Właściwości powietrza

bg‑turquoise

ATLAS INTERAKTYWNY

Powietrze jest to mieszanina gazów stanowiących atmosferę Ziemi. W pobliżu Ziemi powietrze zawiera:

Azot – około $77 %$
Tlen – niecałe $21 %$
Parę wodną – około $1 %$
Argon – około $1 %$
Inne – wodór, dwutlenek węgla i gazy szlachetne (neon, hel, ksenon)

Odziaływania między cząstkami powietrza są bardzo małe i mogą zostać pominięte przy przyjętych w pneumatyce warunkach pracy. Posiada więc małą lepkość, która charakteryzuje niskie opory przepływu, dlatego można je transportować na dość znaczne odległości. Powietrze nie ma określonej postaci, tak jak wszystkie gazy i zmienia swój kształt przy najmniejszym działaniu siły i zajmuje maksymalnie obszar, który ma do dyspozycji. Jest zatem bardzo ściśliwe i można je sprężać.

W napędach i sterowaniu pneumatycznym ważna jest jakość powietrza. Na jakość powietrza mają wpływ zanieczyszczenia, do których w pneumatyce zaliczamy:

substancje stałe (kurz, sadza, pyłki),
wodę,
olej (pochodzący od smarowania sprężarki).

Przeciętnie $1 m^{3}$ powietrza miejskiego zawiera:

$140 mln$ cząstek zanieczyszczeń stałych co odpowiada średnio od $5$ do $20 \frac{mg}{m^{3}}$ , a w rejonach szczególnie zapylonych nawet $100 \frac{mg}{m^{3}}$ .
około $10 mg$ oleju,
około $11 g$ pary wodnej.

W zależności od ilości zanieczyszczeń powietrze posiada odpowiednią klasę czystości, które są przedstawione w poniższej tabeli.

Tabela 9. Klasy czystości powietrza
Klasa	Max wielkość elementów stałych $(μm)$	Max stężenie elementów stałych $(\frac{mg}{m^{3}})$	Woda - max punkt rosy $(° C)$	Max stężenie oleju $(\frac{mg}{m^{3}})$
	Zanieczyszczenia substancjami stałymi		Zawodnienie	Zaolejenie
$1$	$0, 1$	$0, 1$	$- 70$	$0, 01$
$2$	$1$	$1$	$- 40$	$0, 1$
$3$	$5$	$5$	$- 20$	$1$
$4$	$15$	$8$	$+ 3$	$5$
$5$	$40$	$10$	$+ 7$	$25$
$6$	$-$	$-$	$+ 10$	$-$

W poniższej tabeli przedstawiono zalecane klasy czystości dla różnych zastosowań (branż).

Tabela 10. Zalecane klasy czystości powietrza dla różnych zastosowań (branż)
Zastosowanie sprężonego powietrza	Olej	Pył	Woda
Zwykłe powietrze użytkowe	$-$	$-$	$-$
Powietrze do nawiewu	$-$	$-$	$-$
Piaskowanie	$3$	$-$	$4$
Proste roboty lakiernicze	$3$	$-$	$4$
Transport pneumatyczny	$5$	$3$	$4$
Narzędzia pneumatyczne	$2$	$2$	$4$
Malowanie natryskowe
Kondycjonowanie
Powietrze do sterowania	$3$	$2$	$1 - 3$
Powietrze do sterowania
Pneumatyka
Technika medyczna	$1$	$2$	$3 - 4$
Powietrze do oddychania
Przemysł środków spożywczych
Browary	$1$	$1$	$1 - 3$
Mleczarnie
Przemysł farmaceutyczny

Źle przygotowane powietrze zwiększa liczbę awarii i obniża okres użytkowania układu pneumatycznego. Uwidaczniać się to może w następujący sposób:

podwyższone zużycie uszczelnień i ruchomych części w zaworach i siłownikach,
zaoliwione zawory,
zanieczyszczone tłumiki hałasu,
korozja rur, zaworów, siłowników i innych elementów,
wymycie smarowania w elementach z częściami ruchomymi.

Wilgotność powietrza

W jednostce objętości powietrza o danym ciśnieniu i w danej temperaturze może znajdować się tylko ograniczona ilość pary wodnej. Maksymalna (graniczna) ilość pary wodnej $f_{m a x}$ , jaką może przyjąć $1 m^{3}$ powietrza o danym ciśnieniu i w danej temperaturze, nazywa się nasyceniem. Nadmiar pary powyżej nasycenia skrapla się.

Zależność granicznej zawartości pary wodnej w powietrzu (zwanym nasyceniem lub linią punktu rosy) od temperatury i ciśnienia powietrza przedstawia się na wykresie. Pokazany jest on na poniższym rysunku. Wynika z niego, że nasycenie rośnie wraz ze wzrostem temperatury, a maleje wraz ze wzrostem ciśnienia. Oznacza to, że im większa temperatura, to powietrze może przyjąć więcej pary wodnej, natomiast, czym bardziej sprężone powietrze (posiada większe ciśnienie), tym mniej pary wodnej może przyjąć. W tabeli poniżej rysunku przedstawiono wartości nasycenia $f_{m a x}$ (wartość graniczną zawartości pary wodnej) od temperatury dla ciśnienia atmosferycznego.

RUPok0TYM1lPM

Zależność wilgotności nasycenia powietrza od temperatury i ciśnienia
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Tabela 11. Wartości graniczne zawartości pary wodnej powietrza atmosferycznego w zależności od temperatury
Temperatura, $° C$	$f_{m a x,} \frac{g}{m^{3}}$	Temperatura, $° C$	$f_{m a x,} \frac{g}{m^{3}}$	Temperatura, $° C$	$f_{m a x,} \frac{g}{m^{3}}$	Temperatura, $° C$	$f_{m a x,} \frac{g}{m^{3}}$
$- 55$	$0, 04$	$0$	$4, 85$	$15$	$12, 82$	$30$	$30, 34$
$- 50$	$0, 06$	$1$	$5, 19$	$16$	$13, 63$	$35$	$39, 56$
$- 45$	$0, 11$	$2$	$5, 56$	$17$	$14, 47$	$40$	$51, 07$
$- 40$	$0, 18$	$3$	$5, 95$	$18$	$15, 36$	$45$	$65, 31$
$- 35$	$0, 29$	$4$	$6, 36$	$19$	$16, 30$	$50$	$82, 77$
$- 30$	$0, 46$	$5$	$6, 80$	$20$	$17, 28$	$55$	$104, 01$
$- 25$	$0, 71$	$6$	$7, 26$	$21$	$18, 32$	$60$	$129, 64$
$- 20$	$1, 08$	$7$	$7, 75$	$22$	$19, 41$	$65$	$160, 34$
$- 15$	$1, 61$	$8$	$8, 27$	$23$	$20, 56$	$70$	$196, 86$
$- 10$	$2, 36$	$9$	$8, 82$	$24$	$21, 76$	$75$	$240, 01$
$- 5$	$3, 41$	$10$	$9, 40$	$25$	$23, 03$	$80$	$290, 67$
$- 4$	$3, 66$	$11$	$10, 01$	$26$	$24, 36$	$85$	$349, 78$
$- 3$	$3, 93$	$12$	$10, 66$	$27$	$25, 75$	$90$	$418, 37$
$- 2$	$4, 22$	$13$	$11, 34$	$28$	$27, 21$	$95$	$497, 51$
$- 1$	$4, 52$	$14$	$12, 06$	$29$	$28, 74$	$100$	$588, 36$

Zawartość pary wodnej w powietrzu atmosferycznym można wyrazić w różny sposób, a mianowicie jako:

wilgotność absolutną $f$ wyrażoną w $\frac{g}{m^{3}}$ , przedstawiającą faktyczną zawartość pary wodnej w powietrzu
wilgotność względną $a$ - wyrażony w $%$ stosunek wilgotności absolutnej $f$ do nasycenia $f_{m a x}$ w danej temperaturze:
$a = \frac{f}{f_{m a x}} \cdot 100 %$
atmosferyczny punkt rosy, $° C$
ciśnieniowy punkt rosy, $° C$ (dla powietrza sprężonego).

Atmosferyczny punkt rosy jest to wyrażona w $° C$ temperatura, w której dana wilgotność powietrza niesprężonego stałaby się nasyceniem. W miarę wzrostu ciśnienia powietrza linia punktu rosy obniża się w stosunku do linii atmosferycznego punktu rosy. Ciśnieniowy punkt rosy jest to wyrażona w $° C$ temperatura, w której dana wilgotność powietrza sprężonego stałaby się nasyceniem.

Tabela 12. Wilgotność względna, ciśnieniowy punkt rosy
Przykład
W powietrzu atmosferycznym o temperaturze $20 ° C$ występuje $10 \frac{g}{m^{3}}$ pary wodnej. Określ wilgotność względną i punkt rosy powietrza. Odpowiedź W zadaniu mamy podaną wilgotność absolutną $f = 10 \frac{g}{m^{3}}$ w temperaturze $20 ° C$ . Żeby obliczyć wilgotność względną należy z taleli $11$ lub z rysunku powyżej tabeli $11$ odczytać, jaka może być maksymalna graniczna zawartość pary wodnej fmax w powietrzu w temperaturze $20 ° C$ . Z tabeli wynika, że $f_{m a x} = 17, 28 \frac{g}{m^{3}}$ . Można zatem obliczyć wilgotność względną: $a = \frac{f}{f_{m a x}} \cdot 100 % = \frac{10}{17, 28} \cdot 100 % = 57, 87 % \approx 58 %$ Żeby określić punkt rosy, należy z tabeli lub wykresu odczytać, dla jakiej temperatury wilgotność absolutna $f = 10 \frac{g}{m^{3}}$ stanie się nasyceniem. Powietrze w temperaturze $11 ° C$ posiada graniczną zawartość pary wodnej wynoszącą $10, 01 \frac{g}{m^{3}}$ . Zatem punkt rosy dla tego powietrza wynosi $11 ° C$ . Oznacza to, że z powietrza tego zacznie się wykraplać woda, jeżeli temperatura powietrza spadnie po niżej $11 ° C$ .

Powrót do spisu treściD1HeIWIJkPowrót do spisu treści

Podstawy fizyczne pneumatyki

Budowa układu pneumatycznego

Właściwości powietrza

Wilgotność powietrza