Sprężone powietrze jest powszechnie wykorzystywane do odmuchu, suszenia, chłodzenia, czyszczenia czy transportowania elementów. Problem pojawia się wtedy, gdy sposób jego wykorzystania przez lata pozostaje niezmieniony, a decyzje dotyczące instalacji podejmuje się na podstawie intuicji zamiast pomiarów.
Słaby odmuch? Zwiększamy ciśnienie. Nieszczelność jest niewielka? Można ją zostawić. Rura z otworami działa? Nie ma powodu jej zmieniać. Takie podejście nie zawsze musi powodować problem, ale może prowadzić do większego zużycia sprężonego powietrza, niepotrzebnego hałasu albo pogorszenia stabilności procesu. Warto więc oddzielić kilka często powtarzanych założeń od tego, co rzeczywiście wynika z parametrów instalacji i konkretnej aplikacji.
Mit 1. Większe ciśnienie zawsze poprawia skuteczność odmuchu
Nie zawsze. Zwiększenie ciśnienia może zwiększyć siłę odmuchu, ale jednocześnie zwykle zwiększa zapotrzebowanie danego odbiornika na sprężone powietrze. Jeśli proces działa nieprawidłowo, samo podnoszenie nastawy regulatora nie wyjaśnia przyczyny problemu.
Dobrym przykładem jest nóż powietrzny Super. W danych producenta dla tego konkretnego produktu wraz ze wzrostem ciśnienia zasilania rosną zarówno siła i prędkość strumienia, jak i zużycie sprężonego powietrza. Nie oznacza to, że takie same wartości lub proporcje będą dotyczyły każdego urządzenia – pokazuje natomiast samą zależność, którą należy uwzględnić przy regulacji procesu.
Jeżeli odmuch jest zbyt słaby, przed zwiększeniem ciśnienia warto sprawdzić między innymi:
- rzeczywiste ciśnienie przy odbiorniku podczas jego pracy,
- średnicę i długość przewodu zasilającego,
- przepustowość szybkozłączy, zaworów, regulatorów i filtrów,
- dostępny przepływ sprężonego powietrza,
- odległość i kąt ustawienia dyszy względem detalu,
- szerokość obszaru, który ma zostać objęty strumieniem,
- zabrudzenie dyszy lub szczeliny noża powietrznego.
To istotne, ponieważ prawidłowe ciśnienie przy sprężarce nie oznacza automatycznie takiego samego ciśnienia w punkcie wykorzystania powietrza. Element o niewystarczającej przepustowości czy zabrudzony filtr mogą powodować spadek ciśnienia pod obciążeniem.
Instrukcja noża powietrznego Super wprost zwraca uwagę na konieczność odpowiedniego wymiarowania przewodów i unikania restrykcyjnych złączek, które mogą ograniczyć dopływ powietrza do urządzenia.
Wniosek: zanim zwiększysz ciśnienie, warto ustalić, czy problemem rzeczywiście jest jego zbyt niska wartość, czy ograniczenie przepływu albo niewłaściwie dobrany element odmuchowy.
Mit 2. Otwarta rura działa tak samo jak zaprojektowana dysza powietrzna
Rura lub przewód z wykonanymi otworami może wytworzyć skuteczny odmuch, ale nie oznacza to, że wykorzystuje sprężone powietrze w taki sam sposób jak zaprojektowana do tego dysza lub nóż powietrzny.
W przypadku przemysłowego odmuchu znaczenie ma nie tylko ilość dostarczonego powietrza. Liczą się również geometria i kierunek strugi, jej szerokość, prędkość, siła w określonej odległości od celu oraz poziom generowanego hałasu.
Rozwiązania EXAIR wykorzystują odpowiednio ukształtowany przepływ do zasysania części powietrza z otoczenia do głównego strumienia. W przypadku dysz producent opisuje wykorzystanie efektu Coandy, a nóż powietrzny tworzy strumień na całej długości szczeliny i również wciąga do niego powietrze otoczenia.
Nie oznacza to jednak, że każdą otwartą rurkę można zastąpić dowolną dyszą i otrzymać identyczną siłę przy tym samym ciśnieniu. Na stronie PNEUMA zwracamy uwagę, że ze względu na mniejsze zużycie powietrza odpowiednio dobrana dysza nie musi zapewniać takiej samej siły jak otwarta rura pracująca przy identycznym ciśnieniu. Jeżeli aplikacja wymaga większej siły, trzeba dobrać właściwy model i jego parametry do zadania.
W praktyce wybór zależy również od charakteru procesu. Przy odmuchu punktowym naturalnym rozwiązaniem mogą być pneumatyczne dysze odmuchowe. Jeżeli trzeba wytworzyć równomierny strumień na większej szerokości, np. podczas osuszania produktu przesuwającego się na przenośniku, warto rozważyć nóż powietrzny.
Wniosek: celem modernizacji nie powinno być samo zastąpienie rurki „bardziej oszczędną dyszą”, ale uzyskanie wymaganego efektu procesu przy odpowiednio dobranym przepływie, sile i geometrii strumienia.
Mit 3. Mały wyciek sprężonego powietrza nie ma znaczenia
Pojedyncza niewielka nieszczelność może wydawać się mało istotna. Problemem staje się suma wycieków oraz czas, przez jaki instalacja pozostaje pod ciśnieniem.
Nieszczelności mogą występować między innymi na połączeniach, przewodach, szybkozłączach, zaworach czy elementach przygotowania powietrza. Ich wpływu nie powinno się jednak określać „na oko”.
Materiały U.S. Department of Energy wskazują, że w źle utrzymanych systemach straty powodowane wyciekami mogą sięgać 20–30% wydajności sprężarki. Jest to wartość opisująca określone systemy, a nie założenie, które można automatycznie zastosować do każdego zakładu. Rzeczywistą skalę strat należy ocenić na podstawie konkretnej instalacji.
Dodatkową trudnością jest to, że nie każdą nieszczelność można łatwo usłyszeć w pracującej hali. Jedną z metod lokalizacji takich miejsc jest diagnostyka ultradźwiękowa. Ultradźwiękowy wykrywacz nieszczelności jest przeznaczony m.in. do lokalizowania wycieków sprężonego powietrza, pary i gazów niepalnych.
Sam wykrywacz nie zmniejsza oczywiście zużycia powietrza. Jest narzędziem umożliwiającym wskazanie miejsca, które następnie trzeba ocenić i – jeśli jest to technicznie oraz ekonomicznie uzasadnione – uszczelnić lub naprawić. Dlatego dobrym podejściem jest traktowanie kontroli nieszczelności jako procesu:
wykrycie → oznaczenie → naprawa → ponowna kontrola.
Wniosek: nie warto z góry zakładać ani że mały wyciek jest nieistotny, ani że jego usunięcie przyniesie dużą oszczędność. Najpierw należy określić skalę problemu.
Mit 4. Wystarczy serwisować sprężarkę
Sprawna sprężarka jest podstawą instalacji, ale o parametrach w punkcie odbioru decydują również elementy znajdujące się pomiędzy źródłem sprężonego powietrza a samym procesem.
Filtry, regulatory, zawory, przewody, szybkozłącza oraz urządzenia końcowe również wpływają na działanie aplikacji.
Przykładowo spadek skuteczności noża powietrznego nie musi oznaczać, że potrzebne jest wyższe ciśnienie. Producent zaleca w takiej sytuacji sprawdzenie ciśnienia przy urządzeniu, a jako możliwe przyczyny ograniczenia przepływu wskazuje m.in. przewody o niewystarczającym przekroju oraz zatkane elementy filtracyjne. Instrukcja przewiduje również czyszczenie urządzenia, jeśli zanieczyszczenia dostaną się do szczeliny.
Wymagania dotyczące przygotowania powietrza należy zawsze sprawdzać dla konkretnego produktu. Dla noża powietrznego Super aktualna instrukcja EXAIR zaleca separator z filtracją 5 µm lub dokładniejszą, a w przypadku problemu z olejem – dodatkową filtrację olejową 0,03 µm lub dokładniejszą. Są to wymagania dotyczące tego rozwiązania i nie należy automatycznie przenosić ich na wszystkie urządzenia pneumatyczne.
Wniosek: utrzymanie sprężonego powietrza nie kończy się na sprężarkowni. W diagnostyce trzeba uwzględnić całą drogę powietrza do punktu jego rzeczywistego wykorzystania.
Mit 5. Głośny odmuch jest nieunikniony
Odmuch sprężonym powietrzem generuje dźwięk, ale jego poziom zależy od konstrukcji układu, ciśnienia, przepływu oraz warunków konkretnej aplikacji. Wysokiego poziomu hałasu nie należy więc automatycznie uznawać za nieuniknioną cechę procesu.
Źródłem hałasu może być samo rozprężanie sprężonego powietrza, turbulencje strugi, uderzenie powietrza w powierzchnię detalu albo odpowietrzanie elementów pneumatycznych. To rozróżnienie jest ważne, ponieważ nie każdy problem z hałasem rozwiązuje się w taki sam sposób.
Odpowiednio zaprojektowane dysze i noże powietrzne mogą ograniczać turbulencje oraz wykorzystywać powietrze otoczenia do tworzenia strumienia. Parametry katalogowe pokazują jednak również, że poziom dźwięku zależy od warunków pracy. Dla noża powietrznego Super wraz ze wzrostem ciśnienia zasilania w danych producenta wzrasta nie tylko siła i zużycie powietrza, ale również zmierzony poziom hałasu.
Warto przy tym bardzo ostrożnie interpretować wartości w dBA podawane w katalogach. Są one uzyskiwane w określonych warunkach pomiarowych. Nie są automatycznie równoznaczne z poziomem ekspozycji pracownika na konkretnym stanowisku.
Państwowa Inspekcja Pracy podaje 85 dB jako dopuszczalną ze względu na ochronę słuchu wartość w odniesieniu do 8-godzinnego dobowego wymiaru czasu pracy. Ocena stanowiska wymaga więc uwzględnienia rzeczywistej ekspozycji, a nie wyłącznie wartości katalogowej pojedynczego urządzenia.
Jeżeli źródłem problemu jest np. wydmuch z zaworu pneumatycznego, właściwszym rozwiązaniem może być odpowiednio dobrany tłumik. Jeśli hałas powstaje podczas uderzenia strugi w detal, znaczenie mogą mieć z kolei ciśnienie, ustawienie dyszy, odległość czy wymagana siła procesu.
Wniosek: przed wyborem rozwiązania trzeba najpierw określić, gdzie i w jakich warunkach powstaje hałas.
Jak podejść do optymalizacji sprężonego powietrza w praktyce?
Najbezpieczniejszym punktem wyjścia jest nie wybór produktu, lecz opis procesu i pomiar parametrów instalacji. Dopiero wtedy można ocenić, czy potrzebna jest zmiana dyszy, zastosowanie noża powietrznego, usunięcie ograniczeń instalacji, naprawa nieszczelności czy zupełnie inne rozwiązanie.
Przy analizie aplikacji odmuchowej warto zebrać przede wszystkim:
- wymagany efekt procesu np. usunięcie wody, pyłu, wiórów lub chłodzenie,
- obszar działania – odmuch punktowy czy na określonej szerokości,
- dostępne ciśnienie podczas pracy odbiornika, a nie tylko ciśnienie bez przepływu,
- dostępny przepływ sprężonego powietrza,
- średnicę i długość przewodów oraz sposób podłączenia,
- odległość dyszy lub noża od produktu,
- prędkość linii i dostępny czas oddziaływania strugi,
- sposób sterowania – praca ciągła czy cykliczna,
- temperaturę oraz warunki środowiskowe,
- wymagania dotyczące materiału wykonania,
- obecny poziom hałasu, jeśli jego ograniczenie jest jednym z celów modernizacji.
Dopiero z takim zestawem danych można rozsądnie porównywać warianty.
W aplikacji punktowej może mieć zastosowanie odpowiednio dobrana dysza EXAIR. Przy równomiernym odmuchu na większej szerokości warto rozważyć nóż powietrzny. Jeżeli problemem są nieszczelności, pierwszym krokiem powinna być diagnostyka instalacji, a nie wymiana elementu odmuchowego.
Są również sytuacje, w których sam produkt nie będzie pierwszym problemem do rozwiązania. Jeżeli do odbiornika dociera za mało powietrza z powodu przewodu, filtra lub złączki, należy najpierw usunąć to ograniczenie. Jeżeli wymagany jest bardzo duży, ciągły przepływ przy niskim ciśnieniu, zasadne może być porównanie rozwiązania wykorzystującego sprężone powietrze z technologią dmuchawową. Wybór powinien uwzględniać warunki konkretnej aplikacji, sposób sterowania, wymagany efekt oraz koszty eksploatacji, a nie jedynie koszt zakupu urządzenia.
Po modernizacji warto natomiast powtórzyć pomiary w możliwie porównywalnych warunkach: sprawdzić ciśnienie, zużycie powietrza, rezultat procesu, czas cyklu oraz – jeżeli ma znaczenie – poziom hałasu. Dopiero takie porównanie pozwala ocenić, czy zmiana rzeczywiście przyniosła oczekiwany efekt.
Jeśli chcesz dobrać rozwiązanie EXAIR do konkretnej aplikacji, prześlij nam opis procesu, wymaganą szerokość lub obszar odmuchu, oczekiwany efekt, dostępne ciśnienie i informacje o warunkach pracy. Na tej podstawie można zawęzić rozwiązania i określić dane potrzebne do właściwego doboru.