Klasy jakości sprężonego powietrza – co oznaczają?

Spotkałeś się z oznaczeniami typu 1-2-4 przy sprężonym powietrzu i zastanawiasz się, co one znaczą. Masz kompresor, sieć pneumatyczną albo lakiernię i nie wiesz, jaką klasę jakości powietrza wybrać. Z tego tekstu dowiesz się, jak czytać klasy jakości sprężonego powietrza według ISO 8573-1 i jak przełożyć je na realne wymagania Twojej instalacji.

Czym są klasy jakości sprężonego powietrza?

Norma ISO 8573-1:2010 wprowadziła wspólny język do rozmowy o jakości sprężonego powietrza w zakładach na całym świecie. Zamiast ogólników typu „powietrze czyste” czy „do procesów spożywczych” stosuje się liczby, które dokładnie opisują ilość wody, oleju i cząstek stałych w jednym metrze sześciennym gazu. Dzięki temu serwisant w Polsce i technolog w Niemczech rozumieją to samo, gdy mówią o klasie 1 czy 4.

Klasa czystości to umowne oznaczenie wyrażone cyframi. Każda cyfra odnosi się do innego rodzaju zanieczyszczeń. W często spotykanym zapisie trzy liczby opisują kolejno olej – cząstki stałe – wodę. Przykład 1-1-4 oznacza, że powietrze ma mieć bardzo mało oleju i pyłu (klasa 1) oraz umiarkowaną ilość wody (klasa 4). Dzięki temu można jednym symbolem opisać wymagania dla konkretnego procesu, bez długich opisów parametrów.

Niższa cyfra oznacza czystsze powietrze – klasa 1 jest znacznie bardziej rygorystyczna niż klasa 4 czy 5, zarówno dla oleju, jak i dla cząstek oraz wody.

Seria ISO 8573 to nie tylko część „-1”. Kolejne części opisują metody badania innych zanieczyszczeń, w tym gazów i mikroorganizmów. W praktyce w większości zakładów korzysta się właśnie z ISO 8573-1, które definiuje zakresy wartości dla trzech głównych grup zanieczyszczeń. To na tej podstawie dobiera się stopień filtracji, typ osuszacza i całą koncepcję przygotowania powietrza.

Skąd biorą się zanieczyszczenia w sprężonym powietrzu?

Czy w ogóle istnieje „czyste” powietrze bez pyłu, pary wodnej i mikroorganizmów. W praktyce takie warunki spotkasz tylko w specjalistycznych laboratoriach. W typowej hali produkcyjnej już powietrze zasysane przez kompresor zawiera kurz, drobiny piasku, spaliny, a także bakterie i wirusy. Po sprężeniu ilość tych zanieczyszczeń rośnie proporcjonalnie do ciśnienia. Przy 10 bar będzie ich w sprężonym powietrzu mniej więcej dziesięć razy więcej niż w atmosferze.

Drugim dużym źródłem zanieczyszczeń jest sama sprężarka oraz instalacja. W kompresorach olejowych część oleju z obiegu smarowania przedostaje się do sprężonego powietrza. W kompresorach tłokowych to zjawisko jest silniejsze niż w nowoczesnych jednostkach śrubowych czy łopatkowych, które mają bardziej dopracowane uszczelnienia i separatory. W sieci dochodzą kolejne źródła: rdza z rur stalowych, resztki korozji ze zbiorników czy produkty starzenia się uszczelnień.

Powietrze atmosferyczne

Powietrze zasysane z otoczenia nigdy nie jest idealnie czyste. Zawiera cząstki stałe o różnej wielkości, od kilku mikrometrów aż po frakcje PM2.5, które są istotne dla zdrowia ludzi. W obszarach przemysłowych ilość tych zanieczyszczeń może być znacznie większa niż na terenach wiejskich, co przekłada się na większe obciążenie filtrów wstępnych i separatorów cyklonowych.

Do tego dochodzi naturalna wilgotność powietrza. Para wodna przy sprężaniu ulega zagęszczeniu i zaczyna się skraplać, gdy temperatura spadnie poniżej punktu rosy. To właśnie kondensat w sieci pneumatycznej odpowiada za wiele problemów eksploatacyjnych, jak korozja elementów, zacinające się zawory czy uszkodzenia narzędzi pneumatycznych.

Sprężarka i instalacja

W kompresorach olejowych olej ma smarować i chłodzić części ruchome. Niewielka jego ilość, liczona w mg/m³, przedostaje się jednak do sprężonego powietrza. Bez filtracji trafiłby dalej do narzędzi, siłowników, zaworów sterujących, a w skrajnych przypadkach nawet do produktu końcowego, co w branży spożywczej lub farmaceutycznej jest niedopuszczalne.

W samej instalacji powstają także zanieczyszczenia wtórne. Woda kondensująca w stalowych rurach przyspiesza korozję, a oderwane cząstki rdzy wędrują z powietrzem w kierunku odbiorników. Dlatego w wielu nowoczesnych instalacjach stosuje się rury z tworzywa lub aluminium, które znacząco ograniczają ten problem, choć nie zastępują filtracji.

Wilgoć w układzie

Wilgoć jest dla pneumatyki szczególnie groźna. Wpływa na pracę zaworów, powoduje zamarzanie w przewodach zewnętrznych w sezonie zimowym i przyspiesza zużycie wielu podzespołów. Proste rozwiązania, jak separator cyklonowy czy „mokry” zbiornik powietrza, usuwają wyłącznie część wody w postaci ciekłej. Nie radzą sobie natomiast z parą wodną, która dalej krąży w sieci i kondensuje w chłodniejszych miejscach.

Z tego powodu, gdy wymagana jest konkretna klasa w zakresie wody (np. klasa 4), wprowadza się do układu osuszacze ziębnicze. Jeśli proces wymaga jeszcze niższego ciśnieniowego punktu rosy, stosuje się osuszacze adsorpcyjne lub membranowe, które pozwalają zejść nawet do -40°C czy -70°C punktu rosy.

Jak czytać normę ISO 8573-1?

Norma ISO 8573-1 dzieli jakość sprężonego powietrza na klasy od 1 (bardzo wysoka czystość) do 6 i wyżej, w zależności od czynnika. Dla każdej klasy określono maksymalną dopuszczalną wielkość i ilość cząstek stałych, maksymalne stężenie oleju oraz ciśnieniowy punkt rosy, który opisuje zawartość wody. Zestawienie prezentuje się następująco:

W praktyce oznacza to, że klasa 1 dopuszcza tylko bardzo drobne cząstki i minimalne ilości oleju, przy bardzo niskim punkcie rosy. Klasa 4 jest już znacznie bardziej „luźna”, dlatego zwykle stosuje się ją jako standard w typowych instalacjach warsztatowych czy przy zasilaniu narzędzi pneumatycznych.

Aby uporządkować oznaczenia, stosuje się zapis trójczłonowy, w którym każda cyfra odnosi się do innego rodzaju zanieczyszczeń. W wielu zakładach przyjmuje się schemat: olej – pył – woda. Dzięki temu już po jednym spojrzeniu na symbol można zorientować się, czy priorytetem w danej aplikacji jest bardzo niska zawartość oleju, bardzo sucha postać gazu czy minimalna ilość cząstek stałych.

Cząstki stałe

Cząstki stałe to wszystko, co ma postać stałą i jest unoszone przez strumień powietrza. Mogą to być ziarna piasku, kurz z hali, resztki rdzy z instalacji, ale też fragmenty zużytych uszczelek i elementów filtrów. Norma ISO 8573-1 określa nie tylko ich maksymalną ilość w mg/m³, lecz także dopuszczalną wielkość pojedynczej cząstki.

Im niższa jest wymagana klasa w zakresie pyłu, tym dokładniejsze muszą być filtry sprężonego powietrza. Wkłady filtracyjne o dokładności 40 µm wystarczą do ochrony prostych narzędzi. Dla procesów malowania natryskowego czy czystej pneumatyki stosuje się już filtry 5 µm, 1 µm, a nawet 0,01 µm, często z wykorzystaniem zjawiska koalescencji.

Woda

Zawartość wody w normie opisuje się poprzez ciśnieniowy punkt rosy. To temperatura, przy której para wodna zaczyna się skraplać przy danym ciśnieniu. Dla klasy 4 punkt rosy wynosi +3°C, co odpowiada typowym możliwościom osuszaczy ziębniczych. Klasa 2 z punktem rosy -40°C wymaga już osuszacza adsorpcyjnego lub membranowego.

W większości zastosowań zakładowych wystarczy, by punkt rosy znajdował się poniżej najniższej temperatury w instalacji. Gdy jednak mówimy o powietrzu do oddychania, technice medycznej czy niektórych procesach chemicznych, wymagany jest znacznie niższy poziom zawilgocenia, aby uniknąć kondensacji w newralgicznych punktach układu.

Olej

Olej występuje w sprężonym powietrzu zarówno w postaci ciekłej, jak i w formie aerozolu czy pary. Norma ISO 8573-1 traktuje go łącznie jako sumę wszystkich form oleju. Dla klasy 1 dopuszczalne stężenie wynosi zaledwie 0,01 mg/m³. W klasie 4 rośnie do 5 mg/m³, co dla wielu zastosowań warsztatowych jest w pełni akceptowalne.

Aby osiągnąć niską zawartość oleju, stosuje się kaskadę filtrów: od separatora cyklonowego, przez filtr wstępny, aż po filtr dokładny i filtr z węglem aktywnym. Ten ostatni usuwa także zapach i smak sprężonego powietrza, co ma znaczenie w branży spożywczej i przy powietrzu do oddychania.

Jak dobrać klasę jakości do procesu?

Czy w każdej sieci pneumatycznej warto dążyć do klasy 1-1-1. Dla wielu procesów byłoby to kosztowne i zupełnie niepotrzebne. Wysoka klasa czystości oznacza bardziej rozbudowaną filtrację, droższe osuszacze i częstsze wymiany wkładów filtracyjnych. To przekłada się na wyższe koszty inwestycyjne i eksploatacyjne.

Są procesy, gdzie liczy się głównie niezawodność narzędzi i brak korozji w układzie. Tam wystarczy typowe warsztatowe powietrze klasy około 5-3-4. W innych, na przykład przy produkcji żywności, farmaceutyków czy powietrzu do oddychania, wymagana jest bardzo wysoka czystość, z klasami zbliżonymi do 1-1-1. Tam koszt filtracji jest uzasadniony ryzykiem zanieczyszczenia produktu lub zagrożenia dla zdrowia.

Zastosowania o umiarkowanych wymaganiach

Do tej grupy można zaliczyć typowe instalacje warsztatowe, zasilanie narzędzi pneumatycznych, transport pneumatyczny materiałów sypkich czy proste malowanie natryskowe. Niewielka ilość oleju i pyłu nie wpływa bezpośrednio na jakość produktu, a głównym celem jest ochrona narzędzi i armatury. W takich przypadkach zwykle wystarczają klasy w okolicach 3 lub 4 dla pyłu oraz 4 dla wody.

Dla uporządkowania można przedstawić przykładowe wymagania w formie prostej tabeli:

Taka jakość powietrza wymaga zwykle zastosowania filtra wstępnego, dokładniejszego filtra cząstek oraz osuszacza ziębniczego. Dodatkowe elementy, jak filtr węglowy czy filtr antybakteryjny, nie zawsze są tu potrzebne, więc ich montaż mógłby niepotrzebnie podnieść koszt inwestycji.

Zastosowania o wysokich wymaganiach

W branży spożywczej, farmaceutycznej, medycznej czy przy powietrzu do oddychania dopuszczalne zanieczyszczenia są mocno ograniczone. Chodzi zarówno o czystość mikrobiologiczną, jak i o brak zapachu, smaku oraz oleju. W lakierniach o wysokich wymaganiach jakościowych nawet niewielka ilość oleju lub wody może powodować wady powłoki, takie jak kratery, pęcherze czy zacieki.

Dlatego w tych zastosowaniach stosuje się zwykle klasy bliskie wartości 1-1-1 lub 1-1-3 w zakresie wody. Układ przygotowania powietrza obejmuje wtedy kilka stopni filtracji, osuszacz adsorpcyjny, a często także filtry sterylne i końcowe filtry węglowe. To rozbudowany system, który wymaga regularnej kontroli i serwisu, ale zapewnia stabilną jakość gazu na wylocie.

Na co zwrócić uwagę przy doborze klasy?

Przy definiowaniu wymagań dla konkretnego procesu warto odpowiedzieć sobie na kilka pytań. Pomaga to dobrać klasę czystości sprężonego powietrza bez nadmiernego przewymiarowania instalacji:

• jak bliski jest kontakt sprężonego powietrza z produktem końcowym,
• czy powietrze ma kontakt z żywnością, lekiem lub strefą oddechową człowieka,
• w jakich warunkach temperaturowych pracuje instalacja i odbiorniki,
• jak wrażliwe na olej, wodę i pył są używane zawory, siłowniki i narzędzia,
• jakie normy branżowe i wymagania audytowe musi spełnić zakład.

Dobrze dobrana klasa powietrza pozwala ograniczyć zużycie narzędzi i awarie instalacji, a jednocześnie nie generuje niepotrzebnych kosztów na zbyt rozbudowaną filtrację.

Jak osiągnąć wymaganą klasę sprężonego powietrza?

Kiedy już wiesz, jakiej klasy jakości potrzebuje dany proces, trzeba przełożyć liczby z ISO 8573-1 na konkretny układ przygotowania sprężonego powietrza. W praktyce oznacza to dobranie zestawu urządzeń: filtrów, separatorów, osuszaczy i elementów kontrolno-pomiarowych. Ich konfiguracja będzie inna dla prostego warsztatu, a inna dla linii pakowania produktów spożywczych.

Typowy zespół przygotowania powietrza może obejmować następujące elementy:

• separator cyklonowy tuż za kompresorem do usuwania kondensatu i większych cząstek,
• filtr wstępny zatrzymujący większe zanieczyszczenia stałe i część oleju,
• osuszacz (ziębniczy lub adsorpcyjny) do obniżenia ciśnieniowego punktu rosy,
• filtr dokładny i ewentualnie filtr węglowy oraz antybakteryjny jako stopnie końcowe.

Usuwanie cząstek stałych i oleju

Podstawowym urządzeniem do wstępnego oczyszczania sprężonego powietrza jest separator cyklonowy. Nie ma on wkładów filtracyjnych. Wykorzystuje siłę odśrodkową – powietrze wprowadzane jest w ruch wirowy, co powoduje odrzucanie cięższych cząstek i kropli wody na ściany urządzenia. Tam spływają one do spustu kondensatu.

Za separatorem montuje się filtry o różnej dokładności. Filtry cząstek mogą zatrzymywać zanieczyszczenia od 40 µm aż do 0,01 µm. Wkłady koalescencyjne łączą działanie mechaniczne z usuwaniem oleju. Na końcu, gdy wymagana jest bardzo niska zawartość oleju i brak zapachu, stosuje się filtry węglowe. Te ostatnie są wrażliwe na zbyt duże ilości oleju, dlatego zawsze pracują jako ostatni stopień w szeregu filtrów.

Usuwanie wody

Jak już wspomniano, proste metody jak separator czy zbiornik mokry eliminują tylko część wody. Aby spełnić wymagania klas 4 i lepszych, konieczne jest zastosowanie dedykowanych osuszaczy. Najpopularniejsze są osuszacze ziębnicze, które schładzają powietrze do kilku stopni powyżej zera. W tej temperaturze większość pary wodnej się skrapla, a kondensat jest odprowadzany poza instalację.

Gdy wymagany jest niższy punkt rosy, stosuje się osuszacze adsorpcyjne. Wykorzystują one materiał pochłaniający wilgoć, który okresowo regeneruje się w jednym z dwóch zbiorników (pracują naprzemiennie). Inne rozwiązanie to osuszacze membranowe, które stosuje się często lokalnie przy pojedynczych odbiornikach, na przykład w laboratoriach czy przy aparaturze pomiarowo-regulacyjnej.

Kontrola i pomiar jakości

Bez regularnej kontroli parametrów trudno mieć pewność, że instalacja zapewnia wymaganą klasę jakości powietrza. W praktyce stosuje się pomiary ciśnienia, temperatury oraz okresowe badania punktu rosy i zawartości oleju. W wielu zakładach wykonuje je zewnętrzne laboratorium lub serwis producenta instalacji.

Istotnym elementem jest także monitoring spadków ciśnienia na filtrach. Gdy spadek rośnie, oznacza to zapchanie wkładów i konieczność ich wymiany. Zbyt rzadkie wymiany powodują spadek przepustowości i problemy z utrzymaniem parametrów pracy maszyn. Zbyt częste podnoszą niepotrzebnie koszty eksploatacji, dlatego warto oprzeć się na rzeczywistych danych pomiarowych.

Jakość sprężonego powietrza nie wynika z samego kompresora. To efekt całego łańcucha: od warunków zasysania, przez dobór filtracji i osuszania, aż po regularny nadzór nad instalacją.