Chociaż samo powietrze jest bezpłatne, jego produkcja, uzdatnianie i dystrybucja pochłaniają znaczne ilości energii i pociągają za sobą znaczne koszty. Statystycznie, wytworzenie 1 konia mechanicznego sprężonego powietrza wymaga około 8 koni mechanicznych energii elektrycznej. Chociaż efektywność konwersji energii jest stosunkowo niska, zużycie sprężonego powietrza w sektorze przemysłowym znacznie przewyższa zużycie energii elektrycznej lub hydraulicznej. Wynika to z wielu unikalnych zalet sprężonego powietrza, które czynią go niezbędnym składnikiem zastosowań przemysłowych.
Jednak efektywne wykorzystanie sprężonego powietrza zależy od jego wyprodukowania po możliwie najniższych kosztach, przy jednoczesnej minimalizacji odpadów. Koszty energii stanowią najważniejszy wydatek-obejmujący produkcję, dystrybucję i konserwację systemu dostarczającego czyste, suche powietrze pod stałym ciśnieniem. W praktyce wydatki na energię często znacznie przewyższają początkową cenę zakupu sprężarki, biorąc pod uwagę całkowity koszt posiadania.
W przeszłości, gdy stawki za energię elektryczną były niskie, wielu producentów nie zwracało uwagi na koszty sprężonego powietrza. Jednak ceny energii stale rosną, firmy zmuszone są-do ponownej oceny kosztów operacyjnych swoich systemów sprężonego powietrza i poszukiwania nowych sposobów na zmniejszenie wydatków. Weźmy pod uwagę producenta obsługującego sprężarkę o mocy 200-koni mechanicznych w sposób ciągły, 24 godziny na dobę, 365 dni w roku. Przy stawce za energię elektryczną wynoszącej 0,03 dolara za kilowatogodzinę (kWh) roczny koszt energii elektrycznej wyniósł 41 273 dolarów. Jednak w miarę wzrostu stawek do 0,10 dolara za kWh roczny koszt tej samej sprężarki wzrósł do 137 578 dolarów. W obliczu rosnących kosztów energii zarządcy obiektów coraz częściej zdają sobie sprawę, że zmniejszenie wydatków na sprężone powietrze jest krytyczną kwestią wymagającą natychmiastowej uwagi.
1.0 Czynniki przyczyniające się do strat kosztowych w systemach sprężonego powietrza
Odpady są głównym czynnikiem generującym koszty w systemach sprężonego powietrza. Istnieją trzy główne przyczyny powstawania odpadów: wycieki, nadmierne sztuczne zapotrzebowanie i niewłaściwe użytkowanie.
1.1 Wycieki: główne źródło odpadów sprężonego powietrza
Wycieki są najbardziej oczywistą przyczyną strat sprężonego powietrza. Występują, gdy sprężone powietrze przepływa w kierunku obszaru o niższym-ciśnieniu; cząsteczki powietrza uciekną przez dowolny otwór, który jest wystarczająco duży. Szybkość wycieku wzrasta wraz ze wzrostem różnicy ciśnień pomiędzy sprężonym powietrzem a atmosferą. Starzenie się, skorodowane rurociągi i połączenia gwintowe stwarzają główne możliwości wystąpienia takich wycieków. Szczególnie szybkozłączki niskiej-jakości-oraz węże z tworzywa sztucznego lub gumy często ulegają pęknięciom na skutek starzenia, wibracji lub korozji chemicznej, co prowadzi do strat sprężonego powietrza.
W rzeczywistości około 80% wycieków jest niesłyszalnych; te „niewidoczne” wycieki często pozostają niezauważone i nienaprawione. Na przykład przy ciśnieniu 100 psi wyciek o ćwierć- cala powoduje utratę 104 stóp sześciennych sprężonego powietrza na minutę, co odpowiada zużyciu 25 koni mechanicznych energii elektrycznej.
[Koszt energii (USD/rok)=Moc silnika x 0,746 x Godziny pracy (rocznie) x Stawka za energię elektryczną (USD/kWh) / Sprawność silnika]
Na podstawie tego wzoru, zakładając, że wyciek utrzymuje się przez 8760 godzin w roku, roczny koszt energii elektrycznej wyniesie około 17 000 dolarów, co oznacza znaczną stratę, jeśli wyciek pozostanie nienaprawiony [Źródło: Departament Energii Stanów Zjednoczonych, 2022].
Badania przeprowadzone w zakładach produkcyjnych w USA wskazują, że średni wskaźnik wycieków wynosi 30%, co skutkuje rocznymi stratami o łącznej wartości aż 3,2 miliarda dolarów [Źródło: Departament Energii Stanów Zjednoczonych, 2022]. Dlatego sprawdzanie i szybkie usuwanie nieszczelności może znacznie zmniejszyć zużycie energii elektrycznej i koszty operacyjne.
1.2 Nadmierne sztuczne zapotrzebowanie: zbyt wysokie ciśnienie robocze
Odpady powstałe w wyniku sztucznego zapotrzebowania wynikają przede wszystkim z eksploatacji urządzeń sprężonego powietrza przy ciśnieniach wyższych niż konieczne. Na przykład, jeśli cylinder pneumatyczny potrzebuje 1 stopy sześciennej powietrza do wykonania skoku, zwiększenie ciśnienia w układzie z 80 psig do 100 psig powoduje, że cylinder zużywa więcej powietrza (1,21 stopy sześciennej). W rezultacie praca przy ciśnieniach powyżej optymalnego poziomu wymaganego przez urządzenia pneumatyczne prowadzi do znacznego wzrostu zużycia powietrza.
Rozwiązania:
1.2.1 Optymalizacja ciśnienia w systemie i praca przy najniższym możliwym ciśnieniu może zmniejszyć straty powietrza spowodowane nadmiernym ciśnieniem roboczym. Na przykład obniżenie ciśnienia do 80 psi zamiast 100 psi skutecznie zmniejsza zużycie sprężonego powietrza, a co za tym idzie, obniża koszty.
1.2.2 Zakup sprzętu o wyższej-wydajności: jeśli istniejący system sprężonego powietrza nie jest już w stanie zaspokoić wysokiego zapotrzebowania na sprzęt, należy rozważyć zakup maszyn o większej wydajności. Sprzęt zaprojektowany z myślą o wyższych natężeniach przepływu może zapewnić wymagany przepływ powietrza przy niższych ciśnieniach, minimalizując w ten sposób straty związane z pracą pod wysokim-ciśnieniem. Takie podejście nie tylko zmniejsza zużycie energii, ale także zwiększa stabilność i wydajność systemu.
1.3 Niewłaściwe użycie: Sprężone powietrze jako substytut innych źródeł zasilania
Używanie sprężonego powietrza do czyszczenia obszarów lub zasilania sprzętu niepneumatycznego-jest powszechną formą niewłaściwego użycia. Na przykład użycie sprężonego powietrza do usuwania zanieczyszczeń spod maszyn może być często bardziej ekonomiczne przy użyciu miotły, elektrycznej dmuchawy do liści, wentylatora lub innych narzędzi. W tych scenariuszach poleganie na sprężonym powietrzu skutkuje wysokimi kosztami i niską wydajnością.
Rozwiązanie:
Przedsiębiorstwa powinny regularnie sprawdzać swoje systemy sprężonego powietrza, aby upewnić się, że zasoby nie są wykorzystywane do niepotrzebnych zadań. Zastąpienie sprężonego powietrza tańszymi-źródłami zasilania może obniżyć zarówno zużycie energii, jak i długoterminowe-koszty operacyjne.
2.0 Jak uniknąć marnotrawstwa i obniżyć koszty?
Najskuteczniejszym sposobem minimalizacji strat sprężonego powietrza jest przeprowadzenie kompleksowej oceny systemu. Można to osiągnąć angażując specjalistów ds. sprężonego powietrza w celu przeprowadzenia dokładnej kontroli, zidentyfikowania źródeł wycieków, nadmiernego użycia ręcznego i niewłaściwych zastosowań oraz przedstawienia zaleceń dotyczących ulepszeń.
Wdrażając te ulepszenia, przedsiębiorstwa mogą zmniejszyć ilość odpadów w trzech kluczowych obszarach:-wycieków, obsługi ręcznej i nieprawidłowego stosowania-, obniżając w ten sposób całkowity koszt systemu sprężonego powietrza i poprawiając efektywność energetyczną.
3.0 Wniosek
Jako istotne źródło energii, sprężone powietrze wiąże się ze znacznymi kosztami, których nie można przeoczyć. Optymalizując systemy sprężonego powietrza,-minimalizując wycieki, regulując ciśnienia robocze i eliminując niewłaściwe użytkowanie-przedsiębiorstwa mogą znacznie obniżyć koszty sprężonego powietrza. W obliczu rosnących cen energii i coraz bardziej rygorystycznych przepisów dotyczących ochrony środowiska, przyjęcie skutecznych środków-oszczędności energii stało się niezbędne dla obniżenia kosztów i zwiększenia konkurencyjności.
W sektorze produkcyjnym optymalizacja zarządzania sprężonym powietrzem nie tylko zapewnia znaczne oszczędności energii, ale także zwiększa wydajność produkcji i wydłuża żywotność sprzętu, co stanowi kluczowy krok w kierunku zrównoważonego rozwoju.