Przełom XX i XXI wieku jest okresem szybkiego rozwoju i ciągłego udoskonalania wszelkich metod lakierowania powierzchniowego. Oprócz dostępu do nieprzebranej masy lakierów podkładowych, nawierzchniowych i baz najwyższej jakości, współczesne warsztaty lakiernicze dysponują najnowocześniejszym sprzętem począwszy od pistoletów lakierniczych, a skończywszy na wyrafinowanych konstrukcjach głowic do automatów.

Wydawać by się mogło, że nic nie stoi na przeszkodzie dla uzyskania powłoki lakierniczej o perfekcyjnej jakości. Skąd zatem „rybie oczka”, kratery, okrągłe wgłębienia, nieregularne wtrącenia, plamy wodne czy utrata przyczepności? Przyczyna tkwi w złej jakości sprężonego powietrza. Wielu lakierników pochłoniętych doborem wysokiej jakości lakieru i zainstalowaniem nowoczesnych urządzeń lakierujących nie pamięta, że podstawowym czynnikiem mającym jednocześnie znakomity wpływ na efekt końcowy w procesie lakierowania i przygotowania powierzchni jest sprężone powietrze. Jego zła jakość objawiać się może pojawianiem wody, oleju czy zanieczyszczeń stałych w instalacji pneumatycznej i na gotowych wyrobach. Występowanie tych czynników jest naturalnym efektem ubocznym procesu sprężania powietrza, jednak może on być spotęgowany poprzez zastosowanie sprężarki złej jakości, brak odpowiedniej jakości filtrów i urządzeń osuszających. Trzeba jasno powiedzieć, że nie wystarczy zainstalowanie „odstojnika”, aby pozbyć się wilgoci w sprężonym powietrzu, tak jak nie wystarczy zainstalować „filtr – reduktor”, aby wyeliminować całkowicie olej czy cząsteczki stałe. Powietrze zasysane przez sprężarkę zawsze zawiera wilgoć, której ilość zależy od aktualnych warunków atmosferycznych. Nie mamy więc wpływu na wilgoć zasysaną przez sprężarkę, ale mamy wpływ na jej ilość w sprężonym powietrzu. Wszystkie sprężarki (nawet bezolejowe) emitują do instalacji wraz ze sprężonym powietrzem większą lub mniejszą ilość oleju podobnie jak zanieczyszczeń stałych, których ilość zależy od stopnia skuteczności filtra na ssaniu sprężarki.

Jakość sprężonego powietrza

Jakość sprężonego powietrza w zakresie zawartości cząstek stałych, wody i oleju definiuje norma ISO 8573-1 (tabela 1.).

Zalecana klasa czystości sprężonego powietrza dla pistoletów lakierniczych przedstawia się następująco: olej – 1, cząsteczki stałe – 1, woda – 1–3.

Jak pozbyć się wody z instalacji?

W zależności od rodzaju posiadanej sprężarki (tłokowa, śrubowa, łopatkowa) należy skonfigurować odpowiednio układ urządzeń uzdatniających sprężone powietrze. Wybór tego rodzaju urządzeń jest na rynku jeszcze większy niż sprężarek. Jednak nie każde urządzenie jest w stanie zapewnić powietrze odpowiedniej jakości. Zacznijmy od osuszaczy powietrza. Urządzenia te dzielą się na dwa podstawowe rodzaje: osuszacze ziębnicze – gwarantujące ciśnieniowy punkt rosy na poziomie +3°C oraz osuszacze adsorpcyjne – osiągające punkt rosy od –20°C do –70°C.

Zasada działania osuszacza ziębniczego polega na schodzeniu sprężonego powietrza w parowniku obiegu chłodzącego za pomocą czynnika chłodzącego (z reguły jest to freon R134a lub R407a). Z wyziębionego powietrza wykrapla się woda, która poprzez automatyczny zawór odwadniający zostaje usunięta na zewnątrz. Zaletą osuszacza ziębniczego jest jego stosunkowo niska cena, brak elementów wymiennych i szybko zużywających się. Wadą jest stosunkowo wysoka wilgotność sprężonego powietrza (ok. 30%) grożąca pojawieniem się kropli wody i zamarzaniem na skutek rozprężenia na dyszy wylotowej pistoletu. Poza tym instalacja sprężonego powietrza powinna przebiegać wewnątrz budynku bowiem w przeciwnym razie w okresie zimowym na skutek ochłodzenia poniżej punktu rosy (+3°C) w instalacji wykropli się woda. Z tego powodu nie jest on zalecany do prac lakierniczych.

Drugi rodzaj osuszaczy – adsorpcyjny, zbudowany jest z dwóch kolumn wypełnionych adsorbentem pochłaniającym wilgoć. Podczas gdy jedna kolumna pracuje w drugiej regenerowane (osuszane) jest złoże. Regeneracja złoża odbywa się cyklicznie i jest sterowana czasowo lub w zależności od stopnia nasycenia złoża.

Osuszacze adsorpcyjne dzielą się na dwa typy: regenerowane na zimno, gdzie do regeneracji złoża wykorzystywane jest wcześniej osuszone sprężone powietrze oraz regenerowane na gorąco, które do regeneracji złoża wykorzystują niezależną dmuchawę z podgrzanym powietrzem (co eliminuje straty sprężonego powietrza). Główną zaletą osuszaczy adsorpcyjnych jest uzyskanie powietrza o bardzo niskiej wilgotności względnej co skutecznie zapobiega wykraplaniu wody i wymrażaniu na skutek rozprężenia powietrza. Wadą tego typu osuszaczy jest ich stosunkowo wysoka cena (wyższa dla osuszaczy regenerowanych na gorąco), konieczność okresowej wymiany adsorbentu oraz strata ok. 15% osuszonego sprężonego powietrza pochłanianego na regenerację złoża (w przypadku osuszaczy regenerowanych na zimno). Osuszacze adsorpcyjne spełniają wszystkie warunki do zastosowania w lakiernictwie.

Skuteczność wszystkich osuszaczy jest zależna od masy przepływającego powietrza, dlatego niezwykle istotne jest prawidłowe dobranie osuszacza do parametrów pracy sprężarki (wydajności, ciśnienia, temperatury wlotowej do osuszacza i temperatury otoczenia). Nie można tu liczyć na żadne oszczędności bowiem źle dobrany osuszacz w najlepszym razie spowoduje nie trzymanie punktu rosy (wilgoć w instalacji), a w najgorszym zalanie złoża i konieczność wymiany całego adsorbentu w osuszaczu.

Jak uzyskać doskonale czyste powietrze?

Osuszenie jest jednym etapem uzdatniania sprężonego powietrza, drugim natomiast jest jego filtracja. Odpowiednio przeprowadzony proces filtracji pozwala na uzyskanie powietrza praktycznie wolnego od oleju i zanieczyszczeń stałych. Do usuwania oleju i cząstek stałych służą filtry powietrza. Prawidłowa filtracja polega na zastosowaniu odpowiedniej kombinacji filtrów wstępnego i dokładnego. W zależności od miejsca zamontowania osuszacza (przed czy za zbiornikiem) istnieje potrzeba zastosowania przed układem filtrów separatora cyklonowego, którego działanie polega na mechanicznym oddzieleniu zanieczyszczeń poprzez wprowadzenie powietrza w ruch wirowy na wewnętrznej kierownicy cyklonowej. Większe cząsteczki (do 3 mikronów) wyrzucane są siłą odśrodkową i spływają po wewnętrznej ścianie na dno filtra, skąd są usuwane poprzez zawór spustowy. Filtr wstępny powinien być umieszczony przed osuszaczem i zawierać wkład koalescencyjny usuwający cząstki stałe, aerozole oleju i wodę do wielkości 0,1 mikrona przy pozostałości oleju 0,1 mg/m3. Działanie tego typu filtrów polega na przepuszczaniu powietrza przez kilka warstw filtrujących. W wewnętrznej warstwie wkładów filtracyjnych następuje wstępne oczyszczenie z aerozoli. Na włóknach osadzają się cząsteczki, które koagulując tworzą coraz większe krople. Krople razem z innymi zanieczyszczeniami przepychane są do zewnętrznej warstwy wkładu filtracyjnego skąd ociekają na dno obudowy filtra, a następnie poprzez zawór spustowy usuwane są na zewnątrz.

Drugi w kolejności filtr dokładny redukujący zanieczyszczenia stałe do poziomu 0,01 mikrona oraz aerozole oleju do 0,01 mg/m3, w przypadku zainstalowania osuszacza ziębniczego powinien być zainstalowany za osuszaczem.

W filtrach powietrza standardowo stosowane są pływakowe spusty kondensatu, a opcjonalnie automatyczne zawory spustowe (np. typu BEKOMAT usuwające kondensat bez strat sprężonego powietrza).

Układ uzdatniający z osuszaczem adsorpcyjnym powinien zawierać filtry odolejające wstępny i dokładny na wejściu oraz filtr odpylający na wyjściu. Ponieważ olej może zniszczyć złoże osuszacza należy stosować filtry wysokiej jakości (np. firmy ALMiG).

Ważną rzeczą w doborze układów filtrujących jest precyzyjne określenie ilości sprężonego powietrza potrzebnego w procesie lakierowania. Przyjęto, że dla systemów wysokociśnieniowych do 5 bar stosuje się układy o przepływach do 300 l/min dla jednego stanowiska lakierniczego. Dla systemów niskociśnieniowych do 3,5 bar przepływ powinien oscylować między 500 a 750 l/min dla jednego stanowiska.

Zbudowanie układu sprężonego powietrza w oparciu o sprężarkę, osuszacz i filtry wysokiej jakości pozwala uzyskać powietrze o 3, 2 a nawet 1 klasie czystości wg normy ISO 8573.1. Jest to całkowicie zgodne z zaleceniami Technicznego Komitetu Międzynarodowej Organizacji Standaryzacji (PNEUROP) odnośnie wymaganej jakości sprężonego powietrza do lakierowania.

Co zrobić z kondensatem?

Ostatnim, ale bardzo istotnym problemem związanym z zastosowaniem sprężonego powietrza jest właściwa utylizacja „pozostałości” po procesie sprężania, a mianowicie kondensatu wodno-olejowego, usuwanego poprzez osuszacze powietrza oraz zawory spustowe pod zbiornikami i filtrami. Kondensat wodno-olejowy powstaje zawsze niezależnie od rodzaju stosowanych sprężarek. W przypadku sprężarek tłokowych smarowanych olejem przybiera on postać wysoko zemulgowaną o konsystencji gęstej śmietany. W przypadku sprężarek śrubowych smarowanych olejem jest to mieszanina wody z zawartością ok. 5% oleju. Ze sprężarek bezolejowych uzyskuje się kwaśny agresywny kondensat na skutek braku czynnika neutralizującego jakim jest olej. W żadnym przypadku kondensat zawierający olej (substancję ropopochodną) nie może być bez oczyszczenia wylewany do kanalizacji. Warunki jakie powinien spełniać kondensat określają jednoznacznie przepisy ochrony środowiska. Dz. U. Nr 116 z dn. 10.12.1991 poz. 503 Rozporządzenie Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa z dnia 5.07.1991 w sprawie klasyfikacji wód oraz warunków jakim powinny odpowiadać ścieki wprowadzone do wód lub do ziemi. Załącznik nr 2. Poz 46: „Substancje ropopochodne max. wartość 15,0 mg/l”.

Chcąc żyć w zgodzie z przepisami i nie niszcząc środowiska naturalnego do oczyszczania kondensatu należy zastosować urządzenia zwane separatorami kondensatu woda–olej (np. typu AQUAMAT lub OWAMAT). Zasada działania tych urządzeń polega na wykorzystaniu różnicy ciężaru właściwego wody i oleju, który gromadzi się na powierzchni wody w górnej części zbiornika rozdzielczego i zostaje odprowadzony przelewem do oddzielnego zbiornika. Tak wstępnie oczyszczony kondensat przepływa przez łatwo pochłaniający olej filtr wstępny, a następnie przez filtr adsorpcyjny. Filtr wstępny wiąże ze sobą pozostałe krople oleju, natomiast filtr adsorpcyjny zatrzymuje ostatnie najdrobniejsze cząstki. Odseparowany olej zebrany w oddzielnym pojemniku i zużyte wkłady filtrów adsorpcyjnego należy przekazać do utylizacji. Czysta woda poprzez kruciec wylotowy może być skierowana do kanalizacji.

Podsumowanie

Trzeba stwierdzić, że proces odpowiedniego przygotowania sprężonego powietrza ma kluczowe znaczenie dla jakości uzyskiwanej powłoki lakierniczej. W celu odpowiedniego doboru urządzeń najlepiej kontaktować się z firmami zajmującymi się na co dzień sprzedażą i instalacją urządzeń pneumatycznych. Jedną z nich jest ALMiG Kompressoren Polska S.A., która jest polskim oddziałem znanego niemieckiego producenta sprężarek i urządzeń do uzdatniania sprężonego powietrza ALMiG Kompressoren GmbH. Firma zapewnia swym klientom fachową i sprawną obsługę. Konsultanci techniczno-handlowi firmy udzielają merytorycznej pomocy przy prawidłowym skonfigurowaniu układu urządzeń, a całodobowy serwis jest gwarantem bezpieczeństwa pracy.

Andrzej Ławrzecki
ALMiG Kompressoren Polska S.A.
www.almig.pl