Jak filtrować sprężone powietrze

Co zanieczyszcza sprężone powietrze? Jakość sprężonego powietrza wg ISO 8573-1 Jak pozbyć się zanieczyszczeń ze sprężonego powietrza? Wybór właściwego filtra Uwaga na spadki ciśnienia Gdzie instalować filtry sprężonego powietrza Pomiar zanieczyszczeń w sprężonym powietrzu

Co zanieczyszcza sprężone powietrze?

Powietrze atmosferyczne zasysane do sprężarki zawiera trzy rodzaje zanieczyszczeń:

• Cząstki stałe: Nawet od 140 do 150 milionów zanieczyszczeń w każdym metrze sześciennym powietrza, a w warunkach przemysłowych nawet kilkakrotnie więcej. Większość tych zanieczyszczeń (80%) jest mniejsza niż 2 μm, przez co są zbyt małe, aby zostały zatrzymane przez filtr wlotowy sprężarki (który zazwyczaj usuwa cząstki o wielkości 25 μm).
• Olej dostaje się do sprężonego powietrza ze sprężarek tłokowych i śrubowych smarowanych olejem.
• Woda – para wodna zawarta w powietrzu skrapla się po schłodzeniu w rurociągu. O tym, skąd bierze się wilgoć w powietrzu i jak się jej pozbyć, przeczytasz w artykule Dlaczego i jak osuszać powietrze.

Zanieczyszczone sprężone powietrze ma nieprzyjemny zapach, a ponadto negatywnie wpływa na stan Twoich urządzeń:

• Wszelkie uszczelnienia zużywają się szybciej i wymagają częstej wymiany.
• Cierpią również zawory w układach sterowania.
• Zanieczyszczenia ze sprężonego powietrza przenikają do tłumików, pogarszając ich działanie.
• Stopniowo zatykają się otwory i dysze.
• Uszkodzeniu ulegają gotowe wyroby i urządzenia produkcyjne – cząstki stałe mogą porysować powierzchnie itp.

Jakość sprężonego powietrza wg ISO 8573-1

Wytyczną dotyczącą jakości sprężonego powietrza jest norma ISO 8573-1. Jakość powietrza opisana jest w niej siedmioma klasami od 0 do 6 (tabela 1): Każda klasa ma określoną maksymalną zawartość cząstek stałych, wody i oleju. Dla różnych zastosowań i przepływów wymagane są różne klasy czystości.

Jak czyste musi być sprężone powietrze dla różnych zastosowań?

Dla różnych przypadków użycia norma ISO 8573-1 określa klasy jakości, np. dla powietrza warsztatowego norma przewiduje jakość 4-4-5. Ta trzycyfrowa liczba określa trzy zadane klasy jakości w następującej kolejności:

• klasa jakości dla cząstek stałych,
• klasa jakości dla wody (temperatura punktu rosy),
• klasa jakości dla oleju.

W tabeli nr 2 przedstawiono klasy jakości sprężonego powietrza dla różnych zastosowań przemysłowych.

Jak pozbyć się zanieczyszczeń ze sprężonego powietrza?

Cząstki stałe są zatrzymywane przez odpowiedni filtr lub kaskadę dwóch lub więcej filtrów. Pierwszą barierą przed wniknięciem cząstek stałych jest filtr wlotowy sprężarki, który jednak usuwa cząstki o wielkości 25 μm. Kolejne filtry instaluje się przed lub za osuszaczami.

Olej – może występować w powietrzu w postaci aerozolu lub par. Aerozol zatrzyma wysokiej jakości filtr standardowy. Pary oleju zatrzyma filtr z węglem aktywnym. Na skuteczność i żywotność węgla aktywnego wpływa temperatura sprężonego powietrza oraz jego wilgotność.

Wodę ze sprężonego powietrza usuwamy za pomocą odpowiedniego osuszacza, który montujemy za sprężarką. Szczegóły i praktyczne porady dotyczące osuszania powietrza znajdziesz w artykule Dlaczego i jak osuszać powietrze.

Zanim kupisz filtry i osuszacze, odpowiedz sobie na pytania:

• Jak czyste musi być sprężone powietrze do celu, w którym je wykorzystuję?
  Zupełnie inne wymagania dotyczą powietrza używanego w warsztacie do czyszczenia części, a inne np. do pomiarów czy transportu pneumatycznego żywności. Klasy jakości dla Twojej aplikacji znajdziesz w normie ISO 8573-1 lub w tabeli 2.
• Jak czyste musi być sprężone powietrze, aby nie uszkodzić siłowników, zaworów i innych elementów instalacji?
  Zanieczyszczone powietrze używane do napędu manipulatorów czy tłoków nie może powodować zacierania się siłowników pneumatycznych ani zatykania dysz.
• Jak czyste jest powietrze dostarczane przez moją sprężarkę?
  Gdy powietrze ze sprężarki nie odpowiada jakości wymaganej przez aplikację, należy zdecydować się na odpowiednie filtry lub stacje przygotowania powietrza.

Wybór właściwego filtra

Odpowiednie filtry do swojego układu wybierzesz z szerokiej oferty
tutaj

Przy wyborze filtra kieruj się trzema parametrami:

1. Wymagana jakość powietrza
   Jakość powietrza wymagana dla Twojego warsztatu lub zakładu jest określona w normie ISO 8573-1.
   Przykłady zastosowań znajdziesz w tabeli 2. Na podstawie jakości wybierz typ filtra (mikrofiltr, filtr z węglem aktywnym...).
2. Ciśnienie powietrza na wlocie do filtra
   Wybierz model filtra odpowiedni do ciśnienia panującego w Twoim układzie sprężonego powietrza.
3. Wydajność, czyli objętościowe natężenie przepływu powietrza
   Filtry są dobierane pod kątem ilości przepływającego przez nie powietrza. Ta ilość (przepływ objętościowy) jest podstawowym parametrem sprężarki lub osuszacza i określana jest jako wydajność lub przepływ.
   Podaje się ją w litrach na minutę (l/min), czasem również w m3/h.
   Łatwo to przeliczyć: 1 m3/h = 16,67 × 1 l/min. Dla przepływu objętościowego stosuje się wiele innych jednostek, np. litry na sekundę. Aby uniknąć pomyłki, możesz skorzystać z kalkulatora online.

Klasy jakości w ofertach filtrów Podczas wyboru należy zadbać o to, aby powietrze po filtracji miało taką zawartość cząstek stałych i oleju, jakiej wymaga Twoja aplikacja. W tabeli 2 znajdź swoje zastosowanie, a następnie dobierz odpowiedni filtr z oferty. Dostawcy podają klasy w opisach filtrów – rysunek 1 przedstawia przegląd filtrów firmy Kompresory vzduchotechnika.

Uwaga na spadki ciśnienia

Każdy filtr (podobnie jak każde inne urządzenie, np. osuszacz czy armatura) powoduje spadek ciśnienia, co generuje koszty. Nie filtruj więc bardziej, niż jest to konieczne.

Spadek ciśnienia można łatwo zrównoważyć zwiększając ciśnienie na wyjściu ze sprężarki, ale nie jest to darmowe. Wzrasta zużycie energii (o 6 do 10% przy wzroście ciśnienia o 1 bar), a dodatkowo wraz z ciśnieniem rośnie temperatura powietrza, co zwiększa jego wilgotność.

• Najmniejsze spadki ciśnienia generują filtry wstępne i filtry pyłowe o grubych wkładach filtracyjnych.
• Filtry dokładne do usuwania oleju i wilgoci mają większy spadek ciśnienia.
• W walce ze spadkami ciśnienia pomaga regularna wymiana wkładów. Zanieczyszczony filtr stawia większy opór niż czysty.

Manometr różnicowy podpowie...
Spadek ciśnienia możesz sprawdzić na manometrze różnicowym, który jest elementem wyposażenia niektórych filtrów.

Gdzie instalować filtry sprężonego powietrza

• Przed wlotem sprężarki instaluje się filtr wlotowy, który usuwa większe cząstki stałe, aby nie uszkodziły sprężarki.
• Za chłodnicą końcową i zbiornikiem powietrza warto umieścić filtr zgrubny, który chroni osuszacz głównie przed cząstkami stałymi.
• Za osuszaczem ziębniczym można zainstalować filtr dokładny w celu usunięcia resztek kondensatu.
• Przed osuszaczem adsorpcyjnym konieczne jest zainstalowanie filtra dokładnego, aby chronić go przed zanieczyszczeniem olejem. Za osuszaczem montuje się filtr zgrubny (odpylający).

Filtry mikroporowate o regularnych porach (filtr wstępny, zgrubny)

Ten typ filtra zatrzymuje cząstki stałe przed osuszaczem. Radzi sobie z cząstkami od 3 μm, ale w minimalnym stopniu z olejem i wodą. Filtry te posiadają wymienne wkłady – puste cylindry z porowatego spieku brązu, ceramiki, polietylenu lub polipropylenu.

Mikrofiltry z nieuporządkowanymi mikrowłóknami (filtr zgrubny) Jeśli powietrze po osuszaczu ziębniczym nie jest wystarczająco czyste, stosujemy filtr z mikrowłókien, który potrafi obniżyć zawartość oleju do 0,01 mg/m3 i zatrzymuje cząstki większe niż 0,01 μm (rysunek 2). Cząstki oleju uderzają w szklane mikrowłókna i tworzą większe krople, które pęd powietrza spycha do zewnętrznej piankowej osłony wkładu. Tam krople oleju pod wpływem grawitacji opadają na dno filtra.

Filtry z węglem aktywnym (filtr dokładny)

Po przejściu przez osuszacz i filtry, w powietrzu mogą pozostawać opary oleju. Dlatego za mikrofiltrem instaluje się filtr z węglem aktywnym, który redukuje zawartość oleju do 0,005 mg/m3. Filtr ten działa na zasadzie adsorpcji – sprężone powietrze przepływa przez złoże węgla aktywnego, do którego wiążą się węglowodory.

Budowa filtrów

Do podłączenia filtry wyposażone są w gwint lub kołnierz. Posiadają również następujące elementy:

• manometr różnicowy do pomiaru spadku ciśnienia,
• spust kondensatu – manualny lub automatyczny.

Filtry posiadają oznaczenia kolorystyczne. Obsługa na pierwszy rzut oka widzi, jaki typ filtra jest zainstalowany i jakich wkładów będzie potrzebować.

Projektując system filtracji, pamiętajmy, że filtry bywają również wbudowane w osuszacze, separatory cyklonowe czy zbiorniki.

Stacje przygotowania powietrza

W zakładach produkcyjnych często spotykamy specyficzne wymagania dotyczące jakości powietrza. W takich przypadkach przydatne są stacje przygotowania powietrza. Urządzenia te zazwyczaj zawierają reduktor ciśnienia, filtry i smarownice (naolejacze) w jednej obudowie. Można dobrać model idealnie dopasowany do potrzeb konkretnego stanowiska.

Pomiar zanieczyszczeń w sprężonym powietrzu

Jak sprawdzić, czy sprężone powietrze nie zawiera zbyt wielu zanieczyszczeń? Do weryfikacji czystości służą:

• detektory oleju,
• detektory cząstek stałych,
• przenośne stacje pomiarowe.

Detektory oleju

Do oznaczania zawartości oleju stosuje się detektory fotojonizacyjne (PID – Photoionization Detector).

Zasada pomiaru Detektor fotojonizacyjny wykorzystuje lampę UV do jonizacji* cząsteczek mierzonego powietrza. Promieniowanie UV nie jonizuje normalnych składników powietrza (tlen, azot, CO2, argon, woda itp.). Potrafi jednak skutecznie jonizować węglowodory (składniki olejów). Natężenie przepływu jonów (sygnał elektryczny) jest wprost proporcjonalne do stężenia zjonizowanych cząsteczek. Sygnał jest wzmacniany i wyświetlany jako całkowita zawartość oleju. Detektory te mierzą wyłącznie powietrze wolne od substancji agresywnych, korozyjnych i łatwopalnych*). Wyjaśnienie: Podczas jonizacji z elektrycznie obojętnej cząsteczki powstaje cząsteczka z ładunkiem elektrycznym, czyli jon. Przepływ jonów tworzy sygnał elektryczny.

Instalacja detektora oleja

Detektory oleju instaluje się na pionowej rurze zasilającej z przepływem wznoszącym. Na schematach (rysunek 4) widoczne są dwie opcje instalacji:

• instalacja bezpośrednia
• instalacja z rurociągiem bocznikowym (by-pass)

Detektory cząstek stałych Cząstki stałe mierzy się metodą prześwietlania za pomocą diody laserowej umieszczonej prostopadle do rurociągu. Urządzenia mierzą liczbę cząstek w tzw. „normalnym metrze sześciennym” – Nm3 (objętość przy ciśnieniu i temperaturze normalnej). Przyrząd potrafi rozróżnić wielkość cząstek – mierzy zawartość cząstek o wielkościach 0,1–0,5 mm, 0,5–1 mm oraz 1–5 mm.
Przenośne stacje pomiarowe Do kontroli jakości powietrza stosuje się również przenośne stacje pomiarowe, które zawierają: detektor zawartości oleju, detektor cząstek stałych, czujnik punktu rosy. Stację można łatwo przewieźć do sprężarki i na miejscu dokonać pomiaru czystości powietrza.