Ratgeber Drucklufttechnik

3.Warum Drucklufttrocknung?
Das Problem liegt in der Luft
– und zwar im wahrsten Sinn
des Wortes: Wenn atmosphärische
Luft sich abkühlt,
wie es nach der Verdichtung
im Kompressor der Fall ist,
dann kondensiert Wasserdampf
aus. So „produziert“
ein 30-kW-Kompressor mit
einer Liefermenge von
5m 3 /min bei 7,5 bar unter
durchschnittlichen Bedingungen
pro Arbeitsschicht etwa
20 Liter Wasser. Es muss
aus dem Druckluftsystem
entfernt werden, um
Betriebsstörungen und
Schäden vorzubeugen.
Drucklufttrocknung bildet
also einen wichtigen
Bestandteil anwendungsgerechter
Aufbereitung.
In diesem Kapitel finden Sie
Wissenswertes zum Thema
kostengünstige und umweltgerechte
Trocknung.
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Umgebungsluft: 10 m3 /min
bei 20°C mit 102,9 g/min Wasser
Sättigungsgrad 60 %
1. Ein Beispiel aus der Praxis
Saugt ein fluidgekühlter Schraubenkompressor
bei 20 °C unter Umgebungsdruck
pro Minute 10 m 3 Luft
mit 60 % relativer Feuchte an,
dann enthält diese Luft ca. 100 g
Wasserdampf. Wird die Luft im
Verdichtungsverhältnis 1:10 auf
einen Absolutdruck von 10 bar verdichtet,
dann erhält man 1 Betriebskubikmeter.
Bei einer Temperatur von 80 °C
nach der Verdichtung kann die Luft
jedoch 290 g Wasser pro Kubikmeter
aufnehmen. Da aber nur ca.
100 g vorhanden sind, ist die Luft
mit einer relativen Feuchte von ca.
35 % recht trocken und es entsteht
kein Kondensat. Im Nachkühler des
Kompressors wird die Drucklufttemperatur
aber von 80 auf ca.
30 °C reduziert. Danach kann der
Kubikmeter Luft nur noch rund
30 g Wasser aufnehmen, so dass
ein Wasserüberschuss von ca.
70 g/min entsteht, kondensiert
und abgeschieden wird. Bei einem
8-Stunden-Arbeitstag fallen somit
ca. 35 Liter Kondensat an.
Weitere 6 Liter pro Tag werden
beim Einsatz nachgeschalteter Kältetrockner
abgeschieden. In diesen
Trocknern wird die Druckluft zunächst
auf +3 °C abgekühlt und
später auf Umgebungstemperatur
rückerwärmt. Das führt zu einer
Feuchte-Untersättigung von ca.
Verdichtungsverhältnis 1: 10
1Bm3 /min, bei 80°C mit 102,9 g/min Wasser
Sättigungsgrad 35 %
20 % und damit zu einer besseren,
relativ trockenen Druckluftqualität.
2. Ursache Luftfeuchte
Unsere Umgebungsluft ist mehr
oder weniger feucht, das heißt, sie
enthält immer auch einen Wasseranteil.
Diese Feuchte hängt von der
jeweils herrschenden Temperatur
ab. So bindet beispielsweise zu
100 % wasserdampfgesättigte Luft
bei +25 °C nahezu 23 g Wasser
pro Kubikmeter.
3. Kondensatbildung
Kondensat entsteht, wenn das Luftvolumen
verringert und zugleich die
Lufttemperatur gesenkt wird. Damit
verringert sich das Wasseraufnahmevermögen
der Luft. Genau dies
geschieht im Verdichterblock und
im Nachkühler eines Kompressors.
4. Wichtige Begriffe –
kurz erklärt
a) Absolute Luftfeuchte
Unter der absoluten Luftfeuchte
versteht man den Wasserdampfgehalt
der Luft, angegeben in g/m 3.
b) Relative Luftfeuchte (F rel )
Die relative Luftfeuchte gibt den
Sättigungsgrad, d. h. das Verhältnis
des realen Wasserdampfgehaltes
zum jeweiligen Sättigungspunkt
(100 % F rel ) der Luft, an.
Dieser ist je nach Temperatur
Abkühlung: 1 Bm3 bei +3 °C mit
102,9 g/min Wasser
Sättigungsgrad 1728 %
Kondensatausfall 96,95 g/min
46536 g/8h Tag = ca. 47 Liter
variabel: Warme Luft kann mehr
Wasserdampf aufnehmen als kalte.
c) Atmosphärischer Taupunkt
Der atmosphärische Taupunkt ist
diejenige Temperatur, bei der die
Luft unter atmosphärischem Druck
(Umgebungsbedingungen) einen
Feuchte-Sättigungsgrad (F rel ) von
100 % erreicht.
Dazu folgende Beispielwerte:
d) Drucktaupunkt
Unter dem Drucktaupunkt versteht
man die Temperatur, bei der die
Druckluft unter ihrem Absolutdruck
ihren Feuchte-Sättigungspunkt
(100 % F rel ) erreicht.
Für das obige Beispiel heißt das:
Die unter einem Druck von
10 bar (a) stehende Luft hat bei
einem Drucktaupunkt von +3 °C
eine absolute Luftfeuchte von 6 g
pro Betriebskubikmeter.
Zur Verdeutlichung: Entspannt man
den im Beispiel genannten Betriebskubikmeter
von 10 bar (a) auf
atmosphärischen Druck, so ver-
Bezeichnung Kältemittel Zusammensetzung
Formel
H-FCKW
Kältemittel R 22
H-FKW
R 134a
Kältemittel und „Blends“
R 404A
R 407C
Taupunkt max. Wassergehalt
in °C in g/m 3
+40 50,7
+30 30,1
+20 17,1
+10 9,4
0 4,9
–10 2,2
–20 0,9
–25 0,5
CHClF 2
CH 2 F-CF 3
R 143a/125/134a
R 32/125/134a
größert sich sein Volumen wieder
um das Zehnfache. Der Wasserdampfanteil
von 6 g bleibt unverändert,
verteilt sich aber nun auf das
zehnfache Volumen. Damit enthält
jeder Kubikmeter entspannter Luft
nur noch 0,6 g Wasserdampf. Das
entspricht einem atmosphärischen
Taupunkt von –24 °C.
5. Wirtschaftliche und umweltgerechte
Drucklufttrocknung
a) Kälte- oder Adsorptionstrockner?
Die umweltrechtlichen Neuregelungen
bezüglich der Kältemittel
ändern nichts daran, dass Adsorptionstrockner
weder von der Wirtschaftlichkeit
noch von der
Umweltbilanz her eine Alternative
zu Kältetrocknern darstellen.
Letztere benötigen nämlich nur 3 %
der Energie, die der Kompressor zur
Drucklufterzeugung braucht,
Adsorptionstrockner dagegen 10
bis 25 % oder mehr. Daher sollten
auch heute im Normalfall Kältetrockner
eingesetzt werden.
Der Einsatz von Adsorptionstrocknern
ist dagegen nach wie vor nur
sinnvoll, wenn extrem trockene
Druckluftqualitäten mit Taupunkten
bis –20, –40 oder –70 °C benötigt
werden.
b) Welches Kältemittel?
FCKW wie R 12 und R 22 dürfen
in neuen Kältetrocknern nicht mehr
eingesetzt werden. Die Tabelle
(unten) zeigt die zur Verfügung stehenden
Kältemittel und deren Einfluss
auf die Umwelt.
Ozonabbaupotential
(engl.: ODP = ozone depletion
potential)
[R 12 = 100%]
5%
0%
0%
0%
Treibhauspotential
(engl.: GWP = global
warming potential)
[R 12 = 100%]
12%
8%
26%
11%
Bis zum Jahr 2000 verwendeten
die meisten Kältetrocknerhersteller
R 22, ein teilhalogeniertes FCKW.
Es hatte gegenüber R 12 ein Ozonabbaupotential
von nur 5 %, und
auch das Treibhauspotential war
mit 12 % erheblich geringer.
Heute setzen die Hersteller vorwiegend
das H-FKW R 134a ein, das
vom Gesetzgeber wegen seiner
Unschädlichkeit für die Ozonschicht
der Atmosphäre als Ersatzkältemittel
für R 12 alternativ zu
R 22 empfohlen wurde.
Der Vorteil von R 134a liegt in der
Möglichkeit, mit R 12 betriebene
ältere Anlagen ohne großen
maschinellen Aufwand auf das
neue Kältemittel umrüsten zu
können.
Zur Zeit kommen neben R 134a
weitere H-FKW mit einem Ozonabbaupotential
von ebenfalls 0 %
zum Einsatz wie R 404A und
R 407C. Dabei handelt es sich um
so genannte „Blends“, Mischungen
verschiedener Kältemittel, die
jedoch unterschiedlich hohe Temperatur-„Glides“,
das heißt Abweichungen
der Verdampfungs- und
Kondensationstemperaturen ihrer
Bestandteile, aufweisen und zudem
ein gegenüber R 134a höheres
Treibhauspotential haben (siehe
Tabelle unten). R 407C kommt
daher nur für besondere Einsatzbereiche
in Frage. R 404A hingegen
ist wegen seines niedrigen Temperatur-„Glides“
für höhere Durchflusskapazitäten
ab 24 m³/min
interessant.
Temperatur-„Glide“
Mögliche Abweichung der
Verdampfungs-/
Kondensationstemperatur [K]
0
0
0,7
7,4
9