Historicky, dokud byly náklady na energii a povědomí o životním prostředí méně významné, nebyla spotřebě vzduchu u strojů věnována velká pozornost. Konstruktéři obvykle vybírali pneumatické pohony podle řady náhodných kritérií: co už dříve použili, co bylo skladem, co „vypadá to zhruba správně“, výběrem podle jednoduchého grafu tlak/síla a zvětšení velikosti o jeden stupeň „jen pro jistotu“. Pohony jsou na mnoha starších strojích zbatečně veliké a dává tak smysl snížit provozní tlak, omezit nadbytečné hodnoty parametrů a neplýtvat.
Stlačený vzduch ve strojích se nespotřebovává pouze k pohonu pneumatických válců. Mezi další typické oblasti patří:
Každý z těchto prvků vyžaduje individuální posouzení pro optimalizaci výkonu a spotřeby vzduchu.
Vakuové ejektory obsahují Venturiho trysku využívající Bernoulliho principu k vytvoření podtlaku zrychlením proudění vzduchu zužující se tryskou. Trysky jsou zkonstruovány pro samostatný provoz nebo jako prvky vícestupňového ejektoru. Trysky jsou nastaveny pro dosažení hlubokého podtlaku, pro velký objemový průtoku sání pro rychlé přisávání nebo pro univerzální kombinaci obojího. Průchod stlačeného vzduchu tryskou přímo do okolní atmosféry je potenciálně prvkem se značnou spotřebou. Údaje z katalogu pomůžou určit optimální přívodní tlak pro dosažení požadovaného průtoku a podtlaku. Vakuové ejektory jsou často nastaveny tak, aby optimálně pracovaly při tlaku 4 bary. Zvyšování přívodního tlaku na 6 barů nepovede k hlubšímu podtlaku, jen se zvýší průtok.
Ofukování vzduchem se používá například k vyhazování dílů z dopravníků. Existují různé způsoby, jak optimalizovat využití energie pro stejný efekt – buď soustředěním proudu tryskami, nebo použitím zásobníku pro zvýšení akumulované energie, ale „pulzující“ pouze po velmi krátkou dobu.
Ofukovací pistole se běžně používají k čištění a odstraňování prachu a částic. Kromě toho, že jsou potenciálně nebezpečné, představují také další prvek s velkou spotřebou. Moderní ofukovací pistole jsou vybaveny vestavěnou redukcí tlaku na pouhé 2 bary, a mají bezpečnostní trysku s podpůrnými otvory.
Netěsnosti je třeba eliminovat, kdekoliv je to možné, ale je zřejmé, že čím větší tlak, tím větší ztráty.
Další příčinou plýtvání energií jsou mrtvé objemy v pneumatických zařízeních, například plnění a odvětrávání dlouhých nebo velkých hadic během každého cyklu válce. Umístění ventilů blíže k pohonům hadice zkracuje. Zmenšení průměrů hadic může také pomoci, ale také omezí přívod tlaku a z větší míry i dobu odvětrávání. Proto je vhodné nejprve situaci nasimulovat nebo spočítat tak, aby se dosahovalo požadovaného výkonu.
Ke ztrátám energie dochází také v důsledku nelaminárního a turbulentního proudění. Tření v rozvodech a víry způsobené malými poloměry ohybu, zalomením hadic nebo nadzvukovým prouděním mohou způsobovat další ztráty účinnosti a jsou ovlivněny provozním tlakem.
U nových konstrukcí strojů nemusí snížení provozního tlaku řekněme z 6 barů na 4 bary vést k menší spotřebě vzduchu. Pokud jsou díly pro danou aplikaci správně veliké – a to se týká nejen pohonu, ale i hadic, šroubení a jednotky na úpravu vzduchu atd., pak může být výhodné vyšší tlaku zachovat. Například pokud konstruujete stroj pro provoz při tlaku 4 bary, budete potřebovat válce s větším průměrem, abyste dosáhli stejné síly jako u stroje s tlakem 6 barů, a hadice budou mít větší světlost, aby se dosáhlo průtoku při menším rozdílu tlaků. Větší pohony, upevnění, hadice a šroubení budou obvykle dražší. Kromě toho větší válce přispívají ke hmotnosti stroje (kritický jev zejména tam, kde ovlivňuje zatížení navazujících pohonů) a zabírají více místa.
Hmm… možná to nezní moc dobře?
Pokud všechny stroje a zařízení připojené ke kompresorům mohou pracovat s menším tlakem vzduchu, můžete nejen používat menší lokální tlaky, ale je můžete omezit tlak v celé rozvodné síti. Kompresorovny lze optimalizovat pro daný tlak/průtok a to je důležité a pro náklady významné. Nižší tlaky v síti znamenají také menší ztráty způsobené netěsnostmi.
Rozvody vzduchu musí být schopny zvládat špičky a výkyvy v průtoku, snižovat tlak a špičkovou hodnotu průtoku a zároveň potenciálně šetřit energii, což by nakonec mohlo vést k poklesu tlaku a ztrátám ve výrobě.
Pomáhá se vyrovnat s nadbytečnými velikostmi komponentů.
Sníží-li se tlak na výstupu z kompresoru, je potřeba méně elektrické energie.
Menší tlak znamená menší úniky.
Při zpětném pohybu pohonů lze často zmenšit tlak, pokud to dovolí požadované síly.
V nově budovaných aplikacích lze spotřebu energie snižovat. Všechny komponenty však musí být pro nižší tlak optimalizovány.
Nejlepším přístupem je oslovit aplikační specialisty, kteří Vám pomůžou s optimalizací stroje podle všech Vašich priorit – výkonu stroje, výrobních nákladů, nákladů na životnost, energetické účinnosti atd. Důrazně doporučujeme také podívat se na celou aplikaci, nikoliv pouze na jednu funkci po druhé. Omezení diskuze na nahrazování pneumatických pohonů elektrickými může být mylným zobecněním. Má například smysl používat v manipulátorech sofistikovaná elektrická chapadla, když stejnou práci zvládnou pneumatická? Na rozdíl od elektrických chapadel pneumatická nespotřebovávají energii během působení konstantní síly na uchopovaný předmět. Ve většině případů můžete ušetřit 50–60 % hmotnosti, zejména při použití například na manipulátoru jde o zásadní parametr. Můžete zmenšit velikost všech následných pohonů – otáčení, pohonů v osách X-Y a Z. Úspory na celé manipulaci mohou být z hlediska pořizovacích a provozních nákladů zásadní.
Doporučujeme zaměřit se na to, čeho chcete dosáhnout, a nechat si s konfigurací Vašeho stroje pomoci od specialistů Festo. Pomůžeme Vám například softwarových prostřednictvím nástrojů pro konstruktéry, které Vám poskytnou údaje a dokumentaci pro informovaná rozhodnutí na úrovni komponentů i celého zařízení.
Jedním z nejúčinnějších způsobů, jak ušetřit peníze za stlačený vzduch, je zajistit správnou velikost celého „pneumatického řetězce“ od kompresoru a sušičky až po rozvod a pracovní prvky, jako jsou jednotky na úpravu vzduchu, ventily, hadice, šroubení a pohony. Úspory ve spotřebě energie mohou činit až 50 % a lze je modelovat pomocí bezplatného softwaru, například simulačním nástrojem Festo Pneumatic Sizing.
Mezi typická zařízení na stlačený vzduch patří:
1) pneumatické ventily ovládající pneumatické pohony - válce, chapadla a upínky
2) vakuové ejektory obsahující Venturiho trysku využívající Bernoulliho princip - vytvářejí podtlak prostřednictvím rychle proudícího vzduchu. Podtlak se využívá v přísavkách na manipulátorech nebo pro nasávání tekutin - například pro jejich přesné dávkování.
3) zařízení pro vyfukování nebo třídění dílů.
4) vzduchové trysky pro sušení
5) vzduch pro přetlak nad tekutinami určenými k dávkování nebo čerpání
Tlak vzduchu lze snížit v celé síti, kompresory poskytují menší tlak nebo se při menším tlaku vypínají. Spotřebiče a rozvody se mohou pro provoz s nižším tlakem optimalizovat, pokles je obvykle ze 7,5 baru na 6 nebo dokonce 5 barů. Pokud je v jednom nebo více jednotlivých odběrných místech vyžadován větší tlak, vyplatí se lokálně aplikovat zesilovač tlaku, například Festo PBPA. Pokles provozního tlaku přímo snižuje spotřebu energie zejména v případech, kdy se dříve pracovalo s nadbytečným výkonem.
Pneumatická zařízení mají několik klíčových výhod:
Snadné dosažení výhod v údržbě pneumatiky spočívá v pravidelné údržbě nebo výměně vzduchových filtrů, testování nebo akustické kontrole (běžným zvukem, nebo nejlépe ultrazvukem) netěsností a jejich neprodlené opravě a v kontrole, zda v rozvodu nejsou žádné ohyby, zlomy nebo omezení. Rychlá a snadná opatření mohou snižovat náklady obvykle o 5–10 %.