Jak dobrać moc sprężarki? Na co zwracać uwagę?

Instalacja sprężonego powietrza jest w miarę prostym systemem połączonych urządzeń, których błędny dobór może jednak przynosić znaczne straty. Błędnie dobrana instalacja generuje zwiększone koszty energii elektrycznej, zwiększone koszty obsługi serwisowej, przyspieszone zużycie urządzeń oraz zwiększoną ilość wybrakowanych produktów finalnych.

Na system sprężonego powietrza składają się:

  • urządzenia do wytwarzania sprężonego powietrza,
  • urządzenia do uzdatniania sprężonego powietrza,
  • magazyn sprężonego powietrza,
  • rurociągi do dystrybucji sprężonego powietrza,
  • sterowniki do zarządzania pracą lub monitorowania,
  • odbiorniki pneumatyczne.

Wszystkie elementy muszą współpracować ze sobą, posiadać odpowiednie charakterystyki, aby zapewnić optymalną wydajność i niskie koszty eksploatacji.

Dobór mocy sprężarki do nowo projektowanej instalacji

W przypadku nowo tworzonej instalacji sprężonego powietrza, projektant powinien zliczyć sumaryczne zapotrzebowanie na sprężone powietrze wszystkich odbiorników, uwzględnić współczynniki jednoczesnej pracy i rezerwę powietrza, np. na nieszczelności, które zawsze występują. Dodatkowo należy zweryfikować wymagane ciśnienie powietrza do optymalnej pracy odbiorników.

Mając zliczone zapotrzebowanie i znając długość rurociągu prowadzącego do sprężarkowni, można określić spadki ciśnień. Minimalizując ten parametr poznamy wymaganą średnicę rurociągu (choć w praktyce oblicza się to w przeciwnym kierunku, od sprężarkowni do odbiorników).

Następnie należy określić spadki ciśnień dla wszystkich urządzeń uzdatniania sprężonego powietrza, zweryfikować w przypadku osuszacza adsorpcyjnego regenerowanego powietrzem, jaka ilość powietrza jest wykorzystywana do tego celu oraz czy spusty kondensatu są bezstratne. Po tych działaniach otrzymujemy wymaganą ilość sprężonego powietrza i wymagane ciśnienie – dwa główne parametry charakteryzujące sprężarkę i w konsekwencji odpowiadającą im przybliżoną moc sprężarki.

Dodatkowo należy zaprojektować wielkość zbiornika sprężonego powietrza oraz system sterowania pracą sprężarki. Dla doświadczonych projektantów nie będzie to stanowiło problemu, ponieważ posługują się oni odpowiednimi formułami inżynierskimi, wykresami oraz kalkulatorami uwzględniającymi szczegóły niezbędne do doboru wszystkich elementów instalacji.

Dobór mocy sprężarki do instalacji, która jest eksploatowana

Czasami zdarza się, że dotychczas eksploatowana sprężarka wymaga kosztownej naprawy i zapada decyzja do zastąpienia jej nową. Może być też tak, że sprężarka dalej pracuje, ale zbliża się remont stopnia sprężającego, którego koszt może dojść do 30-40% ceny nowej sprężarki. Zakładając, że nic nie zmieniamy w całym systemie sprężonego powietrza należy zastanowić się nad mocą sprężarki, która zastąpi tę dotychczas eksploatowaną. 

Wydawałoby się, że powinna być tej samej mocy albo zapewniać tą samą ilość sprężonego powietrza. Mogłaby być bardziej ekonomiczna w eksploatacji – może nawet zmienoobrotowa. Może powinna zostać dobrana z uwzględnieniem planów rozwojowych firmy, charakteryzować się większą mocą i zapewniać dodatkowy zapas sprężonego powietrza.

Pomiary podstawą doboru mocy sprężarki

Przede wszystkim moc sprężarki powinna być tak dobrana, aby urządzenie mogło pracować prawie bezustannie, ale jednocześnie charakteryzować się ekonomicznością. Nim jednak określimy ten zakres to wskazane jest zainwestowanie w kompletny audyt instalacji sprężonego powietrza albo w dokonanie pomiarów przepływu i ciśnienia.

Kompletny audyt sprężonego powietrza określi wszystkie istniejące problemy w sieci i w efekcie pozwoli usunąć wycieki, ograniczy zapotrzebowanie na sprężone powietrze i wyrówna ciśnienie. Jest to inwestycja nieznacznej wartości w porównaniu z oszczędnościami, które wystąpią po spełnieniu wniosków pokontrolnych. Proces ten pomoże również określić minimalną, niezbędną moc sprężarki.

Za to sam pomiar przepływu i ciśnienia pomoże określić wielkość sprężarki, ale nie zapewni potencjalnych oszczędności wynikających z korekcji instalacji sprężonego powietrza.

Dlaczego sprężarka powinna pracować w sposób ciągły?

Sprężarka, która pracuje okresowo, nie osiąga wymaganej temperatury roboczej. Woda/para wodna zawarta w zasysanym powietrzu dostaje się do sprężarki. Jeżeli sprężarka pracuje w obszarze niedogrzania, to woda będzie gromadzić się na zaworach, kolankach, złączach itp. Spowoduje to w przyszłości problemy techniczne, takie jak rdzawe naloty zmniejszające przekroje, nieprawidłową pracę zaworów, wewnętrzne nieszczelności i w efekcie mniejszą dostępność sprężonego powietrza lub zwiększony pobór energii elektrycznej.

Jak dobrać moc sprężarki?

Dobór prawidłowej wielkości sprężarki powinien uwzględniać zapotrzebowanie na sprężone powietrze i wymagane ciśnienie.

Jeżeli zapotrzebowanie na sprężone powietrze jest stabilne to najlepszym rozwiązaniem będzie sprężarka stałoobrotowa w odpowiedniej wersji ciśnieniowej i wydajności na poziomie 90-95% zapotrzebowania.

Mając określone wymagane ciśnienie robocze należy jeszcze zweryfikować, jaka wydajność będzie wystarczająca. Będzie się ona różnić w zależności od producenta i modelu sprężarki. 

W poniższej tabeli pokazujemy różnice w wydajności dla sprężarek o tej samej mocy znamionowej silnika wynoszącej 45kW i ciśnieniu roboczym 10 bar.

Rodzaj sprężarkiŁopatkowaŚrubowa
ProducentHydrovaneChampionGardner DenverGardner Denver
ModelHV45FM45ESM45ESM45e
Ciśnienie robocze bar10
Wydajność m3/min6,546,757,007,54

Jeśli posiadamy zmienne zapotrzebowanie na sprężone powietrze, to najlepszym rozwiązaniem będzie sprężarka zmiennoobrotowa z ustawionym wymaganym ciśnieniem roboczym. W miarę zmiany zapotrzebowania sprężarka będzie zmieniać swoją wydajność dzięki dostosowaniu prędkości obrotowej. Należy jednak odpowiednio dobrać moc sprężarki, aby pracowała większość czasu w obszarze ekonomicznej pracy.

obszar-ekonomicznej-pracy-ok

Gdyby sprężarka pracowała w sposób ciągły poza tym obszarem to jej pobór energii elektrycznej byłby większy niż pobór energii przez sprężarkę stałoobrotową i tym samym wynik ekonomiczny przedsiębiorstwa byłby gorszy.

Jak widać z powyższych przykładów dobór mocy sprężarki do instalacji nie jest takim trudnym zadaniem jakby mogło się wydawać, ale też bez odpowiedniej wiedzy po stronie odbioru sprężonego powietrza trudno dobrać najbardziej optymalne rozwiązanie skutkujące niskim poborem energii elektrycznej. A co stałoby się gdyby udało się w miarę upływu czasu obniżyć ciśnienie w sieci o 1 bar? W przypadku instalacji zasilanej kilkoma sprężarkami może dojść do wyłączenia jednej z nich. Może też dojść do sytuacji, w której sprężarki zaczną pracować z niekorzystnymi parametrami energetycznymi, bo będą za wydajne w stosunku do zapotrzebowania na sprężone powietrze. Z tego powodu wskazane jest, aby w procesie doboru sprężarki uczestniczył handlowiec z odpowiednią wiedzą i doświadczeniem.