Życie na Ziemi zależy od atmosfery - ogromnego pęcherzyka gazu rozciągającego się około 1000 kilometrów nad planetą. Powietrze to mieszanina gazów, w tym azotu, tlenu, pary wodnej, gazów obojętnych i, niestety, zanieczyszczeń węglowodorowych powstających w wyniku działalności człowieka. Do wysokości około 3000 metrów nad poziomem morza skład ten pozostaje stosunkowo stały.
Na poziomie gruntu drogi powietrzne mają około 1,2 kg na metr sześcienny. Powierzchnia Ziemi i wszystko na niej jest stale poddawane tej sile, zwanej ciśnieniem atmosferycznym. Odpowiada to masie 1000 km kolumny powietrza działającej na każdy centymetr kwadratowy.
Wraz ze wzrostem wysokości ciśnienie atmosferyczne spada. Na każdych 5 kilometrów wysokości dostępna gęstość powietrza zmniejsza się o połowę, dlatego powietrze staje się „rzadsze”.
Powietrze jest gazem sprężalnym. Gdy jego objętość maleje, ciśnienie wzrasta. Sprężarka wykonuje tę transformację, zasysając powietrze atmosferyczne i sprężając je przy użyciu energii mechanicznej.
Prostą analogią jest pompka ręczna napełniająca piłkę. Pompa zasysa powietrze i spręża je do około jednej czwartej swojej pierwotnej objętości. W rezultacie ciśnienie wewnątrz kuli staje się czterokrotnie wyższe od ciśnienia atmosferycznego.
Bezwzględne ciśnienie atmosferyczne wynosi około 1 bar.
Ciśnienie wewnątrz piłki można wyrazić jako:
Paskal (Pa) to oficjalna jednostka SI ciśnienia, ale jest ona zbyt mała do codziennego użytku przemysłowego. Do bardziej praktycznych jednostek należą:
Ciśnienie atmosferyczne jest również powszechnie wyrażane jako:
Układy sprężonego powietrza zazwyczaj opisują ciśnienie jako nadciśnienie (ciśnienie powyżej ciśnienia atmosferycznego). Czasami używana jest notacja (e), np. kPa(e). Ciśnienie robocze sprężarek jest również określane jako nadciśnienie.
Wydajność sprężarki - ilość sprężonego powietrza dostarczanego za każdym razem - jest zazwyczaj mierzona w:
Podana wydajność odnosi się do powietrza rozprężonego z powrotem do ciśnienia atmosferycznego. Przedrostek N (np. Nl/s) oznacza, że wartość odnosi się do „warunków normalnych” w oparciu o standardową temperaturę i ciśnienie.
Dane sprężarki często określają wyporność tłoka - objętość powietrza zasysanego do sprężarki. Jednak rzeczywistym użytecznym powietrzem jest Free Air Delivery (FAD), który reprezentuje powietrze dostarczane przy znamionowym ciśnieniu roboczym. Wartość FAD jest zawsze niższa ze względu na straty sprężania, takie jak ciepło, wycieki i nieefektywność zaworów.
Sprężone powietrze zawiera te same składniki co powietrze otoczenia:
Ponieważ para wodna jest sprężana wraz z powietrzem, zawartość wilgoci wzrasta. Smarowane sprężarki wprowadzają również niewielkie ilości oleju do strumienia sprężonego powietrza.
Systemy sprężonego powietrza często obejmują:
Elementy te pomagają spełnić klasyfikacje jakości powietrza, takie jak ISO 8573-1.
Cała moc dostarczana do sprężarki jest przekształcana w ciepło. Na przykład sprężarka o mocy 3 kW wytwarza tyle ciepła, ile mała sauna. Skuteczne chłodzenie - zazwyczaj powietrzem lub wodą - jest niezbędne do utrzymania wydajności i niezawodności. Nowoczesne instalacje często odzyskują to ciepło do wykorzystania w ogrzewaniu budynków.
Gdy sprężone powietrze jest schładzane po sprężeniu, osiąga 100% wilgotności względnej. Para wodna skrapla się, tworząc kondensat w odbiornikach i rurociągach. Punkt rosy to temperatura, w której tworzy się kondensat.
Ilość wytwarzanego kondensatu zależy od:
Separatory oleju i wody służą do oczyszczania kondensatu przed utylizacją.
Sprężone powietrze jest czyste, bezpieczne i wysoce elastyczne. Obszary zastosowania:
Jego wszechstronność sprawia, że jest on niezbędny w produkcji, motoryzacji, produkcji żywności i wielu innych branżach.
Generowanie sprężonego powietrza jest energochłonne. Wytwarzanie 1 m³/min przy ciśnieniu 7 barów wymaga około 6,5 kW w nowoczesnej sprężarce. Wszelkie niepotrzebne wzrosty ciśnienia prowadzą do znacznych kosztów energii:
Zmiana ±1 bara odpowiada mniej więcej ±7% zmianie zużycia energii.
Precyzyjna regulacja ciśnienia i optymalizacja systemu mogą znacznie obniżyć koszty operacyjne.
Manometr mierzy ciśnienie w odniesieniu do ciśnienia atmosferycznego (0 bar(g)). Ciśnienie bezwzględne mierzy ciśnienie w odniesieniu do idealnego podciśnienia (0 bar(a)).
Przykład: 3 bar(g) = 4 bar(a), zakładając, że ciśnienie atmosferyczne wynosi 1 bar.
Przemysł polega na sprężonym powietrzu w taki sam sposób, jak na energii elektrycznej, wodzie i gazie. Zasila narzędzia, steruje systemami automatyki, napędza siłowniki i obsługuje wiele procesów produkcyjnych, co czyni go niezbędnym narzędziem.
Wyższe temperatury otoczenia zmniejszają gęstość powietrza, co oznacza, że mniejsza masa powietrza dostaje się do sprężarki na suw. Zmniejsza to wydajność sprężarki i zwiększa temperaturę roboczą, potencjalnie wywołując wyłączenia termiczne.
FAD to rzeczywisty użyteczny przepływ powietrza na wylocie sprężarki w określonych warunkach. Określa ona, czy sprężarka może właściwie obsługiwać daną aplikację. Zbyt duże narzędzia lub nieszczelności mogą łatwo przekroczyć FAD, powodując spadki ciśnienia.
Gdy powietrze atmosferyczne jest zasysane do sprężarki, jego zawartość pary wodnej jest również sprężana. Po sprężeniu temperatura rośnie, zwiększając zdolność powietrza do zatrzymywania wilgoci. Po schłodzeniu powietrze natychmiast osiąga nasycenie i uwalnia kondensat.
Punkt rosy to temperatura, w której powietrze staje się nasycone i rozpoczyna się kondensacja. Niższe punkty rosy oznaczają suszsze powietrze, które jest niezbędne do wrażliwych zastosowań, takich jak przyrządy pomiarowe, malowanie lub przetwarzanie żywności.
Do 94% energii elektrycznej zużywanej przez sprężarkę przekształca się w ciepło. Systemy odzysku ciepła odzyskują tę energię do ogrzewania pomieszczeń, ogrzewania wody lub wstępnego ogrzewania procesu, znacznie poprawiając ogólną efektywność energetyczną.
Każdy element (filtry, osuszacze, rury) zwiększa opór przepływu. Nadmierne spadki ciśnienia powodują, że sprężarka pracuje ciężej, aby utrzymać wymagane ciśnienie, co zwiększa koszty energii. Dobra konstrukcja systemu minimalizuje te spadki.
Przecieki powietrza występują zwykle na złączach, wężach, szybkozłączach, uszczelkach i źle konserwowanych narzędziach. Nawet wyciek 3 mm przy ciśnieniu 7 barów może spowodować stratę ponad 2000 € rocznie w kosztach energii.
Wymiarowanie wymaga obliczenia:
Nieprawidłowy dobór prowadzi do nieefektywności, niestabilności ciśnienia i przedwczesnego zużycia.
Powiązane treści
Wybrane wpisy na blogu zawierające dodatkowe spostrzeżenia i przydatne informacje związane z tym artykułem.
Rozwiązania dostosowane do potrzeb
Dowiedz się, w jaki sposób nasza kompleksowa oferta produktów do sprężonego powietrza wspiera szeroki zakres zastosowań przemysłowych. Od zasilania narzędzi i systemów automatyki po dostarczanie czystego powietrza procesowego – oferujemy niezawodne technologie dostosowane do potrzeb różnych branż. Niezależnie od tego, jakie wyzwania przed Tobą stoją, nasze rozwiązania łączą w sobie wydajność i sprawność, zapewniając płynny przebieg Twoich operacji.
