Αφυγραντές πεπιεσμένου αέρα: Τύποι, λειτουργία και σημείο δρόσου
Η υγρασία αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα και την αξιοπιστία των συστημάτων πεπιεσμένου αέρα. Ο ατμοσφαιρικός αέρας περιέχει υδρατμούς, οι οποίοι εισέρχονται στον αεροσυμπιεστή και μπορούν να συμπυκνωθούν κατά την ψύξη του αέρα.
Η παρουσία νερού στο δίκτυο μπορεί να προκαλέσει διάβρωση, δυσλειτουργίες πνευματικών εξαρτημάτων, υποβάθμιση προϊόντων και προβλήματα στις παραγωγικές διαδικασίες.
Οι ξηραντές πεπιεσμένου αέρα, γνωστοί και ως αφυγραντές, μειώνουν την περιεκτικότητα του αέρα σε υδρατμούς ώστε να επιτυγχάνεται το απαιτούμενο σημείο δρόσου.
Γιατί δημιουργείται υγρασία στον πεπιεσμένο αέρα
Ο ατμοσφαιρικός αέρας περιέχει ποσότητα υδρατμών που εξαρτάται από τη θερμοκρασία και τη σχετική υγρασία.
Κατά τη συμπίεση αυξάνεται η μερική πίεση των υδρατμών. Όταν ο θερμός πεπιεσμένος αέρας ψύχεται στον μεταψύκτη και στο δίκτυο, μέρος των υδρατμών μπορεί να συμπυκνωθεί σε υγρό νερό.
Οι διαχωριστές συμπυκνωμάτων και οι αυτόματες αποστραγγίσεις απομακρύνουν το υγρό νερό, αλλά δεν εξασφαλίζουν από μόνοι τους χαμηλή περιεκτικότητα σε υδρατμούς.
Για αυτό χρησιμοποιούνται ξηραντές πεπιεσμένου αέρα.
Τι είναι το σημείο δρόσου υπό πίεση
Το σημείο δρόσου είναι η θερμοκρασία στην οποία ο αέρας φτάνει σε κατάσταση κορεσμού και αρχίζει η συμπύκνωση υδρατμών, εφόσον η πίεση και η περιεκτικότητα σε υδρατμούς παραμένουν σταθερές.
Στα συστήματα πεπιεσμένου αέρα χρησιμοποιείται το σημείο δρόσου υπό πίεση, γνωστό ως Pressure Dew Point (PDP).
Όσο χαμηλότερο είναι το PDP, τόσο μικρότερη είναι η περιεκτικότητα του πεπιεσμένου αέρα σε υδρατμούς, στην ίδια πίεση.
Ένα PDP +3°C σημαίνει ότι, στην πίεση αναφοράς, η συμπύκνωση μπορεί να αρχίσει εάν ο αέρας ψυχθεί περίπου στους +3°C.
Αντίστοιχα, PDP -40°C χρησιμοποιείται σε εφαρμογές με ιδιαίτερα αυστηρές απαιτήσεις ξηρότητας.
Το σημείο δρόσου υπό πίεση δεν πρέπει να συγχέεται με το ατμοσφαιρικό σημείο δρόσου.
Ψυκτικοί ξηραντές πεπιεσμένου αέρα
Οι ψυκτικοί ξηραντές μειώνουν τη θερμοκρασία του πεπιεσμένου αέρα, προκαλώντας συμπύκνωση μέρους των υδρατμών.
Η τυπική διαδικασία περιλαμβάνει προψύξη, ψύξη μέσω εναλλάκτη, διαχωρισμό συμπυκνωμάτων και επαναθέρμανση του εξερχόμενου αέρα.
Η επαναθέρμανση περιορίζει τον κίνδυνο εξωτερικής συμπύκνωσης στις σωληνώσεις και βελτιώνει τις συνθήκες μεταφοράς.
Οι ψυκτικοί ξηραντές χρησιμοποιούνται ευρέως σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις με τυπική ονομαστική τιμή PDP περίπου +3°C.
Δεν είναι κατάλληλοι όταν απαιτείται σημείο δρόσου σημαντικά χαμηλότερο από το μηδέν.
Προσροφητικοί ξηραντές πεπιεσμένου αέρα
Οι προσροφητικοί ξηραντές χρησιμοποιούν υγροσκοπικό προσροφητικό υλικό, όπως ενεργοποιημένη αλουμίνα ή μοριακά κόσκινα, για τη συγκράτηση υδρατμών στην επιφάνειά του.
Συχνά διαθέτουν δύο πύργους. Ο ένας πραγματοποιεί την ξήρανση, ενώ ο δεύτερος αναγεννά το προσροφητικό υλικό.
Η αναγέννηση μπορεί να πραγματοποιείται με μέρος του ξηρού πεπιεσμένου αέρα, με θέρμανση ή με άλλες κατάλληλες τεχνολογίες.
Οι προσροφητικοί ξηραντές μπορούν να επιτύχουν PDP -20°C, -40°C ή -70°C, ανάλογα με τον σχεδιασμό και τις συνθήκες λειτουργίας.
Πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η ενέργεια αναγέννησης και, σε συστήματα χωρίς θερμότητα, η κατανάλωση αέρα αναγέννησης.
Ξηραντές μεμβράνης
Οι ξηραντές μεμβράνης χρησιμοποιούν ειδικές διαπερατές μεμβράνες που επιτρέπουν την επιλεκτική μεταφορά υδρατμών.
Συνήθως αξιοποιούν μέρος του ξηρού αέρα ως αέρα σάρωσης.
Χρησιμοποιούνται σε επιλεγμένες εφαρμογές μικρότερων παροχών, σε αποκεντρωμένα σημεία χρήσης και σε εγκαταστάσεις όπου είναι σημαντική η απουσία ηλεκτρικής τροφοδοσίας του ίδιου του ξηραντή.
Η απόδοσή τους εξαρτάται από την πίεση, τη θερμοκρασία, την παροχή και την απαιτούμενη μείωση σημείου δρόσου.
Σύγκριση τεχνολογιών αφύγρανσης
Οι ψυκτικοί ξηραντές αποτελούν συχνά οικονομική λύση για γενικές βιομηχανικές εφαρμογές.
Οι προσροφητικοί επιλέγονται όταν απαιτείται πολύ χαμηλό σημείο δρόσου ή προστασία από συμπύκνωση και παγοποίηση σε ιδιαίτερα ψυχρές συνθήκες.
Οι ξηραντές μεμβράνης μπορούν να είναι πρακτικοί σε τοπικές εγκαταστάσεις, αλλά πρέπει να αξιολογείται η κατανάλωση αέρα σάρωσης.
ISO 8573-1 και ποιότητα πεπιεσμένου αέρα
Το ISO 8573-1 καθορίζει κλάσεις καθαρότητας για σωματίδια, νερό και λάδι στον πεπιεσμένο αέρα.
Για το νερό, ενδεικτικές κλάσεις είναι:
Κλάση 1: PDP ≤ -70°C.
Κλάση 2: PDP ≤ -40°C.
Κλάση 3: PDP ≤ -20°C.
Κλάση 4: PDP ≤ +3°C.
Κλάση 5: PDP ≤ +7°C.
Κλάση 6: PDP ≤ +10°C.
Οι κλάσεις αυτές δεν καθορίζουν από μόνες τους την καταλληλότητα για κάθε διεργασία. Η τελική προδιαγραφή πρέπει να βασίζεται στις απαιτήσεις της εφαρμογής.
Πώς επιλέγεται ο κατάλληλος ξηραντής
Η επιλογή αρχίζει από την απαιτούμενη ποιότητα πεπιεσμένου αέρα και το επιθυμητό PDP.
Στη συνέχεια εξετάζονται η πραγματική παροχή, η πίεση λειτουργίας, η θερμοκρασία εισόδου, η θερμοκρασία περιβάλλοντος και οι συνθήκες εγκατάστασης.
Οι ονομαστικές παροχές των κατασκευαστών ισχύουν για συγκεκριμένες συνθήκες αναφοράς. Σε διαφορετικές συνθήκες πρέπει να εφαρμόζονται οι κατάλληλοι συντελεστές διόρθωσης.
Ιδιαίτερη σημασία έχουν η πτώση πίεσης, η ηλεκτρική κατανάλωση, η κατανάλωση αέρα αναγέννησης και το κόστος συντήρησης.
Συντήρηση και συνηθισμένες βλάβες
Στους ψυκτικούς ξηραντές πρέπει να ελέγχονται το ψυκτικό κύκλωμα, οι εναλλάκτες, οι αποστραγγίσεις και οι ενδείξεις σημείου δρόσου.
Στους προσροφητικούς απαιτείται έλεγχος βαλβίδων εναλλαγής, φίλτρων, προσροφητικού υλικού και συστήματος αναγέννησης.
Η αύξηση του σημείου δρόσου μπορεί να σχετίζεται με υπερφόρτωση, υψηλή θερμοκρασία εισόδου, ανεπαρκή αναγέννηση ή δυσλειτουργία εξαρτημάτων.
Η συντήρηση πρέπει να πραγματοποιείται σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή και με ασφαλή απομόνωση του εξοπλισμού από πίεση και ηλεκτρική ενέργεια.
Συμπέρασμα
Η αφύγρανση αποτελεί βασικό στάδιο της επεξεργασίας πεπιεσμένου αέρα.
Ο ψυκτικός ξηραντής καλύπτει πολλές γενικές βιομηχανικές ανάγκες, ενώ ο προσροφητικός είναι κατάλληλος για εφαρμογές που απαιτούν ιδιαίτερα χαμηλό σημείο δρόσου.
Η σωστή επιλογή βασίζεται στο απαιτούμενο PDP, στις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας, στην ποιότητα αέρα και στο συνολικό ενεργειακό κόστος.