Máy bơm: 85% tổng chi phí vận hành là chi phí năng lượng
Máy bơm được sử dụng ở khắp mọi nơi trong lĩnh vực công nghiệp. Ước tính các loại máy bơm tiêu thụ tới 10% tổng năng lượng toàn cầu, nên đây là lĩnh vực quan trọng cần tập trung giải quyết thách thức cốt lõi về tiết kiệm năng lượng.
Bơm ly tâm (sử dụng roto hoặc cánh bơm) rất phổ biến và có chi phí tương đối thấp, do đó chúng được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, đặc biệt là đối với lưu lượng chất lỏng có độ nhớt thấp: tiếp nhận sữa, thanh trùng, xử lý tiệt trùng/UHT, nước ép trái cây, CIP và lọc. Tuy nhiên, bạn có thể sẽ ngạc nhiên khi biết rằng 85% Tổng chi phí sở hữu (TCO) của một chiếc bơm ly tâm giá rẻ lại nằm ở chi phí tiêu thụ năng lượng! Chúng tôi có thể chỉ cho bạn cách xoay chuyển tình thế này để biến nó thành lợi thế cho mình.
{"chart":{"type":"pie","chartType":"pie"},"title":{"text":"Tổng chi phí vận hành","align":"left"},"subtitle":{"text":null,"align":"left"},"tooltip":{"pointFormat":"'{series.name}: <b>{point.percentage:.1f}%</b>"},"series":[{"name":"Cost","colorByPoint":false,"data":[{"name":"Năng lượng","y":85.0,"color":"#3DBDF3"},{"name":"Khử nhiễm/Loại bỏ","y":1.0,"color":"#F58220"},{"name":"Vận hành","y":3.0,"color":"#454545"},{"name":"Mua sắm và lắp đặt","y":7.0,"color":"#0A5982"},{"name":"Tổn thất sản xuất","y":1.0,"color":"#E1F2FD"},{"name":"Bảo trì và sửa chữa","y":3.0,"color":"#5D5D5D"}]}],"legend":{"layout":"vertical","align":"right","verticalAlign":"bottom"},"exporting":{"buttons":{"contextButton":{"enabled":false}}}}
Nâng cao hiệu suất, tuổi thọ thiết bị và tính bền vững
Tiết kiệm năng lượng đáng kể nhờ sử dụng biến tần
Nhiều dây chuyền sản xuất thực phẩm và đồ uống đòi hỏi máy bơm phải vận hành ở các lưu lượng khác nhau để đáp ứng các thông số chế biến cũng như các công thức hoặc nguyên liệu cụ thể. Nếu có hệ thống điều tiết, bạn chỉ cần hạn chế lưu lượng bằng cách đóng bớt van lại.
Nhưng cách này dẫn đến hai hậu quả tiêu cực. Thứ nhất, phương pháp này làm tăng áp suất ngược lên bơm – điều này cũng sinh nhiệt và có nguy cơ gây suy giảm chất lượng sản phẩm hoặc làm hao mòn các bộ phận của bơm, chẳng hạn như phớt cơ khí. Thứ hai, phương pháp này hoạt động kém hiệu quả và thậm chí có thể gây hư hại cho máy bơm.
Tin tốt là chúng ta có giải pháp giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể, đơn giản bằng cách kết hợp máy bơm với bộ biến tần (VFD). Bằng cách thay đổi tần số điện đầu vào, tốc độ bơm cũng thay đổi theo. Giải pháp này cho phép vận hành hiệu quả một máy bơm để xử lý đa dạng các loại chất lỏng với độ sánh, cột áp và lưu lượng khác nhau.
Hãy so sánh hai phương pháp điều khiển quy trình này trong bảng. Giả định lưu lượng là 70 m³/giờ ở công suất tối đa của bơm và mức tiêu thụ điện năng là 26 kW, thì hai hệ thống này hoàn toàn giống nhau. Tuy nhiên, nếu bạn muốn giảm lưu lượng xuống còn 60% công suất, hệ thống điều tiết lưu lượng vẫn sẽ tiêu thụ 21 kW năng lượng, trong khi hệ thống biến tần (VFD) chỉ tiêu thụ 9 kW! Biến tần là một khoản đầu tư nhỏ giúp tiết kiệm được nhiều chi phí.
| Lưu lượng (m3/hr) | % Lưu lượng | Hệ thống điều tiết lưu lượng | Hệ thống biến tần (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 |
Biến tần giúp máy bơm của bạn luôn hoạt động trong dải tối ưu, qua đó nâng cao hiệu suất, kéo dài tuổi thọ thiết bị và tăng cường tính bền vững.
Việc lựa chọn đúng loại máy bơm ngay từ đầu đồng nghĩa với việc chọn được thiết bị có dải hiệu suất phù hợp với các ứng dụng của bạn – và đó là một khởi đầu tốt. Tuy nhiên, hầu hết các loại bơm đều cần phải thay đổi hiệu suất hoạt động tùy thuộc vào yêu cầu của ứng dụng cụ thể, sự thay đổi về sản phẩm, chất lượng nguyên liệu thô hoặc các thành phần đặc biệt. Mỗi máy bơm đều có một đặc tính hiệu suất có thể được biểu diễn tương quan với đường cong độ tin cậy, như trong hình dưới đây.
Máy bơm sẽ hoạt động trong phạm vi của đường cong độ tin cậy, nhưng khi điểm vận hành càng xa Điểm hiệu suất tốt nhất (BEP), độ tin cậy sẽ giảm và tần suất xảy ra sự cố sẽ tăng lên (xem chỉ số MTBF trên trục bên phải). Điều này cũng cho thấy một sự khác biệt khác. Nếu bạn giảm lưu lượng bằng cách siết van tiết lưu, không những bạn sẽ bị hao phí năng lượng do không đạt được điểm hiệu suất tối ưu, mà máy bơm còn có thể bị rung lắc và chịu áp suất ngược cao hơn, dẫn đến tình trạng hao mòn các cánh bơm, vòng bi và phớt làm kín. Bất kỳ năng lượng nào được tích tụ lại đều chuyển hóa thành nhiệt, có nguy cơ làm suy giảm chất lượng sản phẩm thực phẩm.
Hệ thống biến tần đơn giản là làm giảm tần số của bơm, do đó giảm tốc độ của bơm mà không gây nguy cơ do lực cắt hay nhiệt độ lên các sản phẩm dễ bị tác động. Hệ thống này giúp cho chi phí liên quan đến bảo dưỡng thấp hơn nhờ độ tin cậy và độ bền cao hơn, cũng như phát triển bền vững tốt hơn thông qua việc giảm thiểu tổn thất sản phẩm và cắt giảm khí thải. Hơn nữa, như sơ đồ đã minh họa, việc sử dụng biến tần để điều chỉnh lưu lượng giúp máy bơm vận hành trong dải hoạt động có hiệu suất cao hơn, qua đó tiết kiệm chi phí năng lượng tổng thể.
Đường cong độ tin cậy của bơm, BEP = BOP
Trong sơ đồ này, máy bơm có điểm hiệu suất tối ưu (BEP), và quy tắc thực hành tốt nhất là duy trì hoạt động trong phạm vi từ -10% đến +5% so với điểm đó. Độ nhạy với đường đặc tính bơm tỉ lệ với độ ổn định của bơm.
Phép tính đơn giản hơn bạn nghĩ
Do hầu hết các máy bơm ly tâm được dẫn động bởi động cơ điện, tốc độ bơm thường chính là tốc độ động cơ, còn vận tốc và đường kính của cánh bơm sẽ quyết định cột áp (hay áp suất bơm). Tuy nhiên, việc thay đổi tốc độ sẽ làm thay đổi cột áp, lưu lượng và công suất yêu cầu của bơm theo các Định luật tương đồng sau đây:
- Lưu lượng (thể tích/giờ) thay đổi tỷ lệ thuận với sự thay đổi tốc độ. Tốc độ gấp đôi đồng nghĩa với lưu lượng gấp đôi. Tốc độ bằng 1/3 thì lưu lượng bằng 1/3.
- Cột áp bơm (áp suất) thay đổi tỷ lệ với bình phương thay đổi tốc độ. Tốc độ tăng gấp đôi tạo ra cột áp gấp bốn lần (22). Tốc độ 80% tạo ra 64% (0,802) cột áp so với tốc độ tối đa.
- Công suất tiêu thụ (kW) thay đổi theo lập phương thay đổi tốc độ. Tốc độ gấp đôi tiêu tốn lượng điện năng gấp tám lần (23). Tốc độ bằng một nửa mức định mức chỉ cần một phần tám (0,503) công suất để dẫn động bơm.
“Phép tính rất đơn giản: Nếu bạn không vận hành máy bơm ở mức 100% công suất liên tục, việc sử dụng biến tần sẽ mang lại lợi ích rất lớn, bởi lượng điện năng tiết kiệm được nhờ kiểm soát lưu lượng theo cách đó là vô cùng ấn tượng. Ngược lại, nếu bạn giảm công suất hoạt động của các máy bơm, bạn sẽ ngay lập tức rời xa điểm hiệu suất tối ưu đó. Khi đó, bạn sẽ bắt đầu thấy xuất hiện thêm rung động và áp suất ngược, đồng thời tuổi thọ của phớt cơ khí có thể bị giảm sút, dẫn đến các sự cố tốn kém và thời gian ngừng máy gia tăng.”
- Angelo Mennecillo, Giám đốc Sản phẩm về Linh kiện Nhà máy tại Tetra Pak®
