Nezařazené | 10. 3. 2015

Neházejte prosím všechny filtry do jednoho pytle!

Různé pohledy na odlučovače olejové mlhy

Hledisko č. 1 – potřebná kapacita průtoku

Potřebný průtok daného filtračního zařízení se udává v m³/hod a je jedním z hlavních parametrů, kterým se musíme řídit při návrhu vhodného řešení. Pokud bychom stroj či jiné odsávané zařízení osadili odlučovačem s příliš malou kapacitou (průtokem), nebude vzniklá mlhovina odsávána dostatečně rychle a efektivně. Pokud ale použijeme příliš výkonnou jednotku, bude nasávat místo jemného aerosolu i velké kapky a možná dokonce i pevné částice např. obráběného materiálu, a to rozhodně také není žádoucí. Proto je volba odpovídajícího průtoku daného filtračního zařízení tak důležitá a měla by se vyhodnocovat zodpovědně.

Pro stanovení vhodného průtoku existuje pro většinu případů následující jednoduchá pomůcka, která vychází z předpokladu, že vzduch by se měl v daném odsávaném prostoru (kabině obráběcího stroje) vyměnit šestkrát za minutu. Změříme proto vnitřní odsávaný prostor stroje a postupujeme takto:

vnitřní velikost odsávaného prostoru stroje: . . 2 m³
počet výměn vzduchu za minutu. . . . . . . . . . . . . . .6
počet minut za hodinu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
tedy: 2 × 6 × 60 = 720 m³/hod

Pro odsávání uvedeného stroje potřebujeme odlučovač o kapacitě 720 m³/hod. Ovšem tento údaj může být různě korigován v závislosti na dalších faktorech, kterými mohou být například tyto:

• Pokud se dveře stroje otevírají jen velmi zřídka, lze snížit počet výměn vzduchu např. na čtyři výměny za minutu – typická aplikace je soustružení z automaticky nakládaného tyčového materiálu pomocí podavače tyčí.

• U větších strojů nad cca 15 m³ se aerosol šíří pomaleji, než u malých strojů a navíc tyto stroje obvykle pracují v delších cyklech. Aerosol se šíří v zásadě sféricky kolem bodu kontaktu nástroje a obrobku a do vzdálených rohů krytování se často ani nedostane. Proto také v těchto případech lze zvolit přiměřeně menší kapacitu odsávání.

Hledisko č. 2 – koncentrace odsávané vzdušniny

Dalším, neméně důležitým parametrem je vstupní koncentrace odsávané vzdušniny. A tady se již často chybuje. Nejprve si řekněme, že česká norma jako limit olejového resp. emulzního aerosolu stanoví hodnotu 5 mg/m³. To je již poměrně vysoká hodnota, každému velmi nepříjemná již po několika minutách. Běžný proces obrábění vytváří aerosol o koncentraci do cca 10 mg/m³.

Stačí ovšem málo a koncentrace prudce vyletí vzhůru – mohou to způsobit určitá chladiva (především oleje), technologie (hrubování), materiál obrobku, vyšší tlaky chladicí kapaliny, vyšší otáčky nástrojů a další faktory. Tuto hodnotu je dobré znát, aby bylo možno zvolit vhodný filtrační princip, protože čím vyšší koncentrace jsou, tím méně variant odsávání má uživatel k dispozici.

Hlavní filtrační principy lokálního odsávání lze zhruba rozdělit takto:

Mechanické cyklonové filtry – jedná se o základní stupeň filtrace, vhodný spíš pro zachytávání velkých částic aerosolu až malých kapek vody. Tyto systémy pracují na principu mikroturbulencí a náhlých změnách rychlosti při průchodu částic cyklonovými deskami, na kterých část aerosolu ulpívá a stéká do sběrného místa. Tyto systémy jsou levné, ale pracují s nízkou účinností a se složitější vzdušninou si bez dalších výměnných elementů (jako např. nákladný HEPA filtr) neporadí.

Dynamické odstředivé separátory – jedná se o nejrozšířenější filtrační princip vůbec. Pro standardní vzdušninu do 10 až 15 mg/m³ (typické aerosoly pro soustruhy a obráběcí centra běžných parametrů s chlazením emulzí) pracují s účinností přes 99 %. Částice aerosolu jsou v separačním bubnu s tvarovými lopatkami, který rotuje vysokou rychlostí, oddělovány od vzduchu a vlivem odstředivých sil se sbírají na vnitřním povrchu odlučovače a ve formě zkondenzované kapaliny odcházejí pryč. Tyto systémy nabízí velmi rozumný kompromis mezi cenou a výkonem, jen je třeba volit provedení s rotačními vložkami a vertikální provedení – pak zařízení pracuje dlouho a dobře.

Elektrostatické filtry – tyto principy tvoří zcela samostatnou skupinu, z historických důvodů oblíbenou především v německých zemích. V elektrostatickém odlučovači prochází kontaminovaná vzdušnina nejprve jedním nebo dvěma mechanickými předfiltry, které zachytí největší nečistoty. Poté částice prolétávají přes vysokonapěťovou ionizační komoru (cca 15.000 – 20.000 voltů), kde získají kladný náboj. Z ionizační komory nalétají do sběrné komory, kde díky získanému náboji během Neházejte prosím všechny filtry do jednoho pytle! Různé pohledy na odlučovače olejové mlhy Filtrační technika 1 2015 23 průletu ulpívají na sběrných lamelách. Elektrostatické odlučovače jsou již poměrně sofistikovaná technická zařízení, která (díky malému odporu filtračního mechanismu) způsobují jen malé tlakové ztráty a také nejsou příliš energeticky náročná. Účinnost elektrostatických odlučovačů je velmi vysoká za předpokladu, že sběrné lamely jsou čisté. Pokud se však lamely pokryjí vrstvou částic, účinnost elektrostatického odlučovače výrazně klesá. Jakmile je navíc překročeno určité množství zachycených částic, může docházet ke vzniku oblouku a k jiskření, jehož přímým důsledkem je tvorba zdraví škodlivého ozonu. Z těchto důvodů musí být elektrostatické odlučovače vybaveny ne právě jednoduchým systémem sledování zanesení sběrných lamel s odpovídající indikací a musí být často a důkladně čištěny. Je třeba zdůraznit, že i čištění sběrných lamel je poměrně složité – hmota, která na nich ulpívá, je podobná např. napečenému oleji po grilování a k jejímu odstranění je nutná tlaková voda a rozpouštědlo, protože usazeniny mají charakter olejových látek. Je tedy nutno přihlížet i ke správě kontaminované vody, použité pro čištění, která rovněž zatěžuje životní prostředí.

Schéma činnosti elektrostatického filtru

Elektrostatické odlučovače jsou nezastupitelné tam, kde se jedná o separaci suchých prachových částic velmi malých rozměrů cca 0,1–1 mikrometru. S ohledem na dlouholetou tradici v těchto oblastech nasazení byly vyvinuty zařízení i pro eliminaci průmyslového aerosolu, kde ale s ohledem na svou vyšší technickou složitost a nároky na údržbu trpí mnoha neduhy, zejména při aplikacích odsávání emulzního aerosolu (přítomnost vody v blízkosti vysokonapěťových komponent představuje značné riziko, filtrace čistě olejové mlhoviny nebývá tak problematická). Problémem elektrostatických odlučovačů jsou také vzdušniny, kde je koncentrace částic vyšší než 20 mg/m³. Pro dosažení vysoké účinnosti elektrostatického odlučovače – tedy pro to, aby částice měla čas zachytit se na sběrné lamele, totiž musí být splněny zejména následující podmínky:

• relativně nízká rychlost proudění vzduchu,

• dostatečně dlouhá dráha letu ve sběrné komoře,

• dostatečná velikost částice – u těch nejmenších (a bohužel nejproblémovějších) převažuje vliv proudění vzduchu nad přitažlivostí, vyvolanou el. nábojem.

Čím vyšší je koncentrace submikronových částic v odsávané vzdušnině, tím obtížnější je výše uvedených podmínek dosáhnout. Řešením může být odlučovač se dvěma nebo více sběrnými komorami, ale pro dosažení optimální účinnosti u náročnějších typů vzdušnin by zařízení muselo být již značně velké. Pro aplikaci na lehkých aerosolech je elektrostatický filtr příliš nákladný a náročný na údržbu a v této kategorii dnes existují levnější a spolehlivější principy – proto podíl elektrostatických odlučovačů na celkovém počtu aplikací spíše klesá.

Filtrační věže s aktivními filtry – jen několik světových výrobců umí využívat princip kaskádové filtrace, jehož výhodou je možnost sestavení filtračních jednotek s obrovskými kapacitami, a zároveň používat speciální typy aktivních filtračních prvků – tedy takové elementy, které se po dosažení určitého stupně nasycení začnou samovolně nebo nuceně čistit. Mezi ně především patří švédská firma ABSOLENT AB, která se zabývá vývojem a výrobou filtračních věží pro nejtěžší aplikace, tedy pro vzdušniny, které jsou složeny převážně ze submikronových částic a s koncentracemi až 150–200 mg/m³ a více. Tyto vzdušniny produkují nejtěžší procesy obrábění, procesy kalení, tepelného zpracování, indukčního předehřívání silně olejem konzervovaných součástí apod.

Díky použití aktivních filtračních kazet se schopností samočištění je životnost těchto elementů velmi dlouhá, často až několik roků.

Každá filtrační věž ABSOLENT je vybavena prvním a druhým filtračním stupněm – aktivní kazetou, která je složená ze skládaného filtračního rouna, neseného kovovými lamelami. Toto rouno se sestavuje vždy z několika různých vrstev a navrhuje se tak, aby přesně odpovídalo charakteru odsávané vzdušniny. Jakmile začne filtrační věž odsávat vzdušninu, savý materiál filtračního rouna začne absorbovat částice aerosolu. Po dosažení určité úrovně nasáknutí se ale v rounu začnou částice samovolně slučovat do kapek a přirozeně stékat do sběrné nádrže. Díky tomuto principu samodrenáže zůstává aktivní kazeta stále průchozí a nehrozí zablokování průchodu vzduchu přes celou filtrační kaskádu věže. Aby životnost VŠECH filtračních elementů byla dlouhodobě vyrovnaná, jsou filtrační věže ABSOLENT navrženy tak, aby první filtrační kazeta zachytila až 80 % všech částic odsávané vzdušniny, druhá filtrační kazeta cca 18,5 % částic tak, aby do finálního HEPA filtru (třetí stupeň filtrace) vstupovala jen nepatrná zbývající část těch nejjemnějších částic. V tom, jak je vzájemně vyladěna účinnost jednotlivých filtračních stupňů, je koncept filtračních věží ABSOLENT pozoruhodný a to je také důvodem schopnosti dlouhodobého bezúdržbového provozu.

Samozřejmě existují ještě další hlediska – teplota odsávané vzdušniny, množstevní podíl submikronových a běžných částic v odsávané vzdušnině a další parametry. Uvedené dvě hodnoty by ale měly být vždy zohledněny. Jak z předchozího textu vyplývá, i v oblasti odsávání aerosolů a olejových mlhovin existují značná rizika a proto je nejlepší svěřit řešení odborníkům. A stejně jako v jakýchkoliv jiných oborech platí stará pravda – ne vždy se nejnižší cena vyplatí a už vůbec není možné házet všechny filtrační systémy do jednoho pytle!

www.wemac.cz