1
Basisautomatisering
1 INLEIDING
1.1 PNEUMATICA
Interessant gezien de korte reactietijden die eigen zijn aan het ontspannen van lucht,
bovendien leidt het gebruik van perslucht tot een hoger productieritme.
1.2 PNEUMATISCHE ENERGIE
Het gebruik van pneumatische energie in industriële systemen kenmerkt zich door een
relatief lage installatiekost in vergelijking met elektrische systemen, maar is wel duurder
in gebruik. Een belangrijk voordeel is dat pneumatische energie eenvoudig is op te slaan
in een druk voor later gebruik.
Voordeel pneumatische energie is gemakkelijk op te slaan in een drukvat voor later
gebruik. Pneumatische systemen zijn ook brand- en explosieveilig.
Nadeel naast het hoger energieverbruik, de noodzaak voor het zuiveren van de gebruikte
perslucht en de geluidshinder die gepaard gaat met het ontspannen van lucht.
1.3 FYSISCHE EIGENSCHAPPEN VAN LUCHT
1.3.1 KENMERKEN
De lucht die ons omgeeft noemen we de atmosferische druk (+/- 1 bar). De absolute druk
is de druk gemeten ten opzichte van het absolute nulpunt (perfecte vacuüm). De relatieve
druk is de druk gemeten ten opzichte van het referentieniveau, in dit geval de atmosferische
druk. Dit referentieniveau is afhankelijk van de plaats (hoogte t.o.v. zeespiegel) en de
plaatselijke luchtgesteldheid of weersomstandigheden.
1.3.2 EENHEID VAN DRUK
De eenheid van druk is de Pascal (Pa). In de industriële praktijk wordt druk echter doorgaans
uitgedrukt in bar.
1 Pa = 1 N / 1 m²
1 MPa = 106 Pa
1 bar = 0,1 MPa
1.3.3 GASWETTEN
Volgens de wet van Boyle-Mariotte is bij constante temperatuur het product van het
volume en de absolute druk van een bepaalde massa van een ideaal gas constant.
p * V = constant p = absolute druk in Pa V = volume in m³
, 2
1.3.4 DEBIET
Het debiet of de luchtstroom is de hoeveelheid perslucht die per tijdseenheid (m³/s) door een
gesloten ruimte stroomt.
2 PRODUCTIE VAN PERSLUCHT
2.1 COMPRESSOREN
Een compressor brengt de lucht, die aangezogen wordt onder atmosferische druk, op
werkdruk.
Bij volumetrische compressoren gebeurt de compressie door verkleining van de ruimte
waarin de lucht zich bevindt. Tot deze categorie horen de zuigercompressoren en de
roterende compressoren. Het zijn de meest algemeen gebruikte compressoren voor de
toepassing van perslucht in industriële toepassingen.
Bij dynamische compressoren gebeurt de compressie door wijziging van de snelheid van
de lucht die onder druk wordt aangezogen. De ontstane kinetische energie van de lucht wordt
omgezet in statische druk. Tot deze categorie behoren de radiale compressoren
(centrifugaalcompressoren met schoepenwielen) en de axiale compressoren.
2.2 VOLUMETRISCHE COMPRESSOREN
2.2.1 ZUIGERCOMPRESSOREN
Bestaat hoofdzakelijk uit een cilinder waarin zich een zuiger heen en weer beweegt. Op
de cilinder zijn inlaat- en uitlaatkleppen gemonteerd.
Bij de enkelwerkende zuigercompressor is slecht één zijde van de zuiger werkzaam en heeft
dus een kleinere opbrengst.
Bij een dubbelwerkende cilinder zijn twee zijden van de zuiger werkzaam en is de opbrengst
dubbel zo groot als bij de enkelwerkende.
De drukverhouding van een zuigercompressor is de verhouding tussen de absolute druk aan
de uitlaat tot de absolute druk aan de inlaat. Een zuigercompressor die de lucht aanzuigt bij
atmosferische druk (+/- 1 bar) en deze samendrukt tot 7 bar effectieve druk, werkt dan met
een drukverhouding van 7 + 1 = 8 bar.
Door de compressie stijgt de temperatuur van de lucht zodanig dat deze niet kan gebruikt
worden zonder eerst af te koelen. Daarom wordt getracht om de lucht tijdens de compressie
reeds te koelen. Bij een tweetrapscompressor bijvoorbeeld heeft men een lage- en een
hogedruktrap. De lucht wordt aangezogen en samengeperst in de lagedruktrap. Na een
tussenkoeling wordt deze lucht nog eens samengeperst door de hogedruktrap.
Voor kleine compressoren wordt meestal de V-opstelling toegepast. Er bestaan
oliegesmeerde en olievrije compressoren. Deze laatste hebben het nadeel het toerental
beperkt moet blijven wegens optredende traagheidskrachten door de schuivingen.
2.2.2 SCHROEFCOMPRESSOREN
, 3
Bij de schroefcompressoren grijpen een linkse en een rechtse schroef in elkaar. Tussen het
huis, de draden van de schroef en de kern worden ruimtes gevormd die door het draaien
opschuiven van zuig- naar perszijde.
Elk schroefelement heeft een vaste compressieverhouding. Deze compressoren kunnen
werken bij hoog toerental.
Bij olievrije compressoren wordt er geen smering gebruikt in de compressiekamer. De
schroeven raken elkaar niet en worden uitwendig aangedreven door tandwielen. De geleverde
perslucht is dus ook volledig olievrij.
Olie geïnjecteerde compressoren worden gekoeld en gesmeerd door olie die in de
compressiekamer en vaak ook in de lagering wordt geïnjecteerd.
2.2.3 TANDCOMPRESSOREN
Bij de tandcompressoren bestaat het compressie element uit twee rotoren die naar elkaar toe
draaien in een compressiekamer.
2.2.4 COMPRESSOREN MET SCHUIVEN
Bestaat uit een cilindrisch lichaam waarin een rotor met kleinere diameter excentrisch is
opgesteld. Deze rotor is voorzien van een aantal lengtegroeven waarin schuiven steken. Door
de centrifugaalkracht zijn deze schuiven steeds in contact met het huis. Zijn over het
algemeen oliegesmeerd.
2.2.5 COMPRESSOREN MET VLOEISTOFRING
Bevat een schoepenrad dat excentrisch geplaatst is ten opzichte van het compressorhuis. Als
het huis voldoende gevuld is met vloeistof, en het rad snel genoeg draait, wordt de vloeistof
als een ring van bepaalde dikte tegen de binnenkant van het huis geduwd. Daardoor ontstaan
kamer van ongelijke grootte. De koeling gebeurt rechtstreeks door het contact van de lucht
met de vloeistofring.
2.2.6 ROOTSCOMPRESSOREN
Bestaat uit een cilindervorming huis begrensd met twee deksels. In dit huis zijn twee
lichamen of vleugels draaibaar opgesteld. Op deze lichamen zijn langs de buitenkant twee
tandwielen gemonteerd die met elkaar ingrijpen.
2.2.7 SCROLL-COMPRESSOREN
Bevat een vaste spiraal in een behuizing en een beweegbare, excentrisch geplaatste spiraal
die door een motor wordt aangedreven.
De bewegende spiraal loopt excentrisch rond de vaste spiraal. Deze compressoren werken
geluidsarm en trillingsvrij.
, 4
2.3 DYNAMISCHE COMPRESSOREN
2.3.1 CENTRIFUGAALCOMPRESSOREN
Ook turbocompressor genoemd, is opgebouwd uit achtereenvolgende waaiers. De lucht die
centraal wordt aangezogen, verlaat door de centrifugaalkracht de eerste waaier en trekt door
een vast leiwiel of diffusor. Hier wordt de kinetische energie van de lucht in druk omgezet.
2.3.2 AXIALE COMPRESSOREN
Hierbij passeert de lucht door rijen van draaiende en stilstaande schoepenwielen. Deze
compressoren zijn over het algemeen kleiner dan centrifugaalcompressoren.
2.4 PRODUCTIE VAN PERSLUCHT
2.4.1 VERVUILING VAN PERSLUCHT
Kan door water en olie in vloeistoffase, water en olie in dampfase, of verschillende gassen.
Ook stofdeeltjes, roestdeeltjes en erosiestoffen zijn aanwezig is de perslucht.
2.4.2 DE PERSLUCHTINSTALLATIE
Een aanzuigfilter op de compressor filtert de grootste contaminanten uit de aangezogen lucht.
Een schroefcompressor, een zuigercompressor of een centrifugaalcompressor perst de lucht
samen tot de gewenste druk. Hierbij stijgt de temperatuur van de lucht. Ze wordt afgekoeld in
een nakoeler (lucht- of watergekoelde warmtewisselaar). Hierdoor zal de waterdamp
condenseren. Dit vocht wordt opgevangen in de waterafscheider met manuele of
automatische aftap.
In een centrifugaalafscheider, die voorzien is van een drainagekraan, worden de grootste
contaminanten tegengehouden door gebruik te maken van de centrifugaalkracht. De lucht
komt dan in een hoofdaccumulator of tussenvat terecht.
Vervolgens kan men een koeldroger plaatsen. Deze koelt de lucht af en de condensatie wordt
ook hier opgevangen. Nadien wordt de lucht weer opgewarmd tot kamertemperatuur.
Het energieverbruik van de koeldroger kan verminderd worden door de binnenkomende lucht
in de warmtewisselaar af te koelen met de reeds afgekoelde lucht.
Wenst men bijna perfect droge lucht, dan wordt er geen koeldroger geplaatst, maar gaat men
de compressorinstallatie verder uitrusten met een ander bijkomend purificatiesysteem. Dit
bestaat meestal uit:
Een coalescerende voorfilter
Geplaatst na het tussenvat. Is de eerste component van het zuiveringssysteem. Zijn
functie is om zowel water als olie in vloeistoffase als vaste deeltjes tegen te houden.
Het coalescerend fenomeen is een proces waarbij microdruppeltjes gedwongen worden
grotere druppels te vormen, zodanig dat ze niet meer meegesleurd worden door de
perslucht.
Een absorptiedroger
Basisautomatisering
1 INLEIDING
1.1 PNEUMATICA
Interessant gezien de korte reactietijden die eigen zijn aan het ontspannen van lucht,
bovendien leidt het gebruik van perslucht tot een hoger productieritme.
1.2 PNEUMATISCHE ENERGIE
Het gebruik van pneumatische energie in industriële systemen kenmerkt zich door een
relatief lage installatiekost in vergelijking met elektrische systemen, maar is wel duurder
in gebruik. Een belangrijk voordeel is dat pneumatische energie eenvoudig is op te slaan
in een druk voor later gebruik.
Voordeel pneumatische energie is gemakkelijk op te slaan in een drukvat voor later
gebruik. Pneumatische systemen zijn ook brand- en explosieveilig.
Nadeel naast het hoger energieverbruik, de noodzaak voor het zuiveren van de gebruikte
perslucht en de geluidshinder die gepaard gaat met het ontspannen van lucht.
1.3 FYSISCHE EIGENSCHAPPEN VAN LUCHT
1.3.1 KENMERKEN
De lucht die ons omgeeft noemen we de atmosferische druk (+/- 1 bar). De absolute druk
is de druk gemeten ten opzichte van het absolute nulpunt (perfecte vacuüm). De relatieve
druk is de druk gemeten ten opzichte van het referentieniveau, in dit geval de atmosferische
druk. Dit referentieniveau is afhankelijk van de plaats (hoogte t.o.v. zeespiegel) en de
plaatselijke luchtgesteldheid of weersomstandigheden.
1.3.2 EENHEID VAN DRUK
De eenheid van druk is de Pascal (Pa). In de industriële praktijk wordt druk echter doorgaans
uitgedrukt in bar.
1 Pa = 1 N / 1 m²
1 MPa = 106 Pa
1 bar = 0,1 MPa
1.3.3 GASWETTEN
Volgens de wet van Boyle-Mariotte is bij constante temperatuur het product van het
volume en de absolute druk van een bepaalde massa van een ideaal gas constant.
p * V = constant p = absolute druk in Pa V = volume in m³
, 2
1.3.4 DEBIET
Het debiet of de luchtstroom is de hoeveelheid perslucht die per tijdseenheid (m³/s) door een
gesloten ruimte stroomt.
2 PRODUCTIE VAN PERSLUCHT
2.1 COMPRESSOREN
Een compressor brengt de lucht, die aangezogen wordt onder atmosferische druk, op
werkdruk.
Bij volumetrische compressoren gebeurt de compressie door verkleining van de ruimte
waarin de lucht zich bevindt. Tot deze categorie horen de zuigercompressoren en de
roterende compressoren. Het zijn de meest algemeen gebruikte compressoren voor de
toepassing van perslucht in industriële toepassingen.
Bij dynamische compressoren gebeurt de compressie door wijziging van de snelheid van
de lucht die onder druk wordt aangezogen. De ontstane kinetische energie van de lucht wordt
omgezet in statische druk. Tot deze categorie behoren de radiale compressoren
(centrifugaalcompressoren met schoepenwielen) en de axiale compressoren.
2.2 VOLUMETRISCHE COMPRESSOREN
2.2.1 ZUIGERCOMPRESSOREN
Bestaat hoofdzakelijk uit een cilinder waarin zich een zuiger heen en weer beweegt. Op
de cilinder zijn inlaat- en uitlaatkleppen gemonteerd.
Bij de enkelwerkende zuigercompressor is slecht één zijde van de zuiger werkzaam en heeft
dus een kleinere opbrengst.
Bij een dubbelwerkende cilinder zijn twee zijden van de zuiger werkzaam en is de opbrengst
dubbel zo groot als bij de enkelwerkende.
De drukverhouding van een zuigercompressor is de verhouding tussen de absolute druk aan
de uitlaat tot de absolute druk aan de inlaat. Een zuigercompressor die de lucht aanzuigt bij
atmosferische druk (+/- 1 bar) en deze samendrukt tot 7 bar effectieve druk, werkt dan met
een drukverhouding van 7 + 1 = 8 bar.
Door de compressie stijgt de temperatuur van de lucht zodanig dat deze niet kan gebruikt
worden zonder eerst af te koelen. Daarom wordt getracht om de lucht tijdens de compressie
reeds te koelen. Bij een tweetrapscompressor bijvoorbeeld heeft men een lage- en een
hogedruktrap. De lucht wordt aangezogen en samengeperst in de lagedruktrap. Na een
tussenkoeling wordt deze lucht nog eens samengeperst door de hogedruktrap.
Voor kleine compressoren wordt meestal de V-opstelling toegepast. Er bestaan
oliegesmeerde en olievrije compressoren. Deze laatste hebben het nadeel het toerental
beperkt moet blijven wegens optredende traagheidskrachten door de schuivingen.
2.2.2 SCHROEFCOMPRESSOREN
, 3
Bij de schroefcompressoren grijpen een linkse en een rechtse schroef in elkaar. Tussen het
huis, de draden van de schroef en de kern worden ruimtes gevormd die door het draaien
opschuiven van zuig- naar perszijde.
Elk schroefelement heeft een vaste compressieverhouding. Deze compressoren kunnen
werken bij hoog toerental.
Bij olievrije compressoren wordt er geen smering gebruikt in de compressiekamer. De
schroeven raken elkaar niet en worden uitwendig aangedreven door tandwielen. De geleverde
perslucht is dus ook volledig olievrij.
Olie geïnjecteerde compressoren worden gekoeld en gesmeerd door olie die in de
compressiekamer en vaak ook in de lagering wordt geïnjecteerd.
2.2.3 TANDCOMPRESSOREN
Bij de tandcompressoren bestaat het compressie element uit twee rotoren die naar elkaar toe
draaien in een compressiekamer.
2.2.4 COMPRESSOREN MET SCHUIVEN
Bestaat uit een cilindrisch lichaam waarin een rotor met kleinere diameter excentrisch is
opgesteld. Deze rotor is voorzien van een aantal lengtegroeven waarin schuiven steken. Door
de centrifugaalkracht zijn deze schuiven steeds in contact met het huis. Zijn over het
algemeen oliegesmeerd.
2.2.5 COMPRESSOREN MET VLOEISTOFRING
Bevat een schoepenrad dat excentrisch geplaatst is ten opzichte van het compressorhuis. Als
het huis voldoende gevuld is met vloeistof, en het rad snel genoeg draait, wordt de vloeistof
als een ring van bepaalde dikte tegen de binnenkant van het huis geduwd. Daardoor ontstaan
kamer van ongelijke grootte. De koeling gebeurt rechtstreeks door het contact van de lucht
met de vloeistofring.
2.2.6 ROOTSCOMPRESSOREN
Bestaat uit een cilindervorming huis begrensd met twee deksels. In dit huis zijn twee
lichamen of vleugels draaibaar opgesteld. Op deze lichamen zijn langs de buitenkant twee
tandwielen gemonteerd die met elkaar ingrijpen.
2.2.7 SCROLL-COMPRESSOREN
Bevat een vaste spiraal in een behuizing en een beweegbare, excentrisch geplaatste spiraal
die door een motor wordt aangedreven.
De bewegende spiraal loopt excentrisch rond de vaste spiraal. Deze compressoren werken
geluidsarm en trillingsvrij.
, 4
2.3 DYNAMISCHE COMPRESSOREN
2.3.1 CENTRIFUGAALCOMPRESSOREN
Ook turbocompressor genoemd, is opgebouwd uit achtereenvolgende waaiers. De lucht die
centraal wordt aangezogen, verlaat door de centrifugaalkracht de eerste waaier en trekt door
een vast leiwiel of diffusor. Hier wordt de kinetische energie van de lucht in druk omgezet.
2.3.2 AXIALE COMPRESSOREN
Hierbij passeert de lucht door rijen van draaiende en stilstaande schoepenwielen. Deze
compressoren zijn over het algemeen kleiner dan centrifugaalcompressoren.
2.4 PRODUCTIE VAN PERSLUCHT
2.4.1 VERVUILING VAN PERSLUCHT
Kan door water en olie in vloeistoffase, water en olie in dampfase, of verschillende gassen.
Ook stofdeeltjes, roestdeeltjes en erosiestoffen zijn aanwezig is de perslucht.
2.4.2 DE PERSLUCHTINSTALLATIE
Een aanzuigfilter op de compressor filtert de grootste contaminanten uit de aangezogen lucht.
Een schroefcompressor, een zuigercompressor of een centrifugaalcompressor perst de lucht
samen tot de gewenste druk. Hierbij stijgt de temperatuur van de lucht. Ze wordt afgekoeld in
een nakoeler (lucht- of watergekoelde warmtewisselaar). Hierdoor zal de waterdamp
condenseren. Dit vocht wordt opgevangen in de waterafscheider met manuele of
automatische aftap.
In een centrifugaalafscheider, die voorzien is van een drainagekraan, worden de grootste
contaminanten tegengehouden door gebruik te maken van de centrifugaalkracht. De lucht
komt dan in een hoofdaccumulator of tussenvat terecht.
Vervolgens kan men een koeldroger plaatsen. Deze koelt de lucht af en de condensatie wordt
ook hier opgevangen. Nadien wordt de lucht weer opgewarmd tot kamertemperatuur.
Het energieverbruik van de koeldroger kan verminderd worden door de binnenkomende lucht
in de warmtewisselaar af te koelen met de reeds afgekoelde lucht.
Wenst men bijna perfect droge lucht, dan wordt er geen koeldroger geplaatst, maar gaat men
de compressorinstallatie verder uitrusten met een ander bijkomend purificatiesysteem. Dit
bestaat meestal uit:
Een coalescerende voorfilter
Geplaatst na het tussenvat. Is de eerste component van het zuiveringssysteem. Zijn
functie is om zowel water als olie in vloeistoffase als vaste deeltjes tegen te houden.
Het coalescerend fenomeen is een proces waarbij microdruppeltjes gedwongen worden
grotere druppels te vormen, zodanig dat ze niet meer meegesleurd worden door de
perslucht.
Een absorptiedroger
