FILTRAREA AERULUI COMPRIMAT

1. Generalităţi. Contaminanţi ai aerului comprimat.

Aerul comprimat utilizat în acţionările pneumatice conţine mai multe tipuri de impurităţi,

provenind din mai multe surse de contaminare:

a) Din atmosferă, aspirate de compresor sau aspirate de aparatele pneumatice aflate în

funcţiune; aceste impurităţi pot fi în diferite stări de agregare:

- solidă: praf, nisip;

- gazoasă: SO2, NOx, CO2, CO, H2S, vapori de ulei, etc;

- lichidă: apă, aerosoli, etc;

b) Din sistemul de lubrifiere al compresorului:

- ulei supraîncălzit (şi murdar);

- particule abrazive;

c) Din reţeaua de conducte:

- rugină;

- ţunder;

- condens;

- exfolieri de la acoperirile galvanice;

2. De ce este necesară filtrarea

Calitatea filtrării influenţează în mod direct fiabilitatea şi durata de viaţă ale elementelor

pneumatice care echipează instalaţia, deci performanţele acesteia.

Deci, în ultima instanţă, calitatea filtrării se răsfrânge asupra productivităţii maşinilor,

adică asupra costurilor de fabricaţie.

Determinarile cantitative au aratat că 1m cub de aer contine, la presiune atmosferică,

aproximativ 140 milioane particule solide; un calcul simplu evidenţiază că, la o presiune de 7 bar,

conţinutul de particule creşte de 7 ori, deci va fi de 980 milioane de particule. Particulele solide şi

lichide având diferite provenienţe formează o “hârtie abrazivă” care creează mari neajunsuri în

funcţionarea echipamentelor pneumatice.

Din păcate, deoarece cheltuielile generate de o filtrare necorespunzatoare sunt

implicite şi nu pot fi evidenţiate contabil precis şi uşor, foarte mulţi consumatori de aer

comprimat nu sesizează importanţa deosebită a unei filtrări corespunzatoare.

O a doua problemă este lipsa disciplinei personalului de întreţinere - care, în absenţa

unor reglementări clare şi severe a atribuţiilor proprii legate de monitorizarea filtrării aerului -

nu înlocuieşte la timp, conform programelor de mentenanţă, filtrele sau chiar le

descompletează.

3. Procesul de filtrare

Filtrarea este un proces de separare mecanică a contaminanţilor solizi sau lichizi; un filtru

elementar poate fi privit ca o sită având orificii (ochiuri) de o anumită mărime (fineţe) care este

traversată de aerul supus filtrării; particulele mai mici decât orificiile trec nestingherite şi

traversează filtrul odată cu aerul, în timp ce particulele mai mari sunt reţinute.

Ideal este ca filtrarea să fie cât mai completă, însă din punct de vedere energetic şi a

costurilor de întreţinere nu este judicios. Fineţea de filtrare trebuie să aibă valoarea cerută de

instalaţia pneumatică alimentată, mai precis fineţea de filtrare trebuie să fie cea solicitată de

aparatele pneumatice care echipează instalaţia şi de procesele tehnologice.

Filtrarea se face în trepte, în funcţie de mărimea particulelor, începând cu cele mai mari.

Realizarea unei filtrări la fineţe mare se face treptat, trecând (de obicei) prin treptele

intermediare (schema de mai jos); procedând astfel se evita colmatarea rapidă a filtrelor mai fine.

40µm 5µm 1µm 0,01µm

După fineţea de filtrare, standardele stabilesc cinci trepte de filtrare:

Treapta de filtrare Calitatea filtrarii Finetea de filtrare (μm)Treapta I Grosiera 50 - 100Treapta II Medie 25 - 50Treapta III Fina 10 - 25Treapta IV Foarte fina 1 - 10Treapta V Extra fina <1

În funcţie de mărimea şi densitatea particulelor de contaminanţi maxim permise sunt

stabilite, conform ISO 8573-1, şapte clase de calitate pentru aerul comprimat (vezi tabelul 1 din

anexă).

În aceeaşi anexă, în tabelul 2 sunt prezentate, pentru diferite aplicaţii, cerinţele privind

clasa de calitate a aerului comprimat utilizat.

Producătorii de aparate pneumatice specifică în cataloagele de produse fineţea de filtrare

necesară, iar producătorii de utilaje echipate pneumatic instalează filtre corespunzătoare şi fac

(sau ar trebui să facă) menţiunile corespunzatoare în documentaţia tehnică ce însoteşte utilajele

respective.

În figura 1 sunt reprezentate schematic posibilele necesităţi de preparare a aerului,

privind filtrarea şi ungerea într-o instalaţie acţionată pneumatic.

Este vorba de ungerea asigurată prin ungător, nu de posibilele scăpări de ulei din

compresor. Parametrul aer uns/neuns poate fi considerat o componentă a gradului de filtrare,

deoarece în unele situaţii prezenţa uleiului nu este dorită.

Fig. 1

4. Construcţia şi funcţionarea filtrelor

În funcţie de aplicaţii şi tehnologiile utilizate, cartuşele filtrante se execută din cele mai

diferite materiale:

• materiale textile (bumbac, fetru, vată minerală, etc.)

• materiale plastice

• pulberi metalice sinterizate

• ţesături metalice

• diferite combinaţii ale acestora.

Se recomandă, pe cât posibil, utilizarea filtrelor din pulberi sinterizate, datorită

multiplelor avantaje pe care acestea le oferă:

Fig.2

- filtrare foarte bună, în plaja 2 - 100 µm;

- cădere de presiune redusă;

- rezistenţă mecanică bună;

- rezistenţă la temperaturi mari;

- rezistenţă la coroziune;

- durabilitate;

- posibilitatea de recondiţionare;

În fig.2 se poate vedea structura unui filtru:

1 - carcasa filtrului;

2 - şicană ce ajută la depunerea condensului;

3 - cartuş filtrant;

4 - pahar filtru;

5 - purjă (în acest caz, manuală);

Procesul de filtrare are loc în trei trepte:

1) Aerul pătrunde în filtru şi schimbă direcţia brusc, fapt ce determină anumite transformări

fizice; efectele sunt “obosirea” particulelor solide mai grele, care cad şi se depun la partea

inferioară a paharului 4 şi, într-o anumită măsură, condensarea vaporilor de apă care în stare

lichidă, se scurge, de asemenea, la partea inferioară a paharului.

2) Datorita şicanei 2, aerul capătă o mişcare elicoidală descendentă în pahar. În urma frecării cu

peretele paharului, impurităţile mai grele îşi pierd energia de deplasare, “obosesc” şi se depun la

partea inferioară a acestuia. La fel se întâmplă şi cu o cantitate oarecare de apă, ce trece în fază

lichidă şi este colectată laolaltă cu impurităţile solide.

3) La trecerea aerului prin cartuşul filtrant, particulele mai mari decât interstiţiile acestuia şi o

parte din apa rămasă sunt reţinute, iar aerul purificat traversează elementul filtrant catre

consumator.

5. Parametrii tehnici ai filtrelor

Sunt, în acelaşi timp, şi criteriile de alegere/înlocuire a acestor elemente:

• Fineţea de filtrare

• Debitul vehiculat prin filtru, căruia i se asociază căderea de presiune produsă între

racorduri;

• Rezistenţa mecanică a elementului (cartuşului) filtrant.

La orice filtru, capacitatea de filtrare scade în timp. Acest lucru este sesizat prin creşterea

căderii de presiune între racordurile filtrului şi prin micşorarea debitului de aer care îl

traversează.

Unele tipuri de filtre sunt echipate cu un sesizor de presiune diferenţial care avertizează la

atingerea unui grad de colmatare nepermis de mare.

Când filtrul nu posedă un element de sesizare a colmatării, periodic trebuie măsurată

căderea de presiune pe filtru şi, când aceasta are valoarea de 0,3 - 0,4 bar, cartuşul filtrant se

înlocuieşte, iar cel colmatat se curăţă, dacă este posibil, în vederea reutilizării. Orientativ, durata

de serviciu a unui element filtrant este de 1 - 3 luni, la o funcţionare efectivă de 16 ore zilnic,

această durată depinzând de mai mulţi factori, cum ar fi: tipul şi fineţea filtrului, numărul de ore

de funcţionare efectivă, calitatea aerului comprimat utilizat, gradul de agresivitate a mediului în

care lucrează instalaţia, etc.

Filtrul trebuie plasat cât mai aproape de elementele protejate, mai jos decât ele (dacă

este posibil) şi în poziţie verticală, cu respectarea strictă a sensului de montare indicat pe carcasă.

6. Evacuarea impurităţilor

Pentru a asigura evacuarea apei şi a particulelor solide rezultate din procesul de filtrare,

paharele unităţilor de filtrare sunt prevăzute cu dispozitive de evacuare, acţionate manual sau

automat, numite purje.

Purjele manuale constau într-o supapă de sens care obturează etanş orificiul practicat la

partea inferioară a paharului; supapa poate fi acţionată prin manevre simple, de tipul apăsare,

tragere, răsucire, în funcţie de soluţia constructivă a purjei. Deschiderea supapei permite, sub

efectul gravitaţional şi al presiunii din pahar eliminarea impurităţilor colectate.

Purjele automate, datorită fiabilităţii şi eficienţei lor, sunt mult mai practice, uşurând

activitatea de exploatare şi întreţinere a unităţilor de preparare a aerului comprimat. Acestea

sunt de mai multe tipuri:

• Purjă cu deschidere programată: periodic, purja este comandată (de obicei electric)

să se deschidă pentru a evacua impurităţile;

• Purjă cu deschidere la umplere: sesizarea umplerii paharului se face fie cu un

senzor electronic, fie utilizând principiul flotorului;

• Purjă cu deschidere în absenţa presiunii;

Purja cu deschidere programată, precum şi cea cu senzor electronic au o structură simplă

şi se întâlnesc mai rar, de aceea nu vom insista asupra lor.

Purja cu flotor este cel mai des întâlnită şi se construieşte în mai multe variante.

6.1 Purjă cu flotor exterior, structură şi mod de funcţionare

În fig.3 se poate vedea în secţiune o purjă automată exterioară (se montează în exteriorul

paharului colector al filtrului) şi se compune din:

Fig. 3

1 - tub aducţiune aer în purjă;

2 - tub aducţiune apă în purjă;

3 - capac de protecţie şi liniştire;

4 - aer aflat la presiunea din reţea;

5 - supapă normal închisă, acţionată de flotor;

6 - tub aducţiune aer;

7 – orificiu de egalizare a presiunilor;

8 – comandă manuală;

9 - membrană elastică;

10 - pârghie;

11 - flotor;

12 - supapă de evacuare;

13 - orificiu de evacuare;

Când apa atinge un anumit nivel în purjă, flotorul 11 se ridică şi, prin pârghia 10

determină deschiderea supapei 5.

Ca urmare, aerul comprimat pătrunde prin tubul 6 în spaţiul închis de membrana 9 şi

apasă asupra acesteia, deformând-o.

Piuliţa în care este practicat orificiul 7 este împinsă spre stânga şi apasă asupra

elementului mobil al supapei de evacuare 12, determinând deschiderea acesteia.

Apa colectată în purjă este evacuată prin orificiul 13 în atmosferă, deci nivelul ei scade, iar

flotorul revine în poziţia iniţială, închizând supapa 5. Prin orificiul 7 se descarcă presiunea din

camera de comandă, iar membrana elastică se retrage în poziţia iniţială, permiţând închiderea

supapei 12.

6.2 Purja cu flotor interior, structură şi mod de funcţionare

Spre deosebire de primul model, această purjă se montează în interiorul paharului

colector şi se poate vedea în figurile 4 şi 5, în poziţia închisă şi în poziţia de evacuare a

reziduurilor.

Fig.4

Părţi componente:

1 – paharul filtrului;

2 – tijă articulată;

3 – obturator;

4 – flotor;

5 – cămaşă plunjer;

6 – corp purjă;

7 – sită de filtrare;

8 – corp plunjer;

9 – piuliţă de fixare.

Purja este fixată etanş cu ajutorul piuliţei 2 în paharul 1; când apa din pahar atinge un

anumit nivel flotorul 4 se ridică, antrenând pârghia 2; aceasta ridică obturatorul 3, iar aerul întră

în orificiul din camaşa 5; acum, asupra plunjerului apasă două presiuni egale, aplicate pe

suprafeţe diferite, care dau forţe contrare; ca rezultat plunjerul se deplasează în jos, iar efectul

este deschiderea purjei la partea inferioară, deci eliminarea reziduurilor.

Golindu-se paharul, flotorul coboară şi permite obturatorului închiderea etanşă a

orificiului din camaşa 5; totodată, prin orificiul practicat în corpul plunjerului se ventilează partea

sa superioară; în această situaţie, pe suprafaţa superioară a plunjerului presiunea este cea

atmosferică, iar pe diferenţa de diametre a acestui element se aplică presiunea din instalaţie,

efectul fiind revenirea plunjerului în poziţia iniţială, deci închiderea purjei.

Fig.5

6.3 Purjă cu deschidere în absenţa presiunii

Este un model mai simplu, dar prezintă şi anumite dezavantaje în funcţionare. Când

instalaţia este sub presiune supapa 1 este menţinută închisă; în momentul ventilării filtrului

resortul 2 împinge supapa în sus şi o deschide, permiţând evacuarea gravitaţională a impurităţilor

prin orificiile 3.

Fig.6

Un exemplu de calcul poate evidenţia pierderile cauzate de utilizarea unui aer

insuficient filtrat.

Studii de specialitate arată că, numai datorită impurităţilor, costurile suplimentare de

fabricaţie echivalează cu creşterea costului de producţie a aerului comprimat utilizat cu 15-20 %.

Pentru exemplul nostru, debitul Q consumat este de 1000 m3/h, la presiunea de 7 bar.

Costul de producţie CP pentru aerul comprimat este în medie de 0,015 EUR /m3

Timpul de lucru TL: 1000 (aproximativ trei luni, în două schimburi a câte opt ore).

Pentru un factor de pierderi FP de 15%, vom avea:

Q x CP x TL x FP = 1000 x 0,015 x 1000 x 0,15 = 2 250 EUR.

ANEXA

Tabelul 1: Clasele de calitate pentru aerul comprimat conform ISO 8573-1

Clasa de

calitate

Marime particule contaminanti (μm)

Densitate particule solide (mg/m3)

Punct de roua(Grade Celsius)

Continut de ulei rezidual (mg/m3)

1 0.1 0,1 -70 0,012 1 1 -40 0,13 5 5 -20 14 15 8 3 55 40 10 7 256 - - 10 -7 - - - -

Tabelul 2: Clase de calitate cerute de diferite aplicaţii industriale

AplicatiaContinut de

particule solideContinut de

apaContinut de

uleiAgitatoareLagare cu aerInstrumente de masuraMotoare pneumatice greleTurbine cu aer

32242

524

4-12

33353

Masini pentru industria de incaltaminteMasini pentru prelucrat piatra si sticla

44

44

55

Masini pentru constructii 4 5 5Transport substante granulareTransport substante pulverulente

32

43

32

Circuite de putere in pneumaticaSenzori in pneumaticaMasini de turnatorie

424

42-14

425

Manipulare alimente si bauturi 2 3 1Echipamente (scule) portabile 4 4-5 5-4Masini-unelteMinerit

44

35

55

Masini de impachetatProcesare filme fotoCilindri pneumaticiRegulatoare de presiune de precizieEchipamente pentru controlul proceselor continue

41332

31322

31533

Perforatoare 4 5-2 5Echipament de sablarePistoale de vopsit

-3

33-2

33

Masini de suduraRetele de alimentare uzinale

44

44

55