Dołącz do czytelników
Brak wyników

Jak wpłynąć na wydajność systemów produkcji sprężonego powietrza?

Artykuł | 7 stycznia 2021 | NR 6
0 70

Instalacje sprężonego powietrza są jednymi z sześciu podstawowych (obok ogólnie pojętej instalacji elektrycznej, instalacji wodnej zimnej, parowej i/lub gorącej wody, wentylacyjnej/klimatyzacyjnej oraz instalacji gazowej) instalacji istniejących w prawie każdym zakładzie przemysłowym. Różni się jednak od pozostałych swoim zasięgiem występowania – o ile instalacje elektryczne, wentylacyjne czy instalacja c.o. pokrywają w zasadzie całe powierzchnie zakładów, to instalacja sprężonego powietrza, jako instalacja medium wysoce wyspecjalizowanego, występuje jedynie tam, gdzie jest zapotrzebowanie na powietrze.

 

Tym niemniej często są to setki metrów odcinków rur i ich udział w ogólnym bilansie energii jest wyraźny i może sięgnąć, zależnie od reprezentowanej branży produkcyjnej, od kilku do nawet kilkunastu procent ogólnego zużycia energii. W obliczu jednak konieczności uzyskania oszczędności w ogólnym zużyciu energii ograniczenie użytkowania sprężonego powietrza może przynieść istotne zmiany.

 

Określenie priorytetów

Jednak nie zawsze bezwzględne obniżenie zużycia energii przez instalację jest celem podstawowym albo jedynym. Może się zdarzyć, że priorytet stanowi zwiększenie wydajności instalacji. Każdy układ fizyczny (rys. 1), a instalację przemysłową w szczególności, można opisać jako połączenie źródła o określonej mocy, odbiornika o określonym zapotrzebowaniu na moc oraz strat. Wydajność tę zatem rozumieć można albo jako sprawność/efektywność, albo ilość generowanego czynnika, a zatem celami głównymi mogą być następujące kryteria:

  • zmniejszenie zużycia energii przypadającej na jednostkę produktu, przy czym produktem może być nie tylko przedmiot materialny, ale i np. usługa transportowa czy ilość przepompowanej wody,
  • zmniejszenie wszystkich strat związanych z tą instalacją,
  • zwiększenie generowanego strumienia powietrza lub zmniejszenie strat ciśnienia na przesyle przy tych samych sprężarkach wynikające np. z rozbudowy instalacji. W artykule omówionych będzie kilka wybranych czynników mających wpływ na wydajność sprężania powietrza.

 

Rys.1. Podstawowy schemat ideowy wszystkich procesów przemysłowych

 

Sposoby sprężania powietrza

Pośród wszystkich możliwych przepływowych procesów sprężania powietrza atmosferycznego można wyróżnić dwa sposoby graniczne: albo izotermiczny, czyli przy utrzymywaniu stałej temperatury gazu, albo adiabatyczny, tzn. nie oddający ciepła do otoczenia, które z punktu widzenia sprawności sprężania jest procesem doskonalszym, gdyż nie generuje strat ciepła do otoczenia. Jednak natura mechanicznego procesu sprężania gazu jest taka, że w jego trakcie wydzielane jest ciepło, a gaz ulega nagrzaniu. W procesie rzeczywistym to zwiększenie temperatury następuje w stopniu niższym niż przy sprężaniu adiabatycznym, zatem sprężanie rzeczywiste znajduje się pomiędzy tymi granicznymi procesami. Temperatura teoretyczna niezmiennej objętości gazu sprężanego na sposób adiabatyczny, do jakiej może on nagrzać się, może być obliczona ze zmodyfikowanego równania adiabaty:

 

 

gdzie:    p – ciśnienie,

                T – temperatura gazu,

               n = κ = 1,4 – wykładnik politropy równy wykładnikowi adiabaty.

               

W przypadku sprężania gazu od ciśnienia atmosferycznego i temperatury t1 = 20°C do nadciśnienia 7 bar teoretyczna temperatura końcowa w przemianie adiabatycznej wyniesie:

 

 

Temperatura ta jest bardzo wysoka i w rzeczywistych typowych urządzeniach przemysłowych niemożliwa do osiągnięcia – nie tylko z racji wykorzystywania niedostosowanych do takiej temperatury materiałów, ale także w wyniku następującego samorzutnego procesu wymiany ciepła pomiędzy gazem a otoczeniem. Konieczność mocnego ograniczania temperatury wymaga chłodzenia gazu do temperatury bliskiej temperaturze otoczenia. Poprzez takie działanie cały proces zbliża się do sprężania izotermicznego, jednakże okupione to jest stratami ciepła do otoczenia oraz dodatkowym naddatkiem użytej mocy na potrzeby napędu dodatkowych urządzeń, np. wentylatorów, pomp oleju itp.

Pośród wszystkich możliwych przepływowych procesów sprężania powietrza atmosferycznego można w...

Dalsza część jest dostępna dla użytkowników z wykupionym planem

Przypisy