اگرچه هوا به خودی خود رایگان است، تولید، تصفیه و توزیع هوای فشرده مقادیر قابل توجهی انرژی مصرف می کند و هزینه های قابل توجهی را به دنبال دارد. از نظر آماری، تولید 1 اسب بخار هوای فشرده تقریباً به 8 اسب بخار انرژی الکتریکی نیاز دارد. در حالی که راندمان تبدیل انرژی نسبتاً پایین است، استفاده از هوای فشرده در بخش صنعتی بسیار بیشتر از توان الکتریکی یا هیدرولیکی است. این به دلیل مزایای منحصر به فرد هوای فشرده است که آن را به یک جزء ضروری در کاربردهای صنعتی تبدیل می کند.
با این حال، استفاده کارآمد از هوای فشرده به تولید آن با کمترین هزینه ممکن و در عین حال به حداقل رساندن ضایعات بستگی دارد. هزینههای انرژی نشاندهنده مهمترین هزینهای است که-تولید، توزیع و نگهداری سیستمی را پوشش میدهد که هوای تمیز و خشک را با فشار پایدار ارائه میکند. در عمل، هنگام در نظر گرفتن کل هزینه مالکیت، هزینه های انرژی اغلب بسیار بیشتر از قیمت خرید اولیه کمپرسور است.
در گذشته، زمانی که نرخ برق پایین بود، بسیاری از تولیدکنندگان توجه کمی به هزینه های هوای فشرده می کردند. با این حال، از آنجایی که قیمت انرژی به طور پیوسته افزایش یافته است، شرکت ها مجبور شده اند هزینه های عملیاتی سیستم های هوای فشرده خود را مجدداً- ارزیابی کنند و به دنبال راه های جدیدی برای کاهش هزینه ها باشند. سازنده ای را در نظر بگیرید که یک کمپرسور 200 اسب بخاری به طور مداوم-24 ساعت شبانه روز و 365 روز در سال کار می کند. با نرخ برق 0.03 دلار در هر کیلووات ساعت (کیلووات ساعت)، هزینه برق سالانه 41273 دلار بود. با این حال، با افزایش نرخ به 0.10 دلار در هر کیلووات ساعت، هزینه سالانه برای همان کمپرسور به 137578 دلار افزایش یافت. با افزایش هزینه های انرژی، مدیران تاسیسات به طور فزاینده ای دریافته اند که کاهش هزینه های هوای فشرده یک مسئله حیاتی است که نیاز به توجه فوری دارد.
1.0 عوامل مؤثر در اتلاف هزینه در سیستم های هوای فشرده
زباله محرک اصلی هزینه در سیستم های هوای فشرده است. سه دلیل اصلی برای زباله وجود دارد: نشت، تقاضای مصنوعی بیش از حد و استفاده نادرست.
1.1 نشت: منبع اصلی زباله های هوای فشرده
نشتی بارزترین علت اتلاف هوای فشرده است. آنها زمانی رخ می دهند که هوای فشرده به سمت ناحیه ای با فشار پایین تر جریان یابد. مولکول های هوا از هر روزنه ای که به اندازه کافی بزرگ باشد خارج می شوند. با افزایش اختلاف فشار بین هوای فشرده و اتمسفر، میزان نشت افزایش می یابد. پیری، لوله های خورده و اتصالات رزوه ای فرصت های اولیه ای را برای چنین نشتی فراهم می کند. به ویژه اتصالات اتصال سریع-کیفیت پایین{6} و شیلنگ های پلاستیکی یا لاستیکی اغلب در اثر کهنگی، لرزش یا خوردگی شیمیایی دچار ترک می شوند که همگی منجر به اتلاف هوای فشرده می شوند.
در واقع، تقریباً 80٪ از نشت ها غیرقابل شنیدن هستند. این نشتی های "نامرئی" اغلب مورد توجه قرار نمی گیرند و تعمیر نمی شوند. برای مثال، در فشار 100 psi، نشتی یک چهارم اینچ، 104 فوت مکعب هوای فشرده در دقیقه را هدر میدهد، که معادل مصرف 25 اسب بخار قدرت الکتریکی است.
[هزینه انرژی (USD/سال)=اسب بخار موتور x 0.746 x ساعت کار (در سال) x نرخ برق (USD/kWh) / راندمان موتور]
بر اساس این فرمول، با فرض تداوم نشت 8760 ساعت در سال، هزینه برق سالانه تقریباً 17000 دلار خواهد بود - در صورتی که نشت رسیدگی نشود [منبع: وزارت انرژی ایالات متحده، 2022].
تحقیقات روی کارخانههای تولیدی ایالات متحده نشان میدهد که میانگین نرخ نشت 30 درصد است که منجر به ضایعات سالانه بالغ بر 3.2 میلیارد دلار میشود [منبع: وزارت انرژی ایالات متحده، 2022]. بنابراین، بررسی و تعمیر سریع نشتی ها می تواند به میزان قابل توجهی مصرف برق و هزینه های عملیاتی را کاهش دهد.
1.2 تقاضای مصنوعی بیش از حد: فشار عملیاتی بسیار بالا
ضایعات ناشی از تقاضای مصنوعی عمدتاً از کارکرد تجهیزات هوای فشرده در فشارهای بالاتر از حد لازم ناشی می شود. به عنوان مثال، اگر یک سیلندر پنوماتیک برای تکمیل یک ضربه به 1 فوت مکعب هوا نیاز داشته باشد، افزایش فشار سیستم از 80 psig به 100 psig باعث می شود که سیلندر هوای بیشتری مصرف کند (1.21 فوت مکعب). در نتیجه، کار در فشارهای بالاتر از سطح مطلوب مورد نیاز تجهیزات پنوماتیک منجر به افزایش قابل توجهی در مصرف هوا می شود.
راه حل ها:
1.2.1 بهینه سازی فشار سیستم و عملکرد در کمترین فشار ممکن می تواند اتلاف هوا ناشی از فشار کاری بیش از حد را کاهش دهد. به عنوان مثال، کاهش فشار به 80 psi به جای 100 psi به طور موثر مصرف هوای فشرده را کاهش می دهد و به نوبه خود هزینه ها را کاهش می دهد.
1.2.2 تهیه تجهیزات با ظرفیت بالاتر: اگر سیستم هوای فشرده موجود دیگر نمی تواند تقاضای بالای تجهیزات را برآورده کند، باید به خرید ماشین آلات با ظرفیت جریان بالاتر توجه شود. تجهیزاتی که برای دبی بالاتر طراحی شده اند می توانند جریان هوای مورد نیاز را در فشارهای پایین تری ارائه دهند و در نتیجه ضایعات مربوط به عملکرد فشار بالا را به حداقل برسانند. این رویکرد نه تنها مصرف انرژی را کاهش می دهد، بلکه ثبات و کارایی سیستم را نیز افزایش می دهد.
1.3 استفاده نادرست: هوای فشرده به عنوان جایگزینی برای سایر منابع برق
استفاده از هوای فشرده برای تمیز کردن مناطق یا تامین انرژی تجهیزات غیر پنوماتیکی یک شکل رایج سوء استفاده است. به عنوان مثال، استفاده از هوای فشرده برای پاک کردن زبالههای زیر ماشینآلات اغلب میتواند با یک جارو، یک دمنده برقی، یک فن یا ابزارهای دیگر اقتصادیتر باشد. اتکا به هوای فشرده در این سناریوها منجر به هزینه های بالا و راندمان پایین می شود.
راه حل:
شرکت ها باید به طور منظم سیستم های هوای فشرده خود را بازرسی کنند تا مطمئن شوند که این منبع برای کارهای غیر ضروری استفاده نمی شود. جایگزینی هوای فشرده با منابع انرژی مقرونبهصرفهتر-میتواند هم مصرف انرژی و هم هزینههای{2} طولانی مدت عملیاتی را کاهش دهد.
2.0 چگونه از اتلاف جلوگیری و هزینه ها را کاهش دهیم؟
موثرترین راه برای به حداقل رساندن ضایعات هوای فشرده، انجام یک ارزیابی جامع سیستم است. این را می توان با درگیر کردن متخصصان هوای فشرده برای انجام یک بازرسی کامل، شناسایی منابع نشتی، استفاده بیش از حد دستی، و کاربردهای نامناسب و ارائه توصیه هایی برای بهبود به دست آورد.
با اجرای این بهبودها، شرکتها میتوانند ضایعات را در سه حوزه کلیدی کاهش دهند-نشت، استفاده دستی، و کاربرد نادرست{1}}در نتیجه هزینه کل سیستم هوای فشرده را کاهش داده و کارایی انرژی را بهبود میبخشند.
3.0 نتیجه گیری
هوای فشرده به عنوان یک منبع انرژی حیاتی مستلزم هزینه های قابل توجهی است که نمی توان نادیده گرفت. با بهینهسازی سیستمهای هوای فشرده-به حداقل رساندن نشت، تنظیم فشار عملیاتی و حذف استفاده نادرست{2}}شرکتها میتوانند هزینههای هوای فشرده خود را به میزان قابل توجهی کاهش دهند. در بحبوحه افزایش قیمت انرژی و مقررات زیست محیطی سختگیرانه فزاینده، اتخاذ اقدامات موثر برای صرفه جویی در انرژی برای کاهش هزینه ها و افزایش رقابت پذیری ضروری شده است.
برای بخش تولید، بهینه سازی مدیریت هوای فشرده نه تنها باعث صرفه جویی قابل توجهی در انرژی می شود، بلکه کارایی تولید را افزایش می دهد و طول عمر تجهیزات را افزایش می دهد و به عنوان گامی حیاتی در جهت توسعه پایدار عمل می کند.