Historicky, keď boli náklady na energiu a environmentálne povedomie nižšie, spotrebe vzduchu v strojoch sa nevenovala vždy veľká pozornosť. Konštruktéri zvyčajne vyberali pneumatické pohony na základe rôznych ad hoc kritérií: čo používali predtým, čo bolo na sklade, „vyzerá to správne“, pohľad na jednoduchý graf tlaku/sily a zväčšenie veľkosti o jeden priemer „len pre istotu“. To znamená, že pohony na mnohých starších strojoch sú nadštandardné a je úplne možné a správne znížiť prevádzkový tlak a znížiť redundanciu a plytvanie.
Stlačený vzduch v strojoch sa nespotrebúva len na pohon pneumatických valcov. Medzi ďalšie typické oblasti patria:
Každý z nich si vyžaduje individuálne posúdenie pre optimalizovaný výkon a spotrebu vzduchu.
Pneumatické vákuové generátory využívajú Venturiho trysku založenú na Bernoulliho princípe na vytvorenie vákua zrýchlením prúdenia vzduchu cez zužujúcu sa trysku. Trysky v generátoroch sú navrhnuté na samostatnú prevádzku alebo ako prvky v rámci viacstupňového generátora. Trysky sú špeciálne navrhnuté na dosiahnutie vysokej úrovne vákua, vysokého prietoku pre krátke časy evakuácie alebo na univerzálnu kombináciu oboch. Prechod stlačeného vzduchu cez trysku priamo do atmosféry je potenciálne prvok s veľmi vysokou spotrebou. Údaje z katalógu identifikujú optimálny prívodný tlak na dosiahnutie požadovaného prietoku a podtlaku. Vákuové generátory sú často navrhnuté tak, aby poskytovali najvyššiu úroveň vákua iba 4 bary. Zvýšenie tlaku na 6 barov nespôsobí hlbšiu úroveň vákua, hoci prietok sa zvýši.
Vzduchové trysky sa používajú na vyhadzovanie dielov z dopravných pásov a krytov. Existujú rôzne spôsoby optimalizácie spotreby energie – buď sústredením prúdu cez trysky, alebo použitím zásobníka na zvýšenie uloženej energie, ale „pulzovanie“ sa vykonáva iba veľmi krátko.
Vzduchové pištole sa bežne používajú na čistenie a odstraňovanie prachu a častíc. Okrem toho, že sú potenciálne nebezpečné, predstavujú aj ďalší prvok s vysokou spotrebou. Moderné vzduchové pištole sú vybavené vstavaným regulátorom, ktorý znižuje tlak iba na 2 bary, a majú bezpečnostnú trysku s prepúšťacími otvormi.
Úniky je potrebné odstrániť všade, kde je to možné, ale je zrejmé, že čím vyšší tlak, tým väčšie sú straty.
Ďalšou príčinou plytvania energiou sú mŕtve objemy v pneumatických systémoch, ako je plnenie a odsávanie dlhých alebo veľkých potrubí pre každý cyklus valca. Montáž ventilov bližšie k ovládačom skracuje dĺžky potrubí. Zníženie priemerov potrubí môže tiež pomôcť, ale obmedzí aj natlakovanie a do väčšej miery aj časy odsávania, preto by sa mali simulovať alebo vypočítať, aby sa dosiahol požadovaný výkon.
K stratám energie dochádza aj v dôsledku nelaminárneho a turbulentného prúdenia. Trenie v potrubí a víry spôsobené úzkymi polomermi alebo ohybmi alebo nadzvukovým prúdením môžu spôsobiť ďalšie straty účinnosti v pneumatických systémoch a sú ovplyvnené prevádzkovým tlakom.
Pri nových konštrukciách a konštrukciách strojov nemusí zníženie prevádzkového tlaku z povedzme 6 barov na 4 bary v skutočnosti znížiť spotrebu vzduchu. Ak sú diely správne dimenzované pre danú aplikáciu – a to zahŕňa nielen ovládač, ale aj potrubia, armatúry a jednotku prívodu vzduchu atď., potom môže byť lepšie zostať pri vyššom tlaku. Napríklad, ak navrhujete stroj na prevádzku pri tlaku 4 bary, bude vyžadovať valce s väčším priemerom, aby sa dosiahla rovnaká sila ako pri stroji s tlakom 6 barov, a potrubie bude mať väčší priemer, aby sa dosiahol prietok pri nižšom tlakovom rozdiele. Väčšie ovládače, upevnenia, potrubia a armatúry budú zvyčajne drahšie. Okrem toho väčšie valce zvýšia hmotnosť stroja (čo je kritické, ak zvyšuje užitočné zaťaženie iných ovládačov) a zaberú viac miesta.
Hmm... možno to neznie až tak dobre?
Ak všetky stroje a zariadenia pripojené ku kompresorovému systému dokážu pracovať so zníženým tlakom vzduchu, je možné znížiť nielen lokálne tlaky, ale aj tlak v celej sieti. Kompresorové systémy je možné optimalizovať pre daný tlak/prietok a to je potrebné zohľadniť. Nižšie tlaky v sieti znamenajú menšie straty v dôsledku únikov.
Vzdušné siete musia byť schopné zvládnuť špičkové požiadavky a výkyvy, znižovať tlak a špičkovú prietokovú kapacitu a zároveň potenciálne šetriť energiu, čo by mohlo spôsobiť poklesy tlaku a stratu výroby.
Najlepším prístupom je osloviť špecializovaných aplikačných inžinierov, ktorí vám môžu pomôcť s optimalizáciou strojov podľa všetkých vašich priorít – výkon stroja, výrobné náklady, náklady počas životnosti, energetická účinnosť atď. Dôrazne odporúčame pozrieť sa na celé riešenie, nielen na jednu funkciu naraz. Aj zúženie diskusie na nahradenie pneumatických pohonov elektrickými môže byť nesprávnym zovšeobecnením. Napríklad, má zmysel používať sofistikovaný elektrický chápadlo na konci systému na uchopenie a umiestnenie, ak túto úlohu zvládne pneumatický? Na rozdiel od elektrických chápadiel pneumatické chápadlá nespotrebúvajú energiu pri vyvíjaní konštantnej sily na uchopenie komponentu. Vo väčšine prípadov môžete ušetriť 50 – 60 % hmotnosti. To je kritické na „konci ramena“, pretože vám to umožňuje zmenšiť veľkosť všetkých podporných pohonov – rotačných, X-Y a Z. Úspory na celom systéme môžu byť dramatické z hľadiska obstarávacích a prevádzkových nákladov.
Odporúča sa zamerať sa na to, čo chcete dosiahnuť, a nechať si pomôcť s konfiguráciou vášho stroja od špecialistov Festo. Urobia to pomocou inžinierskeho softvéru, ktorý vám poskytne nástroje, údaje a dokumentáciu na prijímanie informovaných rozhodnutí na úrovni komponentov a systému.
Jedným z najúčinnejších spôsobov, ako ušetriť peniaze za stlačený vzduch, je zabezpečiť správne dimenzovanie celého „pneumatického reťazca“ od kompresora a sušičky/rezervoára až po rozvod a pracovné prvky, ako sú jednotky na úpravu vzduchu, ventily, potrubia, armatúry a ovládače. Úspory spotreby energie až do výšky 50 % sú dosiahnuteľné a možno ich modelovať pomocou bezplatného softvéru, ako je nástroj Festo Pneumatic Sizing.
Medzi typické systémy stlačeného vzduchu patria:
1) Pneumatické ventily spínajúce pneumatické aktuátory, ako sú valce, chápadlá a svorky
2) Vákuové generátory založené na Venturiho a Bernoulliho princípoch vytvárajú vákuum prechodom prúdu stlačeného vzduchu cez trysku. Toto sa potom používa s vákuovými nádobami na uchopenie a umiestnenie aplikácií alebo na nasávanie kvapalín.
3) Systémy na vyhadzovanie vzduchu na pohyb alebo vyhadzovanie dielov.
4) Vzduchové trysky na sušenie
5) Vzduch na zabezpečenie „tlaku“ nad kvapalinami na dávkovanie alebo čerpanie
Tlak vzduchu je možné znížiť v celej sieti, čo znamená, že kompresory budú generovať nižší tlak alebo sa vypnú, keď sa dosiahne nižší tlak. Sieť zásobníka vzduchu a rozvodnej siete je možné nastaviť na prevádzku pri nižšom tlaku, zvyčajne sa zníži zo 7,5 baru na 6 alebo dokonca 5 barov. Ak je na jednom alebo viacerých jednotlivých odberných miestach potrebný vyšší tlak, je možné lokálne použiť zosilňovač tlaku, ako napríklad Festo typu DPA. Tam, kde bola predtým v systéme stlačeného vzduchu navrhnutá redundancia, zníženie prevádzkového tlaku vzduchu priamo znižuje spotrebu energie.
Pneumatické systémy využívajúce stlačený vzduch majú niekoľko kľúčových výhod:
Výhody rýchlej údržby pneumatických systémov spočívajú v pravidelnej údržbe alebo výmene vzduchových filtrov v súpravách na úpravu vzduchu, v testovaní alebo počúvaní (buď zvukovo, alebo najlepšie ultrazvukovo) na netesnosti a ich okamžitej oprave a v kontrole, či v potrubných vedeniach nie sú zalomené alebo obmedzené miesta. Tieto rýchle a jednoduché opatrenia môžu znížiť náklady zvyčajne o 5 – 10 %.