Príprava vzduchu, základné pojmy

Stlačený vzduch

POZOR! Základný predpoklad bezpečného fungovania pneumatického systému, ktorým je kvalita stlačeného vzduchu, nemôže byť zanedbaná.

Hlavné zložky vzduchu sú dusík (N2) 78,09 %, kyslík (O₂) 20,95 %, argón (Ar) 0,93 % a iné plyny 0,03 % ako CO₂, metán, či vzácne plyny. Vzduch môže obsahovať ďalšie znečisťujúce látky, ako napríklad plyny s obsahom síry, CO, vodnú paru a rôzne pevné častice (prach).

Okrem spomenutých sa môže počas kompresie a prepravy hadičkami, alebo rozvodmi dostať do stlačeného vzduchu ďalšie znečistenie ešte pred miestom použitia.

Pre rôzne potreby využitia sa normalizovali aj jednotlivé triedy čistoty stlačeného vzduchu.

Triedy čistoty stlačeného vzduchu
ISO 8573-1 norma

Najväčšími znečisťovateľmi stlačeného vzduchu sú pevné častice, voda a olej. Na základe ich množstva zaraďujeme stlačený vzduch do tried čistoty.

V bode merania obsahuje označenie triedy čistoty nasledovné informácie:

ISO 8573-1:2010 [A:B:C]

• A – kategórie pevný častíc | 0 ... 8, X
• B – obsah vlhkosti | 0 ... 9, X
• C – obsah oleja | 0 ... 4, X

Ak úroveň znečistenia spadá do triedy X, potom je znečisťovateľ najväčší a jeho koncentrácia musí byť uvedená v okrúhlych zátvorkách. V nasledujúcom príklade je uvedená koncentrácia kvapalného obsahu vody, C_w 15 g/m³.
Napríklad: ISO 8573-1:2010 [4:X(15):3]

 

Kategorizácia znečisťujúcich látok podľa ISO 8573-1:2010

Pre štandardné použitie pneumatických zariadení sa odporúča použiť nasledovnú úroveň čistoty vzduchu:
ISO 8573-1:2010 [7:4:4]

Povolená úroveň znečistenia podľa normy:

• koncentrácia pevných častíc 5-10 mg/m³
• rosný bod vodnej pary by mal byť nižší ako 3 °C
• koncentrácia oleja maximálne 5 mg/m³

V prípade špeciálnych aplikácií môže nastať potreba pre prísnejšie čistotné podmienky, ktoré môžeme dosiahnuť efektívnejšou prípravou vzduchu.

Pojmy súvisiace s prípravou stlačeného vzduchu

Pri výrobe stlačeného vzduchu je dôležitým aspektom, aby sme dokázali vyrobiť bezolejový stlačený vzduch pri čo najnižších nákladoch a zároveň ho pripraviť na použitie čo najhospodárnejším spôsobom.

V súčasnosti dokážeme vyrobiť stlačený vzduch dobrej kvality s nízkym obsahom/bez oleja (bezolejovými kompresormi, ako aj kompresormi so vstrekovaním oleja alebo kvapaliny) za pomoci použitia vhodných prípravníkov vzduchu – samozrejme treba dbať aj na efektivitu a hospodárnosť aplikácie.

Akú kvalitu má vzduch okolia?

Kvalita stlačeného vzduchu je do veľkej miery ovplyvnená kvalitou nasávaného vzduchu z okolia.

V dôsledku emisií (znečistenia ovzdušia) z priemyslu a dopravy môže obsah uhľovodíkov dosiahnuť 4-14 mg/m³ aj v zónach s bežným znečistením.

V priemyselných halách, kde sa olej používa ako chladiace alebo procesné médium, či mazivo, môže obsah oleja vo vzduchu ďaleko presiahnuť hodnotu 10 mg/m³.

K tomu sa pridávajú ďalšie znečisťujúce látky, ako je oxid siričitý, sadze, kovy a prach, ako aj vlhkosť.

Čo znamená "stlačený vzduch bez oleja"?

Podľa ISO 8573-1 normy môžeme nazvať stlačený vzduch bezolejnatým, keď koncentrácia oleja (vrátate olejovej hmly) je pod hodnotu 0,01 mg/m³. To sú približne 4 % množstva, ktoré sa nachádza v okolitom vzduchu. (Toto je už tak nízka hodnota, že sa už iba veľmi ťažko zisťuje.)

Túto úroveň čisto používame v potravinárskom priemysle, farmácii, či špeciálnych oblastiach vyžadujúcich si takto vysokú úroveň čistoty.

Dôvod vlhkosti

Okolitý vzduch vždy obsahuje určité množstvo vody. Toto množstvo vody závisí od aktuálnej okolitej teploty. Napríklad vzduch nasýtený vodnou parou na 50 % pri teplote +20 °C obsahuje 8,65 gramov vody na meter kubický.

Pri danej teplote a tlaku môže daný objem vzduchu absorbovať len určité množstvo vody. Keď absorbuje maximálne množstvo, stanete sa nasýteným.

Maximálna vlhkosť (hodnota nasýtenia) v tabuľke nižšie:

Ak relatívna vlhkosť vzduchu stúpne nad 100%, para v ňom kondenzuje. V prípade danej vzduchovej hmoty sa teplota, pri ktorej z nej voda kondenzuje, nazýva rosný bod.

Ak sa zvýši tlak vzduchu nasýteného vodnou parou alebo sa zníži jeho teplota, para z neho kondenzuje. To je presne to, čo sa deje v kompresore a dochladzovači - rozpustená vlhkosť vo vzduchu kondenzuje a vzniká kondenzát.

Sušenie stlačeného vzduchu

Keď sa okolitý vzduch ochladí - ako sa to deje v kompresore po stlačení - vodná para kondenzuje.

Praktický príklad

Skrutkový kompresor nasáva 10 m³ vzduchu za minútu s relatívnou vlhkosťou 60% pri teplote 20°C a okolitom tlaku.

Tento objem vzduchu obsahuje približne 104 g vodnej pary.

(Maximálna vlhkosť vzduchu pri 20 °C je 17,3 g/m³, ktorej hodnotu je možné odčítať z nomogramu. Pri 60 % vlhkosti = 17,3 x 60 / 100 = 10,38 g/m³. 10 m³ okolitého vzduchu obsahuje = 103,8 g vody.)

Ak sa toto množstvo vzduchu stlačí na kompresný pomer 1:10, čiže tlak 10 bar, výsledkom bude 1 m³ stlačeného vzduchu za minútu.

Teplota po stlačení je skoro 80 °C. Pri tejto teplote dokáže vzduch absorbovať 290 g vody na meter kubický.

Avšak v skutočnosti obsahuje iba približne 104 g vodnej pary, relatívna vlhkosť vzduchu je okolo 36%, takže nevzniká kondenzát.
(relatívna vlhkosť = absolútna vlhkosť / maximálna vlhkosť x 100 (%). Nahradené hodnotami: 104 g / 290 g x 100 (%) = 35,8 %.)

Teplota stlačeného vzduchu v dochladzovači klesá z 80 °C na 35 °C. Následne však stlačený vzduch dokáže absorbovať už iba 39,6 g/m³ vody.

Rozdiel medzi dvoma údajmi nám udáva množstvo vody, ktoré stlačený vzduch nie je schopný naviazať, preto sa vyzráža, približne 64 g/min.
(103,8 g/m³ - 39,6 g/m³ =64,2 g/m³)

V tomto príklade sa počas 8-hodinového pracovného dňa vyprodukuje takmer 31 litrov kondenzátu.
(64,2 g/min x 60 min = 3852 g/h = 3,85 l/h. 3,85 l/h x 8 h = 30,8 l/zmena.)

Toto množstvo vody sa musí zo systému odstrániť, aby sa zaistila prevádzková bezpečnosť. Sušenie stlačeného vzduchu je teda dôležitou súčasťou správnej prípravy vzduchu – popri zohľadnení potrieb použitia.

POZOR! Vlhkosť v stlačenom vzduchu sa oddeľuje a kondenzuje tam, kde sa zvyšuje prietok a znižuje sa jeho teplota. Tento jav sa zvyčajne vyskytuje najskôr vo vzduchojemoch, ale aj v rozvodnej sieti vzduchu a prevádzkovaných zariadeniach

POZOR! V pneumatických systémoch bežne používané filtre (50 ... 0,01 mikrónov) nedokážu ovplyvniť vlhkosť vzduchu, filtrujú iba pevné nečistoty podľa ich jemnosti filtrácie. Množstvo vody, ktoré sa objaví vo filtračných nádobách, obsahuje vlhkosť zhromaždenú vo forme kvapiek v systéme, ale je to malé množstvo v porovnaní s obsahom rozpustenej vlhkosti v stlačenom vzduchu.

Sušenie stlačeného vzduchu

Druhy sušenia vzduchu:

• absorpčné sušenie
  Absorpčné sušenie je čisto chemický proces. Stlačený vzduch prechádza cez vrstvu sušiacej látky. Voda a vodná para sú chemicky viazané sušiacou látkou, ktorá sa postupne opotrebúva a je potrebné ju dopĺňať a vymieňať.


• adsorpčné sušenie
  Adsorpčné sušenie je fyzikálny proces, pri ktorom stlačený vzduch prechádza cez porézny materiál, špeciálny gél, ktorý absorbuje vodu a vodnú paru. Schopnosť gélu viazať vodu je obmedzená, preto je potrebné ho po nasýtení jednoduchým zákrokom regenerovať. Náplň sa suší prefukovaním vzduchom.


• membránové sušenie
  Membránová sušička sa používa na sušenie stlačeného vzduchu a plynov, s nízkym prietokom (prevažne max. 1000 l/min), v nízkym rosným bodom, ako externý sušič. Jeho centrálnym prvkom je dutá polymérová membrána z mikrovlákna, ktorá je navrhnutá tak, že stenou membrány môžu prechádzať len molekuly vody.


• sušenie chladením
  Chladiaca sušička funguje na princípe chladenia na teplotu rosného bodu. Vzduch určený na sušenie prúdi do výmenníka tepla, ktorý je chladiacou jednotkou ochladzovaný na +3°C. Kondenzovaný olej a voda sú vedené výmenníkom tepla do odlučovača kondenzátu. Stlačený vzduch musí následne prejsť cez jemný filter, aby sa odstránili zvyšné nečistoty.

Prečo je potrebná príprava vzduchu?

Bez ohľadu na dizajn sú všetky kompresory ako „obrovský vysávač“, ktorý nasáva nečistoty z okolitého vzduchu. Pri stláčaní nečistoty koncentruje a následne pri nedostatočnej príprave vzduchu ich prenáša ďalej do rozvodnej siete.

Výrobu stlačeného vzduchu (kompresor), jeho vhodnú prípravu (chladiace sušiace zariadenie, systémové filtračné jednotky) a jeho dopravu na miesto použitia (rozvodná sieť a hadice) považujme za „dané“, keďže od tohto bodu môžeme náš systém považovať za pneumatický systém.

Jedným z definujúcich prvkov v pneumatike je jednotka na úpravu vzduchu, keďže týmito jednotkami vieme zabezpečiť vlastnosti vzduchu potrebné pre prevádzku pneumatického systému (jemnosť filtrácie, hodnota prevádzkového tlaku, úroveň zamlžovania olejom).

Správne pripravený stlačený vzduch je nevyhnutný pre bezpečnú prevádzku pneumatických zariadení.

Cieľom však nie je len zlepšenie bezpečnosti a spoľahlivosti, ale aj zvýšenie životnosti zariadení. Pre optimálny výkon a ochranu pneumatických systémov musí byť stlačený vzduch suchý, regulovaný a podľa potreby mazaný.

Štruktúra pneumatického systému je charakteristická tým, že v závislosti od úlohy je možné do systému bez obmedzenia umiestniť nasledujúce prvky.

Do skupiny jednotiek na prípravu (úpravu) vzduchu sú zahrnuté tieto prvky:

• filtre
• regulátory tlaku
• maznice
• zapínacie a pomalonábehové ventily
• distribučné bloky a tlakové spínače

V nasledujúcej kapitole si ukážeme časti a fungovanie prípravníkov vzduchu.