Zmniejszenie zużycia sprężonego powietrza w procesach suszenia i przedmuchiwania

Prawdopodobnie nie poświęcasz zbyt wiele czasu na zastanawianie się nad wszystkimi zastosowaniami w Twoim zakładzie, które wymagają sprężonego powietrza. Sprężone powietrze jest jednak kosztownym medium, które z łatwością może stanowić aż 1/3 całkowitego zużycia energii elektrycznej w zakładzie. Mimo to sprężone powietrze jest często postrzegane jako koszt stały i pomijane przy rozważaniu usprawnień procesowych. Jeśli tak jest w Twoim zakładzie, być może nadszedł czas, aby ponownie przemyśleć to podejście. Dzięki znacznemu zmniejszeniu zużycia sprężonego powietrza w procesach suszenia i przedmuchiwania możesz zaoszczędzić dziesiątki, a nawet setki tysięcy dolarów rocznie.

Oprócz radykalnego zmniejszenia zużycia powietrza, wprowadzenie pewnych zmian może przynieść również inne pozytywne skutki:
• Zmniejszenie
hałasu• Poprawa bezpieczeństwa pracowników
• Bardziej precyzyjne i powtarzalne suszenie oraz przedmuchiwanie

Jakie więc zmiany warto rozważyć? Jeśli do suszenia i przedmuchiwania stosujecie rury otwarte, rury z wywierconymi otworami lub rury z szczelinami, zdecydowanie powinniście rozważyć zastosowanie dysz powietrznych lub zestawów noży powietrznych . Chociaż systemy z otwartymi rurami są szybkie, łatwe i niedrogie w produkcji, wady stosowania otwartych rur są liczne:
• Bardzo wysokie zużycie powietrza i energii elektrycznej.
• Wysoki poziom hałasu – spełnienie wymagań dotyczących poziomu hałasu może stanowić problem.
• Bezpieczeństwo pracowników może być zagrożone. Wysoki poziom hałasu może prowadzić do utraty słuchu, a przypadkowe zablokowanie otworu w rurze przez pracownika może spowodować obrażenia.

Zestawy noży powietrznych zasilane powietrzem z dmuchawy mogą obniżyć koszty eksploatacji o 95% lub więcej

 Niektóre operacje suszenia i przedmuchiwania doskonale nadają się do stosowania dmuchaw regeneracyjnych i noży powietrznych. Wykorzystanie powietrza z dmuchawy zamiast sprężonego powietrza może przynieść znaczne oszczędności i zapewnić tysiące dolarów rocznie w zysku netto. Oprócz obniżonych kosztów zestawy noży powietrznych z dmuchawami oferują:

• Czyste, ogrzane powietrze.
• Niski poziom hałasu podczas pracy – nie są wymagane obudowy dźwiękochłonne.
• Łatwą instalację i obsługę.

Ogólnie rzecz biorąc, następujące zastosowania są dobrymi kandydatami do systemów noży powietrznych i dmuchaw:
• Wymagana jest prędkość, a nie uderzenie.
• Olej w sprężonym powietrzu powoduje problemy z jakością.
• Duże obszary zastosowań – ponad 60 cm.
• Potrzebne jest ogrzane powietrze.
• Noże powietrzne można umieścić blisko powierzchni docelowej – 10 cm lub mniej.

Wzrost wydajności i efektywności zależy od poszczególnych komponentów zastosowanych w systemie noży powietrznych/dmuchaw
lub zestawie. Należy wziąć pod uwagę wiele czynników, w tym długość noża powietrznego, rozmiar szczeliny powietrznej, moc dmuchawy oraz szeroki zakres komponentów uzupełniających.

Integralność strumienia powietrza: niezbędny element noża powietrznego

Większość noży powietrznych charakteryzuje się smukłą konstrukcją, co ułatwia ich umieszczenie w szerokiej gamie środowisk produkcyjnych. Jednak na tym zazwyczaj kończą się podobieństwa konstrukcyjne. Niektóre noże powietrzne mają wystającą krawędź czołową, która kieruje strumień powietrza z noża w linii prostej, tworząc strumień powietrza, który zachowuje swoją integralność lepiej niż w przypadku innych noży powietrznych. Konstrukcja ta wykorzystuje również efekt Coandy i porywanie powietrza, aby w ekonomiczny sposób wytworzyć jednolity i stały strumień powietrza.

Konstrukcja z przedłużoną krawędzią poprawia wciąganie powietrza i zapewnia integralność strumienia powietrza.

Efekt Coandy powoduje, że doprowadzane powietrze przylega do powierzchni noża powietrznego i pomaga zachować integralność strumienia powietrza w dalszej części jego przebiegu. Efekt ten stwarza również warunki sprzyjające wciąganiu powietrza z otoczenia w celu zwiększenia całkowitej objętości powietrza.

Efektem tej konstrukcji krawędzi czołowej jest jednolity, o dużej objętości i stały strumień powietrza na całej długości noża. Eliminowane są problemy z plamami i nierównomiernym rozprowadzaniem powietrza, które występują w przypadku wielu noży powietrznych. Kolejną zaletą konstrukcji krawędzi natarcia jest to, że stanowi ona wizualną wskazówkę dotyczącą ustawienia strumienia powietrza, wskazując kierunek przepływu. Umożliwia to łatwe ustawienie noża w celu zapewnienia maksymalnego pokrycia obszaru docelowego.

Kilka słów o dmuchawach

  Podobnie jak w przypadku noży powietrznych, istnieją różne typy dmuchaw. Wymagania dotyczące wydajności i konserwacji mogą się znacznie różnić, dlatego należy dokładnie zapoznać się z dostępnymi alternatywami. Z następujących powodów do zasilania noży powietrznych często zaleca się stosowanie dmuchaw regeneracyjnych:
• Minimalne wymagania konserwacyjne : W przeciwieństwie do innych typów dmuchaw, dmuchawy regeneracyjne są wytrzymałe, niezawodne i wymagają rzadkiej, minimalnej konserwacji.
• Wyższa wydajność pracy: Dynamiczna zasada działania polega na recyrkulacji określonej ilości powietrza, dzięki czemu dmuchawy regeneracyjne zapewniają wydajność porównywalną z wieloma dmuchawami wielostopniowymi lub wyporowymi.

ZASADA DZIAŁANIA Dmuchawy REGENERACYJNEJ

W dmuchawie regeneracyjnej przestrzeń sprężania składa się z pustego w środku pierścienia między końcami łopatek wirnika a ściankami obudowy. Podczas pracy obracający się wirnik zasysa powietrze z otworu wlotowego do przestrzeni sprężania i przemieszcza je promieniowo na zewnątrz do zakrzywionej obudowy pod wpływem siły odśrodkowej. Działanie to nazywane jest „regeneracyjnym”, ponieważ pewna ilość powietrza przecieka obok każdego łopatki wirnika podczas obrotu i powraca do podstawy kolejnej łopatki w celu ponownego przyspieszenia.

Noże powietrzne o niskim przepływie: maksymalna wydajność na niewielkich powierzchniach

Gdy przestrzeń jest ograniczona, a proces nie pozwala na wzrost temperatury, doskonałym rozwiązaniem są noże powietrzne o niskim przepływie, wykorzystujące sprężone powietrze.

Ten typ noża powietrznego zapewnia strumień powietrza o dużej prędkości i równomiernym przepływie na całej długości noża. Suszenie i przedmuchiwanie przebiegają szybko i wydajnie, a zużycie powietrza jest minimalne. W porównaniu z rurą o średnicy 8 cm z trzema wywierconymi otworami, nóż powietrzny o niskim przepływie o tej samej średnicy zużywa około 92% mniej powietrza. Kolejną atrakcyjną cechą noży powietrznych o niskim przepływie jest poziom hałasu. W wielu zastosowaniach hałas nie przekracza 70 dB(A) – jest to poziom niższy niż w przypadku wielu innych rozwiązań wykorzystujących sprężone powietrze. Noże powietrzne o niskim przepływie, zaprojektowane z myślą o małych powierzchniach, są zazwyczaj montowane blisko obiektu docelowego. Maksymalna długość noża (lub łączna długość wszystkich noży) jest ograniczona do mniej niż 60 cm. W zastosowaniach, które wymagają tylko jednego lub dwóch noży powietrznych, zastosowanie modeli o niskim przepływie pozwala na znaczne obniżenie kosztów eksploatacji.

Zalety noży powietrznych o niskim przepływie obejmują:
• Wysoka prędkość i równomierny przepływ powietrza.
• Niski poziom hałasu.
• Niskoprofilowa konstrukcja ułatwiająca montaż.
• Wydajność – minimalne zużycie powietrza.

Wzmacniacze powietrza zwiększają intensywność i wydajność 

Wspomagacz przepływu o zmiennym przepływie stanowi kolejną opcję w przypadku stosowania sprężonego powietrza. Wspomagacze przepływu wytwarzają stały strumień powietrza o dużej prędkości, przeznaczony do bardzo precyzyjnych zastosowań związanych z suszeniem i przedmuchiwaniem. Wydajność jest zmaksymalizowana, ponieważ wraz ze sprężonym powietrzem przez urządzenie przepływa dodatkowe powietrze atmosferyczne. 

Wzmocniacze powietrza o zmiennym przepływie zazwyczaj zapewniają zasięg w zakresie od 19 do 100 mm przy odległości 150 mm. Powszechnie stosowane do suszenia punktowego, przedmuchiwania i operacji odprowadzania powietrza, wzmacniacze powietrza o zmiennym przepływie idealnie nadają się również do zastosowań zrobotyzowanych.

Korzyści wynikające z zastosowania wzmacniaczy powietrza o zmiennym przepływie obejmują:
• Niezwykle efektywne wykorzystanie sprężonego powietrza – zużycie mniejsze nawet o 90% w porównaniu z otwartymi rurami i o 60% w porównaniu z dyszami powietrznymi.
• Dostarczają większe ilości powietrza i pracują pod wyższym ciśnieniem niż dysze powietrzne, co zapewnia szybkie suszenie i przedmuchiwanie.
• Niski poziom hałasu.

Dysze powietrzne: lepsze ukierunkowanie  

Dysze powietrzne przekształcają objętość sprężonego powietrza o niskim ciśnieniu w ukierunkowany, skoncentrowany strumień powietrza o dużej prędkości, płaski strumień lub kurtynę powietrza o dużej sile uderzenia. Idealne do stosowania w wielu zastosowaniach, dysze powietrzne są dostępne w różnych typach, wydajnościach, rozmiarach i materiałach. 

Dysze powietrzne są szeroko stosowane do przemieszczania materiałów oraz czyszczenia, suszenia i chłodzenia części. Duża siła uderzenia zapewniana przez te dysze gwarantuje skuteczne suszenie i przedmuchiwanie nawet w przypadku produktów o okrągłych lub nietypowych kształtach.

Korzyści, jakie dysze powietrzne wnoszą do każdej operacji, obejmują:
• Znaczne zmniejszenie zużycia sprężonego powietrza w porównaniu z otwartymi rurami.
• Zmniejszenie odczuwalnego poziomu hałasu nawet o 60%, w zależności od początkowego ciśnienia powietrza. Na przykład przy ciśnieniu 7 barów otwarta rura generowałaby poziom hałasu wynoszący 98 dB(A), podczas gdy dysza powietrzna generowałaby 85 dB(A), co oznacza redukcję o 13 dB(A) i odczuwalną redukcję hałasu o 60%. 
• Zwiększone bezpieczeństwo. Konstrukcja wielu dysz powietrznych zapobiega tworzeniu się martwego punktu w przypadku przypadkowego przyłożenia dyszy do płaskiej powierzchni.
• Ukierunkowany strumień powietrza dostarczany przez dysze może poprawić skuteczność i wydajność suszenia oraz przedmuchiwania. Zazwyczaj uzyskuje się bardziej kompletne suszenie, nawet w szczelinach i zagłębieniach.

Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze dysz powietrznych

W większości operacji suszenia i przedmuchiwania warto zastosować dysze powietrzne. Jednak zanim wybierzesz dyszę najlepiej dopasowaną do Twoich potrzeb, musisz zrozumieć poniższe pojęcia.

Poziom hałasu. Wydajność, ciśnienie powietrza oraz sposób ustawienia dyszy mają wpływ na poziom
hałasu• Wyższe natężenia przepływu i wyższe ciśnienia zazwyczaj zwiększają poziom hałasu.
• Przeszkody na drodze strumienia lub kierowanie strumienia na przedmioty również zwiększają poziom hałasu.

Efektywny zasięg rozpylania. Zasięg rozpylania to szerokość wzoru rozpylania w przypadku dyszy powietrznej typu płaskiego wachlarza. Efektywny zasięg rozpylania to szerokość strumienia, która odpowiada minimalnej mierzonej sile rozpylania. Zasięg ten może służyć jako wskazówka przy rozmieszczaniu dysz. Efektywny zasięg rozpylania różni się w zależności od typu dyszy powietrznej.
• Efektywny zasięg zazwyczaj wzrasta wraz ze wzrostem odległości od dyszy.

Siła uderzenia liniowa i właściwa. Przy doborze dysz powietrznych należy uwzględnić dwa rodzaje siły uderzenia: siłę uderzenia liniową oraz maksymalną siłę uderzenia właściwą.
Siła uderzenia liniowego wskazuje względną siłę na jednostkę odległości w poprzek szerokości strumienia. Strumienie o płaskim rozkładzie charakteryzują się dość równomiernym rozkładem siły uderzenia w całym efektywnym zasięgu rozpylania. Rozstaw dysz w kolektorze zgodny z efektywnym zasięgiem rozpylania zapewni spójną siłę uderzenia liniowego na całej powierzchni docelowej.
Maksymalna siła uderzenia na jednostkę powierzchni jest bezpośrednim wskaźnikiem intensywności oprysku na powierzchni. Dostarcza informacji o maksymalnej sile na jednostkę powierzchni, co można wykorzystać do porównania skuteczności oprysku w różnych warunkach.
• Zarówno siła uderzenia liniowego, jak i na jednostkę powierzchni wzrastają wraz ze wzrostem ciśnienia.
• Przy tej samej wydajności dysza o węższym zasięgu będzie miała większą siłę uderzenia niż dysza o szerszym zasięgu.

Podczas procesu doboru należy wziąć pod uwagę wiele innych czynników:
• Aby zminimalizować zużycie powietrza i zmniejszyć hałas, należy wybrać dyszę o najniższym przepływie.
• Aby zmniejszyć hałas spowodowany uderzeniem powietrza w cel, w miarę możliwości należy zwiększyć odległość między dyszą a celem.
• Aby zmniejszyć liczbę wymaganych dysz, należy ustawić je tak, aby strumień przesuwał się w poprzek poruszającego się celu pod stosunkowo płytkim kątem. 
• Tworząc kurtynę powietrzną, należy rozstawić dysze w odległości do 300 mm od siebie.
• W przypadku stosowania dysz powietrznych do czyszczenia należy ustawić je pod kątem od 15° do 45°, aby zapewnić usunięcie zanieczyszczeń. 

Każdy zakład, w którym prowadzone są operacje suszenia lub przedmuchiwania, może skorzystać z oceny mającej na celu określenie potencjalnych oszczędności i wzrostu wydajności wynikających z wprowadzenia zmian w systemach. Z pewnością, jeśli obecnie stosowane są rury otwarte, możliwe jest zmniejszenie zużycia sprężonego powietrza, co szybko zrekompensuje koszt nowego sprzętu.  Jeśli dysze powietrzne są już w użyciu, warto rozważyć alternatywne rozwiązania, takie jak wzmacniacze strumienia powietrza o zmiennym przepływie, noże powietrzne o niskim przepływie lub zestawy noży powietrznych z dmuchawami, aby sprawdzić, czy można osiągnąć dalsze oszczędności.

Nasi eksperci ds. technologii natryskowej pomogą Państwu ocenić kluczowe zastosowania w całym zakładzie i zaproponują rozwiązania pozwalające zmniejszyć zużycie energii, wody i środków chemicznych na każdej zmianie. Skontaktujcie się Państwo już dziś z lokalnym ekspertem ds. natrysku.

Studium przypadku – Producent butelek do wina oszczędza ponad 161 000 USD na sprężonym powietrzu dzięki nowemu systemowi dmuchaw