Zasada działania osuszacza sprężonego powietrza

Sprężone powietrze jest na ogół bardzo łatwo dostępne i powszechnie stosowane. Prawdopodobnie do 10% energii elektrycznej zużywanej w Europie przeznacza się właśnie na sprężanie powietrza, które stosowane jest m.in. w silnikach i układach pneumatycznych.

Sprężone powietrze używane w maszynach i urządzeniach nie uszkadza ich, ponieważ musi być pozbawione jakiejkolwiek wilgoci przy pomocy specjalnych osuszaczy.

Dlaczego należy osuszać sprężone powietrze stosowane w urządzeniach?

Powietrze jest bezbarwną i bezwonną mieszaniną gazów. W skład powietrza atmosferycznego, którym na co dzień oddychamy, oraz tego, które używane jest po sprężeniu wchodzą: azot, tlen, dwutlenek węgla oraz inne gazy (m.in. argon, metan, wodór, hel).

Obok wyżej wymienionych składników powietrze zawiera także parę wodną, której ilość waha się w zależności od wielu licznych czynników. Na ogół wilgotność powietrza wynosi od 30 do 65%. Dlaczego więc należy je osuszać przed sprężeniem?

Woda występuje w postaci pary wodnej oraz cieczy i jest czynnikiem wpływającym na korozję. Niszczące działanie wilgoci znajdującej się w powietrzu rozwija się w systemach pneumatycznych, gdzie przy kontakcie z częściami dochodzi do skraplania pary wodnej na ich ściankach.

Woda zaczyna się tam gromadzić i kumulować. To następnie powoduje o wiele szybsze niszczenie sprzętu oraz rozwój grzybów i bakterii. Osuszanie powietrza sprężonego znacznie wydłuża żywotność urządzeń i ogranicza ich koszty serwisowania.

Osuszacze powietrza sprężonego

Do poskromienia sprężonego powietrza wykorzystuje się tak zwane osuszacze, które występują na ogół w dwóch rodzajach. Mowa tutaj o ziębniczym i adsorpcyjnym osuszaczu powietrza. Jak działają te urządzenia i czym się od siebie różnią?

Osuszacz sprężonego powietrza. Zdjęcie pochodzi ze strony firmy HEK.

W modelu ziębniczym wykorzystuje się wymienniki ciepła dwóch rodzajów: powietrze-powietrze oraz powietrze-zamrażanie. Urządzenie to wsysa powietrze, a następnie schładza je, co w efekcie skutkuje skraplaniem pary wodnej. Kiedy woda osiądzie w wymienniku, wystarczy ją następnie odseparować oraz usunąć. Pozostałe powietrze jest więc wolne od wilgoci. W tego typu osuszaczach stosuje się w pełni bezpieczne dla środowiska odmiany freonu. Całkowita wydajność osuszacza ziębniczego wynosi około 70 000 litrów powietrza na minutę.

Kolejnym urządzeniem stosowanym do uzdatniania powietrza sprężonego jest tzw. osuszacz adsorpcyjny. Jego działanie opiera się głównie na obecności substancji pochłaniającej wilgoć, czyli przykładowo żelu krzemionkowego, tlenku glinu oraz chlorku litu. W tym wypadku wydajność jest znacznie niższa i sięga niemal 26 000 litrów powietrza na minutę.

Kondensacyjny osuszacz powietrza

Najbardziej istotną częścią kondensacyjnego osuszacza powietrza, jest tak zwany sprężarkowy układ chłodniczy. To dzięki temu elementowi możliwe jest doprowadzenie do kondensacji pary wodnej oraz obniżenia zawartości wody w powietrzu.

Centralnym elementem układu chłodniczego jest sprężarka, która spręża, a następnie tłoczy czynnik chłodniczy, powodując jego przepływ przez cały układ. Wzrostowi ciśnienia powietrza towarzyszy stały wzrost temperatury. Następnie czynnik trafia rurociągiem do skraplacza, gdzie dochodzi do jego ochłodzenia.

Ciepło czynnika zostaje odpowiednio przechwycone przez omywające wymiennik powietrze.  Ostatecznie ze stanu gazowego w wyniku działania ciśnienia i spadku temperatury przechodzi ono w stan ciekły.

Skroplony czynnik stopniowo przepływa przez filtr odwadniacza, który pochłania całą parę wodną, mogącą nawet dostać się do układu podczas produkcji osuszacza lub też prac serwisowych. Po wędrówce przez filtr, ciecz lokuje się w organie dławiącym, który mając duże opory przepływu, doprowadza do powstania różnicy ciśnień, w taki sposób, że czynnik zaczyna się rozprężać i odparowywać. Proces parowania zachodzi w parowniku.

W przeciwieństwie do skraplania, towarzyszy mu ciągły spadek ciśnienia wraz z temperaturą. To właśnie dzięki takiemu zjawisku, powietrze zwraca swoje ciepło czynnikowi. Temperatura powietrza systematycznie spada poniżej punktu rosy co doprowadza do wykroplenia nadmiaru wilgoci, na ściankach danego parownika. Rozprężony czynnik następnie jest ponownie zasysany przez sprężarkę i cały cykl rozpoczyna się od nowa.

W sytuacji pracy w niższych temperaturach środowiska woda wykroplona na parowniku może nawet zamarznąć, w skutek czego dochodzi do zwiększenia oporów powietrza przepływającego przez wymienniki.  W celu uniknięcia takiego zjawiska, elektroniczny układ sterujący okresowo otwiera swój zawór elektromagnetyczny.