Strata ciśnienia w rurociągu – informacje w pigułce!

Czym są straty ciśnienia i jak je mierzyć?

Strata ciśnienia to różnica wartości ciśnienia sprężonego powietrza na wlocie i wylocie danego odcinka instalacji. Wyrażana jest w barach lub Pascalach. W praktyce mierzy się ją:

∆p= p_wlot-p_wylot

gdzie:

• Δp – strata ciśnienia [Pa],

W instalacjach pneumatycznych dopuszczalne straty ciśnienia to zazwyczaj maksymalnie 0,1–0,3 bar, jednak wartości te powinny być jak najniższe – z punktu widzenia efektywności energetycznej i pracy urządzeń końcowych.

Główne przyczyny strat ciśnienia w rurach i armaturze

Niewłaściwy dobór średnicy rur

Zbyt mała średnica rury zwiększa prędkość przepływu, co zgodnie z równaniami Darcy-Weisbacha i Bernoulliego powoduje dynamiczny spadek ciśnienia.

Długość trasy instalacji

Każdy metr rury to opór dla przepływu. Im dłuższa trasa = tym większe straty.

Zbyt duża liczba kolanek, trójników, zaworów

Każdy element armatury wprowadza lokalne turbulencje i opory – kluczowe jest stosowanie komponentów o zoptymalizowanych przekrojach.

Nieszczelności i mikrowycieki

Choć często niedostrzegalne, wycieki generują ogromne straty energii – nawet do 20–30% sprężonego powietrza w przeciętnym zakładzie.

Korozja i zanieczyszczenia

W rurach stalowych i niskiej jakości złączkach osadzają się cząstki rdzy, oleju i wody – zmniejszając przekrój przepływu i tworząc lokalne dławienia. Zanieczyszczenia powodują szybsze zużywanie się elementów roboczych, co generuje dodatkowe koszty eksploatacyjne.

Jak ograniczyć straty ciśnienia – dobre praktyki projektowe

Dobieraj odpowiednią średnicę rur wg przepływu (Q)

Równanie Darcy’ego-Weisbacha

• Stosuj armaturę o łagodnych promieniach

  Unikaj ostrych kolanek i wąskich przewężeń – zwiększają one lokalne opory.

• Wybieraj nowoczesne systemy rur i złączek

  Systemy modułowe z gładkimi ściankami wewnętrznymi (np. Aignep Infinity) mają znacznie niższy opór przepływu niż rury stalowe gwintowane.

• Unikaj łączenia różnych materiałów (np. stal–miedź)

  Powoduje to ryzyko elektrokorozji

Systemy ograniczające straty ciśnienia – przykłady

System Effebi Press – stal nierdzewna zaprasowywana

• Rury i złączki zaciskane ze stali AISI 316L – wysoka odporność na korozję i temperaturę,

• Minimalna chropowatość wewnętrzna = niższe opory,

• Złączki zaprasowywane — brak potrzeby gwintowania, pełna szczelność bez taśm i past,

• Szybki montaż i brak konieczności spawania → mniejsze ryzyko błędów instalacyjnych.

Zastosowanie: przemysł spożywczy, farmaceutyczny, linie pakujące.

System Aignep Infinity – aluminiowy system modułowy

• Rury z aluminium anodowanego, odporne na wilgoć, niskie i wysokie temperatury,

• Montaż „na klik” – skraca czas instalacji o 30–40%,

• Kształtki zoptymalizowane pod kątem przepływu — niskie opory wewnętrzne,

• Możliwość dowolnej rozbudowy i modyfikacji instalacji bez rozcinania i gwintowania.

Zastosowanie: linie montażowe, warsztaty, przemysł lekki, automatyka.

Praktyczne zastosowania – branże szczególnie wrażliwe na straty

Jak wykryć i zmierzyć straty ciśnienia?

Rozpoznanie nadmiernych strat ciśnienia nie zawsze jest oczywiste. W wielu zakładach symptomy takie jak spadek wydajności siłowników czy nieregularna praca narzędzi pneumatycznych są błędnie interpretowane jako awarie sprzętu, a nie problemy z instalacją. W rzeczywistości wystarczy kilka prostych narzędzi, aby zdiagnozować i zlokalizować problem.

Metody diagnostyczne:

Pomiary punktowe manometrami

• Montaż manometrów przed i za odcinkiem instalacji (np. przed rozdzielaczem, za kolankiem, przy siłowniku).

• Różnica ≥0,2 bar powinna być sygnałem do analizy.

Pomiary przepływu i ciśnienia dynamicznego

• Czujniki przepływu powietrza z pomiarem ciśnienia (np. Festo SFAM , SFAH),

• Detekcja dławień i przeciążeń w czasie rzeczywistym.

Testy akustyczne

• Użycie detektorów ultradźwiękowych (np. przy nieszczelnościach, mikrowyciekach) - LD 500

Rejestratory danych

• Zbieranie i analiza danych z czujników rozproszonych w instalacji,

• Pozwala określić trendy spadku ciśnienia w czasie i identyfikować awarie zależne od cyklu produkcyjnego.

Procedury utrzymania ruchu – jak zapobiegać stratom ciśnienia?

Zarządzanie stratami ciśnienia powinno być częścią strategii predykcyjnego utrzymania ruchu (Predictive Maintenance). Oto podstawowe zalecenia:

Co miesiąc:

• Kontrola wizualna szczelności połączeń elastycznych – miejsc gdzie np. przewód może nieszczelnie przylegać do złącza

• Sprawdzenie ciśnienia na końcach linii w godzinach największego zapotrzebowania.

Co kwartał:

• Przegląd złączek, szybkozłączy i zaworów pod kątem zużycia.

Co pół roku:

• Przegląd punktów poboru powietrza – ocena ciśnienia i przepływu,

• Detekcja wycieków – zaleca się wykonanie detekcji podczas przestoju maszyny oraz podczas jej pracy. Początkowo należy usunąć wszystkie wycieki występujące podczas przestoju a następnie przeanalizować układ czy wycieki występujące w cyklu pracy są możliwe do wyeliminowania.

• Kalibracja czujników ciśnienia i przepływu.

Praktyczny przykład: modernizacja instalacji w zakładzie montażowym

Problem:

Zakład produkujący komponenty mechatroniczne zauważył spadek ciśnienia w dwóch liniach zasilających roboty Pick&Place. Skutkiem były nieregularne przestoje, a czasem niekompletne cykle pracy.

Diagnoza:

• Pomiar ciśnienia wykazał 0,5 bar różnicy między rozdzielaczem a końcówką linii,

• Występowały stare kolanka gwintowane z rdzą i liczne zawory dławione,

• Część złączy była nieszczelna – mikrowycieki potwierdzone sprayem testowym.

Rozwiązanie:

• Zastosowano system Aignep Infinity – przewody aluminiowe, gładkie wnętrze, szybki montaż,

• Ograniczono liczbę trójników i kolanek (modułowe rozdzielacze z gotowymi wyjściami),

• Zamontowano czujniki SFAB od Festo z lokalną sygnalizacją ciśnienia.

Efekt:

• Spadek strat ciśnienia z 0,5 do 0,1 bar,

• Skrócenie cyklu robota o 0,3 s,

• Oszczędność energii sprężania: 12% w skali miesiąca.

Dodatkowe rozwiązania wspierające niskostratne instalacje

Autor:
Katarzyna Piejko
Business Line Manager
Pneumat.

Autor:
Katarzyna Piejko
Business Line Manager
Pneumat.