Cena zakupu to zwykle około 23% kosztów ogólnych związanych z nabyciem i eksploatacją silnika. Dlatego też podjęcie przemyślanej decyzji o zakupie konkretnego napędu może pozwolić na uzyskanie nawet ok. 30% oszczędności na kosztach eksploatacji w przyszłości.
Przemysł i infrastruktura przemysłowa pochłaniają ok. 31% ogólnoświatowego zużycia energii, z czego ponad 60% to energia wykorzystywana przez silniki elektryczne. Dlatego też, biorąc pod uwagę ciągły wzrost cen energii elektrycznej, kwestia poprawy wskaźników sprawności i efektywności energetycznej tych ostatnich jest obecnie kwestią priorytetową, zarówno dla ich producentów, jak i użytkowników. Koszty związane z zakupem silnika elektrycznego to zwykle ok. 23% ogólnych kosztów związanych z jego nabyciem i późniejszą eksploatacją. Znacząca ich część to wydatki na energię niezbędną do jego funkcjonowania w maszynie i procesie przemysłowym. Wiele współczesnych rozwiązań technologicznych może przyczynić się do redukcji zużycia energii elektrycznej i tym samym poprawy efektywności energetycznej wielu maszyn elektrycznych. Podstawową kwestią w tym względzie jest projekt konstrukcji maszyny, oparty na dwóch głównych kryteriach: wydajności i osiągach w trakcie pracy. Inżynierowie konstruktorzy mają więc na celu opracowanie jak najbardziej wydajnej i oszczędnej maszyny, przy zachowaniu przez nią odpowiednich parametrów pracy i konkurencyjności na rynku. Czynniki te stają się również później podstawowymi elementami decyzji nabywcy co do zakupu konkretnego typu silnika, dopasowanego do jego aplikacji.
Tradycyjnie głównym wyznacznikiem poprawności projektu konstrukcyjnego maszyn elektrycznych było osiągnięcie zamierzonego celu mechanicznego i pożądanych parametrów pracy maszyny. Kwestie zużycia energii zwykle przenoszono na drugi plan. Jednakże kryzysy energetyczne i obserwowany w długim okresie wzrost cen przyczyniły się do zmiany tej strategii i weryfikacji priorytetów. Punktem wyjścia do wyboru silnika jest obecnie jego sprawność i związane z nią koszty eksploatacyjne. Biorąc pod uwagę fakt, że oczywiście kwestie mechaniczne nie mogą zostać pominięte, a wręcz przeciwnie, powinny utrzymywać się na poziomie, do jakiego przywykli już przez lata klienci i użytkownicy, procedura konstrukcji i doboru maszyny elektrycznej przybrała bardziej złożoną i wielokryterialną formę.
Po pierwsze silnik elektryczny ma zapewnić maszynie ciągły napęd i możliwość pracy, dostarczając odpowiedni moment obrotowy i prędkość. Stąd podstawowym istotnym parametrem jest moc i związane z nią wymiary silnika. Projektant musi też uwzględnić i rozważyć, jaki moment mechaniczny wymagany jest w danym silniku przy jego rozruchu. Może to zdeterminować konieczność jego ewentualnego przewymiarowania. Kolejny ważny element to stan pracy ustalonej silnika przy parametrach nominalnych. Tu szczególną uwagę należy zwrócić na temperaturę pracy, tak by utrzymywała się ona na bezpiecznym poziomie. Jej przekroczenie lub okresowe przegrzewanie silnika, może doprowadzić do jego zniszczenia lub szybszego zużywania się. Ostateczne decyzje w tej kwestii muszą uwzględniać warunki środowiskowe, w jakich pracować będzie silnik, temperaturę otoczenia i zabrudzenie, jak również wartość obciążenia i jego ewentualną zmienność w czasie. Jeżeli weźmie się pod uwagę wszystkie ze wspomnianych czynników, zwykle wybierany jest silnik o mocy większej niż konieczna dla danej aplikacji, co nieuchronnie prowadzi do większego zużycia energii. Niestety, spora jej część w efekcie końcowym jest tracona.
Dlatego też przy wyborze współczesnego silnika do konkretnej aplikacji konieczne jest zapoznanie się z jego charakterystykami dynamicznymi i dostępnymi trybami prac, umożliwiającymi jego optymalne dopasowanie do wymogów użytkownika. Przemyślana decyzja może pozwolić na uzyskanie nawet ok. 30% oszczędności na kosztach eksploatacji długookresowej maszyn.
Lepszy projekt i sterowanie ? większa efektywność energetyczna maszyn
Producenci maszyn dla procesów przemysłowych promują rozwiązania prooszczędnościowe. Automatyzacja i lepsze zaprojektowanie maszyn np. do aplikacji napełniania i pakowania butelek plastikowych pozwala na redukcję zużycia masy plastycznej, redukcję ilości ciepła niezbędnego w procesie przetwórczym oraz ograniczenie odpadów.
Idea ochrony środowiska jest obecnie zadaniem priorytetowym w produkcji przemysłowej i przetwórstwie, a klienci/odbiorcy coraz częściej biorą ją pod uwagę jako kryterium wyboru dostawcy. Szczególny nacisk w tej kwestii kładziony jest w branży przetwarzania opakowań ? butelek plastikowych do napojów, które mają być przyjazne dla przechowywanych w nich produktów oraz środowiska po ich wykorzystaniu.
? Wszystkie butelki na wodę, z jakimi pracują nasze maszyny, miały kiedyś masę od 18 gramów, zredukowaną obecnie do 12 gramów ? wyjaśnia Mike Weaver, prezes firmy Standard-Knapp, produkującej maszyny do wytwarzania opakowań plastikowych i automatycznego pakowania. Dzięki zmniejszeniu wagi butelki, przyspieszono procesy związane z jej obsługą na całej linii produkcyjnej. Butelki przemieszczają się przez jej kolejne etapy ? nakładania, szeregowania, napełniania, zakręcania i etykietowania ? na szybkim pasie transmisyjnym. Jeżeli na skutek nieprzewidzianych zmian zmniejszy się szybkość i przepustowość taśmy w początkowych etapach zbierania i szeregowania butelek, może powstać tzw. ciśnienie na linii. Przy lżejszych butelkach ?ciśnienie? może doprowadzić do ich deformacji lub uszkodzenia, a w efekcie strat na całej linii pakowania.
Dlatego też w takich aplikacjach konieczne jest zastosowanie precyzyjnych i szybkich serwonapędów, które umożliwią dynamiczną pracę linii pakowania, przy zachowaniu prawidłowych parametrów związanych z szeregowaniem butelek i bez zatorów. Lepsze algorytmy sterowania dla takich napędów pozwalają na uniknięcie wspomnianego ?ciśnienia?, usprawniając funkcjonowanie całej linii również przy obsłudze cieńszych i lżejszych butelek. W maszynie napełniającej i pakującej są również zainstalowane specjalne uchwyty do foliowania zgrzewek butelek, które mogą być poddane procesowi recyklingu i ponownego przetworzenia.
Kolejną możliwością oszczędzania jest zmniejszenie ciepła niezbędnego w procesach butelkowania i pakowania. Elementem najbardziej energochłonnym w tym względzie jest wspomniany proces pakowania w folii termokurczliwej, z wykorzystaniem metod tradycyjnych. ? W metodzie tradycyjnej metalowy łańcuch ciągnie przygotowane zestawy butelek do tunelu grzewczego. Na wejściu temperatura łańcucha to ok. 90°C, a na wyjściu 125°C ? wyjaśnia znów Mike Weaver. ? Tak więc każdy centymetr łańcucha ogrzewa się o ok. 35°C, czyli w efekcie ogrzewa pomieszczenie pakowni. Na skutek tego ciepło pożerane jest z tunelu niepotrzebnie i ponownie musi być w nim wygenerowane, co powoduje straty energii ? dodaje. Zastąpienie łańcucha metalowego plastikowym pasem transmisyjnym ogranicza te straty ciepła, sprzyjając oszczędności.
IanHitchins, wiceprezes działu OEM, firma Schneider Electric
Mario Mazzotta, pracownik obsługi klienta, firma Standard-Knapp Inc.
Opracował dr inż. Andrzej Ożadowicz, AGH Kraków