Woher kommt das Wasser in der Druckluft? Druckluft entsteht durch die Komprimierung von atmosphärischer Luft, die immer einen gewissen Anteil an Wasser enthält. Gegen Wasser in der Druckluft ist nichts einzuwenden, solange das Wasser im gasförmigen Zustand, d. h. in Form von Wasserdampf, bleibt. Allerdings kann die Druckluft auf dem Weg zu den Geräten abkühlen und der Wasserdampf kann teilweise oder ganz kondensieren, was zu erheblichen Schäden führt: Verschleiß an Druckluftwerkzeugen und -maschinen, Verstopfung von Ventilen und Bohrungen, Korrosion von Leitungen. Dies erhöht natürlich die Wartungskosten. Die wirklich großen Verluste entstehen, wenn der Produktionsbetrieb aufgrund von Wasser im Druckluftsystem unterbrochen werden muss. Auch die Produktqualität kann darunter leiden. Die Entfernung von Wasser aus der Druckluft ist wichtig, um hohe Druckluftreinheitsklassen gemäß ISO 8573-1 zu erreichen.

Was sind die Vorteile der Verwendung von getrockneter Druckluft?

Lassen Sie uns erklären, was der Taupunkt von Druckluft ist. So können wir besser verstehen, wie sich der in der Druckluft enthaltene Wasserdampf in Wasser verwandelt. Je wärmer die Luft ist, desto mehr Wasserdampf kann in ihr enthalten sein, ohne zu kondensieren (Tauwasserbildung). Wassertröpfchen bilden sich in der Luft (einschließlich Druckluft), wenn die Luft (oder Druckluft) unter eine Temperatur abkühlt, die als Taupunkt bezeichnet wird. Wenn die Luft eine Taupunkttemperatur hat, ist sie vollständig mit Wasserdampf gesättigt (die relative Luftfeuchtigkeit erreicht 100 %). Wenn sich die Luft unter die Taupunkttemperatur abkühlt, verwandelt sich der Wasserdampf in der Luft in Wasser.

Die Taupunkttemperatur der Luft ist jedoch nicht immer gleich hoch. Sie hängt von der Menge des Wasserdampfs in der Luft ab, d. h. von der Luftfeuchtigkeit. Wenn viel Wasserdampf in der Luft ist, kondensiert er bei einer höheren Temperatur, so dass der Taupunkt höher liegt. Ist dagegen sehr wenig Wasserdampf in der Luft vorhanden, kann die Luft kühler sein, ohne zu kondensieren. Der Taupunkt ist daher niedrig. Ziel der Lufttrocknung ist es, die Wasserdampfmenge in der Luft so zu reduzieren, dass der Taupunkt den gewünschten Wert erreicht. Für Druckluft wird der Begriff Drucktaupunkt verwendet, d. h. die Temperatur, bei der der Wasserdampf bei einem bestimmten Druck kondensiert. Um Druckluft bei normalen Temperaturen zu verwenden, sollte der Drucktaupunkt 10°C unter der Betriebs- oder Werkstatttemperatur liegen.

Wichtige Definitionen

Absolute Luftfeuchtigkeit – Die Masse des Wasserdampfes in Gramm, die in einem Kubikmeter (m3) Luft enthalten ist.

Relative Luftfeuchtigkeit – Das Verhältnis zwischen der momentanen Wasserdampfmenge in der Luft und der Wasserdampfmenge, die die Luft bei gleichem Druck und gleicher Temperatur bei voller Sättigung enthalten würde. Sie wird in Prozent (%) angegeben.

Taupunkt (Taupunkttemperatur) – Die Temperatur, bei der die Luft maximal mit Wasserdampf gesättigt ist (die relative Luftfeuchtigkeit erreicht 100 %). Fällt die Temperatur unter diesen Punkt, kommt es zur Kondensation.

Drucktaupunkt – Die Temperatur, bei der der Wasserdampf in der Druckluft bei einem bestimmten Druck kondensiert.

Kondensierender Drucklufttrockner

In Kondensationstrocknern wird die Druckluft zunächst auf eine Temperatur unterhalb des Drucktaupunktes abgekühlt. Dadurch wird der in der Luft enthaltene Wasserdampf kondensiert und in Wasser umgewandelt, das der Luft entzogen wird. Der Energieverbrauch von kondensierenden Drucklufttrocknern kann durch einen Zyklonabscheider vor dem Trockner reduziert werden. Der Trockner sollte durch ein Filtersystem vor Verunreinigungen geschützt werden.

Schritte zur Entfernung von Wasser aus der Druckluft:

1. Abkühlung der Luft unter den Taupunkt, normalerweise auf +3°C oder +5°C

Die Luft wird in einem Wärmetauscher abgekühlt, in dem ein Kältemittel der feuchten, warmen Luft Wärme entzieht. Der Wärmetauscher hat zwei Kreisläufe, einen für das Kältemittel und einen für die Luft, so dass die Luft nicht in direktem Kontakt mit dem Kältemittel steht. Das Kältemittel wird vom Kompressor in den Kreislauf eingesaugt und beim Durchströmen des Wärmetauschers durch die warme Luft erwärmt, so dass es vor dem Eintritt in den Kompressor durch den Ventilator abgekühlt werden muss. Die Temperatur des Kältemittels wird von einem Temperaturfühler überwacht und geregelt. Die warme Luft tritt in den Luftkreislauf ein und wird im Wärmetauscher auf +3°C oder +5°C abgekühlt. Bei einigen Entfeuchtern wird die Luft vor diesem Kühlkreislauf durch einen kühlen Luftstrom aus dem Auslass des Entfeuchters vorgekühlt.

2 Wasserentzug

Die abgekühlte Luft im Wärmetauscher enthält Wassertröpfchen, die in einem Zyklonabscheider entfernt werden. Zyklon- oder Wirbelabscheider sind zylindrische Behälter mit einem konischen Ende. Sie nutzen zur Abscheidung ausschließlich die Schwerkraft und die Trägheitskräfte, die sich aus dem Dichteunterschied zwischen Luft und Wasser ergeben. Die Abscheider haben keine beweglichen Teile und müssen daher nicht häufig gewartet werden. Während die Luft in dem zylindrischen Behälter rotierend strömt, sammeln sich durch die Zentrifugalkraft Wassertröpfchen an der Wand des Abscheiders, wo sie in den unteren, konischen Teil fließen und das Wasser durch ein elektrisches Ventil abgelassen wird.

Vorteile von Kondensationsluftentfeuchtern:

– Kondensations-Luftentfeuchter sind preiswert.

– Kondensations-Luftentfeuchter arbeiten ohne Druckluftverlust.

Nachteile von Kondensationsentfeuchtern:

– Der Taupunkt kann nur auf +5°C oder +3°C gesenkt werden.

– Stromverbrauch für den Betrieb des Ventilators, der Steuerung und des Kältemittelkompressors.

– Es muss für eine effiziente Belüftung gesorgt werden.

Je nach Anwendung kann dieses Gerät die beste Lösung für Ihre Produktion sein. Für die meisten industriellen Standardanforderungen ist ein Kühllufttrockner geeignet.

Und wenn Sie sich Gedanken über die Umwelt machen, verwenden moderne Kälteluftentfeuchter Kältemittelgase mit niedrigem Treibhauspotenzial (GWP).

Das bedeutet, dass Kältemittelgase, die versehentlich in die Atmosphäre freigesetzt werden, weniger zur globalen Erwärmung beitragen. Künftige Kältemittel werden einen noch niedrigeren GWP-Wert haben, um den Umweltvorschriften zu entsprechen.

Im Vergleich zu Luftentfeuchtern mit Trockenmittel haben diese Geräte relativ geringe Investitionskosten und erfordern nur minimale Wartung. Es gibt auch zyklische Modelle, die sich je nach Bedarf ein- und ausschalten.

Bei der Kältetrocknung wird die Druckluft abgekühlt, so dass eine große Menge Wasser kondensiert und abgeschieden wird. Nach der Abkühlung und Kondensation der Feuchtigkeit wird die Druckluft wieder auf nahezu Raumtemperatur erwärmt, damit sich außerhalb des Systems kein kondensierter Wasserdampf bildet. Durch diesen Wärmeaustausch zwischen ein- und ausgehender Druckluft wird auch die Temperatur der einströmenden Druckluft gesenkt und damit die erforderliche Kühlleistung des Kältemittelkreislaufs reduziert. Die Kühlung der Druckluft erfolgt über ein geschlossenes Kältesystem. Durch die Steuerung des Kältemittelverdichters mit intelligenten Regelalgorithmen kann der Energieverbrauch moderner Kältetrockner deutlich reduziert werden. Kältetrockner werden für Taupunkttemperaturen im Bereich von + 2°C bis + 10°C eingesetzt, wobei die untere Grenze der Gefrierpunkt des kondensierten Wassers ist. Sie sind als freistehende Einheit oder als integriertes Trocknungsmodul im Verdichter erhältlich. Letzteres hat den Vorteil einer geringen Stellfläche und bietet eine optimierte Leistung für eine bestimmte Kompressorleistung. Moderne Kältetrockner verwenden Kältemittelgase mit einem niedrigen Treibhauspotenzial (GWP), d. h. Kältemittelgase, die bei unbeabsichtigter Freisetzung in die Atmosphäre weniger zur globalen Erwärmung beitragen. Gemäß den Umweltvorschriften müssen die in Zukunft zu verwendenden Kältemittel einen noch niedrigeren GWP-Wert aufweisen.

Adsorptionstrockner für Druckluft

Bei Adsorptionstrocknern wird die Luft getrocknet, indem sie durch einen mit Trockenmittel gefüllten Behälter strömt, in dem Wasser gebunden ist. Das Wasser bleibt an der Oberfläche oder in den Poren des Materials haften und die trockene Luft entweicht aus dem Behälter. Das Trockenmittel muss hochporös sein, meist handelt es sich um aktiviertes Alumogel aus Tonerde (Al2O3) oder Kieselgel (SiO2).

Ein Adsorptionstrockner besteht aus zwei Türmen A und B, die mit Trocknungsmaterial gefüllt sind. Die Druckluft tritt durch ein Filtersystem in den Trocknungstank A ein und strömt durch das Trocknungsmaterial, das Wasserteilchen anzieht und die getrocknete Luft zum Auslass leitet. Das Trocknungsmaterial ist innerhalb weniger Minuten mit der Feuchtigkeit aus der Luft gesättigt und kann keine weitere Feuchtigkeit mehr aufnehmen. Daher wird die Luft über das Ventilsystem in den zweiten Trockenmittelturm B umgeleitet, wo das regenerierte Trockenmittel wartet.

Im Turm A muss das Trockenmittelmaterial so schnell wie möglich regeneriert, d. h. entwässert werden. Aus diesem Grund lässt der Turm über die Klappe Druck in die Atmosphäre ab und nimmt dabei das Wasser mit. Ohne Druck kann das Wasser nicht im Trocknungsgut gehalten werden, und der Turm wird zusätzlich durch einen kleinen Strom trockener Luft aus Turm B gereinigt. Auf diese Weise ist Turm A zum Trocknen bereit, wenn das Trockenmaterial in Turm B gesättigt ist.

Vorteile von Adsorptionsentfeuchtern:

– Bei Adsorptionsentfeuchtern kann der Taupunkt je nach verwendetem Trocknungsmaterial (Adsorption) auf eine niedrigere Temperatur gesenkt werden, typischerweise auf -25°C, -40°C oder sogar bis zu -75°C.

Nachteile von Adsorptionstrocknern:

– Adsorptionstrockner verbrauchen bis zu 20 % der zugeführten Druckluft.

– Die Trockenmittelpatronen müssen regelmäßig ausgetauscht werden.

Aufgrund ihrer Fähigkeit, einen Drucktaupunkt von bis zu -75°C zu erreichen, werden Adsorptionstrockner dort eingesetzt, wo Druckluft mit sehr geringem Feuchtigkeitsgehalt benötigt wird, z. B. in der Elektronik-, Pharma-, Lebensmittel- und Getränkeindustrie und wo die Außentemperatur unter Null fällt.

Membran-Drucklufttrockner

Membrantrockner nutzen ein Verfahren zur selektiven Durchdringung der gasförmigen Bestandteile der Luft. Der Entfeuchter hat die Form eines Zylinders, in dem sich Tausende von kleinen hohlen Polymerfasern mit einer Innenbeschichtung befinden. Diese Fasern haben die Eigenschaft, Wasserdampf selektiv durch die Wände zu dringen. Nach der Vorfilterung tritt feuchte Druckluft in den Zylinder ein, wo sich der Wasserdampf, nachdem er die Faserwände durchdrungen hat, zwischen den Fasern sammelt, während trockene Luft mit fast dem gleichen Druck wie die einströmende Luft über die gesamte Länge der Fasern zum Zylinderausgang strömt. Das Wasser, das als Dampf durch die Fasern gesickert ist, wird außerhalb des Entfeuchters in die Atmosphäre abgeleitet. Die Permeation durch die Faserwände wird durch den Druckunterschied zwischen der Innen- und Außenseite der Fasern verursacht. Membranentfeuchter sind einfach zu bedienen, leise im Betrieb, haben keine beweglichen Teile, verbrauchen wenig Energie und haben einen minimalen Wartungsbedarf (hauptsächlich die Wartung der Filter vor dem Entfeuchter). Neben der Wasserentfernung kann auch die Abtrennung der gasförmigen Bestandteile der Luft mit Membranen erreicht werden, je nach dem in der Membran verwendeten Fasermaterial. Die Trennung der verschiedenen Gase wird durch die unterschiedliche Größe ihrer Moleküle und die unterschiedliche Durchlässigkeit der Membran erreicht. Gase mit kleinerer Molekülgröße haben eine größere Diffusion und können aufgrund der unterschiedlichen Permeationsrate durch die Membranwände entsprechend getrennt werden. Spezielle Membranen können daher auch in Stickstoffgeneratoren eingesetzt werden.

Membranentfeuchter bestehen aus einem Bündel von Hohlfasern (Membranen), das von feuchter Druckluft von oben nach unten durchströmt wird. Während des Durchflusses wird die Feuchtigkeit durch die Membranen herausgedrückt und die Luft verlässt die Faser trocken. Ein Teil der entfeuchteten Luft (10 bis 20 Prozent) kehrt an die Außenseite der Faser zurück und trägt die Feuchtigkeitspartikel mit sich. Membranentfeuchter benötigen je nach Drucktaupunkt zwischen 10 und 30 % der zugeführten Luft für ihren Betrieb.