sponsorowaneWydajność w technologii procesowej Technika przepływowa zapewniająca wyższą efektywność energetyczną

Ochrona klimatu, oszczędzanie zasobów i ceny energii zmuszają przemysł przetwórczy do uwzględniania aspektów ekonomicznych i ekologicznych. „Nie mniej, ale lepiej” – tak brzmi mantra. Na taką intensyfikację procesów decydujący wpływ mają komponenty i systemy fluidyczne, a także czujniki i systemy regulacyjne.

Kosztowna sprawa: jeśli wierzyć Federalnemu Urzędowi Statystycznemu, sam przemysł chemiczny odpowiadał za 27,9 procent zapotrzebowania na energię całego niemieckiego przemysłu. To generuje wysokie koszty – nie tylko w wyniku kryzysów cen ropy i odejścia od węgla – i ma znaczący wpływ na bilans zrównoważonego rozwoju. Oszczędzanie jest więc obecnie priorytetem, najlepiej bez konieczności obniżania jakości produkcji. Nie jest to wcale takie proste, ponieważ nowoczesne instalacje i procesy są już w dużym stopniu zoptymalizowane pod kątem wydajności. A jednak wciąż istnieją ukryte źródła marnotrawstwa energii i niewykorzystany potencjał – warto więc przyjrzeć się temu bliżej, również, a nawet przede wszystkim, w przypadku pozornie pomocniczych procesów, takich jak fluidyka.

W ten sposób dzięki sprytny wybór odpowiednich komponentów można szybko zaoszczędzić kwoty rzędu pięciu cyfr w euro: Zawory elektropneumatyczne, w których sterowanie elektroniczne połączone jest z napędem pneumatycznym, wykorzystują swoje zalety, takie jak bezpieczeństwo eksploatacji, krótkie czasy przełączania i łatwa integracja, w licznych zastosowaniach – od przemysłu przetwórczego po automatykę. Jednak nie ma róży bez cienia: standardowe komponenty zawsze wymagają pewnej ilości sprężonego powietrza, aby praktycznie utrzymać zawór w stanie zamkniętym.

Galeria obrazów

Eksperci firmy Bürkert w dziedzinie hydrauliki pokazują, że można to zrobić inaczej, przedstawiając regulatory położenia i procesowe SideCONTROL. Wystarczy zamontować je na popularnych siłownikach posuwowych i obrotowych, a następnie sterować nimi za pomocą protokołów IO-Link, ASI, Profinet, Profibus, Modbus TCP lub Ethernet. A to nie wszystko: tak wyposażone zawory potrzebują sprężonego powietrza tylko wtedy, gdy faktycznie ma nastąpić regulacja, czyli ruch elementu nastawczego. „Dzięki zastosowaniu SideCONTROL operatorzy oszczędzają od pierwszej sekundy – nawet w istniejących instalacjach” – jest tego pewien Daniel Jakob, ekspert ds. zaworów w firmie Bürkert. To się opłaca: przy typowym zużyciu sprężonego powietrza rzędu setek litrów na jeden zawór można zaoszczędzić kwoty rzędu trzech do czterech cyfr – wyjaśnia specjalista ds. fluidyki. Ponieważ w typowej instalacji przemysłowej zawór rzadko występuje pojedynczo, wartości te przekładają się na znaczne kwoty.

Dzięki zastosowaniu systemu SideCONTROL operatorzy oszczędzają już od pierwszej sekundy. Przy typowym zużyciu sprężonego powietrza rzędu setek litrów na jeden zawór można zaoszczędzić kwoty rzędu trzech lub czterech cyfr – nawet w istniejących instalacjach.

Daniel Jakob, ekspert ds. zaworów w firmie Bürkert

Nie wymaga to nawet instalacji nowego systemu: regulatory położenia SideCONTROL można zamontować na niemal wszystkich napędach posuwowych i obrotowych – i to bez konieczności ingerencji w układ hydrauliczny. Podczas modernizacji istniejąca obudowa zaworu oraz elementy mające kontakt z medium mogą pozostać nienaruszone – a sterowanie za pomocą IO-Link, Profibus, Modbus TCP lub Ethernet gwarantuje integrację z systemem sterowania instalacji. Funkcje takie jak X.TUNE lub P.TUNE pozwalają idealnie dostosować regulator położenia lub regulator procesowy do danego zaworu za jednym naciśnięciem przycisku – wyjaśniają twórcy. Zadbano również o bezpieczeństwo procesu dzięki wbudowanej funkcji diagnostycznej.

Obudowa zaworu – mistrz oszczędzania energii

Warto więc przyjrzeć się nawet najmniejszym elementom. Nawet niepozorne elementy, takie jak obudowy zaworów, mogą przyczynić się do poprawy wydajności. Tak, dobrze przeczytaliście – nawet sztywna obudowa zużywa energię – po pierwsze, gdy elementy są formowane z litego metalu, ale także wtedy, gdy muszą zostać podgrzane, na przykład w procesach sterylizacji: W trakcie procesu SIP (Sterilization in Place) potrzebne są duże ilości pary ultra czystej, aby doprowadzić masywne korpusy zaworów do temperatury sterylizacji. Jednocześnie wydłuża to czas zmiany partii, ponieważ grubościenne obudowy nagrzewają się i schładzają powoli.

Rachunek jest więc prosty: im masywniejsza i cięższa obudowa zaworu, tym bardziej pracochłonne są jej produkcja i czyszczenie. Dla konstruktorów z firmy Bürkert był to wystarczający powód, aby wprowadzić do oferty obudowę o lekkiej konstrukcji, w której korpus zaworu nie jest frezowany z litego bloku ani formowany metodą kucia maszynowego. Tube Valve Body powstaje z gładkiej rury – i to nie poprzez przekuwanie, lecz poprzez hydroformowanie. W tym procesie rura ze stali nierdzewnej jest umieszczana bezpośrednio w matrycy i formowana pod wysokim ciśnieniem wewnętrznym. Dzięki precyzyjnemu rozkładowi ciśnienia i kontrolowanej obróbce cieplnej powstaje precyzyjnie ukształtowana obudowa zaworu, która nie posiada spoin w obszarze mającym kontakt z medium. Co więcej: ponieważ korpus jest formowany z jednego kawałka rury, ma na całej długości jednakową grubość ścianek i jest odpowiednio wytrzymały.

Typowy zawór 2-calowy jest w ten sposób nawet o 75 procent lżejszy od odpowiadającego mu elementu kutego – pozwala to zaoszczędzić materiał i energię zarówno podczas produkcji, jak i podczas eksploatacji: im mniej metalu, tym mniej masy trzeba podgrzać lub schłodzić. Wyraźnie widać to na przykładzie obliczeniowym: jeśli podczas procesu sterylizacji temperatura zostanie podwyższona o 100°, oszczędności energii na jeden cykl SIP mogą wynieść ponad 50 procent. Ponadto operatorzy oszczędzają w ten sposób czas przy każdej zmianie partii i zwiększają wydajność swojego zakładu, jednocześnie chroniąc wrażliwe na temperaturę membrany zaworów. W niektórych zastosowaniach pozwala to podwoić żywotność membrany, co znacznie wydłuża niezbędne cykle serwisowe.

Korpus zaworu rurowego, charakteryzujący się wysoką wydajnością na każdym etapie – od produkcji, przez eksploatację, aż po koniec cyklu życia komponentu – pokazuje, jak może wyglądać całościowo zrównoważona technologia przepływowa – oraz jaką rolę odgrywają w tym komponenty.

Jednak zawór rzadko występuje samodzielnie – nawet w produkcji farmaceutycznej i biotechnologicznej, gdzie rurociągi i węże są połączone w zamknięte układy obiegowe. Dzięki temu media, takie jak woda do wstrzykiwań (WFI), woda ultraczysta lub media sterylne, mogą być w sposób ciągły transportowane w obiegu zamkniętym, co pozwala zminimalizować przedostawanie się drobnoustrojów. Zamiast transportować media za pomocą odgałęzień do poszczególnych punktów poboru (kranów), ciecz krąży nieprzerwanie w obiegu zamkniętym. Pobór odbywa się za pomocą specjalistycznych zaworów membranowych typu Y i T bezpośrednio w strumieniu, co zapobiega zastojowi wody, a tym samym tworzeniu się biofilmu.

Mniej przestrzeni martwej: oszczędność podczas czyszczenia

Tego typu systemy pierścieniowe przeznaczone dla czterech do dziesięciu mediów stanowią stan techniki mniej więcej od lat 80. Tradycyjnie stosuje się w nich standardowe zawory membranowe, co jednak wiąże się z szeregiem wad, takich jak duża objętość wewnętrzna i niezliczone miejsca spawania. Również wymiana mediów okazuje się trudna: w zależności od położenia montażowego całkowite opróżnienie resztek nie zawsze jest możliwe, co może prowadzić do przenoszenia mediów: operatorzy muszą zatem ustalić, czy i kiedy konieczne są czyszczenia pośrednie. Pozycja montażowa w pierścieniu ma również decydujące znaczenie dla nakładu pracy związanego z czyszczeniem, które może wymagać dużych ilości materiałów, energii i czasu. W przypadku konstrukcji o dużej masie powolne nagrzewanie wydłuża proces sterylizacji, zwiększa zużycie energii i powoduje obciążenie termiczne membran. Ulegają one szybszemu zużyciu – co skutkuje przestojem instalacji, dodatkowymi nakładami serwisowymi i koniecznością ponownej sterylizacji.

Jednak to, co w czasach synth popu i fryzury „vokuhila” było najnowocześniejsze, dziś już nie musi takie być: Zawory wielodrogowe, takie jak system Robolux firmy Bürkert, łączą niezależne funkcje przełączania dla dwóch procesów w jednej obudowie, wykorzystując tylko jedną membranę i jeden podwójny siłownik. Dzięki temu można realizować złożone węzły z dużą liczbą elementów i funkcji, które mimo to zajmują stosunkowo mało miejsca i charakteryzują się lepszymi właściwościami przepływowymi – wyjaśniają projektanci. Taki zawór wielodrożny zajmuje około 40 procent mniej miejsca, a tym samym wymaga mniejszego nakładu pracy przy czyszczeniu i zużywa mniej energii grzewczej. Krótsze czasy sterylizacji, które dzięki temu są możliwe, pozytywnie wpływają na żywotność membran, a zapotrzebowanie na konserwację maleje. Również w innych obszarach, takich jak separacja mediów w procesach chromatograficznych, użytkownicy czerpią korzyści z zalet wielodrogowych zaworów membranowych.

Oszczędność energii dzięki wydajnej technologii zaworów: Dowiedz się, jak skutecznie ograniczyć straty energii i zmodernizować istniejące instalacje – bez zakłócania bieżących procesów!

Systemy zwiększające wydajność regulacji ciśnienia gazu

Ponieważ praktycznie żaden proces nie jest identyczny z innym, potrzebne są rozwiązania dostosowane do konkretnego zastosowania, aby oszczędzać energię i zwiększać wydajność. Nic dziwnego, że firma Bürkert chce wspierać użytkowników zarówno w zakresie rozwiązań standardowych, jak i indywidualnych projektów, na przykład poprzez systemy regulacji ciśnienia gazu. Niezależnie od tego, czy produkowana jest woda gazowana, piwo czy szczepionki, atmosfera gazowa w zbiornikach wymaga dokładnego monitorowania. Systemy regulacji ciśnienia spełniają wymagania higieniczne i regulują ciśnienie gazu precyzyjnie oraz w sposób zapewniający bezpieczeństwo procesu. Dotyczy to nie tylko zastosowań z gazem ochronnym, ale wszystkich zastosowań związanych z ciśnieniem i napełnianiem.

Dzięki precyzyjnej regulacji można na przykład znacznie zminimalizować zużycie gazu obojętnego. Ponieważ urządzenia te – poza ustawieniem wartości zadanej – działają całkowicie samodzielnie, dotychczasowe ręczne i nieprecyzyjne systemy można stosunkowo łatwo zautomatyzować. W kolejnym etapie integracja z systemem monitorowania może umożliwić dalszą optymalizację procesów. Solidna konstrukcja gwarantuje długą żywotność, a wysokie koszty konserwacji związane z korozją należą już do przeszłości. Z kolei dostępność instalacji i wydajność wzrastają, a koszty eksploatacji maleją, ponieważ nie marnuje się żadnych mediów.

Nie więcej energii niż to konieczne

Jeśli chodzi o szybkie, zautomatyzowane przełączanie, często stosuje się zawory z siłownikami elektromagnetycznymi. Chociaż działają one niezawodnie i precyzyjnie, zużywają jednak energię, aby aktywnie utrzymać zawór w pozycji „otwartej”. Do tego typu zastosowań firma Bürkert, specjalizująca się w technice przepływowej, oferuje w ramach swojej gamy zaworów elektromagnetycznych energooszczędne rozwiązania z podwójną cewką i tak zwaną elektroniką typu „kick-and-drop”: W tym rozwiązaniu cewka jest najpierw nadmiernie wzbudzana za pomocą impulsu wysokiego napięcia, aby wytworzyć dużą siłę przyciągania niezbędną do otwarcia zaworu. Po kilku milisekundach elektronika zintegrowana z cewką otoczoną gumą przełącza się w energooszczędny tryb podtrzymania. Dzięki temu pobór mocy ulega drastycznemu zmniejszeniu. Dzięki niskiemu poborowi mocy maksymalne nagrzewanie się zaworu jest mniejsze, co ogranicza osadzanie się zanieczyszczeń i osadów wapiennych, znacznie wydłuża żywotność oraz zapobiega poparzeniom. Ponadto zawory te wyróżniają się cichą pracą i spełniają wysokie wymagania w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej (EMC).

Zwróć uwagę na kwestie związane z fluidyką: to się opłaca

W dziedzinie fluidyki w ostatnich dziesięcioleciach zaszło sporo zmian: nawet branża komponentów, w której dominuje sprzęt, nie może uniknąć megatrendów, jakimi są cyfryzacja, sieciowość i efektywność energetyczna. Połączone w sieć i zdigitalizowane zawory sprawiają, że granice między fluidyką a automatyzacją coraz bardziej się zacierają, podczas gdy wydajne, szczegółowe rozwiązania pokazują, jaki potencjał drzemie w obiegach materiałów. Warto się temu przyjrzeć – zarówno pod kątem oszczędności, jak i bilansu środowiskowego!

Technika w centrum uwagi:

Przejrzystość w zakresie przepływu

Bezkontaktowy pomiar, nawet przy niskiej przewodności: taką obietnicę niesie ze sobą technologia FLOWave firmy Bürkert. Eksperci w dziedzinie fluidyki nie opierają się przy tym na efektach magnetyczno-indukcyjnych ani na elementach montowanych wewnątrz rury, lecz wykorzystują fale akustyczne powierzchniowe (Surface Acoustic Waves, w skrócie SAW). Czujniki zamontowane na zewnętrznej powierzchni rury pomiarowej wysyłają z obu stron impuls do przepływającego medium. Ruch płynu powoduje różnice w czasie przebiegu, na podstawie których można precyzyjnie obliczyć natężenie przepływu. Ponieważ żadne elementy pomiarowe nie wystają do wnętrza rury, a geometria rury pozostaje niezmieniona, medium przepływa swobodnie, bez martwych przestrzeni i dodatkowych zawirowań.

W odróżnieniu od magnetyczno-indukcyjnych urządzeń pomiarowych, FLOWave nie wymaga minimalnej przewodności. Dzięki temu nadaje się również do mediów o niskiej przewodności, takich jak woda ultraczysta. W zależności od wersji urządzenie mierzy dodatkowo temperaturę i współczynnik gęstości, co może pomóc w wykrywaniu zmian produktu lub odchyleń w procesie. Typowe obszary zastosowań to przemysł spożywczy i napojowy, a także przemysł farmaceutyczny i biotechnologiczny.