Zaoszczędź, wymieniając energochłonne silniki pneumatyczne na energooszczędne silniki elektryczne
Niska wydajność rozwiązań pneumatycznych, a także wysokie koszty ponoszone na: wykorzystaną energię, rekonfiguracje, serwisowanie i konserwację powodują, że pneumatyka jest zastępowana przez rozwiązania elektryczne. Przeprowadzone porównanie kosztów całkowitych obu silników udowadnia, że wydatek poniesiony na zakup elektrycznych silników liniowych zwraca się zaledwie w kilka miesięcy. Szybki zwrot inwestycji następuje nawet w przypadku ruchów urządzenia prowadzonych od punktu do punktu z dwoma pozycjami końcowymi. Ponadto mniejsze zużycie energii elektrycznej przyczynia się do zmniejszenia emisji dwutlenku węgla. Silniki liniowe przyczyniają się również do zwiększenia elastyczności w projektowaniu procesów produkcyjnych i systemów monitorowania produkcji.
Napędy pneumatyczne w sprężarkach powietrza
Napędy pneumatyczne są wybierane przez przedsiębiorców z powodu niskich kosztów zakupu oraz wysokiej odporności na przeciążenia. Są one również proste w obsłudze i nie wymagają prądu trzymającego, gdy są zainstalowane w orientacji pionowej. Zespoły kompresorów powietrza są powszechnie stosowane przez przedsiębiorstwa podczas transportu lub czyszczenia urządzeń. Rozwiązania pneumatyczne mają wiele zastosowań, dlatego korzysta z nich bardzo duża liczba fabryk.
Duże zapotrzebowanie na sprężone powietrze przekłada się równocześnie na wzrost kosztów ponoszonych za wykorzystanie energii. Sprężone powietrze jest jednym z najdroższych źródeł energii, ponieważ kompresory powietrza są w stanie przekształcić jedynie małą ilość energii wejściowej w użyteczną moc. Zdecydowana większość energii rozpraszana jest jako straty ciepła.
Poza już wysokimi kosztami silnika, sprężarki, stratami ponoszonymi podczas rozruchu i uruchomienia urządzenia czy stratami wynikającymi z przesyłu sprężonego powietrza, pojawiają się kolejne straty wynikające z nieszczelności systemów dystrybucji. Ostatecznie po dodatkowych stratach konwersji w siłowniku (bez optymalizacji) jedynie około 5% energii wejściowej jest dostępne jako moc użyteczna.
Optymalne zaprojektowanie systemu rur i elementów wykonawczych, szybkie wykrywanie wycieków oraz zastosowanie systemów rekuperacji ciepła mogą pozwolić na zwiększenie efektywności sprężarki. Ocenia się wówczas, że potencjalna oszczędność energii może wynieść między 20 a 40%.
Nawet jeśli te wszystkie warunki zostaną zrealizowane, to i tak pozostaje problem nieefektywnego wykorzystywania energii wejściowej przez systemy sprężonego powietrza, przy czym maksymalna sprawność całkowita możliwa do osiągnięcia wynosi 10%.
W czasach rosnących cen energii i zwiększonej świadomości ekologicznej (zwłaszcza emisji CO2) coraz więcej firm stara się wyeliminować sprężarki powietrza ze swoich fabryk lub przynajmniej ograniczyć ich użycie do absolutnego minimum.
Obecnie niemal bez wyjątku dostępne są alternatywy dla napędów stosujących sprężone powietrze. Dobrym zamiennikiem jest stosowanie elektrycznych silników liniowych.
Porównanie kosztów siłownika pneumatycznego i silnika liniowego na konkretnym przykładzie
Napędy elektryczne są rzeczywiście droższe w zakupie niż proste siłowniki pneumatyczne. Jednak analiza całkowitych kosztów w okresie użytkowania pokazuje, że koszt przeznaczony na zakup przemysłowych silników liniowych LinMot może zwrócić się w ciągu kilku miesięcy lub nawet tygodni. Analizowany przez nas przypadek dotyczył wykonywania prostych ruchów prowadzonych od punktu do punktu pomiędzy dwoma pozycjami (w przypadku bardziej skomplikowanych ruchów opłacalność zastosowania silników liniowych może być jeszcze większa).
W przeciwieństwie do silników elektrycznych w napędach pneumatycznych energia (sprężone powietrze) musi być doprowadzana przez cały czas trwania ruchu.
Energia kinetyczna pochodząca z hamowania w silnikach pneumatycznych musi zostać pochłonięta przez amortyzatory, wobec czego nie może być od razu magazynowana na kolejny ruch. Uwzględniając spadek ciśnienia, redukcję i straty wynikające z nieszczelności rzędu 25%, sprężarka musi sprężać i doprowadzać do rurociągu łącznie około 190 000 Nm³ powietrza. Całkowity roczny koszt energii przy wykorzystaniu silnika pneumatycznego wraz z kosztem napędu pneumatycznego i kosztach jego konserwacji wynosi więc około 18 000 zł. Elektryczny odpowiednik urządzenia pneumatycznego rocznie zużywa tak mało energii elektrycznej, że koszt poniesiony na jej zużycie wynosi około 300 zł. Przy większej liczbie cykli, stosunek wykorzystania energii przez silnik liniowy wypadłby znacznie lepiej w porównaniu do silnika pneumatycznego.
Znacznie niższe koszty energii sprawiają, że napęd elektryczny zwraca się w mniej niż pół roku. Po upływie tego czasu dzięki silnikom liniowym możesz znacznie zaoszczędzić!
Szczegółowe obliczenia porównujące siłownik pneumatyczny z silnikiem elektrycznym znajdą Państwo w naszym artykule dostępnym na stronie:
Redukcja emisji CO2
Kolejną korzyścią z przejścia na elektryczny napęd liniowy jest olbrzymie zredukowanie emisji CO2. Energia 24 000 kWh, która w tym przykładowym wyliczeniu jest dodatkowo pobierana przez siłownik pneumatyczny (w porównaniu do silników liniowych), daje w skali roku aż 12 000 kg CO2 więcej niż w przypadku zastosowania rozwiązania elektrycznego. Tym samym ilość emisji CO2 przemawia jednoznacznie za zmianą na elektryczne napędy bezpośrednie!
Innowacyjność i elastyczność w dostosowywaniu się do Przemysłu 4.0
Oprócz mniejszego zapotrzebowania na energię zaletą wariantu elektrycznego jest większa elastyczność w projektowaniu procesów produkcyjnych i systemów monitorowania. Sekwencje ruchów w elektrycznych napędach liniowych są znacznie bardziej dynamiczne i charakteryzują się większą powtarzalnością. Profil ruchu może być dowolnie zaprogramowany, dzięki czemu nawet złożone profile ruchów są wprowadzane w prosty i szybki sposób. Wariant elektryczny można również dostosować do nowych wymagań nawet w trakcie wykonywanego polecenia.
W porównaniu do silników pneumatycznych napędy liniowe pracują znacznie ciszej i cechuje je większa wytrzymałość. Nie są one także tak wrażliwe na zmiany obciążenia i mogą być płynnie uruchamiane i zatrzymywane. Z kolei analiza danych wytwarzanych w falowniku pozwala na monitorowanie różnych zmiennych procesowych bez dodatkowych czujników, które mogą być wykorzystywane zamiast tego do zdalnej diagnostyki systemu. Co niemniej ważne, wymagana jest mniejsza liczba pojedynczych komponentów, które mogą być serwisowane i wymieniane znacznie łatwiej niż te stosowane w silnikach pneumatycznych. Znajduje to odzwierciedlenie w niższych kosztach instalacji, konserwacji i logistyki.
Podsumowanie
W momencie, gdy zachodzi potrzeba wykorzystania w urządzeniu ruchów w dwóch różnych pozycjach końcowych lub gdy ruchy mają być zsynchronizowane, albo gdy dynamika lub żywotność siłownika pneumatycznego nie jest już wystarczająca, konstruktorzy urządzeń z chęcią sięgają po bezpośrednie napędy liniowe firmy LinMot. Ze względu na wysokie koszty ponoszone w trakcie korzystania z rozwiązań pneumatycznych zastosowanie przemysłowych silników liniowych w coraz większym stopniu opłaca się. Dotyczy to zwłaszcza sytuacji, gdy ruchy wykonywane są regularnie w operacjach cyklicznych, a siłowniki pneumatyczne muszą być mocno przewymiarowane ze względu na prędkość i warunki obciążenia. W takim przypadku koszt poniesiony na zakup elektrycznego napędu liniowego zwraca się w ciągu kilku tygodni.
Multiprojekt Automatyka Sp. z o.o.
ul. Pilotów 2 E
31-462 Kraków
tel. 12 413 90 58
fax 12 376 48 94
e-mail: info@multiprojekt.pl
www.multiprojekt.pl
