Energia jako decydujący czynnik przy wyborze sprężarki

Ponieważ sprężarka stanowi serce systemu sprężonego powietrza, właściwy wybór  i wskazanie odpowiedniego modelu, kryteria wydajności oraz osiągów stanowią podstawę dla całego systemu. Z tego względu przed ostatecznym wskazaniem wybranego dostawcy systemu sprężonego powietrza większość klientów tradycyjnie rozważa poniższą listę decydujących czynników:

• Niezawodność i reputacja producenta, jak również osiągi robocze zaprojektowanego i wytwarzanego przez niego sprzętu.
• Trwałość systemu sprężonego powietrza i jego komponentów podczas codziennej pracy oraz zdolność reakcji na niespodziewane zmiany lub fluktuacje w systemie bez znaczących opóźnień albo usterek w działaniu.
• Jakość odnosząca się zarówno do integralności oryginalnych podzespołów systemu, jak i do zgodności oraz osiągów tych podzespołów jako nierozdzielnych części całego systemu.
• Cechy produktu, zapewniające wyjątkowe lub najlepsze osiągi, wygodę, opłacalność oraz najnowsze innowacje techniczne, czyniące je użytecznymi, praktycznymi oraz ekonomicznymi.
• Gwarancje zapewniające klientowi zabezpieczenie początkowej inwestycji i osiągów sprzętu oraz przekonanie, że instalacja sprężonego powietrza będzie działać zgodnie z oczekiwaniami, przy minimalnych potrzebach konserwacji lub dodatkowych wydatków.
• Wpływ na środowisko oraz kwestie bezpieczeństwa, dotyczące zgodności z obowiązującym prawem, aktualnymi normami przemysłowymi oraz z możliwie najbezpieczniejszą obsługą.
• Zaufanie klienta do producenta i jego przedstawicieli pod względem przewidywanych osiągnięć oraz zadowolenie ze sprzętu i jego działania.
• Obsługa posprzedażna, oferująca sieć obsługi, zapewniającą pełną wiedzę o produkcie oraz pomoc, bez względu na lokalizację klienta.
• Ogólny koszt w trakcie całego cyklu życia produktu, obejmujący zdolność dostawcy systemu do zaoferowania konkurencyjnych stawek za sprzęt, instalację, konserwację oraz opcje energooszczędne.
• Zwrot inwestycji rozumiany jako gotowość dostawcy sprzętu do zapewnienia systemów  i oprzyrządowania, które ostatecznie zwrócą się w wartości sprzętu, efektywności obsługi, konstrukcji oszczędzającej czas oraz korzyściach wynikających z osiągów.

^{Rys. 1. Wykres ukazuje udział energii w całkowitych kosztach posiadania sprężarki}

Oczywiście znaczenie i waga każdego z tych czynników będą się zmieniać w zależności od klienta.

Jakkolwiek może się to wydawać daleko posuniętą analogią, kupno sprężarki pod wieloma względami jest podobne do zakupu domu. Podczas kupowania domu agent nieruchomości będzie nam często przypominał, że są trzy najważniejsze czynniki, które należy wziąć pod uwagę: lokalizacja, lokalizacja i jeszcze raz lokalizacja.

Pod wieloma względami takimi samymi przesłankami kierujemy się przy podejmowaniu decyzji o zakupie sprężarki. Bez względu na typ, zastosowanie lub wydajność, trzema najważniejszymi czynnikami związanymi z kosztem obsługi są: energia, energia i jeszcze raz energia. 

Koszty energii

Zakładając, że sprężarka, o której mowa w tym porównaniu, ma napęd elektryczny, należy rozważyć kilka głównych czynników kształtujących ogólny koszt energii. Należą do nich stałe koszty dostawy energii, koszt za kWh oraz dodatkowe obciążenia nałożone przez zakład energetyczny  z tytułu obsługi szczytowego zapotrzebowania.

Równie ważny jak ocena kosztów jest dominujący tryb działania. Na przykład: czy sprężarka będzie wykorzystywana głównie przy obciążeniu pełnym, częściowym, czy też bez obciążenia oraz jaki jest przewidywany cykl obciążenia lub godzin roboczych? 

^{Rys. 2. Porównanie zakresu osiągów sprężarek}

Całkowite koszty posiadania

Ogólne koszty posiadania i obsługi typowej sprężarki mogą być rozdzielone na następujące cztery kategorie:

• Zakup początkowy, który obejmuje koszty samej sprężarki.
• Instalacja, w skład której wchodzą koszty fundamentu, oprzyrządowania i zabudowania, orurowania oraz okablowania.
• Konserwacja, składająca się z rutynowej wymiany płynów i filtrów, inspekcji oraz innych środków prewencyjnych, związanych z utrzymaniem urządzenia w stanie umożliwiającym jego niezawodną i efektywną pracę.
• Energia, jest czynnikiem najważniejszym, pod względem kosztów ponad trzykrotnie większym od łącznych kosztów pozostałych trzech czynników i ponad sześciokrotnie większym od początkowych kosztów zakupu. Przy wyborze sprężarki energia jest najważniejszym kryterium (rys. 1). 

Wybór sprężarki

Chociaż wybór dostawcy systemu sprężonego powietrza zawsze stanowi podstawę do rozważań, nie mniejsze znaczenie ma wybór odpowiedniej do zastosowania sprężarki. Obecnie dostępna jest szeroka gama typów i wzorów sprężarek, a każda ma własne charakterystyki robocze. Zadanie dopasowania typu sprężarki do projektu należy przede wszystkim do projektanta systemu powietrznego.

Ponieważ dostępne zakresy ciśnień i wydajności dla różnych sprężarek często są podobne, przedstawiamy trzy ogólne wskazówki, pomagające wybrać sprężarkę najlepiej spełniającą kryteria określonej konstrukcji (tabela 1).

Z uwagi na konieczność dostarczenia obiektywnego porównania zakładamy, że zapotrzebowanie na sprężone powietrze określone jest przez następujące parametry:

• zakres mocy sprężarki: 10 do 400 KM,
• zakres wydajności sprężarki: 0,85 do 60 m³/min, 
• ciśnienie sprężarki: 4,22 do 12,25 kg/cm².

Dzięki porównaniu tych wymogów z tabelą dostępnych typów sprężarek stanie się jasne, że powinien zostać wybrany obrotowy model śrubowy (rys. 2). 

Opcje energooszczędne

Gdy już została podjęta właściwa decyzja o wyborze sprężarki spełniającej kryteria wielkości, wydajności oraz ciśnienia, zalecane jest, aby kupujący, w celu maksymalizacji korzyści ekonomicznych, rozważył poniższą listę energooszczędnych opcji.

Tabela 1. Wskazówki ułatwiające wybór sprężarki

Energooszczędne silniki. Jedną z najbardziej oczywistych opcji zapewniających oszczędzanie energii, która powinna być rozważona w trakcie zakupu, jest wybór energooszczędnego silnika. Obecnie dostępne są dwa rodzaje takich silników: silniki EPACT oraz silniki o podwyższonej efektywności (premium efficient).

Podczas gdy silniki EPACT są obecnie obowiązkowe w celu zapewnienia minimalnych standardów efektywności, ustanowionych rozporządzeniami rządowymi (Energy Policy Act-1997), silniki o podwyższonej efektywności (premium efficient) zostały skonstruowane w celu przewyższenia wymagań dotyczących efektywności kosztowej silników EPACT o co najmniej 1 do 2 procent, w zależności od mocy silnika. Okres spłaty silników o podwyższonej efektywności wynosi nie więcej niż 2 lata.

Porównanie trzech powszechnie stosowanych typów spustów

Sprężarki dwustopniowe. Zapewniają 10 do 13 procent oszczędności energii w porównaniu  z konwencjonalnymi sprężarkami jednostopniowymi. Dwustopniowe sprężarki zapewniają również korzyści ekonomiczne dzięki okresowi spłaty nieprzewyższającemu 2 lat.

System sterowania. Znaczące oszczędności kosztów energii może przynieść wybór systemu sterowania najbardziej wszechstronnego dla danych metod pracy.

Ponieważ koszty energii będą bardzo zależeć od wyboru systemu sterowania, konieczne jest, aby właściciel/operator zwrócił szczególną uwagę na ten ważny wyznacznik.

Odzyskanie ciepła. Znaczące korzyści ekonomiczne można uzyskać w postaci ogrzanego powietrza pozyskiwanego w procesie wytwarzania sprężonego powietrza. Zasadniczo ciepło jest magazynowane w powietrzu chłodzącym w trakcie jego przechodzenia przez chłodnicę końcową oraz chłodnicę oleju. Do 90% odzyskanego ogrzanego powietrza może być wykorzystane w takich zastosowaniach, jak wspomaganie ogrzewania cieplarni lub gospodarstwa domowego albo ogrzewanie w innych procesach.

W sezonie grzewczym typowy zestaw sprężarki o mocy 150 KM, chłodzonej powietrzem, wyposażonej w system odzyskiwania ciepła, może wygenerować oszczędności wynoszące 2600 dolarów rocznie, przepracowując w tym czasie 1000 godzin. Okres zwrotu inwestycji dla opcji odzyskiwania ciepła często jest krótszy od jednego roku.

Spust skroplin zapewniający brak strat powietrza. Inną opcją, wartą rozważenia przy zakupie sprężarki powietrza, jest spust skroplin niedopuszczający do strat powietrza. Zaprojektowane w celu minimalizacji ubytków w systemie sprężonego powietrza, ekonomicznie działające urządzenie nie tylko spłaci się w okresie krótszym od 6 miesięcy, ale w niektórych przypadkach sprawi, że wymiana dotychczasowo działającej sprężarki na inną, o większej wydajności, stanie się zbędna. 

Maksymalizacja kosztów konserwacji

Podczas gdy współczesna innowacyjna technika pomogła uprościć konstrukcję sprężarek do niewielu części i połączeń, stale istnieje potrzeba rutynowej konserwacji prewencyjnej. Nowa technika pomogła poprawić osiągi, efektywność oraz zwiększyć okres bezobsługowej pracy elementów wymagających konserwacji. Dodatkowo procedury rutynowej konserwacji, takie jak wymiana filtrów oraz płynów, mogą obecnie być przeprowadzane w czasie krótszym oraz z mniejszą częstotliwością niż poprzednio.

Poniżej podane są części wymienne, które należy wziąć pod rozwagę w ogólnym programie konserwacji, gdyż związane są z całkowitym kosztem cyklu życia produktu.

Filtry powietrza dostępne są obecnie w wersjach zapewniających takie cechy, jak:

• lepsza kontrola jakości powietrza zasysanego przez sprężarkę,
• pierwsza linia obrony przed zasysanymi zanieczyszczeniami,
• poprawa niezawodności na wylocie powietrza,
• wydłużenie żywotności separatorów powietrze/olej oraz filtrów,
• zwiększenie do 2% wyjściowych osiągów sprężarki w czasie pracy,
• wydłużenie okresów wymiany filtrów powietrza,
• okres spłaty krótszy niż trzy miesiące.

Separatory powietrze/olej charakteryzują się następującymi cechami:

• doskonała jakość powietrza przy zawartości przenoszonego oleju mniejszej niż 2ppm (cząsteczki na metr sześcienny),
• mniejsze zużycie płynu,
• mniejszy koszt energii dzięki zmniejszonemu spadkowi ciśnienia,
• wydłużone przerwy pomiędzy wymianami  oleju,
• okres spłaty krótszy niż trzy miesiące.

Filtry płynu z doskonale zaprojektowanymi elementami oferują następujące korzyści:

• wodoodporność,
• doskonałą filtrację płynu,
• lepsze zabezpieczenie końcówek powietrznych,
• przyjazność dla środowiska.

Płyny o zaawansowanych formułach zapewniają następujące korzyści:

• doskonałe smarowanie,
• brak wytrącania i osadzania się frakcji oleju,
• przyjazność dla środowiska i łatwość utylizacji,
• wydłużona żywotność płynu.

Podczas wybierania nowej sprężarki zawsze należy zwracać szczególną uwagę na koszt  energii. 

Autor: Harish Shah, główny inżynier, Sullair Corp.