- Woher kommt die Feuchtigkeit in der Druckluft?
- Wie wird Wasserdampf in der Luft zu Wasser?
- Drucklufttrockner
Woher kommt die Feuchtigkeit in der Druckluft?
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Druckluft wird durch Kompression von atmosphärischer Luft erzeugt, und diese enthält immer eine gewisse Menge Wasser. Dies ist unbedenklich, solange es im gasförmigen Zustand, also als Wasserdampf, verbleibt. Doch Druckluft kann auf dem Weg zu den Verbrauchern abkühlen, wodurch der Wasserdampf teilweise oder vollständig kondensiert und erhebliche Schäden verursachen kann: Verschleiß und Beschädigung von Druckluftwerkzeugen und -maschinen, Verstopfung von Ventilen und Blenden sowie Korrosion der Rohrleitungen. Dies erhöht natürlich die Wartungskosten. Wirklich spürbare Verluste entstehen, wenn der Produktionsbetrieb wegen Feuchtigkeit in den Leitungen unterbrochen werden muss. Auch die Produktqualität kann leiden. Welche Vorteile bringt der Einsatz von trockener Luft in der Werkstatt oder im Betrieb? Lesen Sie den Artikel Warum man einen Trockner verwenden sollte. |
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Wie wird Wasserdampf in der Luft zu Wasser?
Der Schlüssel ist der Taupunkt. Je wärmer die Luft ist, desto mehr Dampf kann sie aufnehmen, ohne dass der Dampf zu kondensieren beginnt.
Wassertropfen bilden sich in der Luft, sobald diese unter eine Temperatur abkühlt, die als Taupunkt bezeichnet wird.
Hat die Luft die Taupunkttemperatur erreicht, ist sie vollständig mit Wasserdampf gesättigt (die relative Luftfeuchtigkeit erreicht 100 %). Wenn die Luft unter die Taupunkttemperatur abkühlt, wird der Wasserdampf zu Wasser.
Die Taupunkttemperatur der Luft ist jedoch nicht immer gleich. Sie hängt davon ab, wie viel Wasserdampf in der Luft ist, also wie feucht sie ist. Wie Sie im Diagramm sehen können: Ist viel Wasserdampf in der Luft, kondensiert er bereits bei einer höheren Temperatur, der Taupunkt ist also höher. Umgekehrt kann die Luft kühler sein, wenn nur sehr wenig Wasserdampf vorhanden ist, ohne dass der Dampf kondensiert. Der Taupunkt ist dann niedrig.
Das Ziel der Lufttrocknung ist es, die Menge an Wasserdampf in der Luft so zu reduzieren, dass der Taupunkt den gewünschten Wert erreicht.
Bei Druckluft wird der Begriff Drucktaupunkt verwendet, also die Temperatur, bei der Dampf unter dem gegebenen Druck kondensiert.
Damit Druckluft bei normalen Temperaturen verwendet werden kann, empfiehlt es sich, dass ihr Drucktaupunkt 10 °C niedriger ist als die Temperatur im Betrieb oder in der Werkstatt.
Glossar der Begriffe
| Absolute Luftfeuchtigkeit | Masse des in einem Kubikmeter (m³) Luft enthaltenen Wasserdampfs in Gramm. |
| Relative Luftfeuchtigkeit | Verhältnis zwischen der momentanen Wasserdampfmenge in der Luft und der Dampfmenge, die die Luft bei gleichem Druck und gleicher Temperatur bei voller Sättigung hätte. Angabe in Prozent (%). |
| Taupunkt (Taupunkttemperatur) | Temperatur, bei der die Luft maximal mit Wasserdampf gesättigt ist (relative Luftfeuchtigkeit erreicht 100 %). Sinkt die Temperatur unter diesen Punkt, tritt Kondensation ein. |
| Drucktaupunkt | Temperatur, bei der Dampf in der Druckluft bei einem gegebenen Druck kondensiert. |
Drucklufttrockner
Arbeitsbereiche der einzelnen Drucklufttrockner-Typen
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Kältetrockner für Druckluft
In Kältetrocknern wird die Druckluft zunächst auf eine Temperatur abgekühlt, die niedriger als der Drucktaupunkt ist. Dadurch kondensiert der Wasserdampf in der Luft zu Wasser, welches dann abgeleitet wird. Schauen wir uns an, wie ein Kältetrockner funktioniert.
1. Abkühlung der Luft unter den Taupunkt, meist auf +3 °C oder +5 °C
Die Luft wird in einem Wärmetauscher abgekühlt, wo ein Kältemittel dem feuchten, warmen Luftstrom die Wärme entzieht. Der Tauscher hat zwei Kreisläufe (Kältemittel und Luft), sodass die Luft nicht direkt mit dem Kältemittel in Kontakt kommt. Das Kältemittel wird durch einen Kompressor in den Kreislauf gepumpt, erwärmt sich beim Durchgang durch den Tauscher und muss daher vor dem Wiedereintritt in den Kompressor durch einen Ventilator gekühlt werden. Die Temperatur des Kältemittels wird durch einen Sensor überwacht und reguliert.
In den Luftkreislauf tritt warme Luft ein, die im Tauscher auf +3 °C oder +5 °C abgekühlt wird. In einigen Trocknern wird die Luft vor diesem Kühlkreislauf durch einen Strom kalter Luft vorgekühlt, der vom Trocknerausgang zurückgeführt wird.
2. Wasserentfernung
Die im Tauscher abgekühlte Luft enthält Wassertropfen, die in einem Zyklonabscheider abgeleitet werden. Zyklon- oder Wirbelabscheider sind zylindrische Behälter mit konischem Ende. Zur Abscheidung nutzen sie lediglich Gravitations- und Trägheitskräfte, die durch den Dichteunterschied von Luft und Wasser entstehen. Die Abscheider haben keine beweglichen Teile und sind daher sehr wartungsarm. Durch die Rotationsströmung im Behälter sammeln sich die Wassertropfen infolge der Zentrifugalkraft an der Wand, fließen in den unteren Teil ab und werden über ein elektrisches Ventil abgelassen.
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Vorteile von Kältetrocknern
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Nachteile von Kältetrocknern
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Für einen sparsamen und zuverlässigen Betrieb des Kältetrockners:
- Der Energieverbrauch kann gesenkt werden, indem ein Zyklonabscheider vor den Trockner geschaltet wird.
- Der Trockner wird durch ein Filtersystem vor Verunreinigungen geschützt.
Typen von Kältetrocknern
Kältetrockner MARK Cool
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Kältetrockner Atmos AHD
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Kältetrockner MDX
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Adsorptionstrockner
In Adsorptionstrocknern wird die Luft getrocknet, indem sie durch einen mit Trockenmittel gefüllten Behälter strömt, welches das Wasser bindet. Das Wasser haftet an der Oberfläche oder in den Poren des Mittels an, und aus dem Behälter tritt trockene Luft aus. Das Trockenmittel muss sehr porös sein; am häufigsten wird aktiviertes Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Kieselgel (SiO2) verwendet.
Ein Adsorptionstrockner hat zwei Türme, A und B. Die Druckluft gelangt über ein Filtersystem in den Trockenbehälter A und strömt durch das Trockenmittel, welches die Wassermoleküle anzieht. Nach einigen Minuten ist das Trockenmittel gesättigt. Daher wird die Luft über ein Ventilsystem in den zweiten Turm B umgeleitet, wo regeneriertes Trockenmittel bereitsteht.
Im Turm A muss das Trockenmittel so schnell wie möglich regeneriert, also vom Wasser befreit werden. Dazu wird der Druck über einen Schalldämpfer in die Atmosphäre abgelassen, wodurch das Wasser mitgerissen wird. Ohne Druck hält das Trockenmittel das Wasser nicht fest; zusätzlich wird der Turm mit einem kleinen Strom trockener Luft aus Turm B gespült. So ist Turm A wieder bereit, wenn das Mittel in Turm B gesättigt ist. Die Druckluft wird also abwechselnd in die Türme A und B geleitet.
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Vorteile von Adsorptionstrocknern
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Nachteile von Adsorptionstrocknern
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Aufgrund der Fähigkeit, Drucktaupunkte bis zu –75 °C zu erreichen, werden Adsorptionstrockner dort eingesetzt, wo extrem trockene Luft benötigt wird, z. B. in der Pharma-, Lebensmittel- oder Elektronikindustrie sowie bei Außentemperaturen unter dem Gefrierpunkt.
Typen von Adsorptionstrocknern
Lufttrockner Omega Adry
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Lufttrockner OMEGA BDRY
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Membrantrockner für Druckluft
| Membrantrockner bestehen aus einem Bündel von Hohlfasern (Membranen), durch deren Inneres die feuchte Druckluft strömt (im Bild ist der Fluss durch eine Faser dargestellt). Beim Durchgang wird die Feuchtigkeit durch die Membranen nach außen gedrückt, und die Luft tritt trocken aus. Ein Teil der getrockneten Luft (10 bis 20 %) wird außen an den Fasern zurückgeführt, um die Feuchtigkeitsmoleküle abzutransportieren. |  |
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Typen von Membrantrocknern
Lufttrockner MDRY
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Membrantrockner benötigen für ihren Betrieb je nach gewünschtem Drucktaupunkt 10 bis 30 % der gelieferten Luftmenge.
