Kastepisteoppia paineilman kuivaajille

Paineilman kastepiste 800 x 350 px


Kastepiste on se lämpötila, jossa ilmassa oleva vesihöyry tiivistyy nesteeksi. Mitä lämpimämpää ilma on, sitä enemmän siihen voi sitoutua vettä vesihöyrynä. Sataprosenttisesti kylläisen ilman kastepiste on sama kuin sen lämpötila.

Yksinkertaisin esimerkki kastepisteestä taitaa olla se, että saunan pesuhuoneen lämpimässä ilmassa alkaa kylmän oluttölkin pinnalle tiivistyä vesipisaroita. Kun ilman kosteussisältö on suuri ja kylmän tölkin pinta jäähdyttää sitä, siitä alkaa tiivistyä kosteutta.

Paineenalainen ja vapaan ilman kastepiste

Kun taas puhutaan paineilmasta, helposti sekoitetaan kaksi asiaa – paineenalainen 

kastepiste ja vapaan ilman kastepiste. Periaatteessahan määritelmä ja idea on ihan sama: jossakin lämpötilassa paineilmastakin rupeaa tiivistymään kosteutta. Tässä mennään joskus harmaalle alueelle, kun puhutaankin vapaan ilman kastepisteestä ja unohtuu se, että kun paineilma laajenee, sen suhteellinen kosteus muuttuu.

Sanotaan vaikkapa, että kompressori imee yhden kuution ilmaa sisäänsä ja puristaa sen kokoon. Jos loppupaine on 7 bar, meillä on 8 kertaa alkuperäinen ilmamäärä samassa tilassa. Toisin päin ilmaistuna: jos imetään yksi kuutio vapaata ilmaa kompressoriin, siitä tulee ulos 1/8 kuutiota paineilmaa. Jos imuilman kosteus on 50 % ja lämpötila pysyy samana, puristetun ilman kosteusprosentti on 100 ja osa sen sisältämästä vesihöyrystä tiivistyy lauhteeksi. Kompressorin jälkijäähdyttimestä tuleva paineilma on aina lähellä kylläistä.

Paineenalainen kastepiste tarkoittaa paineessa mitattua kastepistettä – ei siinä vaiheessa, kun paineilma saa laajeta ympäristöön, jolloin sama absoluuttinen määrä kosteutta on kahdeksankertaisessa tilavuudessa.

Miksi paineilman kastepisteen määrittely on tärkeää

Paineilmassa kastepisteen määrittely on tärkeää siksi, että kastepiste on yksi paineilman laadun tekijöistä. Jos ei paineilmaa mitenkään kuivata, se jäähtyy putkistoon, johon rupeaa muodostumaan vettä. Melkein kaikissa prosesseissa pienikin kosteus aiheuttaa ongelmia: putket ruostuvat, toimilaitteet eivät toimi, bakteerit elävät ja voivat hyvin putkistoissa.

Laatustandardit määrittelevät eri käyttökohteisiin vaadittavan paineilman puhtauden. Yksi laatuluokan tekijä on kastepiste: +10 °C, +7 °C, +3 °C, -20 °C, -40 °C, -70 °C.

Esimerkiksi luokan 3 paineilma ei vielä ole riittävän kuivaa, jotta se estäisi bakteerikasvua (vaatii -26 °C) tai ruostumista (-27 °C). Adsorptiokuivauksella päästään jopa tiukimman ykkösluokan kastepisteeseen -70 °C.

Adsorptiokuivaimen kyllästynyt torni vaatii elvytyksen

Adsorptiokuivaimissa on yleensä kaksi tornia, joista vuorotellen toisella kuivataan paineilmaa ja toisen kuivausainetta elvytetään. Yksinkertaisimmillaan ilmaelvytteiset kuivaimet elvytetään paineiskulla, jolloin vesimolekyylit irtoavat kuivausaineesta ja ne huuhdellaan pois, useimmiten paineilmalla.

Ilmaelvytteiset adsorptiokuivaimet toimivat kello-ohjauksella esimerkiksi siten, että kuivaamiseen käytetään aina 3 minuuttia ja elvytykseen 2 ½ minuuttia, ja puoli minuuttia tarvitaan paineentasaukseen. Jakso toistuu käytön aikana kellontarkasti samanlaisena, mistään olosuhteiden muutoksista piittaamatta.

Kastepisteohjaus tuo säästöä

Kastepisteohjauksen idea on se, ettei elvytetä turhaan kellon mukaan silloin, kun kuivausaineessa on vielä jäljellä kuivauskapasiteettia. Jos kuivaavaan torniin ei jostain syystä olekaan kertynyt niin paljon kosteutta, että se olisi kyllästynyt, on turha lähteä sitä elvyttämään. Mitataan siis kastepistettä ja vasta säädetyssä raja-arvossa elvytetään. Vesikuorman kertyessä ohjauksen logiikka päättää vaihtaa tornia.

Siinäkin on raja, miten pitkään halutaan siirtää elvytysjakson vaihtumista. Vaihtoväli saadaan monessa kohteessa kasvamaan noin 10-kertaiseksi, mutta vaihto käynnistetään varmuuden vuoksi jo ennen -40 asteen raja-arvoa. Kuivausaine ei saa missään tapauksessa kerätä liikaa kosteutta, sillä silloin se tuhoutuu.

Kastepisteen mittaus on kehittynyt viime vuosina huomattavasti. Keraamisten anturien käyttö on vähenemässä, sillä jos ne kastuvat tai öljyyntyvät, kalibrointi on heti pahasti pielessä. Yksinkertaisimmillaan joissakin kuivaimissa mitataan kylmimmän pinnan lämpötila ja oletetaan, että se on sama kuin paineilman kastepiste. Joka kohteeseen löytyy nykyisin oikea ratkaisu. Hyvä kastepistemittari kestää huonojakin olosuhteita.

Kastepisteohjaus voi tuottaa hyvinkin isot energiansäästöt. Usein kuulee sanottavan, että ilmaelvytteinen kuivaus kuluttaa paljon paineilmaa.

Tilanne saatetaan ilmoittaa epämääräisesti, ottamatta huomioon kokonaisuutta:

  • elvytysjakson aikana elvytykseen tarvitaan hetkellisesti 20 % kuivaimen kapasiteetista
  • kuormituksen mukaan jatkuvasti kastepisteellä ohjattuna elvytykseen kuluu parhaimmillaan keskimäärin vain 3 % kuivaimen kapasiteetista.

Jos siis kuormitus on pientä, kastepisteohjauksella saadaan merkittävä energiansäästö varsinkin isoissa kuivaimissa (34 m3/min asti).

Suomessa sähköenergia on eurooppalaisittain niin halpaa, että se puoltaa meillä ilmaelvytyksen käyttöä, sillä siihen perustuvat laitteet ovat yksinkertaisia ja siksi varmatoimisia ja helppoja huoltaa. Yksinkertainen on joskus kaunista – mutkikkaissa laitteissa on enemmän osia, toimintoja ja vikaantumisriskiä. Kodinkonekin hankitaan tiettyä tehtävää varten – ei sen tarvitse tarjota kaiken maailman turhia toimintoja.

Toisaalta paineilman kuivaaminen -40 asteeseen vie aseman kokonaisenergiankulutuksesta 4-5 %. Kuinka paljon kannattaa uhrata sen optimoimiseen aikaa ja energiaa, kun kompressori kuitenkin ottaa lopun >95 %? Toimintavarmuutta ei kannata vaarantaa. Energiansäästöhuumassa voi unohtua, kumpi on oikeasti tärkeämpää: että pidetään ilman laatu jatkuvasti hyvällä tasolla, vai että saadaan parin prosentin säästö kokonaisenergiantarpeesta.

Tunne lainalaisuudet ja pidä pää kylmänä

Paineilmalaitteiden ostajan mielessä risteilee monta seikkaa tilantarpeesta elvytystavan valintaan ja investoinnin hinnasta käyttökuluihin. Kokonaisuus on hyvin moniulotteinen, eikä sitä ole yhden tekijän perusteella helppo hallita.

Kuivausjärjestelmää hankkiessa on hyvä tietää, mitä lainalaisuuksia kokonaisuuteen liittyy. Kuivauksen energia otetaan aina jostakin. Ei kuivausaine elvy ilman energiaa. Selvitä, mikä omassa laitoksessasi on järkevä valinta. Muista, että laitteita käytetään useita kymmeniä vuosia.

Lämmön talteenotto on toinen vastaava trendi. Tietysti on hyvä idea käyttää kompressorin tuottamaa lämmintä ilmaa hallin lämmitykseen, jos puitteet ovat tähän sopivat. Asia voidaan kuitenkin esittää niin monella tavalla, että viivan alle summattava hyöty riippuu loppujen lopuksi laskentatavasta. Kun oikein kikkaillaan, päästään yli sadan prosentin säästöön. – Jossakin on silloin oltava vikaa.

Tarvitsetko rutikuivaa ilmaa?

Laitteet kannattaa aina pitää kunnossa. Jos vettä lurahtaa paineilmaverkkoon, menee pitkään ennen kuin se saadaan sieltä pois. Jos järjestelmässä ei ole lainkaan kuivausta, 30 asteisen ilman mukana menee yhden ilmakuution minuuttivauhdilla putkiin 1, 8 kg vettä tunnissa, siis 43 kg päivässä. Tätä riskiä ei kenenkään kannata ottaa, vaan toimintavarmuudelle on asetettava tietyt kriteerit.

Jos järjestelmän kaikissa kohteissa ei vaadita alhaista kastepistettä, vaihtoehtoisiakin malleja on: kohdekohtainen kuivaus voi tuottaa merkittävän säästön. Erilaisia laitoksia ja ratkaisuja on todella paljon. Parhaan ratkaisun löytäminen on yhtä tasapainoilua, eikä kannata suoralta kädeltä olettaa tietävänsä oikeaa. Muutama seikka kannattaa pitää mielessä:

  • Energiansäästö on helppo laskea, mutta säilytä tietty realisimi.
  • Suomi on toista maata. Jos meillä putket kulkevat ulkona, on päivänselvää, että kuivausta tarvitaan.
  • Paineilman kuivaaminen maksaa aina.
  • Kastepiste on yksi osa paineilman laatua.
  • Pyri riittävään kastepisteeseen, älä liian hyvään.