Filtrace znečištěného vzduchu, olejové mlhy a emulzního aerosolu
„Za poměrně dlouhou dobu své praxe jsem se setkal s mnoha odborníky na procesy obrábění – se specialisty, kterým se v otázkách technologie, nastavení řezných podmínek, volby vhodných nástrojů apod. jen málokdo vyrovná,“ říká David Kratochvíl z firmy WEMAC spol. s r. o., která je dlouhodobě s více než 5000 instalacemi jednou z nejúspěšnějších firem v oblasti dodávek lokálních filtračních systémů v kovoprůmyslu. A dodává: „Tito pracovníci jsou schopni během pár minut po předložení výkresu součásti doporučit poměrně přesnou specifikaci vhodného stroje, seznam potřebných nástrojů i parametry řezných podmínek. O to větší překvapení jsem často a mnohokrát zaznamenal, jakmile jsme od těchto velmi složitých komplexních otázek přešli ke zdánlivě okrajovému problému odsávání: „dejme tam něco s pořádným průtokem, ať to trhá pláště,“ slýchávám s nadsázkou. A zatímco v případě každého vrtáku či frézy tyto praktiky nelze doběhnout, při volbě odlučovače aerosolů nebo jiné filtrační jednotky si nechají vnutit často nefunkční a provozně velmi nákladné zařízení.“
Nasazení dynamických separátorů pro lokální odsávání emulzních mlhovin a olejových aerosolů
JAKÉ JSOU ZÁKLADNÍ FILTRAČNÍ PRINCIPY?
Problém poletavého aerosolu a olejové mlhy, která vzniká v průběhu obrábění, není příliš starý – objevil se prakticky až s nástupem vysokých pracovních tlaků chladicích kapalin a s chlazením vedeným skrz tělo nástroje. Pro likvidaci této mlhoviny se primárně začaly používat principy, které byly v té době k dispozici, především filtry s pasivními výměnnými filtračními elementy a elektrostatické filtry, úspěšně používané v prašném prostředí. Až následně byly vyvinuty odstředivé odlučovače, které se na úkor předchozích principů začaly masivně používat na přelomu osmdesátých a devadesátých let. Základními filtračními principy jsou:
ELEKTROSTATICKÉ ODLUČOVÁNÍ
Tyto systémy používají na vstupu nebo na výstupu ventilátor, pomocí kterého přivádějí kontaminovaný vzduch do ionizační jednotky, kde částice díky napětí cca 15 000–20 000 voltů získají kladný náboj. Poté v průletové komoře ulpívají na sběrných lamelách s opačným nábojem. Účinnost elektrostatických odlučovačů je velmi vysoká za předpokladu, že sběrné lamely jsou čisté. Jakmile se však lamely pokryjí vrstvou částic, účinnost elektrostatického odlučovače výrazně klesá. Jakmile je navíc překročeno určité množství zachycených částic, může docházet ke vzniku mikrooblouků a k jiskření, jehož přímým důsledkem je tvorba karcinogenního ozonu. Z těchto důvodů musejí být elektrostatické odlučovače vybaveny ne právě jednoduchým systémem sledování zanesení sběrných lamel s odpovídající indikací a musejí být často a důkladně čištěny. Je třeba zdůraznit, že i čištění sběrných lamel je poměrně složité a časově náročné – 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. Elektrostatické odlučovače jsou nezastupitelné tam, kde se jedná o separaci suchých prachových částic velmi malých rozměrů cca 0,001–0,3 mikronu. Další oblast nasazení je tam, kde je nezbytné řešit separaci znečištěného suchého vzduchu velkého objemu (spalovny apod.). S ohledem na dlouholetou tradici v těchto oblastech nasazení byly vyvinuty aplikace i pro eliminaci olejové mlhy, kde se ale elektrostatické odlučovače příliš neosvědčily kvůli častým poruchám vlivem „vlhkého“ procesu na jejich elektrokomponenty. V této oblasti získávají stále větší a větší prostor odlučovače postavené na odstředivém principu, které byly speciálně pro tuto technologii navrženy, nebo systémy s výměnnými elementy.
ODSTŘEDIVÉ ODLUČOVÁNÍ
Pro drtivou většinu aplikací jsou v současnosti první volbou odstředivé odlučovače. Jsou malé, snadno se montují i udržují, jejich cena je příznivá a provozní náklady nepatrné. Pro běžnou olejovou mlhovinu či emulzní aerosol jsou ideální volbou. Za běžných okolností totiž platí, že olejová mlha, která se vytváří při obrábění na obráběcích strojích, je obvykle složena z částic o velikosti 0,5–10 mikronů. Podle světových odborných studií zhruba 93 % všech částic překračuje velikost 1 µm, asi 5 % částic se pohybuje v rozsahu velikostí 0,6–1 µm a pouze zbývající 2 % částic jsou menší než 0,6 µm. Účinnost může být dále zvýšena vhodným přídavným druhým stupněm filtrace (HEPA) apod. Odstředivé odlučovače jsou postaveny na principu odlučování částic ze vzduchu díky využití jejich rozdílných specifických hmotností. Separační buben uvnitř odlučovače rotuje velkou rychlostí a pomocí vnitřních optimálně tvarovaných lopatek nasává kontaminovaný vzduch. Při nárazu částic na lopatky dochází k vlastnímu efektu separace vzduchu a částic použitého média. Odloučené medium pak prochází technologickými vložkami, ve kterých se ultrajemné submikronové částice opět slučují do kapek větší velikosti a hmotnosti, a ty pak díky odstředivým silám procházejí perforací bubnu na vnitřní plochu vnějšího pláště odlučovače. Zde vlivem proudění vzduchu odloučené medium již ve formě kapaliny stoupá, shromažďuje se a je pak odváděno odpadní hadicí na libovolné místo podle potřeby. Zmiňované technologické vložky tedy nemají za cíl odloučené medium zachytávat jako nějaký pasivní filtrační prvek, pouze podporují proces separace. Díky tomu je jejich životnost ve většině aplikací velmi dlouhá, často delší než jeden rok.
Nasazení věžových filtrů pro centrální a polocentrální odsávání emulzních mlhovin a olejových aerosolů a zejména olejových kouřů
ODLUČOVÁNÍ S PASIVNÍMI VÝMĚNNÝMI FILTRAČNÍMI ELEMENTY
Jedná se o rozšířený princip odlučování, obvykle založený na systému výměnných patron s různým filtračním materiálem. Hlavním problémem provozu většiny těchto odlučovačů – až na výjimky, kterými jsou třeba patentované systémy švédské firmy ABSOLENT s velmi dlouhou perio dou údržby – je skutečnost, že účinnost zařízení velmi rychle klesá v závislosti na době používání. Jakýkoli pasivní prvek, jehož úkolem je zachycovat částice, se totiž dříve či později silně zanáší, a tato skutečnost brání dostatečně intenzivnímu proudění vzduchu. Jediným řešením je pečlivé sledování výkonnosti těchto odlučovačů a častá výměna filtračních elementů, které jsou obvykle dosti nákladné, často v nepoměru k pořizovací ceně vlastního odlučovače.
Nasazení těchto filtračních systémů má však své opodstatnění v řadě aplikací, kde jiné principy selhávají – zejména tam, kde vstupní koncentrace odsávaných částic jsou vyšší než cca 20 mg/m3. To jsou např. technologie obrábění při použití vysokotlakého chlazení, těžkého obrábění pod olejem, tepelného zpracování, tváření olejem konzervovaných materiálů, aplikace tlakového lití apod. Dalším důvodem, proč zvolit tento princip odlučování, může být požadavek velmi vysoké výstupní jakosti filtrovaného vzduchu. Díky výstupnímu HEPA filtru na výstupu z filtrační jednotky se obvykle dlouhodobě objevuje koncentrace v řádech tisícin mg/m3 nebo menší, což je úroveň, které jiné principy běžně nedosahují.
Základní parametry, podle kterých by měl být vhodný filtrační systém navržen
Parametr č. 1 – kapacita průtoku
Parametr č. 2 – vstupní koncentrace částic
Parametr č. 3 – složení odsávané vzdušniny z hlediska velikosti částic
Parametr č. 4 – vzdálenost sacího prvku od zdroje nečistot
Parametr č. 5 – vhodná orientace koncového sacího prvku
„Na návrh vhodného filtračního systémů má vliv pochopitelně mnoho parametrů a pochopitelně i ten pro mnohé zásadní, tedy pořizovací cena. Každý potenciální uživatel by měl ale zvážit danou investici komplexně – tedy včetně garantované účinnosti, dlouhodobých provozních nákladů na filtrační elementy, náklady na elektrickou energii, úspory tepla atp. – tak, aby se uvažovaný cenově zázračný a filtračně univerzální projekt nestal jen špatně investovanými penězi. To ostatně ale platí pro všechny současné oblasti podnikání,“ doplňuje David Kratochvíl z firmy WEMAC spol. s r. o. Tento seriál si neklade za cíl poučovat, ale otevírat oči. Jedná se o subjektivní vyjádření autora, aktivně působícího v oboru CNC obráběcích strojů od roku 1997, v oblastech CAD/ /CAM software, obsluhy CNC řídicích systémů, NC programování a seřízení výroby. Vaše otázky, připomínky i nápady lze průběžně konzultovat na http://www.technickytydenik.cz/diskuzni-forum/. Na tomto fóru je i téma týkající se zdrojů informací a odkazů na zajímavé příspěvky k seriálu na internetu.
Vlastimil Staněk