Jak obliczyć zapotrzebowanie na sprężone powietrze?

Przede wszystkim warto wiedzieć, że im wyższa dokładność pomiaru zapotrzebowania na sprężone powietrze, tym wyższy koszt jego wykonania. Zwróćmy uwagę na te dwie metody pomiarowe:

• określenie zużycia sprężonego powietrza przepływomierzem,
• zliczenie poboru wszystkich odbiorników sprężonego powietrza wraz z uwzględnieniem jednoczesności ich pracy.

Określenie zapotrzebowania na sprężone powietrze przepływomierzem

W tym przypadku określenie zużycia sprężonego powietrza wiąże się z inwestycją w przepływomierz albo w usługę wykonania pomiarów przepływów. Z reguły podczas takich pomiarów mierzy się też zmienność ciśnienia. Jeżeli wyniki pomiarów będą dalej analizowane, a instalacja sprężonego powietrza modernizowana i uszczelniana, to na pewno będzie to inwestycja, a nie jednostkowy koszt. Określenie przepływu sprężonego powietrza będzie punktem wyjściowym w celu zmniejszenia przepływów (eliminacja wycieków) albo ciśnienia (redukcja kosztów energii elektrycznej). Ta metoda polecana jest w dużych zakładach produkcyjnych o skomplikowanym przebiegu instalacji i dużej ilości odbiorników pneumatycznych.

Obliczanie zapotrzebowania na sprężone powietrze poprzez zliczenie jednostkowych poborów

W tym przypadku obliczanie zapotrzebowania na sprężone powietrze wiąże się z dodatkową pracą. Należy zgromadzić dokumentację wszystkich odbiorników pneumatycznych, zweryfikować ich pobory sprężonego powietrza, przeliczyć je na pobory przy istniejącym ciśnieniu w sieci, a dodatkowo przemyśleć model ich wykorzystania. Część odbiorników może pracować w sposób ciągły, a część tylko okresowy. Należy uwzględnić współczynnik jednoczesności czasu pracy wszystkich urządzeń i po kilku godzinach pracy mamy w miarę dokładne obliczenia. Ta metoda wykorzystywana jest w mniejszych zakładach produkcyjnych.

Obliczanie zapotrzebowania na sprężone powietrze poprzez pomiar czasu obniżenia ciśnienia w zbiorniku

Jest jeszcze jedna metoda obliczania zapotrzebowania na sprężone powietrze. Najprostsza, choć może być czasochłonna. Dokładność tej metody zależy od ilości pomiarów niezbędnych do obliczeń, a do ich wykonania wystarczy tylko stoper.

Na początku trzeba określić wielkość posiadanego zbiornika buforowego w m3 (1000 litrów to 1m3). Można też określić wielkość, a właściwie pojemność instalacji pomiędzy sprężarką i zbiornikiem, bo zwiększa ona pojemność samego zbiornika. W przypadku małych średnic instalacji i niewielkiej odległości do zbiornika, pojemność tą można pominąć, jako stanowiącą prawdopodobnie ułamek całkowitej pojemności.

Następnym krokiem jest zweryfikowanie ciśnienia załączania i wyłączania kompresora. Dla ułatwienia pomiarów warto ustawić na kompresorze różnicę ciśnień wynoszącą 1 bar. Przykładowo: ciśnienie włączania kompresora wynoszące 9 bar i ciśnienie wyłączania kompresora wynoszące 10 bar, natomiast pomiar rzeczywistego ciśnienia powinien odbywać się na zbiorniku.

Potem trzeba tylko poczekać, aż kompresor nabije zbiornik sprężonym powietrzem i się wyłączy, albo przejdzie w stan odciążenia (silnik pracuje, sprężarka nie tłoczy powietrza). Moment, w którym to następi, jest początkiem okresu pomiarowego. Włączamy stoper i czekamy do momentu, aż kompresor włączy się ponownie i zacznie tłoczyć powietrze do instalacji.

To, co zmierzyliśmy w tym procesie, to wypływ objętości powietrza zgromadzonego w zbiorniku sprężonego powietrza podczas spadku ciśnienia o 1 bar w określonym czasie. Jeżeli był to zbiornik o objętości 5m3 i ciśnienie spadło o 1 bar w czasie np. 80 sekund, to zapotrzebowanie na sprężone powietrze w zakładzie wyniosło 5m3 / 80s = 0,0625 m3/s  * 60s = 3,75 m3/min.

Obliczanie zapotrzebowania na sprężone powietrze jest zgodne ze wzorem:

                              V * (p górne – p dolne)

Zapotrzebowanie = —————————– * 60                     (m/min)

                                             t * p atm

gdzie:

V – objętość zbiornika (m3)

P górne – ciśnienie wyłączania kompresora mierzone na zbiorniku (bar)

P dolne – ciśnienie włączania kompresora mierzone na zbiorniku (bar)

t – czas (sekundy)

p atm – ciśnienie normalne = 1,01325 (bar)

Jeżeli nie ma możliwości ustawienia ciśnień w sprężarce tak, by spadek ciśnienia na zbiorniku wyniósł 1 bar, to można podstawić do wzoru rzeczywiste wartości i wynik również będzie prawidłowy.

Teraz trzeba jeszcze powtórzyć pomiary kilka razy tak, by obliczyć zapotrzebowanie na sprężone powietrze w różnych stopniach poboru sprężonego powietrza. Dzięki wielokrotności pomiarów w odpowiednich momentach otrzymamy minimalny i maksymalny pobór powietrza.

Na ile dokładna jest taka metoda?

Powietrze w zbiorniku traktujemy jak gaz doskonały ulegający przemianie politropowej. Przy zwiększaniu ciśnienia i przy jego zmniejszaniu zakładamy, że temperatura w zbiorniku jest stała.

Odchylenia są tak małe, że dla uproszczenia obliczeń mogą być pomijalne.

Kiedy stosować taką metodę?

Metoda określa w przybliżeniu zapotrzebowanie na sprężone powietrze, a jej zastosowanie nie wymaga dużych nakładów i środków. Jednocześnie jest prosta w zastosowaniu, więc powinna być stosowana głównie do szacunków i określania skali problemu związanego ze sprężonym powietrzem, np. do określenia poziomu nieszczelności w weekend, gdy zakład nie pracuje albo do zweryfikowania czy coś nie zmieniło się w standardowym poborze sprężonego powietrza. Każde odstępstwo od historycznie przeprowadzonych obliczeń zapotrzebowania na sprężone powietrze może być sygnałem do rozpoczęcia wnikliwej analizy.

Potrzebujesz pomocy w określeniu, gdzie występuje problem w twojej instalacji sprężonego powietrza? Napisz do nas: sprezarki@techem.com.pl