení stlačeného vzduchu

Mnozí uživatelé si nejsou vědomi toho, kolik vody může vzniknout použitím systému stlačeného vzduchu. V kompresoru se stlačuje velké množství vlhkého atmosférického vzduchu, které vystupuje jako stlačený vzduch, nasycený 100% vodní párou. Stlačený vzduch se ukládá do nádrží a poté se pohybuje potrubní sítí, takže zchladne a vodní pára zkondenzuje na kapalnou vodu, která opět tvoří i aerosoly nebo vodní mlhu. Instalace odlučovačů vody sníží množství kapalné vody v proudu stlačeného vzduchu a koalescenční filtry snižují množství vodních aerosolů, avšak samotná filtrace není ke snížení obsahu vody zkrátka dostatečná. Pokud jsou nainstalovány pouze odlučovače vody, je nejlepší možná klasifikace pro vodu podle normy ISO 8573-1 třída 6.

Ke snížení množství vodní páry se používá sušička. Pro vysoušení jsou zavedeny tři možné postupy – kondenzační sušičky, membránové sušičky a adsorpční sušičky. Kritérii výběru jsou přitom tlakový rosný bod, objemový průtok, způsob použití a požadovaná kvalita stlačeného vzduchu podle vyžadované třídy, dále pak hospodárnost systému a s tím spojené náklady.

Postup Kondenzační sušičky Membrane dryer Adsorption dryer
Tlakový rosný bod Tlakový rosný bod leží mezi +3 a +10 °C Tlakový rosný bod leží mezi +10 a -40 °C Tlakový rosný bod leží mezi -20 a -70 °C
Objemový průtok cca 20 až 17 600 m³/h cca 20 až 2 250 l/min cca 10 až 100 000 m³/h
Princip funkce Kompresor a výměník tepla s kondenzačním principem Vlhkost se odvádí pomocí profukovacího vzduchu do okolního prostředí Vlhkost se váže pomocí vysoušecího prostředku
Poznámka Nevhodné pro okolní teploty pod bodem mrazu Sušičky pro koncové místo, které lze využít i v rozvodech stlačeného vzduchu ohrožených mrazem Velmi široký rozsah možných hodnot tlakového rosného bodu a vysokého objemového průtoku.

Kondenzační sušičky se používají většinou na začátku systému stlačeného vzduchu, za vhodným odlučovačem vody a odvaděčem kondenzátu. Membránové sušičky se často používají v blízkosti samotného použití stlačeného vzduchu, tedy místa jeho odběru. Často se používají jako doplnění kondenzačních sušiček jako takzvané sušičky pro koncové místo pro menší objemové průtoky. Adsorpční sušičky se v závislosti na způsobu použití zařazují na začátek systému stlačeného vzduchu nebo v blízkosti jeho použití a jsou vhodné pro velmi velké objemové průtoky.

Víte, že... Tlakový rosný bod a netěsnosti

Tlakový rosný bod (TRB) je důležitou veličinou a jedním z kritérií kvality při úpravě stlačeného vzduchu. Běžný okolní vzduch s atmosférickým tlakem v hodnotě 1 bar může absorbovat podstatně více vlhkosti než stlačený vzduch. Tlakový rosný bod s rostoucím tlakem v systému stoupá – a naopak.

Pokud systém stlačeného vzduchu vykazuje netěsnosti, TRB se zhoršuje. Kvalita dosažená pomocí náročných vysoušecích procesů se pak opět snižuje. Lokalizace a odstranění netěsností tak v této souvislosti získává na významu nejen s ohledem na hospodárnost, ale i procesní bezpečnost.

Zjistit více…

Obsah zbytkového oleje a zárodky ve stlačeném vzduchu

V mnoha výrobních závodech přichází stlačený vzduch přímo nebo nepřímo do kontaktu s výrobním zařízením, výrobky nebo obalovými materiály (zvláště to platí pro potravinářský a nápojový průmysl a dále pro farmaceutický a elektronický průmysl). Kontaminace obsahem zbytkového oleje, mikroorganismy a choroboplodnými zárodky má pak závažné důsledky pro kvalitu produktu, bezpečnost spotřebitelů a pověst značky.

Při účinné ochraně před průnikem oleje do systému stlačeného vzduchu a procesní bezpečnosti při použití s citlivými výrobky velmi záleží na vzájemném působení. Teprve přesně sladěná souhra různých komponent pro úpravu stlačeného vzduchu zaručí jeho požadovanou kvalitu. Často bývají rovněž podceňovány možné zdroje znečištění.

Zde můžete zjistit více...

Vaše cesta k tomu stát se expertem na stlačený vzduch

Při úpravě stlačeného vzduchu do sebe navzájem zasahují různé procesy. Správné pořadí, uspořádání a dimenzování nainstalovaných komponent je pro kvalitu rozhodující a efektivní úprava výraznou měrou přispívá ke snížení provozních nákladů.

Chcete se dozvědět více o základech problematiky stlačeného vzduchu a jeho úpravy?

V tom případě vám doporučujeme naši rozsáhlou nabídku školení. Další informace naleznete zde...