Istnieje wiele sposobów na zmniejszenie kosztów zużycia energii przez instalacje sprężonego powietrza, a dzięki temu uzyskanie znacznych oszczędności w każdym roku ich eksploatacji, a co za tym idzie również redukcji emisji dwutlenku węgla do atmosfery. W artykule prezentujemy kilka z nich, takie jak zarządzanie ciśnieniem w instalacji oraz lokalizowanie i usuwanie nieszczelności.
Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej (International Energy Agency – IEA) silniki elektryczne i elektryczne systemy napędowe (Electric Motors and Driver Systems – EMDS) są największymi pojedynczymi końcowymi odbiornikami energii elektrycznej, pobierającymi ponad 40% światowego zużycia energii elektrycznej. Agencja stwierdza także, że 32% używanych urządzeń EMDS jest zaimplementowanych w systemach kompresorowych.
Kompresory, z których wiele zasila instalacje sprężonego powietrza, pracują przeciętnie na poziomie od 5% do 10% swojej wydajności. Według raportu IEA dotyczącego sprawności układów napędzanych silnikami elektrycznymi, w EMDS odkryto olbrzymi i niewykorzystany potencjał sprawności energetycznej. „Można by zaoszczędzić ok. 25% energii elektrycznej zużywanej przez EMDS, co zmniejszyłoby całkowite światowe zapotrzebowanie na energię elektryczną o ok. 10%”.
Instytut Fraunhofera z Monachium szacuje, że każda maszyna produkcyjna ma potencjał do uzyskania 15% oszczędności energii.
Ogólnoświatowy producent artykułów spożywczych zaprosił firmę Festo do współpracy w jednym z jego dużych zakładów produkcyjnych, w celu przeprowadzenia audytu instalacji sprężonego powietrza oraz zidentyfikowania możliwych sposobów zmniejszenia zużycia energii i emisji dwutlenku węgla, związanych z instalacją pneumatyczną i sprężonego powietrza. Wysiłki skoncentrowano na zlokalizowaniu i wyeliminowaniu nieszczelności w zakładowej instalacji sprężonego powietrza. Po odnalezieniu i usunięciu tych nieszczelności całkowite koszty pracy fabrycznej instalacji spadły o 10%.
Przy użyciu kalkulatora środowiskowego technicy oszacowali zmniejszenie emisji dwutlenku węgla, wynikające z przeprowadzonych prac, na 160 ton. Podobne prace wykonane w fabryce w Holandii spowodowały zmniejszenie całkowitych kosztów pracy instalacji sprężonego powietrza o 8%.
Innym przykładem oszczędności jest wymiana przez klienta firmy Festo w jednej maszynie pompy próżniowej wartej 1700 dolarów na dwie dysze ssące w cenie 104 dolarów. Koszty pracy instalacji sprężonego powietrza w tej aplikacji spadły o 20%, ponadto wyeliminowano roczny koszt konserwacji w wysokości 130 dolarów. Inny z kolei klient zmniejszył średnicę przewodów instalacji pneumatycznej w jednej maszynie i w ten sposób obniżył koszty energii zużywanej przez tę maszynę o 25%.
Istnieje więc wiele sposobów na zmniejszenie kosztów energii pobieranej przez instalacje sprężonego powietrza, a dzięki temu uzyskanie znacznych oszczędności oraz redukcja emisji dwutlenku węgla do atmosfery.
Oto 8 wskazówek, jak zmniejszyć zużycie energii dzięki prawidłowemu użytkowaniu instalacji pneumatycznych.
1. Ustanowić poziom odniesienia zużycia sprężonego powietrza i jego koszty
Instalacja pneumatyczna w zakładzie składa się z łańcucha funkcji: wytwarzania sprężonego powietrza, jego przygotowania oraz przesyłania przez system dystrybucji i aplikacji w różnych maszynach. Należy ustalić stan obecny realizacji każdej z tych funkcji jako poziom odniesienia oraz możliwości wprowadzenia opłacalnych i rozsądnych ulepszeń, mających na celu obniżenie zużycia energii i emisji dwutlenku węgla.
Ponieważ audyt ustalający poziom odniesienia jest pracą specjalistyczną, eksperci zalecają przeprowadzenie go przez firmę zewnętrzną. Audyt ten może być okazją do przeprowadzenia szkolenia personelu działu utrzymania ruchu na temat metod wyszukiwania oszczędności energii i realizacji usprawnień.
Etap ustalania poziomu odniesienia staje się zatem nie tylko zwykłym audytem, ale i środkiem rozpoczęcia przez fabrykę działalności zmierzającej do uzyskania oszczędności energii w instalacjach sprężonego powietrza.
2. Zredukować spadek ciśnienia w systemie dystrybucji
Istnieją kroki, które mogą być podjęte przez personel i które mogą natychmiast przynieść oszczędności w zużyciu energii, np. trzeba mieć świadomość, że każdy zakręt o 90° w systemie dystrybucji sprężonego powietrza znacząco redukuje poziom ciśnienia w kanałach dystrybucji. Dlatego zastosowanie złączek (trójników) Y, które mają mniejszy wpływ na spadek ciśnienia, może się tu okazać lepszym wyborem.
Pracownicy działu utrzymania ruchu mogą przejść wzdłuż instalacji sprężonego powietrza i wyszukać miejsca do możliwego wyeliminowania zagięć o 90°. Przy lepszej dystrybucji, może się okazać możliwe zredukowanie ciśnienia wyjściowego kompresora o 1 bar, co przyniesie znaczne oszczędności.
3. Zmniejszyć ciśnienie na poziomie maszyny
Personel utrzymania ruchu może też zmniejszyć ciśnienie powietrza na poziomie maszyny i procesu technologicznego. Obniżenie ciśnienia z 6 do 5 barów w przypadku większości maszyn nie będzie miało wpływu na ich poprawną pracę, jednak znacząco zmniejszy zużycie energii. Obniżenie ciśnienia powietrza w maszynach o 1 bar w sześciu wybranych aplikacjach pozwoliło na zmniejszenie zużycia energii średnio o 15%.
Jeżeli jakaś maszyna czy aplikacja wymaga jednak wyższego ciśnienia, to należy użyć wzmacniacza ciśnienia. Taka strategia eliminuje potrzebę zwiększania ciśnienia w kompresorze i tym samym całym systemie dystrybucji. Wzmacniacz dostarcza większe ciśnienie tylko tam, gdzie jest ono potrzebne – w przeciwieństwie do dostarczania zwiększonego ciśnienia przez kompresor.
4. Usuwać nieszczelności
Zakład może nabyć specjalistyczne urządzenia do detekcji akustycznej nieszczelności. Oszczędności kosztów energii wynikłe z usunięcia tych wycieków wynoszą średnio 12%.
Wpisanie działań związanych z wykrywaniem nieszczelności do harmonogramu konserwacji prewencyjnej maszyn pomoże w utrzymaniu tego samego poziomu oszczędności.
Jeżeli fabryka wybierze firmę zewnętrzną do przeprowadzenia audytu, powinna zlecić jej także przeprowadzenie szkolenia z zakresu używania detektorów nieszczelności.
5. Wyłączać kompresory podczas przestojów.
Jeżeli fabryka nie pracuje na drugą lub trzecią zmianę, należy wyłączać kompresory zasilające instalację sprężonego powietrza. Powinno to być działanie tak samo naturalne, jak wyłączanie światła przy wychodzeniu z pomieszczenia. Proste wyłączenie zasilania instalacji sprężonego powietrza podczas trzeciej zmiany wykazało obniżenie zużycia energii o 8%.
6. Zastosować systemy oszczędzania sprężonego powietrza tam, gdzie jest to możliwe.
Wytwarzanie podciśnienia jest ważnym narzędziem w transporcie bliskim materiałów. Zwykle podciśnienie wytwarzane jest za pomocą przepływu powietrza przez zwężkę Venturiego. Jest to proces wymagający zużycia sporych ilości sprężonego powietrza. Aby zwiększyć sprawność systemu podciśnieniowego, należy dodać system oszczędzania sprężonego powietrza. Systemy te wyłączają dopływ sprężonego powietrza po osiągnięciu wymaganego podciśnienia. Oszczędności mieszczą się w przedziale od 13% do 14%. Większe wartości można uzyskać, zastępując drogą pompę próżniową tańszymi dyszami ssącymi.
7. Zoptymalizować przewody i kanały dystrybucji powietrza
Należy zidentyfikować przewody instalacji, których wymiana na przewody o innej długości i średnicy przyniesie oszczędności. Tam, gdzie jest to możliwe, należy skrócić zbyt długie odcinki kanałów dystrybucyjnych. Przewody o małej średnicy wewnętrznej należy zastąpić rurami i wężami o prawidłowej średnicy; wymienić zbyt ciasne kolanka oraz zlikwidować niepotrzebne redukcje, zawory i złączki.
Tam, gdzie to możliwe, rurociągi w układzie pierścieniowym (obiegowym zamkniętym) powinny zastąpić rurociągi w układzie rozgałęzionym. Jednym z głównych ulepszeń w instalacjach pneumatycznych w ciągu ostatnich kilku lat są wyspy zaworowe, które umożliwiają lokalizowanie zaworów bliżej elementów wykonawczych, co pozwala na skrócenie przewodów dystrybucji powietrza.
8. Wyposażyć maszyny i procesy technologiczne zużywające duże ilości energii w odpowiednie czujniki
Wyposażenie maszyny w czujniki ciśnienia, różnicy ciśnień oraz przepływu pozwala na monitorowanie pracy jej układu pneumatycznego i alarmowanie operatorów o nieprawidłowościach, takich jak zbyt wysokie ciśnienie lub zbyt niski przepływ powietrza (obie mogą wskazywać na nieszczelność układu). Takie działanie pozwala na zwiększenie sprawności maszyny.
Autor: Mike Guelker jest menedżerem produktu w firmie Festo Corporation. Zajmuje się elementami wykonawczymi, urządzeniami wytwarzającymi sprężone powietrze i akcesoriami.
Tłumacz: Tomasz Haber
