Drucklufterzeugung und -aufbereitung zum Strahlen von ... · Axial-Lamellen Flüssig-keitsring...

Drucklufterzeugungund -aufbereitung

zum Strahlen von festem Kohlendioxid

DLS IngenieurbüroPneumatische und hydraulische Systeme

DLS Ingenieurbüro Jörn Blümel Dipl.-Ing.

Granseer Str. 9 D – 16515 Oranienburg

Tel.: 03301 / 57 94 98Fax: 03301 / 57 94 99

Mobil: 0170 / 20 59 6 29E-Mail: DLSBluemel@aol.com

Was ist Druckluft ?DRUCKLUFT ist verdichtete atmosphärische Luft. Dies bedeutet :

gespeicherte Energie. Wenn sich die Druckluft wieder entspannt, wird diese Energie als ARBEIT nutzbar gemacht.

Arbeit

EXPANSION

Druckenergie

Zusammensetzung atmosphärischer Luft

Stickstoff78%

Sauerstoff21%

Weitere Gase1%

Atmosphärischer Luftdruck

... wird erzeugt durch das Gewichtder Lufthülle. Er hängt ab vonder DICHTE der Luftund von der Höhe:

Der Normaldruck inMeereshöhe beträgt1,013 bar entsprechend760 mmHg (Torr)

... ist der vom absoluten Nullpunkt aus gemessene Druck. Er wird füralle theoretischen Betrachtungen, sowie in der Vakuum- und in der Gebläsetechnik benötigt.

Absoluter Druck ...

atmosphärischer Druck

Unterdruck pu Überdruck pü

absoluter Druck pa

Vakuum100%

0%

98%

50%

1 ba

r (a)

1 ba

r (a)

2 ba

r (a)

2 ba

r (a)

3 ba

r (a)

3 ba

r (a)

4 ba

r (a)

4 ba

r (a)

1 ba

r (1

bar (

üü ))

2 ba

r (2

bar (

üü ))

3 ba

r (3

bar (

üü ))

20 mba

r

500

mba

r

0 ba

r (0

bar (

üü ))

Druckbereiche

pamb

Überdruck ...... ist die praxisgerechte Bezugsgröße und wird vom atmosphärischen Druckaus bestimmt.

Definition des Druckes

Allgemein gilt:

Druck (p)=Kraft (F)Fläche (A)

Dimensionen:

A = 1 m2

Wieviel sind/ist ...105 Pa = 1bar

1 MPa = 10 bar

Überdruck1 bar = 14,5 psi(g)

1 hPa = 0,001 bar

1bar = 10197 mmWS

1bar = 750,062 Torr1 Pascal (Pa) =

1 Newton (N)1 m² (A)

1 N

DIN 1343(physikalischerNormzustand - Nm³)Theoretische Physik

Volumen bezogenauf Umgebungs-zustand (Normal-zustand)

Volumenbezogen aufBetriebszustand

Temperatur LuftdichterelativeLuftfeuchteLuftdruck

0°C =273,15K

1,01325bar 0% 1,294

kg/m³

20°C =293,15K

1,0bar 0%

Umgebungs-temperatur

Umgebungs-luftdruck

Umgebungs-luftfeuchte variabel

Betriebs-temperatur

Betriebs-druck

variabel

Volumenangaben

variabel

DIN 1945 ISO 1217 Branchenspezifische Vereinbarung

Umgebungsluftdruck1 bar (a)

Betriebsdruck7 bar (a)= 6 bar (ü)

1 Betriebs-m ³

7 m ³atmosphärischesLuftvolumen

Das Volumen

Umrechnung des Volumens bei Umgebungszustand auf das Normvolumen nach DIN 1343

VN = Normvolumen nach DIN 1343VA = Volumen bei AnsaugbedingungenTN = Temperatur nach DIN 1343, TN = 273,15KTA = Maximale Temperatur am Aufstellungsort in KpN = Luftdruck nach DIN 1343, pN = 1,01325 barpA = Niedrigster Luftdruck am Aufstellungsort in barFrel = Maximale relative Luftfeuchtigkeit am AufstellungsortpD = Sättigungsdruck des in der Luft enthaltenen Wasserdampfes

in bar, abhängig von der Lufttemperatur

VA x TN x (pA - (Frel x pD))pN x TA

VN =

Auszug aus der Tabelle Wasserdampfdruck für Luft

(Partialdruck)

-10 0,00260-9 0,00280-8 0,00310-7 0,00340-6 0,00370-5 0,00400-4 0,00440-3 0,00480-2 0,00520-1 0,005600 0,006101 0,006402 0,007103 0,007404 0,008105 0,008706 0,009407 0,010008 0,010709 0,01150

10 0,012311 0,013112 0,014013 0,015014 0,016015 0,017016 0,018217 0,018418 0,020619 0,022020 0,023421 0,024522 0,026423 0,028124 0,029825 0,031726 0,033627 0,035628 0,037829 0,0400

30 0,042431 0,044932 0,047333 0,050334 0,053235 0,056236 0,059437 0,062738 0,066239 0,069940 0,073841 0,077842 0,082043 0,086444 0,091045 0,096846 0,100947 0,106148 0,111649 0,117450 0,1234

SättigungsdruckpD(bar) bei Luft-temperatur t (° C)

t pDpD t pDt

Wassergehalt gesättigter Luft

Wasseraufnahmevermögen von Luft in Abhängigkeit vom Volumen und der Temperatur

Drucktaupunkt / Taupunkt

Die Temperatur bei der die verdichtete Luft / atmosphärische Luft zu 100% gesättigt ist.

Verdichtete Luft hat ungefähr das gleiche Wasseraufnahmevermögen pro Volumeneinheit wie atmosphärische Luft.

Der Drucktaupunkt entspricht praktisch dem Taupunkt atmosphärischer Luft.

Durch Volumenverkleinerung und Abkühlung unter den Drucktaupunkt fällt Wasserdampf als Kondensat aus.

Drucktaupunkt - atmosphärischer Taupunkt

Beispiel:Drucktaupunkt:2-3 ° C.Betriebsdruck: 7 barAtm. Taupunkt: -25 ° C.

Strömungsgeschwindigkeiten in Druckluftrohrleitungen

V = Volumenstromv = GeschwindigkeitA = Querschnitt

V = A1 x v1 = A2 x v2 • A1

A2

v2v1

=

•

A1v1

A2v2

Es gilt:

Einflüsse auf den Druckverlauf

1 bar zusätzlicherhöht die Energiekosten um 6 - 10 % im 8 bar Netz

Druck [bar]

Weg [m]

Druckverlustist abhängig von:

• dem Querschnitt• der Geschwindigkeit• der Rohrleitungslänge

Verdichterbauarten

Ejektor Radial-turboverdichter

Axial-turboverdichter

Lamellen Flüssig-keitsring

Schraube Dreh-kolben

Labyrinth Membran

Rotationsverdichter Kolbenverdichter

Tauch-kolben

Kreuz-kopf

Frei-kolben

1-wellig 2-wellig

Spiral-verdichter

Verdrängungs-verdichter

DynamischeVerdichter

Schrauben-Kompressoren mit Öleinspritzung

Fluidfilter

Fluid mit Kompressionswärme

Thermoventilheißes Fluid

Druckluft

Fluid-Luftgemisch

kühles Fluid

Fluideinspritzung:

-Wärmeabfuhr (75-80°C) Verdichtungsendtemperatur

-Reinigung der Luft von Staub, Schwefel …

- Schmierung und Abdichtung

Druckluft-Qualitätsklassennach ISO 8573-1: 2001 (E)

-5,0 ≤ x ≤ 10,0------9-0,5 ≤ x ≤ 5,0------8-x ≤ 0,5≤ 10≤ 40----7

-≤ +10 °C≤ 5≤ 5----6-≤ +7 °C--20.000---5

≤ 5,0≤ +3 °C--1.000---4≤ 1,0≤ -20 °C--50010.000--3≤ 0,1≤ -40 °C--101.000100.000-2≤ 0,01≤ -70 °C--01100-1

nach Betreibervorgabe 01,0< d ≤ 5,00,5< d ≤ 1,00,1< d ≤ 0,5≤ 0,1 mg/m³

Drucktaupunkt/ (x=Wasseranteil in

g/m³ flüssig)mg/m³µmmax. Teilchenzahl pro m³ von Partikeln mit d [µm]

Gesamt-ÖlgehaltFeuchtigkeitFeststoffe / StaubISO

8573-1Klasse

DruckluftqualitätFeuchte / Ölgehalt / feste Verunreinigungen

Kein Grenzwert, da kein Filter vorhanden

nicht definiertnicht definiert

feste Verunreinigungen

3 mg/m³Klasse 4Klasse 0< 0,0075 mg/kg LuftÖlgehalt

max. 50 g/m³größer Klasse 9Klasse 4< 0,4 g/kg LuftFeuchte /Wassergehalt

Ist - Zustand abs. (lt. ISO)

Ist - Zustand (lt. Hersteller)

Soll – Zustand nach ISO

Soll - Zustand abs. (lt.

Hersteller)

Beuteilung nachISO8573-1

Trocknungsbereiche

02040

100

0 -40-20

Kälte-trockner

Nach-kühler

Adsorptions-trockner

Drucktaupunkt

°C

AbsoluteFeuchte

g/m³

Regeneration

Feste Trockenmittel

Adsorption

Kondensation

Überverdichtung Abkühlung

Erwärmung derRegenerationsluft

Erwärmung desTrockenmittels

Ohne Wärme

Feste Trocken-mittel

ZerfließendeTrockenmittel

Flüssige Trockenmittel

Absorption

Verfahrender Drucklufttrocknung

Sorption Diffusion

Unaufbereitete Druckluft Problem im Druckluftnetz Probleme bei den Produkten

Schmutz

Ölaerosole

Wasserdampf

Korrosion

Druckverluste

Verschmutzung

Einfrieren

Wartung

Verschmutzung

Komponentenverschleiß

Ausschuß

Betriebsausfall

QualitätAusfall

Dieser Kompressor mit einer Liefermengevon 5 m3/min (bezogen auf + 20 ° C., 70 % r. F.und 1 bar absolut) fördert an einem 8-stündigenArbeitstag rund 30 Liter Wasser in das Druckluftnetz

Von den 30 Litern fallen im Nachkühler rund 20 Liter in Form von Kondensat an (bei 7 bar Betriebsüberdruck und + 30 ° C Austrittstemperatur am Nachkühler)

Bei weiterer Abkühlung der Druckluft treten die verbleibenden 10 Literan jeder beliebigen Stelle des Druckluftnetzes als Kondensat auf.z.B. durch die Berührung mit Kohlendioxid und kalten Anlagenteilen

PROBLEM: Kondensatanfall

Kondensat-sammelraum

zyklonartigeLuftbewegung

Kondensat

Drallgeber

Luftaustritt

Lufteintritt

Bei höherer Strömungsgeschwindigkeitmüssen Flüssigkeiten und schwerePartikel einer Fliehkraft ausgesetztwerden, damit eine ausreichende Ab-scheidung gewährleistet ist.

Der Abscheidegrad beträgt ca. 95 %bei 6 bar, 20 ° C und Nenn-volumenstrom. Druckabfall ca. 0,05 bar bei Nennvolumenstrom.

Erste Kondensatabscheidung im Zyklonabscheider

1. Drucklufteintritt2. Luft/Luft-Wärmetauscher3. Kältemittel/Luft-Wärmetauscher4. Kältekompressor5. Kondensatabscheidersystem mit

automatischem Kondensatableiter6. Druckluftaustritt

Zweite Kondensatabscheidung mittels Kältetrockner

• direkt vor den Verbrauchern eingesetzt• mechanische Filter • Drehbewegung• Prallscheibe• Kondensatablass (wichtig!)

Dritte Kondensatabscheidung mittels Feinfilter

Vierte. Kondensatabscheidung mittels Membrantrockner

Fünfte. Kondensatabscheidung mittels Adsorptionstrocknerkaltregeneriert oder warmregeneriert

Anwendung:Systeme sind durch Frost gefährdet.Hohe Umgebungstemperaturen.Extreme Luftqualitätsanforderungen.

1 Mikrofilter (0,01 µm, 0,01 ppm)2 Umschaltventil3 Strömungsverteiler4 Trockenmittelbett: Feuchtadsorption5 Austritts-Diffusor6 Feststoffilter 1 µm7 Regenerationsluftventil8 Trockenmittelbett: Regeneration9 Regenerations-Abblase-Schalldämpfer

Größenbestimmung eines Kompressors

Luftverbrauch von Freistrahldüsen

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150 20000

00

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

1

2

3

4

5

6

7

2 3 4 5 6

7

8

Düsen-Durchmesser (mm)

Luftmenge

l/min

m³/h

Übe

rdru

ck p

(bar

)

Luftverbrauch von Düsen (l / min)

DüsenDurchmesser

( mm)

0,51,01,52,03,04,05,06,08,0

10,0

2

83055

100225

410 330640 510900 7201250 10001950 1570

4

124590

170375

700 5501050 8501520 12202700 21504230 3400

6

1565125240520

980 7801500 12002120 17003770 30005900 4700

8

2085

16031067512501870275048007500

10

25105200380825

15002300335058509200

Betriebsüberdruck ( bar )

Beim Strahlen mit Medium gelten niedrigere Werte!

Kondensatprobleme

Kondensatprobleme

Kondensatprobleme

Kondensatprobleme

Kondensatprobleme

Danke