Témata

Principy filtrace olejových a emulzních mlhovin

Problém tvorby emulzního a olejového aerosolu vznikl teprve v sedmdesátých až osmdesátých letech minulého století, kdy obráběcí stroje začaly být osazovány vřeteny s vysokými otáčkami, systémy chlazení s vyššími pracovními tlaky a s nástupem nástrojů s vnitřním chlazením. To vyvolalo nejprve potřebu plného krytování obráběcích strojů a následně nezbytnost odsávání a filtrace vnitřního prostoru stroje, protože aerosol (v podstatě velmi lehká a teplá vzdušnina) měl tendenci unikat všemi otvory ze stroje ven a nejvíce přímo ohrožoval pracovníka, který po ukončení pracovního cyklu stroje musel otevřít dveře stroje, aby mohl vyměnit obrobek.

Přinášíme vám další díl seriálu pojednávajícího o odsávání a filtraci aerosolů a mlhovin vznikajících při procesech obrábění, tepelném zpracování apod. Zjistíte, jaké jsou filtrační systémy, které jsou nejpoužívanější a které jsou náročné na prostor či údržbu.

!OBR 1: Schéma filtračního systému s pasivními elementy
!OBR 2: Schéma činnosti elektrostatického filtru
OBR 3: Dvoukomorový odlučovač Bristol

Pro odsávání a filtraci aerosolů se nejprve začaly používat do té doby známé filtrační principy, běžně používané v jiných oblastech průmyslu pro filtraci prachu a jiných látek: především kaskádové filtrační systémy s několika pasivními filtračními elementy a dále pak (především v německy mluvících zemích) elektrostatické filtry. Brzy se však objevily další principy – hlavně dnes nejrozšířenější dynamické separátory (odstředivé filtrační jednotky) a filtrační systémy s aktivními kazetami.

Filtrační systémy s pasivními filtračními elementy

Tyto filtrační systémy jsou složeny z několika filtračních stupňů, jimiž postupně znečištěný vzduch prochází, přičemž některé z elementů mohou být omyvatelné. První stupeň zachytává největší částice, poslední stupeň – obvykle tzv. HEPA filtr – je určen pro částice nejmenší. Uvedený systém má zásadní problém – je z hlediska údržby velmi náročný na disciplínu obsluhy a provozně nákladný. Jednotlivé pasivní elementy se postupně zanášejí a tím klesá jejich propustnost. V určitý okamžik již ventilátor nedokáže překonat odpor zanesených prvků a průtok vzduchu klesá. Pokud v tento okamžik neprovede pracovník údržby vyčištění nebo výměnu filtračních elementů, může dojít až k úplnému zablokování filtračního zařízení. Tento princip má nízkou pořizovací cenu, ale provozní náklady jsou vysoké – a čím je odsávaná vzdušnina komplikovanější (čím více submikronových částic obsahuje), tím jsou náklady vyšší.

Princip filtrace dynamického odlučovače

Elektrostatické odlučovače

V elektrostatickém odlučovači prochází kontaminovaná vzdušnina nejprve jedním nebo dvěma mechanickými předfiltry, které zachytí největší nečistoty. Poté částice prolétávají přes vysokonapěťovou ionizační komoru (15 000–20 000 V), kde získají kladný náboj. Z ionizační komory nalétají do sběrné komory, kde díky získanému náboji během průletu ulpívají na sběrných lamelách. Účinnost elektrostatických odlučovačů je velmi vysoká za předpokladu, že sběrné lamely jsou čisté. Pokud se lamely pokryjí vrstvou částic, účinnost 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. Proto musejí být elektrostatické odlučovače vybaveny ne právě jednoduchým systémem sledování zanesení sběrných lamel s odpovídající indikací a musejí být často a důkladně čištěny. 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. Je tedy nutno přihlížet i ke správě kontaminované vody použité pro čištění, která rovněž zatěžuje životní prostředí.

Porovnání dlouhodobé účinnosti různých filtračních systémů

Elektrostatické odlučovače jsou nezastupitelné tam, kde se jedná o separaci suchých prachových částic velmi malých rozměrů (cca 0,1 až 1 mikrometr). Byla vyvinuta zařízení i pro eliminaci průmyslového aerosolu, která však 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).

Účinnost elektrostatického odlučovače

Problémem elektrostatických odlučovačů jsou také vzdušniny, kde je koncentrace částic vyšší než 20 mg.m-³. Pro to, aby částice měla čas se zachytit na sběrné lamele a tím bylo dosaženo i vysoké účinnosti odlučovače, musejí být splněny zejména následující podmínky:

• relativně nízká rychlost proudění vzduchu;
• dostatečně dlouhá dráha letu ve sběrné komoře;
• dostatečná velikost částice – u těch nejmenších 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 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.

Příklady aplikací odstředivých odlučovačů

Dynamické odstředivé separátory

Odstředivé odlučovače jsou v současné době pravděpodobně nejrozšířenějším a nejpoužívanějším principem odsávání a filtrace aerosolů v kovoprůmyslu. Jsou malé, lehké, nenáročné na údržbu, cenově přijatelné a v oblasti typických aerosolů s koncentrací do 10 mg.m-³ dosahují velmi dobré účinnosti. Existuje celá řada výrobců ‒ tím vedoucím výrobcem v oboru je zřejmě britská firma Filtermist. Odstředivé odlučovače jsou postaveny na principu separace díky využití rozdílných hmotností částic chladiva a vzduchu, které fakticky aerosol tvoří. Uvnitř odlučovače rotuje velkou rychlostí separační buben, který nasává pomocí vnitřních zakřivených lopatek kontaminovaný vzduch. Při nárazu částic na lopatky bubnu dochází k vlastnímu efektu oddělení molekul vzduchu a částic použitého média. Odloučené médium pak prochází technologickými vložkami, ve kterých se ultrajemné submikronové částice opět slučují do kapek větší velikosti a hmotnosti a ty pak procházejí perforací bubnu na vnitřní plochu vnějšího pláště odlučovače. Zde vlivem proudění vzduchu odloučené médium již ve formě kapaliny stoupá až do sběrné drážky, odkud je pak odváděno odpadní hadicí na libovolné místo podle potřeby.

Funkce technologických vložek

Zmiňované technologické vložky tedy nemají za cíl odloučené médium zachytávat jako klasický pasivní filtrační prvek, pouze napomáhají procesu separace. Další funkcí vložek je snížení hladiny hluku, který je vytvářen proudícím vzduchem. Tyto vložky (čtyři kusy ve vlastní separační komoře a další dvě zvukověizolační vložky na výfuku z odlučovače) představují jediný spotřební materiál, který je potřeba vyměňovat. Vzhledem k tomu, že se nejedná o elementy zachytávající odloučené médium, je jejich životnost většinou delší než jeden rok.

Zásadní výhodou odstředivých odlučovačů je právě jejich poměrně rovnoměrná a stálá účinnost. Porovnání dlouhodobé účinnosti odstředivého odlučovače a kaskádového filtru s pasivními prvky nebo elektrostatického separátoru ukazuje graf. Zatímco odstředivý odlučovač a systém s aktivními prvky (viz dále) za normálních podmínek vykazuje jen nepatrně klesající účinnost, zbývající dva principy ve své účinnosti značně kolísají – spodní hroty červené linie představují okamžik, kdy je nutná výměna pasivních filtračních komponent nebo provedení zásadní údržby.

Filtrační věže s aktivními filtry

Někteří výrobci využívají princip kaskádové filtrace, jehož výhodou je možnost sestavení filtračních jednotek s obrovskými kapacitami, a zároveň používají 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, která se zabývá vývojem a výrobou filtračních věží pro nejtěžší aplikace – vzdušniny, které jsou složeny převážně ze submikronových částic a s koncentracemi až 150–200 mg.m-³ a více. Tyto vzdušniny produkují nejtěžší procesy obrábění, procesy kalení, tepelného zpracování, indukčního předehřívání silně olejem konzervovaných součástí apod.

Princip aktivních filtrů

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 složena 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.

Finální filtr

V předchozím textu několikrát zazněl termín HEPA filtr, někdy též nazývaný jako „absolutní“ filtr. Jedná se o prvek, zhotovený z jasně definovaného filtračního materiálu, který je zařazen podle normy do určité kategorie.

Schéma filtrační věže s aktivními filtry

Obvykle používaný HEPA (high efficiency particulate air filter) filtr bývá nejčastěji třídy H13, což podle normy ČSN EN 1822 znamená, že částice o velikosti 0,01 µm jsou zachycovány s účinností cca 99,95 %. Jedná se tedy o filtrační element, který by měl být určen pro zachytávání pouze těch nejjemnějších částic.

Jaký filtrační princip zvolit?

Při volbě vhodného filtračního zařízení je třeba posuzovat především následující parametry, přičemž z technického hlediska jsou nejdůležitější první dva:

1. potřebná kapacita filtračního zařízení;
2. složení odsávané vzdušniny, koncentrace a zároveň i velikostní skladba obsažených částic,;
3. možnosti umístění a připojení uvažovaného způsobu filtrace (montáž na stroj, lokální montáž vedle stroje, lokální nebo centrální provedení, vnitřní nebo venkovní instalace centrální jednotky, vliv hluku apod.). U velkých systémů je potřebné též vyhodnotit správu profiltrovaného vzduchu (větší objemy profiltrovaného vzduchu nelze jen tak vypouštět do pracovního prostředí dílny) apod.;
4. celková pořizovací cena;
5. provozní náklady – někteří výrobci postupují tak, že základní filtrační jednotka je cenově velmi výhodná, ale veškerý spotřební materiál (např. pasivní filtrační elementy) jsou poměrně drahé a je třeba je často měnit, přičemž neexistuje alternativní dodavatel. Zanedbatelné nejsou ani náklady na spotřebovanou elektrickou energii, popř. další média, a na výměnu vzduchu v případě, že profiltrovaný vzduch by se měl odvádět mimo budovu apod.

Sestava Absolent

Každý zájemce o filtrační zařízení by si měl také ověřit, podobně jako u jakéhokoliv výrobku, jakou „reputaci“ daný produkt má – zejména provozní spolehlivost, poskytovanou záruku, servisní zázemí a celkový přístup dodavatele v případě poruchy, dostupnost spotřebního materiálu i event. náhradních dílů apod.

Jak volit filtrační systém podle potřebné kapacity nebo podle složení odsávané vzdušniny, se dočtete v posledním díle tohoto seriálu, který vyjde v červnovém vydání MM Průmyslového spektra.

WEMAC

Ing. David Kratochvíl

wemac@wemac.cz

www.wemac.cz

Vydání #5
Související články
MM Podcast: Glosa - Poselství Garcíovi

Jsou věci, které ovlivnit nemůžeme, avšak máme možnost se k nim svobodně postavit. Pokud tak ale činíme ve stresu a se strachem, negativní dopad to jen znásobí. Naopak, uvedeme-li se do klidu s vědomím své vnitřní síly, víry a odhodlání, vše se může nakonec vyvíjet úplně jinak. 

Technická podpora vždy po ruce

Prostřednictvím nové aplikace LiveTechPro nabízí společnost Ceratizit kompetentní okamžitou technickou podporu i v období místního a národního lockdownu vyvolaného pandemií covid-19.

Názorové fórum odborníků

Výzkum a vývoj v oblasti řezných nástrojů podle doc. Jany Petrů z Vysoké školy báňské – Technické univerzity v Ostravě (www.mmspektrum.com/200519) mj. dlouhodobě soustřeďuje svou pozornost na vývoj řezných materiálů, systémů povlakování a konstrukce nástrojů využívajících princip minimálního mazání a chlazení MQL.
Zabývá se těmito trendy také vaše společnost? Naleznou uživatelé výše popsané inovace ve vašich produktových portfoliích? Uveďte příklad.

Související články
Další krok k bezobslužné výrobě

Studie čínské univerzity Beihang, publikovaná v časopise International Journal of Production Research, přímo spojuje prediktivní údržbu s kvalitou výrobků. Jak je však pro výrobce tato dosahovaná prediktivita a vynikající kvalita u operací využívaných při soustružení oceli slučitelná se snižováním počtu pracovníků na dílenských pracovištích nebo s bezobslužnou výrobou? Článek objasňuje důvody, proč jsou pro kvalitu obráběných součástí nezbytné vhodné nástroje ve spojení s procesy zabezpečenými proti selhání.

Související články
Abeceda komunikace (nejenom) pro strojaře, Část 1. Komunikace je jako mariáš

Člověk je tvor společenský a komunikace je jeho stěžejní dovednost. Komunikujeme proto, aby se něco stalo. Aby se naplnil náš záměr. Ať už chceme někoho pobavit, poučit, informovat, nebo přimět ke spolupráci, potřebujeme, aby nám rozuměl. Cílem úspěšné komunikace je dosáhnout určitého efektu. Aby se tak stalo, musíme použít správný obsah, formu, ale i správné načasování. Hranice mezi úspěchem a neúspěchem je velmi často daná právě (ne)schopností komunikovat. Ve spolupráci s odbornicí na strategickou komunikaci Mirkou Čejkovou pro vás připravujeme seriál, který, jak věříme, bude inspirací pro zlepšení vašich komunikačních dovedností.

Fórum výrobních průmyslníků

Jak se současná doba odráží nachodu vaší společnosti – jak z pohledu objemu zakázek, jejich realizace a kompletace, tak ikaždodenního přístupu k zamezení šíření koronaviru mezi vašimi zaměstnanci. Dokážete vyčíslit náklady, které jste již do těchto opatření investovali?

Fórum děkanů strojních fakult

Jak se současný způsob výuky odráží na studentech – na jejich osobnosti, přístupu ke studiu, k dosahování dílčích výsledků, na přípravě k finální části studia, k následujícímu profesnímu působení, ale i v sociální/osobní rovině vazby pedagog – student?

Pět principů pro zvýšení efektivity

Tork, spadající pod společnost Essity, uvádí na trh novou příručku představující princip „kaizen“. Díky němu mohou podniky zavést filozofii kontinuálních vylepšení.

Když je řemeslo posláním

V součinnosti se zákazníkem navrhovat nástroje s maximální hospodárností a produktivitou – to je cílem rodinné nástrojářské společnosti UniCut, jejíž produkty můžete najít ve výrobních firmách prakticky po celém světě. Její jednatel, Ing. Petr Inemann, s nímž jsme měli možnost hovořit, převzal vedení firmy po svém otci. Nezdědil však jen firmu, ale především, jak sám říká, lásku k řemeslu.

Abychom na změny zareagovali včas

Covid-19 je humanitární krize, která má bezprecedentní dopady na všechna průmyslová odvětví. Podniky stojí před novou výzvou, na kterou musí reagovat. Některé podniky tuto výzvu využijí ke svému rozvoji a expanzi, některé ji jen přežijí, a budou i takové, které zaniknou. První reakcí bývá zastavení všech investic, včetně investic do informačních technologií. A právě informační technologie ukážou, kdo bude vítězem, a kdo poraženým.

Firma a příroda mají k sobě blízko.
Více, než si myslíme.

Společnosti Fosfa je největším zpracovatelem žlutého fosforu v Evropě. Z něho pak vyrábí esenciální směsi zejména pro potravinářské i speciální průmyslové aplikace, které vyváží do více než 80 zemí světa. Vedle toho vyrábí také přírodní ekologické produkty, jako jsou přírodní prostředky péče o tělo i domácnost Feel Eco. Její záběr je ale širší, provozuje první českou vertikální farmu Feel Greens, ve které s pomocí hydroponie pěstuje microgreens, bylinky a saláty zcela bez jakýchkoliv pesticidů, GMO či růstových regulátorů.

Technologie pro mistry horkého tváření

Zavítáte-li do části města Olomouc s názvem Bystrovany, bezpochyby vás zaujme architektonicky velmi čistá budova, součástí jejíž fasády je velké plastické červené logo Weba. Když pak vejdete dovnitř, ohromí vás výrobní hala monumentálních rozměrů s množstvím sofistikovaných strojů různých značek – zejména pak značky Mazak. Od loňského roku mezi nimi můžete spatřit i automatickou obráběcí linku se dvěma stroji Mazak Variaxis 1050.

Hodinky, nebo číselníkové úchylkoměry?

Dnes nejspíše neexistuje strojírenská výroba, kde by se „hodinky“, jak je mnohdy toto měřidlo nazýváno, nepoužívaly. Stejně tak jako „šupléra“ –označující posuvné měřítko– se slangový název „hodinky“ dostal strojařům pod kůži tak, že při použití odborně správného výrazu – číselníkový úchylkoměr – často zaváhají, oč vlastně jde. Pojďme se tedy podívat na hodinky, které jsou nepostradatelným pomocníkem každého strojaře, ale čas měřit neumí.

Inovace podnikatelského modelu, Část 3. Inovační projekty

V našem seriálu vznikajícím ve spolupráci s partnerskou sítí Inovato vás krok po kroku provázíme klíčovými fázemi inovačního procesu v kontextu ekosystému doby a místa. Své zkušenosti vám předávají praktici, kteří mají za sebou mnoho inovačních projektů s tržně úspěšnými výsledky. Přijměte naše pozvání do edukačních eventů.

Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členy naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit