Stlačený vzduch je v mnohých výrobných podnikoch nevyhnutnou súčasťou technologických procesov. Poháňa pneumatické valce, ventily, náradie, ofukovanie, baliace zariadenia aj celé automatizované linky.
Jeho výroba však vyžaduje elektrickú energiu.
Ak preto zo systému uniká vzduch alebo sa spotrebúva tam, kde nie je potrebný, nejde iba o technický problém. Stráca sa energia, ktorú už kompresor spotreboval na jeho výrobu.
Jedným z najúčinnejších spôsobov, ako dostať spotrebu stlačeného vzduchu pod kontrolu, je systematické meranie jeho prietoku.
Prečo vôbec merať spotrebu stlačeného vzduchu?
V mnohých prevádzkach sa sleduje iba celková spotreba elektrickej energie kompresorovne.
To však neodpovedá na zásadnú otázku:
Kam stlačený vzduch skutočne ide?
Bez merania prietoku často nevieme určiť, koľko vzduchu spotrebúva:
- konkrétna výrobná hala,
- technologická linka,
- stroj,
- pracovisko,
- pneumatické zariadenie,
- určitá výrobná zmena.
Prietokomer umožňuje rozdeliť celkovú spotrebu na jednotlivé časti systému a vytvoriť energetickú bilanciu.
Zrazu možno vidieť, že určitá linka spotrebúva výrazne viac vzduchu než podobná technológia alebo že spotreba pokračuje aj počas odstávky výroby.
Práve takéto údaje často odhalia priestor na úspory.
Čo pri stlačenom vzduchu vlastne meriame?
Pri kvapalinách sa často stretávame s objemovým prietokom vyjadreným napríklad v m³/h.
Pri stlačenom vzduchu je situácia komplikovanejšia.
Objem plynu sa totiž mení v závislosti od:
- tlaku,
- teploty,
- referenčných podmienok.
Jeden kubický meter vzduchu pri zvýšenom tlaku preto nepredstavuje rovnaké množstvo plynu ako jeden kubický meter pri atmosférických podmienkach.
Pre energetické vyhodnocovanie je preto veľmi dôležité vedieť, za akých referenčných podmienok je prietok uvádzaný.
V technickej praxi sa môžeme stretnúť napríklad s jednotkami:
- Nm³/h,
- Sm³/h,
- l/min,
- Nl/min,
- kg/h.
Pri porovnávaní údajov je potrebné overiť definíciu normálnych alebo štandardných podmienok konkrétneho výrobcu či systému. Bez toho môžu dve na pohľad rovnaké hodnoty predstavovať rozdielne množstvo vzduchu.
Kde by sa mal prietok stlačeného vzduchu merať?
Najlepšie výsledky neprináša jeden prietokomer, ale vhodne navrhnutá hierarchia meracích bodov.
Hlavný výstup z kompresorovne
Meranie na hlavnom potrubí ukáže, koľko stlačeného vzduchu je dodávaného do distribučnej siete.
Takýto údaj je základom pre celkovú energetickú bilanciu.
Sám o sebe však nepovie, kde sa vzduch spotreboval.
Jednotlivé výrobné haly alebo vetvy
Ďalšou úrovňou môže byť meranie na hlavných vetvách distribučného systému.
Tak možno porovnať spotrebu:
- jednotlivých hál,
- výrobných oddelení,
- technologických celkov.
Ak sa spotreba jednej vetvy začne výrazne meniť bez zodpovedajúcej zmeny výroby, máme prvý signál, že treba hľadať príčinu.
Konkrétne stroje a výrobné linky
Pri energeticky významných zariadeniach môže byť vhodné merať spotrebu priamo na prívode k stroju.
Takto možno sledovať napríklad:
- spotrebu na jeden výrobný cyklus,
- spotrebu na vyrobený kus,
- rozdiel medzi jednotlivými strojmi,
- zmenu spotreby v čase.
Prietok vzduchu sa tým mení z obyčajnej procesnej veličiny na energetický KPI výrobného zariadenia.
Aké prietokomery sú vhodné pre stlačený vzduch?
Technológií existuje viacero a správny výber závisí od priemeru potrubia, rozsahu prietoku, tlaku, požadovanej presnosti a spôsobu montáže.
Jednou z veľmi často používaných technológií je termický hmotnostný prietokomer.
Termické hmotnostné prietokomery
Termický princíp je pre stlačený vzduch veľmi zaujímavý, pretože umožňuje určovať hmotnostný prietok plynu na základe odvodu tepla prúdiacim médiom.
Snímač typicky obsahuje vyhrievaný merací prvok a referenčný teplotný prvok. Množstvo tepla odvádzaného prúdiacim plynom súvisí s jeho hmotnostným prietokom.
Výhodou môže byť:
- široký merací rozsah,
- dobrá citlivosť pri nízkych prietokoch,
- veľmi malá tlaková strata,
- pri vhodnom prístroji výstup priamo v normalizovanom objemovom prietoku,
- vhodnosť na monitoring spotreby.
Práve schopnosť merať aj relatívne malé prietoky je dôležitá pri hľadaní únikov.
Vkladacie prietokomery pre väčšie potrubia
Pri väčších priemeroch potrubia môže byť výhodné použiť insertion – vkladacie vyhotovenie.
Snímač sa zasunie cez procesné pripojenie do potrubia.
Výhodou môže byť:
- jednoduchšia montáž na veľké DN,
- menší zásah do potrubia,
- nižšie náklady v porovnaní s niektorými plnoprietokovými riešeniami.
Správna hĺbka zasunutia, orientácia a poloha snímača sú však zásadné pre presnosť výsledku.
Možno použiť aj iné technológie?
Áno.
Podľa aplikácie možno na meranie plynov použiť aj ďalšie princípy, napríklad:
- vortex,
- diferenčný tlak,
- Coriolis,
- ultrazvukové meranie plynov,
- ďalšie špecializované technológie.
Každá z nich má svoje výhody a obmedzenia.
Pre bežný energetický monitoring distribučných rozvodov stlačeného vzduchu sú však termické prietokomery veľmi zaujímavým riešením najmä pre široký rozsah merania a nízku tlakovú stratu.
Rovné úseky potrubia sú dôležité
Prietokomer nemeria iba „koľko vzduchu prejde potrubím“. Jeho výsledok môže závisieť aj od profilu prúdenia v mieste merania.
Koleno, ventil, redukcia alebo iná potrubná armatúra môže vytvoriť:
- turbulencie,
- asymetrický rýchlostný profil,
- vírenie.
Ak je snímač namontovaný bezprostredne za takýmto prvkom, výsledok môže byť ovplyvnený.
Preto výrobcovia stanovujú požadované rovné úseky potrubia pred a za prietokomerom.
Konkrétne hodnoty treba vždy overiť v dokumentácii daného zariadenia.
Pozor na kvalitu stlačeného vzduchu
Nie každý rozvod stlačeného vzduchu obsahuje dokonale čistý a suchý vzduch.
V potrubí sa môžu nachádzať:
- olejové aerosóly,
- voda,
- kondenzát,
- mechanické nečistoty.
Tieto látky môžu ovplyvňovať niektoré meracie princípy alebo postupne znečistiť merací prvok.
Pri návrhu preto treba poznať nielen tlak a prietok, ale aj kvalitu média a miesto merania v systéme úpravy vzduchu.
Ako meranie prietoku pomáha odhaliť úniky?
Únik stlačeného vzduchu nemusí byť vždy jednoducho počuteľný.
V hlučnej výrobnej hale môže zostať bez povšimnutia celé mesiace.
Meranie prietoku umožňuje pozerať sa na problém iným spôsobom.
Sledujte spotrebu počas odstávky
Predstavme si výrobnú halu, ktorá počas pracovnej zmeny spotrebúva 1 000 Nm³/h.
Výroba sa večer zastaví.
Teoreticky by mala spotreba výrazne klesnúť.
Ak však prietokomer stále ukazuje napríklad 180 Nm³/h, treba zistiť, kam vzduch prúdi.
Môže ísť o:
- úniky,
- otvorené ofukovanie,
- nevypnuté zariadenia,
- netesné ventily,
- technologickú spotrebu potrebnú aj počas odstávky.
Samotný prietokomer nepovie, kde presne je netesnosť. Veľmi rýchlo však ukáže, že určitá vetva má spotrebu aj v čase, keď by ju mať nemala.
Nočný základný odber je veľmi cenný údaj
Jedným z najjednoduchších ukazovateľov stavu systému je sledovanie spotreby mimo výrobných hodín.
Ak je technológia odstavená a prietok napriek tomu zostáva vysoký, vzniká tzv. základný alebo nočný odber.
Jeho trendovanie umožňuje sledovať aj vývoj netesností.
Ak bol nočný prietok pred pol rokom 60 Nm³/h a dnes je 140 Nm³/h pri rovnakom režime prevádzky, distribučný systém sa pravdepodobne zmenil.
Takýto trend môže byť impulzom na vykonanie kontroly únikov.
Prietokomer ukáže stratu, akustická kamera môže nájsť miesto
Veľmi účinné je kombinovať viac diagnostických metód.
Prietokomer môže ukázať, že určitá výrobná vetva spotrebúva počas odstávky neprimerané množstvo vzduchu.
Následne možno použiť akustickú kameru alebo ultrazvukový detektor únikov, ktoré pomôžu lokalizovať konkrétne netesnosti.
Postup môže vyzerať takto:
meranie → identifikácia problematickej vetvy → lokalizácia únikov → oprava → kontrolné meranie
Vďaka tomu možno aj objektívne overiť, aký efekt mala vykonaná oprava.
Koľko stojí unikajúci stlačený vzduch?
Samotný údaj v Nm³/h nemusí manažmentu alebo energetikovi veľa povedať.
Oveľa zaujímavejšie je prepočítať spotrebu na energiu a peniaze.
Na výpočet potrebujeme poznať napríklad:
- množstvo unikajúceho vzduchu,
- počet prevádzkových hodín,
- energetickú náročnosť výroby stlačeného vzduchu,
- cenu elektrickej energie.
Zjednodušený princíp je:
strata vzduchu × čas prevádzky × špecifická spotreba energie = energetická strata
A následne:
energetická strata × cena elektriny = finančná strata
Presný výpočet závisí od konkrétnej kompresorovne a prevádzkových podmienok.
Nestačí merať iba prietok
Ak chceme stlačený vzduch vyhodnocovať energeticky, veľmi užitočné je sledovať aj ďalšie veličiny.
Najmä:
- tlak,
- teplotu,
- spotrebu elektrickej energie kompresorov,
- prevádzkové hodiny,
- stav výroby.
Vďaka tomu možno vytvárať ukazovatele ako:
kWh/Nm³
alebo
Nm³ na vyrobený kus
Takéto údaje umožňujú porovnávať jednotlivé obdobia a odhaliť zhoršovanie energetickej efektívnosti.
Vyšší tlak môže znamenať vyššiu spotrebu energie
Častou reakciou na problémy s nedostatočným tlakom na konci siete je zvýšenie výstupného tlaku kompresorovne.
To však nemusí riešiť skutočnú príčinu.
Problémom môžu byť:
- poddimenzované potrubia,
- zanesené filtre,
- veľké tlakové straty,
- netesnosti,
- nevhodne navrhnutá distribučná sieť.
Zvýšením tlaku môžeme zvýšiť energetickú náročnosť kompresorov a zároveň podporiť vyššie straty cez existujúce netesnosti.
Preto je vhodné sledovať prietok aj tlak súčasne.
Najčastejšie chyby pri meraní stlačeného vzduchu
Nesprávne referenčné podmienky
Porovnávanie Nm³/h z dvoch zariadení bez kontroly definície referenčných podmienok môže viesť k nesprávnym záverom.
Nevhodné miesto montáže
Prietokomer umiestnený tesne za kolenom, ventilom alebo redukciou môže byť ovplyvnený deformovaným profilom prúdenia.
Nesprávny merací rozsah
Ak je prietokomer výrazne predimenzovaný, nemusí dostatočne dobre zachytiť malé prietoky, ktoré sú dôležité napríklad počas odstávky.
Ignorovanie kvality vzduchu
Olej, voda alebo nečistoty môžu ovplyvniť merací prvok a dlhodobú stabilitu merania.
Meranie iba na jednom mieste
Jeden centrálny prietokomer ukáže celkovú spotrebu, ale nepovie, ktorá časť prevádzky je zodpovedná za straty.
Ako navrhnúť monitoring spotreby?
Dobré riešenie môže byť postavené na troch úrovniach.
Úroveň 1 – kompresorovňa
Celkové množstvo vyrobeného a dodaného stlačeného vzduchu.
Úroveň 2 – hlavné distribučné vetvy
Spotreba jednotlivých hál alebo výrobných oddelení.
Úroveň 3 – významné stroje
Detailné sledovanie zariadení s vysokou alebo kritickou spotrebou.
Údaje možno následne preniesť do:
- PLC,
- SCADA,
- energetického monitoringu,
- IoT platformy,
- podnikového systému zberu dát.
Tak vzniká kontinuálny obraz o tom, kde, kedy a koľko stlačeného vzduchu podnik spotrebúva.
Zapamätajte si
Stlačený vzduch nie je bezplatné médium. Každý kubický meter musel byť vyrobený kompresorom za cenu spotrebovanej elektrickej energie.
Prietokomer umožňuje zistiť koľko vzduchu sa spotrebúva, kde sa spotrebúva a ako sa spotreba mení v čase.
Mimoriadne hodnotné je sledovanie prietoku počas odstávky výroby. Neočakávaný základný odber môže upozorniť na netesnosti alebo zbytočnú spotrebu.
Najväčší efekt prináša kombinácia merania prietoku, trendovania dát a následnej lokalizácie únikov.
Záver
Meranie prietoku stlačeného vzduchu umožňuje zmeniť neviditeľnú spotrebu energie na konkrétne a vyhodnotiteľné údaje.
Správne umiestnené prietokomery dokážu rozdeliť spotrebu medzi jednotlivé výrobné haly, linky a stroje, sledovať nočný základný odber a upozorniť na vznikajúce straty.
Ak sa monitoring prietoku skombinuje s meraním tlaku, elektrickej energie a systematickou detekciou únikov, možno vytvoriť účinný systém energetického manažmentu stlačeného vzduchu.
Spoločnosť REFLOW SK dodáva riešenia na meranie prietoku stlačeného vzduchu, monitoring procesných veličín aj lokalizáciu únikov pomocou akustických kamier. Pomáha tak zákazníkom nielen merať spotrebu, ale aj identifikovať miesta, kde možno znižovať energetické straty.