Jak działa odwadniacz do kompresora?

Masz kompresor i zastanawiasz się, skąd w instalacji bierze się woda i olej? Chcesz zrozumieć, jak działa odwadniacz do kompresora i dlaczego wpływa na koszty sprężonego powietrza? Z tego tekstu dowiesz się, co dzieje się z kondensatem od momentu sprężania powietrza aż do jego usunięcia ze separatora cyklonowego.

Skąd bierze się kondensat w instalacji sprężonego powietrza?

W każdym warsztacie, lakierni czy zakładzie produkcyjnym powietrze zasysane przez sprężarkę zawiera parę wodną. W czasie sprężania rośnie ciśnienie, a razem z nim koncentracja wilgoci w tej samej objętości. Wystarczy drobne schłodzenie sprężonego powietrza, aby zaczęła się intensywna kondensacja i na ściankach instalacji pojawił się płynny kondensat.

Sprężarki śrubowe i łopatkowe mają wbudowane chłodnice powietrza. Dzięki nim część wilgoci skrapla się już w sprężarce, ale zdecydowanie nie cała. Kondensat wychodzący ze sprężarki przemieszcza się dalej instalacją pneumatyczną. Od sposobu jej zbudowania i wyposażenia zależy, czy sprężone powietrze osiągnie wymaganą klasę jakości np. do pracy narzędzi, lakierowania lub zasilania maszyn produkcyjnych.

Co zawiera kondensat?

Kondensat w instalacji to nie tylko woda. Najczęściej jest to emulsja wody, oleju i zanieczyszczeń stałych. Woda pochodzi z wykroplonej pary wodnej, olej z układu smarowania sprężarki, a pyły z zasysanego z otoczenia powietrza. W praktyce pojawiają się w nim także drobne wtrącenia z wewnętrznych powierzchni sprężarki i rurociągów, które z czasem się zużywają.

Taka mieszanka bywa agresywna chemicznie. Działa korozyjnie na stalowe elementy, niszczy powłoki wewnątrz rurociągów i przyspiesza zużycie zaworów, narzędzi pneumatycznych czy siłowników. Dlatego producenci sprężarek i osprzętu tak mocno akcentują konieczność usuwania kondensatu z instalacji oraz zabezpieczania obudów przed korozją.

Kondensat zawiera nie tylko wodę, ale też olej, pyły i cząstki metalu, więc bez sprawnego odwadniacza szybko niszczy instalację pneumatyczną.

Odwadniacz do kompresora – jak jest zbudowany?

Odwadniacz, często nazywany separatorem cyklonowym, to pierwsze urządzenie do uzdatniania sprężonego powietrza montowane za sprężarką. Na zewnątrz przypomina klasyczny filtr liniowy. Często ma nawet identyczną obudowę. Cała różnica kryje się we wnętrzu, gdzie zamiast wkładu filtracyjnego znajduje się specjalna wkładka zawirowująca.

Główne zadanie odwadniacza to usunięcie cieczy i aerozoli z przepływającego powietrza. W ten sposób znacząco odciąża filtry dokładne i wydłuża ich żywotność. Sprężone powietrze trafia do obudowy, wprawiane jest w ruch wirowy, a krople kondensatu oddzielają się od strumienia i opadają do dolnej części urządzenia, czyli komory kondensatu.

Wkładka zawirowująca

Najważniejszym elementem separatora jest wkładka zawirowująca. Wprowadza ona sprężone powietrze w intensywny ruch obrotowy. Wszystkie cząsteczki, zarówno powietrza jak i kondensatu, podlegają wtedy sile odśrodkowej. Cząsteczki cieczy są cięższe od cząsteczek powietrza, więc przemieszczają się w kierunku ścianki obudowy.

Po uderzeniu o ściankę krople zbierają się w większe skupiska i dzięki grawitacji spływają w dół, do komory kondensatu. Wewnątrz znajduje się zwykle pionowa rura o siatkowej budowie, która oddziela strefę przepływu powietrza od strefy gromadzenia kondensatu. Taka konstrukcja chroni przed ponownym porwaniem kropelek w stronę wylotu.

Komora kondensatu i spust

W dolnej części separatora znajduje się komora kondensatu. Jej objętość jest dobrana do wielkości odwadniacza, tak aby separacja była stabilna i nie dochodziło do częstego, nerwowego uruchamiania spustu kondensatu. Za mała komora powodowałaby ciągłe włączanie spustu, co wpływa na trwałość zaworów i automatykę.

Na dnie komory pracuje spust kondensatu, który usuwa zgromadzoną ciecz. Może to być prosty spust ręczny, zaworek pływakowy lub automatyczny spust elektroniczny. Po usunięciu kondensatu sprężone powietrze, już pozbawione widocznej cieczy, płynie dalej w stronę filtrów, osuszaczy i odbiorników.

Jak działa odwadniacz do kompresora?

Zasada działania odwadniacza opiera się na zjawisku separacji cyklonowej. Powietrze wchodzi do obudowy, zaczyna wirować i pod wpływem siły odśrodkowej krople kondensatu przemieszczają się na zewnątrz strumienia. Proces ten odbywa się bez ruchomych części, co sprawia, że odwadniacze są rozwiązaniem prostym i trwałym.

W ofercie producentów, takich jak Gardner Denver, przyłącza gwintowane mieszczą się zwykle w zakresie od 3/8″ do 3″. Przyłącza kołnierzowe zaczynają się od DN100, a typowe zakresy to DN100–DN200, z możliwością wykonania większych wersji, np. DN250 czy DN300. Średnicę przyłącza odwadniacza dobiera się do średnicy króćców kompresora, aby ograniczyć spadek ciśnienia i nie dusić przepływu.

Przepływ powietrza i separacja kropli

Po wejściu do separatora sprężone powietrze natychmiast napotyka wkładkę zawirowującą. Zostaje wprawione w ruch wirowy, a prędkość kątowa ma istotny wpływ na skuteczność odseparowania cieczy. Im lepiej dobrany odwadniacz do wydajności sprężarki, tym silniejsza siła odśrodkowa i tym dokładniejsze oddzielenie kropli.

Wnętrze separatora projektuje się tak, aby z jednej strony zapewnić intensywne wirowanie, a z drugiej uniknąć powstawania dużych spadków ciśnienia. Pionowa rura o siatkowej konstrukcji izoluje strefę przepływu od zgromadzonego na dnie kondensatu. Dzięki temu ciecz nie jest ponownie porywana przez przepływające powietrze przy zmianach obciążenia instalacji.

Skuteczność separacji i spadek ciśnienia

W kartach katalogowych producenci podają skuteczność separacji kondensatu oraz cząstek stałych. Dla odwadniaczy cyklonowych jest to zwykle 92–99% dla cząstek o wielkości co najmniej 5–10 mikrometrów. Aby porównać urządzenia różnych marek, trzeba sięgnąć do danych technicznych, bo różnice potrafią być istotne dla instalacji wymagających lepszej jakości powietrza.

Drugim istotnym parametrem jest spadek ciśnienia generowany przez odwadniacz. W zależności od wielkości i konstrukcji wynosi on około 50–100 mbar. Nie wydaje się to dużo, ale przy długiej instalacji i wielu elementach każdy dodatkowy spadek ciśnienia podnosi koszt sprężonego powietrza. Sprężarka musi wtedy pracować przy wyższym ciśnieniu, aby na końcu linii utrzymać wymagane wartości.

Niski spadek ciśnienia na odwadniaczu bezpośrednio przekłada się na niższy koszt produkcji sprężonego powietrza w skali roku.

Jak dobrać odwadniacz do sprężarki i gdzie go zamontować?

Dobór odwadniacza nie sprowadza się tylko do średnicy przyłącza. Ważne są również maksymalne ciśnienie robocze w instalacji, wydajność kompresora, zakres zmian przepływu oraz sposób odprowadzania kondensatu. Błędne dobranie separatora może obniżyć skuteczność separacji lub niepotrzebnie zwiększyć spadek ciśnienia.

Duże znaczenie ma też miejsce montażu. Tradycyjnie odwadniacz instalowało się na wylocie ze sprężarki o stałej wydajności. W kompresorach pracujących ze zmiennym przepływem (np. ze sterowaniem częstotliwościowym) starsze konstrukcje separatorów działały słabo przy niższych wydajnościach, bo prędkość przepływu była za mała, aby zadziałała siła odśrodkowa. Nowoczesne odwadniacze są już projektowane z szerszym zakresem pracy.

Najważniejsze kryteria doboru

Podczas wyboru separatora cyklonowego do sprężarki warto przeanalizować kilka podstawowych parametrów. Poniżej znajdują się czynniki, które zwykle sprawdza się w pierwszej kolejności:

• maksymalne ciśnienie robocze instalacji,
• średnicę przyłączy w sprężarce i odwadniaczu,
• wydajność sprężarki przy zadanym ciśnieniu,
• rodzaj i wyposażenie spustu kondensatu.

Maksymalne ciśnienie pracy odwadniacza musi być wyższe lub równe ciśnieniu panującemu w instalacji. Spotyka się wersje 10, 16, 17 bar, a także wykonania wysokociśnieniowe do około 50 bar. Przyłącze separatora powinno mieć tę samą średnicę, co króćce sprężarki, aby nie powiększać strat ciśnienia i nie tłumić przepływu. Jeśli instalacja pracuje przy innej wartości ciśnienia niż ta, dla której podano nominalną wydajność odwadniacza, trzeba zastosować współczynnik korekcyjny z dokumentacji producenta.

Spust kondensatu i sposób montażu

Odseparowany kondensat musi być w bezpieczny sposób usuwany z obudowy, dlatego istotne jest wyposażenie w spust kondensatu. Część separatorów ma spust w standardzie, w innych trzeba go dobrać osobno. Można stosować proste spusty ręczne, ale w instalacjach przemysłowych lepiej sprawdzają się spusty automatyczne, które ograniczają straty sprężonego powietrza i nie wymagają obsługi.

Odwadniacze cyklonowe montuje się bezpośrednio na przyłączu przy sprężarce lub na ścianie, przy użyciu uchwytów. Wariant ścienny wymaga sprawdzenia masy separatora, aby dobrać właściwe mocowanie. Z uwagi na to, że kondensat często jest agresywny, znaczenie ma także materiał obudowy i jej odporność na korozję. Dzięki temu urządzenie zachowa szczelność i parametry przez wiele lat.

Porównanie parametrów w praktyce

Żeby łatwiej zestawić typowe zakresy parametrów odwadniaczy, można posłużyć się prostą tabelą. Pokazuje ona typowe różnice między niewielkim separatorem warsztatowym, standardowym separatorem przemysłowym a wersją wysokociśnieniową:

Jak odwadniacz wpływa na jakość powietrza i koszty eksploatacji?

Odwadniacz do kompresora jest pierwszym stopniem podnoszącym jakość sprężonego powietrza zaraz za chłodnicą w sprężarce. Dobrze zaprojektowana instalacja będzie oprócz niego zawierała filtry, osuszacze chłodnicze lub adsorpcyjne i systemy odprowadzania kondensatu. Ale już sam separator cyklonowy usuwa dużą część cieczy i cięższych aerozoli, które w przeciwnym razie trafiłyby do precyzyjnych elementów.

Od jego konstrukcji zależą spadki ciśnienia w instalacji. Im mniejszy spadek, tym mniejsze są wymagane ciśnienia pracy na kompresorze, co przekłada się na realne oszczędności energii. Warto przy tym pamiętać, że wkładka zawirowująca nie podlega wymianie. Dzięki temu koszt posiadania separatora ogranicza się w praktyce do energii zużywanej na sprężanie oraz ewentualnej obsługi spustu kondensatu.

Odwadniacz, filtr i osuszacz w jednym układzie

W wielu gotowych zestawach do warsztatów producenci łączą w jednej obudowie filtr i odwadniacz. Umożliwia to jednoczesne usunięcie cieczy oraz większych zanieczyszczeń stałych. Takie rozwiązania dobrze sprawdzają się w mniejszych instalacjach, gdzie liczy się oszczędność miejsca i prostota montażu, a wymogi jakości powietrza są typowo warsztatowe.

W instalacjach przemysłowych stosuje się też oddzielne osuszacze, które oprócz usuwania kondensatu z już wykroplonej wody obniżają temperaturę punktu rosy sprężonego powietrza. Osuszacz usuwa wilgoć, a dodatkowe filtry wychwytują cząstki stałe i resztki oleju. Połączenie separatora cyklonowego, filtrów i osuszacza pozwala wyeliminować zużyty olej krążący po instalacji, który w przeciwnym razie skraca żywotność zaworów, siłowników i narzędzi pneumatycznych.

Eksploatacja i pielęgnacja urządzeń

Oprócz doboru i montażu ważna jest też codzienna obsługa. Trzeba regularnie usuwać kondensat, kontrolować działanie automatycznych spustów oraz sprawdzać stan wizualny obudowy. Do mycia nie stosuje się silnie żrących rozpuszczalników, typu rozpuszczalnik NITRO, ponieważ mogą one zmatowić powierzchnię i osłabić warstwę ochronną metalu lub tworzywa.

Na rynku działa wielu producentów urządzeń do uzdatniania sprężonego powietrza. Przykładowo polska marka REDATS oferuje wyposażenie warsztatów samochodowych i wulkanizacji, od drobnych akcesoriów po bardziej rozbudowane urządzenia. W praktyce najważniejsze jest, aby dobrany odwadniacz był dopasowany do parametrów kompresora, warunków pracy i oczekiwanej klasy jakości sprężonego powietrza, bo wtedy instalacja będzie działała stabilnie i bezawaryjnie przez długi czas.