Sušení stlačeného vzduchu

28
TECHNOLOGIE ÚPRAVA VZDUCHU
AUTOEXPERT | ZÁŘÍ 2007
JAROMÍR PROCHÁZKA
Sušení stlačeného
vzduchu
V minulých vydáních AutoEXPERTU jsme se věnovali různým oblastem úpravy stlačeného vzduchu – jeho kvalitě, filtraci a některým
základním fyzikálním zákonitostem. Dnes si objasníme zejména
způsoby odstraňování vlhkosti stlačeného vzduchu. K tomu slouží
různě složitá zařízení pracující na rozdílných fyzikálních či chemických principech.
Každý kompresor nasává jisté množství
vodní páry i kapiček, které jsou obsaženy ve
vzduchu. Jejich množství je závislé na teplotě
a relativní vlhkosti nasávaného vzduchu (při
daném atmosférickém tlaku). Je zřejmé, že
množství vody ve vlhkém vzduchu se v průběhu roku mění; větší množství vody v plynném i kapalném skupenství bývá v letních
měsících (díky vysokým teplotám je obsažen
vyšší podíl vodních par; při dosažení rosného
bodu se „přemění“ na vodní částice, což se
projeví např. ve formě rosy).
VODA – PLYN I KAPALINA
Pro každý dílenský provoz je nezbytné zajistit
co nejnižší množství vodních částic ve stlačeném vzduchu. Současně je ale rovněž důležité, aby relativní vlhkost vzduchu (daná obsahem vodní páry) byla méně než 40 – 50 %.
Celá řada provozovatelů se mylně domnívá,
že vzduch bez viditelných vodních částic vodu
neobsahuje. Opak je ale pravdou – pokud je
jeho relativní vlhkost vyšší než 50 %, voda je
obsažena především v plynném skupenství ve
formě páry a dochází tak k výrazné korozi či
oxidaci součástí – např. pneumatických prvků
či nářadí. Vzduch se tedy „suší“ zejména proTlakový
rosný
bod
0 ŻC
1 ŻC
2 ŻC
Æ 3 ŻC
4 ŻC
5 ŻC
6 ŻC
7 ŻC
8 ŻC
9 ŻC
10 ŻC
Teplota v rozvodu stlačeného
vzduchu
5 ŻC
10 ŻC
15 ŻC
20 ŻC
Relativní vlhkost vzduchu v %
66
48
35
26
76
55
40
30
82
59
43
32
88
63
46
34
94
100
100
100
100
100
100
68
72
77
82
88
94
100
50
53
57
60
64
69
73
37
39
42
45
48
51
54
1 Tabulka vyjadřuje, jak se změní relativní
vlhkost vzduchu v systému: např. suší-li se
vzduch na tlakový rosný bod 0°C, při jeho následném ohřevu na 15 °C v rozvodu je relativní
vlhkost 35 %. Červené hodnoty představují
riziko koroze.
to, aby mimo odstranění samotných vodních
částic (kapiček) byla zajištěna jeho relativní
vlhkost (obsah par) pod 50 %. V opačném
případě to každý provozovatel velmi rychle
pozná na svém vybavení. Je tedy poněkud
liché domnívat se, že vysušený vzduch je
potřeba pouze v provozu lakoven.
JAK NA TO
Principy vysoušení („odstraňování vzdušné
vlhkosti“) jsou následující:
1. Sorpce: odstranění vody jejím navázáním
na sorpční látku
Î adsorpce: fyzikální postup
– voda se váže díky molekulárním silám na sušicí
prostředek
Î absorpce: chemický
postup – voda je vázána
ABSORPCE
díky chemické reakci se
sušicím prostředkem
PEVNÉ SUŠ. ROZPUSTNÉ SUŠ.
PROSTŘEDKY
PROSTŘEDKY
2. Kondenzace: odloučení
vody překročením rosného bodu
Î stlačení vzduchu (s následným odloučením
vody)
Î ochlazení v chladicí sušičce (s následným
odloučením vody)
LEVNĚ A EFEKTIVNĚ
V první řadě se podívejme na kondenzační
sušičky – nejrozšířenější a také nejlevnější způsob odstranění vlhkosti v běžných
provozech. Zařízení pracující tímto způsobem zajišťují přibližně 90 % všech sušicích
procesů (v průmyslové praxi se používá také
adsorpčního vysoušení, avšak v oblasti autoopravárenství se jej používá málokdy). Pro
lepší pochopení problematiky si nyní shrňme
základní definované veličiny (viz také minulá
vydání AutoEXPERTU) a podívejme se na ně
podrobněji:
ZPŮSOB SUŠENÍ
STL. VZDUCHU
KONDENZACE
SORPCE
ABSORPCE
TEKUTÉ SUŠ.
PROSTŘEDKY
STLAČENÍ +
ODLEHČENÍ
OCHLAZENÍ
PEVNÉ SUŠ.
PROSTŘEDKY
REGENERACE
BEZ TEPLA
ROZPUSTNÉ SUŠ.
PROSTŘEDKY
ZAHŘÁTÍ REG.
VZDUCHU
2 Základní způsoby sušení stlačeného
vzduchu.
teplotu rosného bodu, pak relativní vlhkost
dosahuje 100 %. Další ochlazování potom
vede ke kondenzaci vody. Důležité při tomto
jevu je, aby jímavá schopnost vzduchu nasytit
se vodní párou závisela pouze na teplotě,
nikoliv na tlaku. Protože však stlačený vzduch
na své cestě od místa nasávání kompresorem až k místu svého upotřebení podléhá
změnám teplot a současně změnám tlaku,
používá k označení provozního stavu sušicího
zařízení pro větší přesnost pojem tlakový
rosný bod.
TLAKOVÝ ROSNÝ BOD
TEPLOTA ROSNÉHO BODU
Pod pojmem teplota rosného bodu se rozumí
taková teplota, při které je vzduch nasycen
vodní párou. Když je vzduch ochlazen na svou
Tento pojem označuje rosný bod (stav nasycení = 100 % relativní vlhkosti) při aktuálním
(právě platném) provozním tlaku. U chladicích
sušiček znamená pojem „tlakový rosný bod“
AUTOEXPERT | ZÁŘÍ 2007
nejčastěji nejnižší teplotu vzduchu, které
může být dosaženo v chladicí/adsorpční
sušičce při provozním tlaku, přičemž se
předpokládá plné odstranění kondenzátu
z procházejícího vzduchu. Tato teplota se
dá lehce ověřit pomocí běžného teploměru
na nejstudenějším místě v proudu vzduchu,
zatímco k měření absolutní vlhkosti (tj. hmotnost vodních par v kg na m3 vzduchu) jsou
zapotřebí značně nákladné měřicí přístroje.
TECHNOLOGIE ÚPRAVA VZDUCHU
prodej a opravy autoservisní techniky
vlhký vzduch
suchý vzduch
chladivo
Technicky vyspělý způsob chladicího sušení je nejhospodárnější ze všech sušicích
procesů. Chladicí sušička se skládá ze dvou
základních fyzikálních systémů, které se dělí
do čtyř stupňů:
Î systém tepelné výměny pro snížení teploty stlačeného vzduchu obsahující výměník
vzduch-vzduch a výměník vzduch-chladivo
Î mechanický systém pro odvedení vzniklého kondenzátu (kapalné vody)
Teplý a vlhký stlačený vzduch je veden obtokovým vedením mezi vstupem a výstupem do
chladicí sušičky stlačeného vzduchu. V prvním stupni – tepelném výměníku vzduch/
vzduch – se dosáhne předchlazení stlačeného
vzduchu v protiproudu k odcházejícímu právě
ochlazenému stlačenému vzduchu na požadovanou teplotu. Toto předchlazení probíhá
bez přívodu vnější energie a dosahuje se
pouze odvodem tepla z „teplé strany“ na
„studenou stranu“, což je doprovázeno snížením teploty z cca 35 °C na cca 17 °C.
Ve druhém stupni – tepelném výměníku
vzduch/chladicí prostředek – se předchlazený
stlačený vzduch dochlazuje; agregát (poháněný elektřinou) musí vykonat již jen cca
40 % potřebné práce (prvotních 60 % bylo
vykonáno v prvním stupni, což je energeticky
velice výhodné).
OBĚH CHLADICÍHO MÉDIA
Ivanovické nám. 3, 620 00 BRNO
tel./fax 545 219 254, tel. 545 2297 28-9, 545 229 679, 602 724 620
e-mail: [email protected], www.miteral.czw
TECNOTEST ECOLD 6730
Plně automatická „plnička“
pro osobní i nákladní
automobily a autobusy.
KONDENZAČNÍ SUŠIČKA
– POPIS FUNKCE
OBĚH STLAČENÉHO
VZDUCHU
29
í
vodn
e
kond
Ekologická, ekonomická
i technická jednička!
TECNOTEST REFLEX Plus
Kvalitní „čtečka“ s rozsáhlou
základní výbavou a navíc
i s osciloskopem a datovým
záznamníkem (na přání).
nzá t
Super cena ve své třídě.
3
Kondenzační sušička
sníží jeho hodnoty na odpařovací (tlak p 0 =
3 barabs a teplotu t0 = 0 °C). Oběh chladicího
prostředku je tím v popsaném cyklu uzavřen
a probíhá neustále.
Vliv na dosažitelnou chladicí teplotu, kterou může sušička stlačeného vzduchu zvládnout, má použitý zkapalňovač (kondenzátor)
a jeho aktuální stav. Při vysokých okolních
teplotách nebo při zašpiněném zkapalňovači
chladicího prostředku je do okolí odevzdáno
méně tepelné energie (což v důsledku může
vést až k nárůstu chladicí teploty a tím i teploty ochlazovaného vysoušeného vzduchu).
S plnou výbavou
a EURO kvalitou!
OPTO-PLUS 618 i CCD
Cenově přitažlivá
a uživatelsky vstřícná osmisenzorová geometrie.
Pohádková cena
a zaručený původ!
RŮZNÉ PODMÍNKY PRO PRÁCI
V běžné dílenské praxi se chladicí sušičky
stlačeného vzduchu používají při provozních
podmínkách, které se liší od jejich jmenovitých parametrů (standardních podmínek).
Pro výběr správné sušičky je nutno vzít
v úvahu zejména:
V chladiči vzduchu se daná chladicí kapalina
zcela odpaří (při tlaku p 0 =
3 barabs a teplotě t0 = 0 °C).
Po jejím odpaření se začne
zvyšovat teplota, a tím vznikne přehřátá pára. Kompresor
v okruhu chlazení pak kontinuálně vznikající páru nasává
a stlačuje ji (na tlak p c = 8 barabs
při teplotě tc = 33 °C). Takto
stlačená pára chladiva se
nuceným chlazením zkapalňuje
v kondenzátoru (zkapalňovači).
Snížení teploty chladicího média
nastává teprve tehdy, až když
je veškeré chladivo zkapalněno.
Tekutý chladicí prostředek prochází dále expanzním orgánem
4 Praktický příklad instalace kompresoru a sušičky
(ventil či kapilára), a tím se
vzduchu.
VELYEN-ISTOBAL EB 0500/0700
Dvousloupové elektromechanické zvedáky.
Nemusíte mít ani
vlastní elektrárnu!
PRIMA PUNTO PLUS
Vysoce výkonná bodovačka (13000 A) pro
opravu karoserií s 5 hvězdičkami z EURO testu.
Flexibilní rameno kleští.
Kompletní vybavení
autoservisů pro osobní
i nákladní vozidla
www.miteral.cz
30
TECHNOLOGIE ÚPRAVA VZDUCHU
AUTOEXPERT | ZÁŘÍ 2007
Î provozní tlak stlačeného vzduchu,
Î okolní teplotu chladicí sušičky,
Î teplotu stlačeného vzduchu na vstupu do
chladicí sušičky.
5 Parametry sušičky
se odvíjejí od
celkové potřeby vzduchu
(viz výpočet
v rámečku).
PROVOZNÍ TLAK
Při vyšších tlacích se zmenšuje schopnost
vzduchu jímat vodní páru (při stejné teplotě).
Po stlačení na vyšší provozní tlaky tedy
vzniká více kondenzátu. Proto lze objemový
průtok vysoušeného vzduchu při vyšších
vstupních teplotách zvětšit korekčním faktorem „směrem nahoru“ (viz tabulka).
TEPLOTA NA VSTUPU
Při vyšších vstupních teplotách se snižuje
schopnost chlazení sušičky, protože plocha
jejího chladiče není dimenzována pro větší
chladicí výkony. Proto musí být objemový
průtok vysoušeného vzduchu při vyšších
vstupních teplotách zmenšen korekčním
faktorem „směrem dolů“ (viz tabulka).
TEPLOTA OKOLÍ
Při vyšších okolních teplotách se snižuje
schopnost chlazení sušičky díky horšímu
výkonu kondenzátoru v oběhu chladicího
prostředku. Proto musí být objemový průtok
vysoušeného vzduchu při vyšších okolních
teplotách zmenšen korekčním faktorem
„směrem dolů“ (viz tabulka).
Dodržení těchto tří pravidel je základním
předpokladem jejich správné funkce!
POZOR
Chladicí sušička vyžaduje
bezpečnostní rozběh naprázdno, trvající
přibližně osm minut. Až potom je možno
vpustit stlačený vzduch určený k vysoušení. Jen tak lze zaručit, že do vzduchového rozvodu bude odváděn pouze suchý
vzduch zbavený vlhkosti.
vysoušeném vzduchu, musíme zajistit následně neméně důležitou věc – a tou je odvedení
kondenzátu ze systému (ze sušiček, rozvodů
vzduchu, vzdušníku apod.). To je zabezpečováno pomocí odvaděčů kondenzátu – o těch
ale jindy. ✖
Autor je jednatelem společnosti Schneider
Bohemia, spol. s r. o. Při zpracování byly
použity materiály této společnosti.
Je zřejmé, že pokud zajistíme výše popsaným principem kondenzaci vody obsažené ve
PRAKTICKÉ VÝPOČTY
Při odlišných teplotách okolního chladicího vzduchu se objemový průtok vzduchu (l/
min) násobí faktorem (f):
Podle aktuálních norem platí, že objemové
průtoky používané u chladicích sušiček jsou
vztaženy k následujícím standardizovaným
hodnotám:
Teplota stlačeného vzduchu na vstupu do
sušičky: 35 °C
Relativní vlhkost stlačeného vzduchu na
vstupu do sušičky: 100 %
Provozní tlak stlačeného vzduchu na vstupu
do sušičky: 0,7 MPa (7 barů)
Teplota okolního chladicího vzduchu: 25 °C
Přípustná provozní teplota okolního prostředí: 2 – 43 °C
Přípustný maximální provozní tlak stlačeného
vzduchu: 1,6 MPa (16 barů)
Pojďme si nyní na příkladech ukázat, jak
stanovit parametry chladicí sušičky stlačeného vzduchu výpočtem na základě použití
obou korekčních faktorů:
Dáno: typ sušičky DK 2500 PT (objemový
průtok při tlakovém rosném bodu +3 °C 2500
l/min při standardních podmínkách)
Provozní podmínky:
okolní teplota 30 °C
provozní tlak 1 MPa (10 barů)
požadovaný tlak. rosný bod + 3 °C
objemový průtok 2700 l/min
Korekce objemového průtoku sušičky:
Vkor 2500 l/min x 0,98 (+ 30 °C) x 1,11
(10 barů) = 2719,5 l/min
p 1 [bar]
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
14
16
(f)
0,6
0,7
0,8
0,87
0,89
0,94
1
1,05
1,11
1,14
1,16
1,21
1,24
tc1 [°C]
25
30
35
40
43
(f)
1
0,98
0,95
0,9
0,86
Dáno: typ sušičky DK 2500 PT (objemový
průtok při tlak. rosném bodu +3 °C
2500 l/min při standardních podmínkách)
Provozní podmínky:
okolní teplota 35 °C
provozní tlak 0,5 MPa (5 barů)
požadovaný tlakový rosný bod +3 °C
objemový průtok 2700 l/min
PŘÍKLAD 1
V praxi ovšem bývají různé provozní podmínky. Aby vše správně fungovalo, je nutné
ověřit jednoduchým výpočtem objemový
průtok (chladicí výkon) podle níže uvedených
koeficientů:
Při odlišných provozních tlacích se objemový průtok vzduchu (l/min) násobí faktorem
(f):
PŘÍKLAD 2
Uvažovaná kondenzační sušička vyhovuje
svými parametry daným provozním podmínkám.
Korekce objemového průtoku sušičky:
Vkor 2500 (l/min) x 0,95 (+ 35°C) x 0,87
(5 barů) = 2066 l/min
Zvolená kondenzační sušička svými
parametry není pro uvažované provozní
podmínky vhodná. Je schopna „usušit“
pouze objemový průtok 2066 l/min. Pokud
by přesto byla použita pro průtok 2700 l/min
při uvedených provozních podmínkách, došlo
by k výraznému snížení její životnosti a zcela
jistě by nebylo dosaženo požadované hodnoty tlakového rosného bodu + 3 °C (a tím ani
odloučení vody).
Doporučení – použít zde kondenzační sušičku pro větší objemový průtok při tlakovém
rosném bodu +3 °C.