Memecahkan masalah sistem udara terkompresi

Sebagian besar fasilitas tidak memprioritaskan biaya pengoperasian sistem udara terkompresi – mereka hanya ingin menyelesaikan pekerjaan. Sebuah studi pasar baru-baru ini ¹ menemukan bahwa hanya 17 persen pengguna udara bertekanan yang menghargai efisiensi sebagai tujuan manajemen sistem udara bertekanan. Sembilan persen khawatir dengan pembatasan biaya energi.

Tujuh puluh satu persen hanya ingin memberikan pasokan udara yang konsisten dan andal.

Pakar udara bertekanan telah memperhatikan bahwa banyak personel toko berperilaku seolah-olah udara bertekanan bebas, menggunakannya untuk mengeluarkan minyak berlebih dari bagian-bagian mesin, serbuk gergaji dari perangkat pertukangan, debu dari lantai, dll. Pada kenyataannya, menyalurkan udara bertekanan membutuhkan peralatan yang mahal. yang mengkonsumsi listrik dalam jumlah besar dan membutuhkan perawatan yang substansial.

Biaya awal untuk kompresor 100 tenaga kuda dapat berkisar dari $30.000 hingga $50.000, dan dapat menghabiskan $50.000 dalam listrik setiap tahun. Pada saat yang sama, biaya pemeliharaan tahunan dapat mencapai 10 persen dari biaya awal sistem. ² Namun, sumber yang sama melaporkan, “Banyak fasilitas tidak tahu berapa biaya sistem udara bertekanan mereka setiap tahun atau berapa banyak uang yang dapat mereka hemat dengan meningkatkan kinerja sistem ini.”

Oleh karena itu, bagi banyak fasilitas, meningkatkan efisiensi udara terkompresi adalah peluang emas yang diabaikan untuk tidak hanya menghemat uang dalam biaya energi, tetapi juga untuk mencapai pasokan udara terkompresi yang bahkan lebih andal.

Gambar 1.

Pertama, kenali sistem Anda
Dalam meningkatkan efisiensi sistem udara terkompresi, penting untuk melihat sistem Anda sebagai sebuah sistem. Ketika Anda mengubah satu hal dalam sistem, perubahan itu memengaruhi yang lainnya. Misalnya, memperbaiki kebocoran akan meningkatkan tekanan dalam sistem, membuat kebocoran lain yang lebih kecil menjadi lebih besar. Jadi, memperbaiki kebocoran dan menghilangkan kasus lain yang disebut permintaan buatan (penggunaan udara tidak produktif) bukanlah solusi yang lengkap dengan sendirinya. Menurunkan permintaan buatan harus disesuaikan dengan strategi untuk meningkatkan penggunaan energi dan meningkatkan sistem kontrol Anda. Langkah pertama adalah mengetahui sistem Anda, persyaratannya, dan bagaimana persyaratan tersebut dapat disesuaikan untuk penghematan energi.

Tentukan biaya operasi Anda
Biaya utama pengoperasian sistem udara tekan adalah pemeliharaan dan daya. Biaya pemeliharaan dapat ditentukan dari sistem manajemen aset Anda atau dengan mengaudit pembayaran ke kontraktor layanan sistem udara bertekanan, jika Anda menggunakannya.

Opsi untuk menentukan biaya listrik sistem Anda:

• Hitung operasi yang berjalan pada beban penuh, menggunakan peringkat pelat nama motor kompresor (dalam daya break horsepower), efisiensi pelat nama motor (atau perkiraan), jam operasi tahunan, dan biaya listrik per kilowatt-jam. Biaya listrik tahunan adalah produk dari keempat variabel ini ³
• Lebih tepatnya menentukan konsumsi listrik beban penuh dan, selanjutnya, biaya energi dengan menggunakan meteran penjepit atau multimeter untuk mengukur arus dan tegangan ke kompresor pada beban penuh
• Gunakan pencatat daya untuk menentukan penggunaan daya nyata dalam kilowatt dan uji faktor daya

Tentukan persyaratan permintaan
Perkirakan profil beban udara terkompresi Anda dalam hal bagaimana permintaan dalam kaki kubik per menit berubah dari waktu ke waktu. Fasilitas dengan kebutuhan beban yang bervariasi sering kali dapat memanfaatkan strategi kontrol lanjutan, sementara fasilitas dengan periode permintaan yang relatif singkat dapat memanfaatkan opsi penyimpanan udara.

Untuk menetapkan profil beban, ukur aliran dan tekanan di seluruh sistem dalam kondisi permintaan yang berbeda. Perhatikan pengaruh berbagai pembebanan pada kompresor. Variasi yang signifikan dalam persyaratan operasional mungkin memerlukan pemantauan satu hari atau lebih. Anda dapat menggunakan pencatat data untuk mengumpulkan dan menyimpan profil permintaan dan profil konsumsi daya. Ini akan menunjukkan kepada Anda kapan dan mengapa permintaan puncak dan minimal terjadi.

Rekam tekanan sistem
Gunakan pengukur tekanan, pengukur tekanan/aliran udara, atau modul tekanan yang dipasang pada multimeter digital untuk melakukan pengukuran di berbagai titik dalam sistem:

• Saluran masuk kompresor (pada filter saluran masuk)
• Pada sistem pelumasan, perbedaan di separator udara/pelumas
• Inter-tahap pada kompresor multitahap
• Perbedaan tekanan di berbagai komponen (mis., aftercooler, pengering, filter, dll.)

Rekam alur sistem
Gunakan pengukur aliran udara/tekanan genggam atau pengukur aliran massa untuk mengukur aliran total di berbagai tempat dalam sistem dan selama shift yang berbeda.

• Tentukan konsumsi udara selama operasi
• Tetapkan tolok ukur untuk mengukur peningkatan terhadap
• Perkirakan beban kebocoran selama non-produksi

Mencatat suhu sistem
Gunakan suhu untuk mengevaluasi kesehatan sistem. Secara umum, peralatan yang bekerja lebih panas dari yang diharapkan tidak bekerja secara optimal dan perlu diservis. Untuk efisiensi maksimum, gunakan termometer inframerah untuk merekam suhu permukaan komponen berikut:

• Temperatur outlet aftercooler – tindakan perbaikan mungkin diperlukan jika udara outlet aftercooler melebihi suhu inlet maksimum 100 derajat Fahrenheit
• Temperatur udara keluar dari kompresor putar berpelumas. Pengoperasian normal memerlukan suhu kurang dari 200 derajat F
• Suhu udara masuk pada kompresor

Ambil pendekatan sistem untuk peningkatan
Tiga strategi dasar untuk meningkatkan kinerja sistem udara tekan industri adalah menurunkan permintaan buatan, meningkatkan strategi pengendalian, dan meningkatkan penggunaan energi. Ingatlah bahwa kemajuan di satu bidang kemungkinan akan memengaruhi dua bidang lainnya, sehingga ini menjadi proses yang berkelanjutan.

Menurunkan permintaan buatan berarti memperbaiki kebocoran dan menemukan berbagai cara untuk melakukan tugas yang membuang udara terkompresi. Amati praktik lantai bengkel dan lihat, misalnya, penggunaan udara sistem untuk membersihkan suku cadang dan peralatan. Kemudian, beri tahu personel bahwa udara bertekanan tidak gratis.

Langkah pertama dalam pengendalian kebocoran adalah memperkirakan beban kebocoran. Beberapa kebocoran (kurang dari 10 persen dari kapasitas dan daya) diperkirakan akan terjadi, tetapi kebocoran 20 hingga 30 persen adalah hal biasa dan pemborosan yang tidak perlu. Tentukan beban kebocoran sebagai tolok ukur untuk membandingkan peningkatan.

Karena sistem kontrol bervariasi, begitu juga metode untuk memperkirakan beban kebocoran. Jika milik Anda adalah sistem dengan kontrol start/stop, cukup nyalakan kompresor Anda saat tidak ada permintaan pada sistem (di antara shift, atau selama off-shift jika operasi Anda tidak 24/7). Lakukan beberapa pembacaan untuk menentukan waktu rata-rata untuk membongkar sistem yang dimuat karena kebocoran.

Kebocoran (%) =(T x 100) (T + t), dimana

T =waktu muat (menit), dan
t =waktu muat (menit)

Dalam sistem dengan strategi kontrol yang lebih kompleks, tempatkan pengukur tekanan di bagian hilir penerima dan perkirakan volume sistem (V, dalam kaki kubik), termasuk semua penerima sekunder, listrik, dan pemipaan. Sekali lagi, tanpa tuntutan kecuali kebocoran pada sistem, naikkan sistem ke tekanan operasi normal (P₁ , dalam psi). Pilih tekanan kedua (P₂ , sekitar setengah dari nilai P₁ ) dan ukur waktu (T, dalam menit) yang diperlukan sistem untuk turun ke P₂ .

Kebocoran (cfm udara bebas) =​​[(V x (P1 – P2) (T x 14,7)] x 1,25

Pengganda 1,25 mengoreksi kebocoran ke tekanan sistem normal, sehingga mengurangi kebocoran dengan penurunan tekanan sistem.

Setelah Anda memiliki patokan ini, Anda dapat menemukan dan memperbaiki kebocoran dengan menggunakan detektor kebocoran ultrasonik yang mengenali desis frekuensi tinggi yang terkait dengan kebocoran udara. Metode pendeteksian ini lebih cepat dan tidak terlalu berantakan dibandingkan dengan cara lama mengoleskan air sabun dengan kuas ke area yang dicurigai.

Area kebocoran yang paling umum adalah pada titik penggunaan. Berikan perhatian khusus pada kopling, selang, tabung, alat kelengkapan, sambungan pipa berulir, pemutusan cepat, FRL (kombinasi filter, regulator, pelumas), perangkap kondensat, katup, flensa, dan pengepakan.

Meningkatkan strategi kontrol, termasuk menambahkan komponen seperti ekspander permintaan (pengontrol tekanan/aliran), harus dilakukan bersamaan dengan pengendalian kebocoran dan permintaan buatan lainnya.

Tujuannya adalah untuk menyediakan pabrik dengan udara terkompresi pada tekanan stabil terendah sambil mendukung permintaan tak terduga dengan penyimpanan udara bertekanan tinggi yang memadai. Mengisi kembali udara yang disimpan harus menggunakan tenaga kuda kompresor yang minimal.

Pantau penggunaan kompresor dan cari:

• Kompresor berjalan sia-sia;
• Kompresor, selain kompresor trim, bekerja dengan beban kurang dari penuh;
• Operasi yang gagal mempertahankan tekanan rata-rata yang relatif rendah; dan
• Operasi yang terkadang menghasilkan kurang dari persyaratan sistem minimum.

Melalui perbaikan kebocoran dan strategi pengendalian yang ditingkatkan, Anda mungkin dapat menghilangkan satu atau lebih kompresor besar (dalam sistem multi-kompresor), secara signifikan mengurangi penggunaan energi. Anda juga dapat menambahkan kembali

kompresor kecil untuk menjaga sistem tetap terisi daya selama permintaan rendah dan menghilangkan inefisiensi kompresor besar yang beroperasi kurang dari beban penuh. Meningkatkan penggunaan energi melibatkan peningkatan efisiensi peralatan pada sisi penawaran dan permintaan sistem. Efisiensi seluruh sistem bergantung pada pemilihan yang tepat, pemasangan yang benar, dan perawatan yang ketat dari setiap komponen.

Di sisi penawaran, pertimbangkan komponen berikut:

• Penggerak utama kompresor Anda
• Kontrol kompresor
• Peralatan perawatan udara
• Pengering
• Filter
• Penerima
• Kapal penyimpanan

Selain itu, mudah untuk mengabaikan cara tangki udara menangani akumulasi kondensat. Beberapa hanya membiarkan air terisi, mengurangi kapasitas dan mempertaruhkan kerusakan sistem. Yang lain memiliki sistem otomatis lama yang membuka katup berdasarkan waktu, apakah itu perlu atau tidak. Ini pada dasarnya adalah kebocoran; solusi yang lebih baik adalah katup yang hanya terbuka saat dibutuhkan dan menutup segera setelah air dikeluarkan.

Terakhir, ukuran dan tata seluruh sistem sehingga penurunan tekanan total dari kompresor ke titik penggunaan secara signifikan kurang dari 10 persen tekanan pada pelepasan kompresor.

Di sisi permintaan, perhatikan komponen berikut:

• Pemisah kondensat/pelumas
• Pemisah udara/pelumas
• Sistem pemulihan panas
• Sistem tempat penggunaan

Mengikat kinerja sistem dengan produksi
Pada akhirnya, peningkatan produktivitas adalah ukuran akhir keberhasilan. Menggunakan strategi yang dijelaskan di sini, secara berkala mengkorelasikan temuan seperti keluaran sistem (kaki kubik per menit pada psig) dan konsumsi energi (kilowatt jam) ke unit produksi. Secara umum, mengharapkan perbaikan menyebabkan penggunaan energi berkurang kecuali produksi meningkat seiring dengan peningkatan beban udara tekan yang sesuai. Jika produksi tidak meningkat saat tekanan meningkat, sesuaikan kontrol sesuai kebutuhan.

Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi situs Web Fluke Corporation di www.fluke.com.

Catatan

¹ Lihat “Lampiran D” tentang Meningkatkan Kinerja Sistem Udara Terkompresi:Buku Sumber untuk Industri online di http://www.compressedairchallenge.org/library/index.html#Sourcebook. Studi yang ditugaskan oleh Departemen Energi AS (DOE) dengan dukungan teknis dari Compressed Air Challenge (CAC).

² Meningkatkan Kinerja Sistem Udara Terkompresi:Buku Sumber untuk Industri:Bagian 12, “Ekonomi Sistem Udara Terkompresi dan Proyek Penjualan kepada Manajemen,” hlm. 69.

³ Lihat Ibid., Bagian 10, “Baselining Sistem Udara Terkompresi,” hal. 61. dan juga Bagian 11, “Menentukan Kebutuhan Analisis Sistem Udara Terkompresi Anda.”

Mengukur Biaya Energi
Di fasilitas industri khas A.S., menghasilkan udara bertekanan menghabiskan sekitar 10 persen dari total tagihan listrik. Dalam beberapa kasus, ini lebih dari 30 persen, dengan perkiraan biaya 18 hingga 30 sen per 1.000 kaki kubik udara.

Sementara itu, efisiensi sistem udara tekan bisa serendah 10 persen. Misalnya, mengoperasikan motor udara satu tenaga kuda pada 100 psig memerlukan pasokan 7 atau 8 tenaga kuda ke kompresor udara.

Berikut cara menghitung biaya dolar dari udara terkompresi:

Biaya = (bhp x 0,746 x jam operasi x $/kWh x % waktu pengoperasian x % bhp beban penuh) , efisiensi motor,

dimana

bhp =tenaga kuda beban penuh motor, seringkali lebih tinggi dari tenaga kuda pelat nama motor,

0,746 =faktor konversi antara tenaga kuda dan kilowatt,

persen waktu berjalan =persentase waktu kompresor berjalan pada tingkat operasinya,

persen bhp muatan penuh =bhp sebagai persentase bhp beban penuh pada tingkat pengoperasian dan

efisiensi motor =efisiensi motor pada tingkat operasi

Misalkan fasilitas manufaktur memiliki kompresor 200 tenaga kuda yang membutuhkan 215 bhp dan beroperasi selama 6.800 jam per tahun. Jika terisi penuh 85 persen dari waktu (efisiensi motor =0,95), tanpa beban sisa waktu (25 persen bhp beban penuh dan efisiensi motor =0,90) dan tingkat listrik agregat adalah $0,05/kWh, maka

Biaya saat terisi penuh =(215 bhp x 0,746 x 6800 jam x $0,05/kWh x 0,85 x 1,0), 0,95 =$48,792 ,

Biaya saat diturunkan =215 bhp x 0,746 x 6800 jam x $0,05/kWh x 0,15 x 0,25), 0,90 =$2.272 dan

Biaya energi tahunan =$48.792 + $2,272 =$51.064 .

Sumber:U.S. DOE Compressed Air Tip Sheet #1, “Tentukan Biaya Udara Terkompresi untuk Pabrik Anda,” Agustus 2004.