Αντλίες: Το 85% του συνολικού κόστους λειτουργίας είναι ενέργεια
Ο βιομηχανικός κόσμος χρησιμοποιεί αντλίες παντού και εκτιμάται ότι το 10% της παγκόσμιας ενέργειας καταναλώνεται από αντλίες διαφόρων τύπων, γεγονός που τις τοποθετεί στο επίκεντρο ενδιαφέροντος για τη βασική πρόκληση εξοικονόμησης ενέργειας.
Οι φυγοκεντρικές αντλίες (με ρότορα ή πτερωτή) είναι κοινές και οικονομικές, και χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία τροφίμων και ποτών, κυρίως για ροές χαμηλού ιξώδους: λήψη γάλακτος, παστερίωση, ασηπτικές/επεξεργασία υπό εξαιρετικά υψηλή θερμοκρασία (UHT), χυμός, επιτόπιος καθαρισμός (CIP) και φιλτράρισμα. Ίσως σας εκπλήξει ότι το 85% του συνολικού κόστους ιδιοκτησίας (TCO) μιας οικονομικής φυγοκεντρικής αντλίας αφορά την κατανάλωση ενέργειας! Μπορούμε να σας δείξουμε πώς να το αξιοποιήσετε προς όφελός σας.
{"chart":{"type":"pie","chartType":"pie"},"title":{"text":"Συνολικό κόστος λειτουργίας","align":"left"},"subtitle":{"text":null,"align":"left"},"tooltip":{"pointFormat":"'{series.name}: <b>{point.percentage:.1f}%</b>"},"series":[{"name":"Cost","colorByPoint":false,"data":[{"name":"Ενέργεια","y":85.0,"color":"#3DBDF3"},{"name":"Απολύμανση/Απομάκρυνση","y":1.0,"color":"#F58220"},{"name":"Λειτουργία","y":3.0,"color":"#454545"},{"name":"Αγορά και εγκατάσταση","y":7.0,"color":"#0A5982"},{"name":"Απώλεια παραγωγής","y":1.0,"color":"#E1F2FD"},{"name":"Συντήρηση και επισκευή","y":3.0,"color":"#5D5D5D"}]}],"legend":{"layout":"vertical","align":"right","verticalAlign":"bottom"},"exporting":{"buttons":{"contextButton":{"enabled":false}}}}
Βελτίωση απόδοσης, διάρκειας ζωής του εξοπλισμού και βιωσιμότητας
Σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας μέσω της χρήσης μηχανισμού κίνησης μεταβλητής συχνότητας
Πολλές γραμμές παραγωγής τροφίμων και ποτών απαιτούν οι αντλίες να λειτουργούν σε διαφορετικούς ρυθμούς ροής, ώστε να προσαρμόζονται στις παραμέτρους επεξεργασίας και στις εκάστοτε συνταγές ή πρώτες ύλες. Σε ένα σύστημα στραγγαλισμού, η ροή περιορίζεται με μερικό κλείσιμο μιας βαλβίδας.
Ωστόσο, αυτό έχει δύο αρνητικές επιπτώσεις. Το πρώτο είναι ότι αυξάνει την αντίθλιψη στην αντλία, γεγονός που επίσης δημιουργεί θερμότητα και μπορεί να προκαλέσει υποβάθμιση του προϊόντος ή φθορά σε εξαρτήματα της αντλίας, όπως η μηχανική στεγανοποίηση. Το δεύτερο είναι ότι λειτουργεί με χαμηλή απόδοση και μπορεί ακόμη και να προκαλέσει ζημιά στην αντλία.
Τα καλά νέα είναι ότι υπάρχει ένας τρόπος για τεράστια εξοικονόμηση ενέργειας, απλώς συνδυάζοντας την αντλία με έναν μηχανισμό κίνησης μεταβλητής συχνότητας (VFD), ή έναν μετατροπέα συχνότητας. Με τη μεταβολή της συχνότητας του εισερχόμενου ηλεκτρικού ρεύματος μεταβάλλεται αντίστοιχα και η ταχύτητα της αντλίας. Αυτή η λύση επιτρέπει στην αντλία να χρησιμοποιείται αποδοτικά για τη διαχείριση διαφόρων υγρών με διαφορετικά ιξώδη, πιέσεις κεφαλής και ρυθμούς ροής.
Συγκρίνετε αυτές τις δύο μεθόδους ελέγχου διαδικασιών στον πίνακα. Με παροχή 70 m³/ώρα στη μέγιστη απόδοση της αντλίας και κατανάλωση ισχύος 26 kW, τα δύο συστήματα είναι ισοδύναμα. Ωστόσο, αν θέλατε να μειώσετε την παροχή στο 60% της χωρητικότητας, το σύστημα στραγγαλισμού θα εξακολουθούσε να καταναλώνει 21 kW ενέργειας, ενώ το σύστημα μηχανισμού κίνησης μεταβλητής συχνότητας (VFD) θα κατανάλωνε μόλις 9 kW. Ο μηχανισμός κίνησης μεταβλητής συχνότητας (VFD) αποτελεί μια μικρή επένδυση που εξοικονομεί πολλά χρήματα.
| Ροή (m3/hr) | % Ροή | Συστήματα στραγγαλισμού | Συστήματα VFD |
|---|---|---|---|
| 70 | 100% | 26 kW | 26 kW |
| 56 | 80% | 23 kW | 16 kW |
| 42 | 60% | 21 kW | 9 kW |
| 35 | 50% | 20 kW | 6 kW |
Ένας μηχανισμός κίνησης μεταβλητής συχνότητας (VFD) διατηρεί την αντλία σας «στη βέλτιστη ζώνη λειτουργίας», βελτιώνοντας την απόδοση, τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού και τη βιωσιμότητα
Η επιλογή της κατάλληλης αντλίας από την αρχή σημαίνει να επιλέξετε μία που προσφέρει το εύρος απόδοσης που ταιριάζει στις εφαρμογές σας, και αυτό αποτελεί ένα καλό ξεκίνημα. Ωστόσο, οι περισσότερες αντλίες θα πρέπει να μεταβάλλουν την απόδοσή τους, ανάλογα με τις απαιτήσεις της εκάστοτε εφαρμογής, τις αλλαγές προϊόντος, την ποιότητα των πρώτων υλών ή τα ειδικά συστατικά. Κάθε αντλία έχει ένα προφίλ απόδοσης που μπορεί να αποτυπωθεί σε σχέση με μια καμπύλη αξιοπιστίας, όπως στο παρακάτω σχήμα.
Η αντλία θα λειτουργεί εντός αυτού του «πλαισίου» της καμπύλης αξιοπιστίας, όμως όσο απομακρύνεστε από το σημείο βέλτιστης απόδοσης, τόσο μειώνεται η λειτουργική αξιοπιστία και αυξάνεται ο ρυθμός αστοχίας (βλ. MTBF στον δεξιό άξονα). Αυτό απεικονίζει άλλη διαφορά. Αν μειώσετε τη ροή μέσω στραγγαλισμού, όχι μόνο θα χάσετε ενέργεια επειδή δεν επιτυγχάνεται το σημείο βέλτιστης απόδοσης, αλλά η αντλία μπορεί επίσης να παρουσιάσει κραδασμούς και υψηλότερη αντίθλιψη, με συνέπεια φθορά σε πτερωτές, ρουλεμάν και τσιμούχες. Η ενέργεια που εξοικονομείται μετατρέπεται σε θερμότητα, γεγονός που μπορεί να υποβαθμίσει το προϊόν.
Ένα σύστημα μηχανισμού κίνησης μεταβλητής συχνότητας (VFD) απλώς μειώνει τη συχνότητα της αντλίας — και συνεπώς την ταχύτητά της — χωρίς κίνδυνο πιθανών επιδράσεων διάτμησης ή αύξησης θερμοκρασίας σε ευαίσθητα προϊόντα. Αυτό μεταφράζεται σε μειωμένο κόστος συντήρησης λόγω υψηλότερης αξιοπιστίας και ανθεκτικότητας, καθώς και σε καλύτερη βιωσιμότητα, μέσω λιγότερων απωλειών προϊόντος και χαμηλότερων εκπομπών. Επιπλέον, όπως δείχνει το διάγραμμα, η χρήση μηχανισμού κίνησης μεταβλητής συχνότητας (VFD) για τη ρύθμιση της ροής διατηρεί τη λειτουργία της αντλίας «στη βέλτιστη ζώνη λειτουργίας», όπου η απόδοση είναι υψηλότερη, εξοικονομώντας συνολικά ενεργειακό κόστος.
Καμπύλη αξιοπιστίας αντλίας, Σημείο βέλτιστης απόδοσης = BOP
Σε αυτό το διάγραμμα, μια αντλία έχει ένα σημείο βέλτιστης απόδοσης (BEP), και η βέλτιστη πρακτική είναι να διατηρείται εντός του -10% έως +5% αυτού του σημείου. Ευαισθησία της καμπύλης απόδοσης της αντλίας ως προς την αξιοπιστία.
Τα μαθηματικά είναι πιο απλά απ’ όσο νομίζετε
Επειδή οι περισσότερες φυγοκεντρικές αντλίες κινούνται από ηλεκτροκινητήρα, η ταχύτητα της αντλίας είναι συνήθως η ταχύτητα του κινητήρα, ενώ η ταχύτητα και η διάμετρος της πτερωτής καθορίζουν την πίεση της κεφαλής ή την πίεση της αντλίας. Ωστόσο, η μεταβολή της ταχύτητας μεταβάλλει την κεφαλή, τη ροή και τις απαιτήσεις ενέργειας της αντλίας σύμφωνα με τους ακόλουθους νόμους συνάφειας:
- Η παροχή (όγκος/ώρα) είναι ευθέως ανάλογη της μεταβολής της ταχύτητας. Διπλάσια ταχύτητα σημαίνει διπλάσια ροή. Το ένα τρίτο της ταχύτητας δίνει το ένα τρίτο της παροχής.
- Η πίεση κεφαλής της αντλίας μεταβάλλεται ανάλογα με το τετράγωνο της μεταβολής της ταχύτητας. Διπλάσια ταχύτητα δημιουργεί τετραπλάσια (22) πίεση κεφαλής. Το ογδόντα τοις εκατό της ταχύτητας παράγει το 64% (.802) της πίεσης κεφαλής που επιτυγχάνεται στη μέγιστη ταχύτητα.
- Η απαίτηση ενέργειας (kW) μεταβάλλεται ανάλογα με τον κύβο της μεταβολής της ταχύτητας. Όταν η ταχύτητα διπλασιάζεται, η απαιτούμενη ισχύς γίνεται οκταπλάσια (23). Η λειτουργία στη μισή ταχύτητα απαιτεί μόλις το ένα όγδοο (.503) της ισχύος για την κίνηση της αντλίας.
«Ο αριθμοί είναι απλοί: αν η αντλία σας δεν λειτουργεί συνεχώς στο 100% της απόδοσής της, μπορείτε να επωφεληθείτε σημαντικά από έναν μηχανισμό κίνησης μεταβλητής συχνότητας (VFD), καθώς η εξοικονόμηση ενέργειας που επιτυγχάνεται μέσω του ελέγχου ροής είναι πραγματικά εντυπωσιακή. Αν ρυθμίζετε τις αντλίες με στραγγαλισμό, απομακρύνεστε αμέσως από το σημείο βέλτιστης απόδοσης. Τότε αρχίζουν να εμφανίζονται πρόσθετοι κραδασμοί και αυξημένη αντίθλιψη, ενώ η διάρκεια ζωής της μηχανικής στεγανοποίησης μπορεί να μειωθεί, οδηγώντας σε δαπανηρές βλάβες και αυξημένο χρόνο διακοπής λειτουργίας».
- Angelo Mennecillo, Plant Components Product Manager στην Tetra Pak®
