Koszt sprężonego powietrza w zakładzie i gdzie uciekają pieniądze

Sprężone powietrze zasila siłowniki, narzędzia, dysze, eżektory podciśnieniowe i wiele innych odbiorników. Ponieważ pobiera się je z rury w ścianie, łatwo zapomnieć, że wytworzenie go kosztuje prąd, a sprężarka zamienia większość tej energii na ciepło. Zanim zaplanujesz jakąkolwiek zmianę, policz, ile powietrza zakład zużywa i ile z tego pracuje, a ile ucieka.

Skąd bierze się koszt

Największa część kosztu to energia elektryczna zużyta przez sprężarkę. Do tego dochodzą filtry, osuszacze, serwis, konserwacja i amortyzacja sprężarki. W typowej instalacji koszt energii dominuje w całkowitym koszcie w cyklu życia, więc to on jest głównym celem oszczędności.

Jednostkowe zużycie energii zależy od typu sprężarki, jej obciążenia, ciśnienia roboczego i temperatury zasysanego powietrza. W obliczeniach orientacyjnych często stosuje się wartość rzędu 0,1 kWh na metr sześcienny powietrza, ale to tylko punkt wyjścia. Dokładną liczbę dla swojej instalacji da pomiar mocy i przepływu albo dane producenta.

Przy swoich danych podstaw własne wartości. Sama struktura rachunku się nie zmienia: ilość powietrza razy jednostkowa energia razy cena.

Nieszczelności

W starszych instalacjach, które nie miały regularnego przeglądu, odsetek strat na przeciekach bywa zaskakująco duży, dlatego pierwsze pomiary często kończą się decyzją o natychmiastowej naprawie.

Przecieki to zwykle największe źródło strat. Powstają na połączeniach rur, złączkach szybkozłączy, zaworach, wężach i uszczelkach siłowników. Pojedynczy mały wyciek wydaje się nieistotny, ale suma dziesiątek takich miejsc, pracujących całą dobę, w tym w czasie przestojów, daje znaczny odsetek produkcji sprężarki. Najlepszy test to pomiar zużycia w czasie, gdy maszyny stoją: jeśli sprężarka dalej się załącza, powietrze ucieka.

Lokalizację przecieków ułatwiają detektory ultradźwiękowe, ale w razie ich braku pomaga woda z mydłem na podejrzanych połączeniach. Naprawy są tanie, a efekt widać od razu, więc od tego warto zacząć. Dobrym nawykiem jest oznaczanie miejsc zgłoszonych i naprawianych oraz okresowy obchód, na przykład raz na kwartał.

Zbyt wysokie ciśnienie

Wiele instalacji pracuje na ciśnieniu wyższym niż wymaga najbardziej wymagający odbiornik, bo ktoś kiedyś podniósł nastawę, żeby rozwiązać jeden problem. Wyższe ciśnienie zwiększa zużycie energii sprężarki i wzmaga wycieki, bo przez ten sam otwór ucieka więcej powietrza. Zgodnie z przybliżoną regułą stosowaną w audytach, obniżenie ciśnienia o jeden bar zmniejsza pobór energii o kilka procent. Dla naszego przykładu przy założonych 7% oszczędność wyniosłaby około 8 870 zł rocznie.

Zanim obniżysz ciśnienie, sprawdź, który odbiornik wymaga najwięcej, i zmierz spadki na sieci w czasie szczytu. Czasem jeden odległy odbiornik wymusza wysoką nastawę dla całej instalacji, a lepiej zasilić go przez lokalną wzmacniającą stację albo poprawić średnicę rury. Przy takich zmianach wygodnie jest porównać pneumatykę z napędem elektrycznym, o czym piszemy w tekście siłownik elektryczny czy pneumatyczny.

Eżektory i odbiorniki ciągłe

Eżektory próżniowe wytwarzają podciśnienie, zużywając sprężone powietrze, i często pracują nieprzerwanie, nawet gdy nic nie trzymają. W chwytakach podciśnieniowych to może być największy pojedynczy odbiornik na stanowisku. Rozwiązaniem są eżektory z funkcją oszczędzania powietrza, które wyłączają zasilanie po osiągnięciu zadanego podciśnienia, albo zawór odcinający sterowany z programu robota. Porównanie z chwytakami magnetycznymi, które powietrza nie potrzebują, znajdziesz w tekście chwytak magnetyczny czy podciśnieniowy.

Podobnie jest z dyszami do nadmuchu i czyszczenia. Otwarta rura bez dyszy zużywa wielokrotnie więcej powietrza niż dysza wyprofilowana. Nawet proste działania, jak zamykanie zaworu przed przerwą lub sterowanie nadmuchem sygnałem z czujnika, potrafią obniżyć zużycie bez zmian w procesie.

Pomiar jako warunek poprawy

Wyniki z kolejnych miesięcy pokażą, czy poprawa jest trwała, czy po kilku tygodniach wracają stare nawyki.

Bez pomiaru oszczędności są domysłem. Przepływomierz zamontowany na wyjściu kompresorowni i na głównych odgałęzieniach pokazuje, jak zużycie zmienia się w ciągu doby, tygodnia i w czasie przestojów. Dzięki temu widać, ile powietrza zużywa się w nocy, gdy nikt nie pracuje, i które linie są największe.

Warto wprowadzić kilka wskaźników: zużycie na jednostkę wyrobu, udział zużycia nocnego w całości i energia sprężarek na metr sześcienny. Zmiana któregokolwiek z nich to sygnał do sprawdzenia, co się stało. Same sprężarki też mają znaczenie: sprężarka o stałej prędkości pracująca ze zmiennym obciążeniem marnuje energię na biegu jałowym, a sterowanie kaskadowe lub falownik może to ograniczyć.

Sieć, uzdatnianie i ciepło odpadowe

Straty ciśnienia na filtrach, osuszaczu i w rurach o zbyt małej średnicy zmuszają sprężarkę do pracy na wyższej nastawie. Zabrudzony wkład filtra potrafi dodać do instalacji spadek, który trzeba zrekompensować energią. Wymiana wkładów według wskazań manometru różnicowego kosztuje mniej niż nadmiarowa moc sprężarki.

Warto też wiedzieć, że większość energii pobranej przez sprężarkę wraca jako ciepło. Przy dobrej organizacji można je wykorzystać do ogrzewania hali lub wody technologicznej. Czy to się opłaca, zależy od lokalizacji kompresorowni i zapotrzebowania na ciepło, więc potraktuj to jako temat do osobnej analizy, nie jako pierwszy krok.

Na koniec przypomnienie o zbiorniku. Odpowiednio dobrana pojemność wygładza wahania zapotrzebowania i zmniejsza liczbę przełączeń sprężarki. Zbyt mały zbiornik oznacza częste załączanie, co skraca żywotność i podnosi zużycie energii.

Kolejność działań

1. Zmierz zużycie powietrza, także w czasie przestoju.
2. Napraw nieszczelności i wprowadź okresowy obchód.
3. Sprawdź, które odbiorniki wymagają najwyższego ciśnienia, i obniż nastawę.
4. Zamień odbiorniki ciągłe na układy z odcięciem lub oszczędnością powietrza.
5. Zastąp pneumatykę napędem elektrycznym tam, gdzie liczy się precyzja i duża liczba cykli.
6. Powtarzaj pomiar po każdej zmianie, żeby ocenić efekt.