Otázka: Proč je spotřeba stlačeného vzduchu v balicích strojích tak zásadním problémem pro výrobní provozy a kde dochází ke ztrátám energie?

Stlačený vzduch je často označován jako ‚čtvrtá komunální služba‘ v moderním průmyslu vedle elektřiny, plynu a vody. Je však zdaleka nejdražší komunální službou z hlediska výroby. Úžasných 85 % až 90 % elektrické energie použité k pohonu kompresoru vzduchu se ztrácí ve formě tepla. Pouze 10 % až 15 % se přemění na užitečnou pneumatickou energii. V továrnách na balení s vysokým výkonem, kde tisíce pneumatických válců pracují nepřetržitě, den i noc, představuje spotřeba stlačeného vzduchu obrovskou provozní nákladovou položku a významný zdroj emisí skleníkových plynů.

Balící stroje, včetně kartonovacích strojů, bagovacích strojů, uzavíračů tácek, systémů pro výběr a umístění (pick-and-place) a paletizérů, jsou velmi závislé na pneumatických systémech. Pneumatické systémy jsou vybírány proto, že jsou rychlé, spolehlivé, čisté a nabízejí vysokou hustotu výkonu. Avšak protože jsou pneumatické systémy jednoduché na instalaci, často nejsou dostatečně optimalizovány. To vede k obrovským ztrátám energie v několika oblastech:

• Stejný tlak během nepracovních zdvihů: Standardní pneumatický válec je navržen tak, aby vykonával svou hlavní práci (např. uchycení, stlačení nebo posunutí těžké krabice) během výstupního zdvihu. To vyžaduje vysoký tlak, obvykle 6 barů. Při zpětním zdvihu se však válec jednoduše vrací do výchozí polohy a nepohybuje žádnou zátěž. Přesto standardní nastavení dodává stejných 6 barů stlačeného vzduchu na obě strany válce, čímž se při zpětním zdvihu plýtvá energií.
• Přebytečně vysoký tlak stlačeného vzduchu: Konstruktéři strojů často stanovují provozní tlak vyšší, než je nutné, aby zajistili bezpečnostní rezervu. Pokud stroj dokáže perfektně fungovat při tlaku 4 barů, ale továrna dodává 6 barů, plýtvá se systém při každém jednotlivém cyklu obrovským množstvím stlačeného vzduchu.
• Nadměrný mrtvý objem: Objem vzduchu obsažený v potrubí mezi řídící armaturou a válcem se nazývá „mrtvý objem“. Při každém cyklu je tento vzduch stlačován a následně vypouštěn do atmosféry bez vykonání užitečné práce. Pokud je potrubí příliš dlouhé nebo má větší průměr, než je nutné, způsobuje tento mrtvý objem významnou ztrátu stlačeného vzduchu.
• Trvalé ztráty při výfuku: Během běžného přepínání armatur vypouštějí standardní elektromagnetické ventily stlačený vzduch přímo do atmosféry, čímž zahazují cennou tlakovou energii, kterou by bylo možné znovu využít.

Pro průmyslové výrobní podniky a výrobce balicích zařízení (OEM) se tyto neefektivnosti ročně promítají do tisíců dolarů ve formě zbytečně vyúčtované elektrické energie. Optimalizace pneumatické energie již není jen ekologickým cílem, ale klíčovým požadavkem pro udržení cenové konkurenceschopnosti.

Otázka: Jak optimalizují šetřící ventily a dvoutlakové pneumatické obvody spotřebu energie v balicích aplikacích?

Nejúčinnějším způsobem snížení ztrát stlačeného vzduchu v balicích strojích je použití pokročilých šetřících vzduchových ventilů a dvouúrovňových tlakových obvodů. Tyto technologie cílí na základní zdroj pneumatických ztrát: nepracovní zdvih.

Společnost AIRWORK vyvinula specializovaná řešení šetřících vzduchových ventilů, která fungují na principu optimalizace tlaku a recirkulace vzduchu:

• Dvouúrovňové tlakové obvody: Šetřící vzduchový ventil lze nastavit tak, aby dodával vysoký tlak (např. 6 bar) pro přední zdvih válce a nízký tlak (např. 2 nebo 3 bar) pro zpětní zdvih. Snížením tlaku při zpětním zdvihu na minimální úroveň potřebnou k vrácení pístu spotřebuje válec při zpětním zdvihu až o 50 % méně vzduchu. Po milionech cyklů se to překládá na celkové snížení spotřeby vzduchu o 25 až 35 % pro tento pohonný prvek.
• Integrované tlakové regulátory: Energošetřící rozvaděče AIRWORK jsou vybaveny kompaktními, vysoce přesnými regulátory umístěnými přímo na tělese ventilu. To umožňuje inženýrům nastavit provozní tlak jednotlivých válců tak, aby přesně odpovídal jejich zatížení, čímž se zabrání celkovému přetlaku stroje.
• Recirkulace výfukového vzduchu: Některé pokročilé ventily AIRWORK pro úsporu vzduchu jsou vybaveny interním obvodovým okruhem. Jakmile válec dokončí svůj vysokotlaký pracovní zdvih, místo aby vypouštěl veškerý stlačený vzduch do atmosféry, ventil přesměruje část tohoto vzduchu tak, aby zajišťoval stlačení opačného konce válce pro návratový zdvih. Tento mechanismus recirkulace umožňuje dokončit návratový zdvih pomocí „zdarma“ získaného odpadního vzduchu, čímž se dále snižuje zátěž kompresoru.
• Technologie nízkovýkonových elektromagnetických ventilů: Samotné elektromagnetické ventily spotřebují elektrickou energii. Energeticky úsporné cívky společnosti AIRWORK spotřebují pouze 0,5 až 1,5 W elektrické energie oproti standardním cívkám se spotřebou 4 až 5 W. Tím se snižuje tepelná zátěž elektrických rozváděčů a celková elektrická spotřeba.

Otázka: Jaké návrhové postupy by měli vývojoví inženýři uplatňovat, aby minimalizovali mrtvý objem v pneumatických systémech balicích strojů?

I když šetřící ventily pro stlačený vzduch přinášejí okamžité výsledky, vývojoví inženýři mohou dosáhnout další optimalizace energie uplatněním inteligentních návrhových postupů pro pneumatické systémy. Minimalizace mrtvého objemu je klíčovou strategií:

• Upevnění ventilů blízko válců: Tradičně jsou elektromagnetické ventily seskupeny do centrální skříně pro snadnou údržbu. I když je to výhodné, vyžaduje to dlouhé potrubní vedení ke zváraným válcům, čímž vzniká značný mrtvý objem. Inženýři by měli využít decentralizované ventily s více kanály, například kompaktní řadu AIRWORK, které se montují přímo na rám stroje v blízkosti pohonných prvků, aby délka potrubí nepřesáhla 500 mm.
• Optimalizujeme Trubka Průměr: Výběr průměru potrubí je jemnou rovnováhou. Příliš úzké potrubí omezuje průtok a zpomaluje provoz stroje. Na druhou stranu příliš široké potrubí zvyšuje mrtvý objem. Výzkumní a vývojoví inženýři by měli použít softwarový nástroj AIRWORK pro výpočet průtoku, aby vybrali minimální průměr potrubí, který splňuje požadavky na rychlost válce.
• Vyberte kompaktní a integrované aktuátory: Moderní balicí stroje profitují z integrovaných jednotek válců a ventilů. Kombinací řídícího ventilu a válce do jedné fyzické jednotky se úplně eliminuje připojovací potrubí, čímž se mrtvý objem sníží na nulu.

Otázka: Jaká je celková nákladová cena vlastnictví (TCO) a návratnost investice (ROI) při modernizaci na pneumatické systémy AIRWORK šetřící stlačeným vzduchem?

Pro manažery nákupů B2B je posouzení finanční životaschopnosti modernizace na energeticky účinné pneumatické systémy nezbytné. Modernizace standardních ventilů na systémy AIRWORK šetřící stlačeným vzduchem představuje malou počáteční kapitálovou investici, avšak přináší mimořádně rychlou návratnost investice:

• Rychlá návratnost investice (ROI): V typickém balicím zařízení provozovaném 24 hodin denně a 7 dní v týdnu může modernizace jedné vysokocyklové balicí linky pomocí ventilů AIRWORK šetřících stlačeným vzduchem snížit roční náklady na elektřinu o 500 až 1 500 USD na stroj. Doba návratnosti investice do nahrazovaných ventilů často nepřesahuje 6 měsíců.
• Snížená údržba kompresoru: Snížení spotřeby stlačeného vzduchu snižuje zátěž kompresorů v provozu. Kompresory pracují chladněji, opotřebují se pomaleji a vyžadují méně nákladných údržbách a přepracování, čímž se prodlouží jejich celková životnost.
• Snížení uhlíkové stopy: Minimalizace spotřeby elektrické energie přímo snižuje emise skleníkových plynů v provozu. Využití řešení od AIRWORK umožňuje výrobním společnostem dokumentovat konkrétní údaje o úsporách energie, což jim pomáhá dosahovat korporátních cílů udržitelnosti a splňovat mezinárodní environmentální standardy, jako je např. ISO 50001.

Spoluprací s AIRWORK mohou výrobci balicích zařízení (OEM) i výrobní provozy přeměnit své pneumatické systémy z drahých spotřebičů energie na vysoce optimalizované, udržitelné a cenově efektivní automatizační prostředky.