
Jak działa filtr sprężonego powietrza - filtr koalescencyjny
Jak działa filtr koalescencyjny
Sprężone powietrze jest powszechnie stosowane w przemysłowych zakładach produkcyjnych do zasilania urządzeń pneumatycznych. Prawie wszystkie problemy związane z niezawodnością i wydajnością systemu sprężonego powietrza są bezpośrednio związane z zanieczyszczeniem. Aby zapewnić bezpieczną, ekonomiczną i efektywną pracę systemu sprężonego powietrza, należy ograniczyć zanieczyszczenia do dopuszczalnych granic. W tym miejscu do akcji wkraczają filtry koalescencyjne. Przyjrzyjmy się ewolucji filtrów koalescencyjnych i ich działaniu
Filtry koalescencyjne - podstawa uzdatniania sprężonego powietrza
Niezależnie od rodzaju zainstalowanej sprężarki, filtry koalescencyjne są jednym z najważniejszych elementów wyposażenia oczyszczającego dla niezawodnej pracy systemu sprężonego powietrza. Nie tylko oczyszczają 6 z 10 głównych zanieczyszczeń występujących w sprężonym powietrzu, ale także chronią osuszacz sprężonego powietrza i filtry adsorpcyjne.
Do zanieczyszczeń oczyszczanych przez filtry koalescencyjne należą:
- Cząsteczki atmosferyczne
- Rdza
- Inne zanieczyszczenia rurowe
- Mikroorganizmy
- Aerozol wodny
- Aerozol olejowy
Pierwszy filtr koalescencyjny
Początki nowoczesnej filtracji sprężonego powietrza sięgają roku 1963, kiedy to firma Domnick Hunter jako pierwsza zastosowała mikrofibry do oczyszczania, co na zawsze zmieniło przemysł sprężonego powietrza. Wprowadzona w 1972 roku seria filtrów OIL-X była pierwszą serią filtrów w pełni wykorzystującą tę przełomową technologię i zawsze była synonimem wysokiej jakości sprężonego powietrza. Dziś marka OIL-X pozostała, ale technologia uległa ewolucji.
Jak więc działają filtry koalescencyjne?
Filtry koalescencyjne opierają swoją skuteczność na filtracji mechanicznej. Sercem każdego filtra koalescencyjnego jest element filtrujący. Elementy filtrów koalescencyjnych mają 3 główne fazy działania:
- Faza 1 - wychwytywanie aerozolu i cząstek stałych
- Faza 2 - koalescencja
- Faza 3 - zapobieganie ponownemu osadzaniu się zanieczyszczeń
Wkłady filtracyjne koalescencyjne wykorzystują głębokie złoże włóknistego materiału filtracyjnego. Media filtracyjne są zazwyczaj dostarczane w formie arkuszy lub na rolkach. W postaci dostarczonej głębokość złoża filtracyjnego nie jest wystarczająca do zapewnienia odpowiedniej filtracji, dlatego media są konstruowane w element filtracyjny. To właśnie zastosowana metoda konstrukcyjna zapewnia głębokie złoże mediów filtracyjnych.
Mimo, że wizualnie są podobne, użyte media filtracyjne i metoda konstruowania mediów w element filtracyjny różnią się między producentami. Wydajność elementu filtracyjnego nie może być określona po prostu na podstawie jego wyglądu, a dwa elementy, które wyglądają identycznie, mogą mieć znacznie różniące się wydajności filtracji, zużycie energii i żywotność.
Działanie filtra koalescencyjnego faza 1: wychwytywanie aerozoli i cząstek stałych
Gdy sprężone powietrze przepływa przez element filtracyjny, aerozole ciekłe i cząstki stałe są zbierane na poszczególnych włóknach nośnika za pomocą trzech mechanizmów wychwytywania:
- Bezpośrednie przechwytywanie
- Uderzenie bezwładnościowe
- Dyfuzja
Każdy mechanizm wychwytuje aerozole i cząstki o różnych rozmiarach.
Bezpośrednie przechwytywanie - przechwytuje cząstki o wielkości 1 mikrona i większe. Ten mechanizm przechwytywania występuje, gdy porwane aerozole lub cząstki stałe w sprężonym powietrzu nie są w stanie znaleźć bezpośredniej drogi przez głębokie złoże mediów filtracyjnych. Styka się on z powierzchnią pasma mediów filtracyjnych, gdzie jest zbierany i zatrzymywany.
Uderzenia bezwładnościowe – faza ta wychwytuje cząstki o wielkości od 0,3 do 1 mikrona. Ze względu na przypadkowość złoża z włókien szklanych, sprężone powietrze musi podążać krętą drogą. Ponieważ strumień powietrza gwałtownie zmienia kierunek, aby ominąć pasma włókien mediów filtracyjnych, aerozole i cząstki stałe o odpowiedniej masie nie są w stanie tego zrobić ze względu na swoją bezwładność, one również zderzają się z pasmem mediów filtracyjnych, są zbierane i zatrzymywane
Dyfuzja (ruch Browna) - wychwytuje cząstki o wielkości 0,3 mikrona i mniejsze. Bardzo małe aerozole i cząstki stałe mają bardzo małą masę i zachowują się tak, jakby były cząsteczkami gazu. Przemieszczają się one w strumieniu sprężonego powietrza w sposób losowy, znany jako ruch Browna. Podobnie jak w przypadku gazu, często dochodzi do zderzeń tych aerozoli i cząstek stałych z samymi sobą oraz z nanowłóknami szklanymi, przez co są one również zbierane i zatrzymywane.
Wydajność filtra i najbardziej penetrująca wielkość cząstek
Ważne jest, aby zrozumieć, że filtry wgłębne, takie jak koalescencyjne i suche filtry cząstek stałych, nie są oceniane w sposób absolutny, co oznacza, że nie wychwytują i nie zatrzymują 100% zanieczyszczeń dostających się do filtra. Zamiast tego, dane techniczne filtrów wgłębnych będą zazwyczaj wskazywać wskaźnik skuteczności filtracji obok zdolności redukcji cząstek stałych i aerozolu oleju. Wskaźnik skuteczności filtra wgłębnego (zwykle podawany w procentach) oznacza, jak wiele aerozoli i cząstek stałych dostających się do elementu filtrującego jest wychwytywanych przez media filtracyjne.
Dlaczego filtr wgłębny nie wychwytuje i nie zatrzymuje 100% zanieczyszczeń?
Każdy mechanizm wychwytywania ma wydajność zbierania, która jest bezpośrednio związana z wielkością usuwanych cząstek, a te nakładają się na siebie. Na przykład, w miarę jak maleje skuteczność zbierania cząstek przez uderzenie bezwładnościowe, wzrasta zbieranie cząstek przez dyfuzję. Kiedy mechanizmy wychwytywania są połączone, wielkość cząstek, która z największym prawdopodobieństwem przeniknie przez filtr, znana jako najbardziej penetrująca wielkość cząstek (MPPS), może być określona. W przypadku cząstek o rozmiarach mniejszych lub większych od MPPS skuteczność usuwania cząstek wzrasta o 100 procent.
Na przykład: jeśli filtr ma sprawność 99,9999% przy MPPS równym 0,3 mikrona, to 0,0001% cząstek o tej wielkości trafiających do filtra wychodzi z drugiej strony i trafia do systemu sprężonego powietrza. Skuteczność usuwania cząstek i wielkość cząstek, przy której występuje MPPS, zależy od materiału filtracyjnego, konstrukcji elementu i prędkości gazu i będzie różna dla różnych producentów filtrów.
Wydajność będzie różna dla różnych mediów filtracyjnych i różnych producentów filtrów.
Działanie filtra koalescencyjnego faza 2: koalescencja
Po zebraniu, aerozole na włóknach stają się celami dla pozostałych aerozoli w powietrzu, powodując ich wzrost w czasie. Gdy urosną wystarczająco duże, powietrze przepływające przez zebrane aerozole zmusza ciecz do ruchu. Zmobilizowany płyn zbiera dodatkowy płyn, gdy porusza się wzdłuż włókien. Jak objętość cieczy zwiększa się, to nie jest już ograniczony do poruszania się wzdłuż włókien i staje się ruchomy film cieczy. Ten film cieczy przemieszcza się przez media aż do zewnętrznej powierzchni elementu filtrującego.
Faza 3 pracy filtra koalescencyjnego: zapobieganie ponownemu osadzaniu
Na elemencie filtracyjnym zamontowany jest system przeciwdziałania ponownemu odsączaniu, który jest zapewniony poprzez porowatą piankową lub włóknistą warstwę drenażową. Warstwa drenażowa zapobiega ponownemu przedostawaniu się cieczy luzem do (ponownego) strumienia powietrza. Dzięki grawitacji ciecze przemieszczają się w dół przez warstwę drenażową w kierunku podstawy elementu. Gdy ciecz dotrze do podstawy filtra, tworzy mokrą wstęgę. Ta mokra wstęga jest umieszczona w regionie o stosunkowo niskiej turbulencji i przepływie powietrza, aby zmniejszyć ryzyko ponownego zasysania. Odsączony olej może być następnie odprowadzony ze sprężonego powietrza za pomocą automatycznie aktywowanego zaworu spustowego w celu utylizacji w bezpieczny i odpowiedzialny sposób. Dane techniczne filtrów koalescencyjnych zawierają zazwyczaj maksymalną zawartość pozostałego oleju w temperaturze referencyjnej. Wartość ta jest oparta na kwestionowanej ilości aerozolu olejowego wprowadzanego do filtra i pomiarze ilości aerozolu olejowego pozostającego w sprężonym powietrzu za filtrem. Jest to wartość zmierzona i pokazuje skuteczność wszystkich 3 mechanizmów wychwytywania.