12 sierpnia 2024
Podnosimy obroty wirówek dzięki zrównoważonemu rozwojowi
Podczas prac rozwojowych nad wirówkami liczą się każda kropla i każda kilowatogodzina. GEA buduje wirówki już od ponad130 lat – każdego dnia dopracowując swoje technologie. Właśnie tym zajmują się Jürgen Mackel, wiceprezes ds. linii separatorów w GEA, oraz Christian Becker, kierownik produktu odpowiedzialny za ofertę wirówek mleczarskich – konsekwentnie wymyślają nowe rozwiązania zgodne z duchem nowych technologii, aktualnych warunków rynkowych oraz wszystkich aspektów zrównoważonego rozwoju. Czytaj dalej i dowiedz się, co sztuka inżynierii spod znaku GEA może zaoferować zakładom z wielu różnych sektorów na świecie.
Christian Becker oraz Jürgen Mackel odkrywają nawet ukryte możliwości optymalizacji w każdego rodzaju wirówce.
Ważna rola dociekliwości i optymalizacji
GEA chętnie podąża każdą drogą do sukcesu. A gdy jest wyboista, tylko mobilizuje nas to do działania. „Poprawianie wydajności i oszczędzanie zasobów nie jest dla nas celem samym w sobie, są to raczej działania wpisane w DNA naszej firmy” — mówi Mackel. „Od zawsze dążymy do notowania lepszych wyników i budowania wydajniejszych maszyn, aby wolniej się zużywały i wymagały rzadszej konserwacji, nie wspominając o niższym zużyciu prądu i wody”.
Chociaż z czasem zrównoważony rozwój staje się coraz ważniejszy. „Dlatego wszystkie istotne parametry poddajemy uważnej analizie, całemu cyklowi życia przyglądamy się z perspektywy zrównoważonego rozwoju oraz w zupełnie nowy sposób myślimy o designie” — dodaje.
Becker rozwija tę myśl: „Najpierw zawsze stawiamy pytania, które dzisiaj bardziej niż kiedykolwiek wcześniej krążą wokół tematów zrównoważonego rozwoju oraz oszczędności. Dlaczego korzystanie z wirówek jest tak drogie? W jakich warunkach energia jest zużywana niewydajnie? Jak zaoszczędzić wodę i środek do czyszczenia w obiegu zamkniętym (CIP)? Następnie oceniamy operacyjne i techniczne możliwości zmniejszenia zużycia”.
Różni się to od wcześniej stosowanych schematów. „W przeszłości, gdy chcieliśmy zbudować nowe urządzenie, ładowaliśmy w nie więcej mocy — zazwyczaj w formie większej szybkości — przy zachowaniu jak najmniejszej średnicy bębna” — wyjaśnia Mackel. „Większa moc i wyższa szybkość pozwalają obniżyć CAPEX, tzn. nakłady inwestycyjne, ale wyższy pobór prądu podnosi koszty operacyjne, czyli wskaźnik o nazwie OPEX”.
Wcześniej cena energii nie była wielkim problemem, ale kilka lat temu uległo to zmianie. Dzisiaj sytuacja wygląda zgoła inaczej. „Teraz myślimy na odwrót, projektujemy bębny o większej średnicy i budujemy urządzenia działające wolniej — z o 10% mniejszą szybkością, co przekłada się na 20% niższe zużycie energii” — mówi. „Dzieje się tak dlatego, że klienci koncentrują się na kilowatogodzinach — szczególnie istotnych w ujęciu kosztowym”.
To samo dotyczy koncepcji napędów, narażonych na różne straty wydajnościowe. Napęd bezpośredni GEA sprawia, że straty te można zredukować do minimum. Koncepcje te nie wymagają też dużej konserwacji i pozwalają zaoszczędzić miejsce, a jednocześnie są dostosowane do dużych silników. W przeszłości inżynierowie na piedestale stawiali produkt — wyższy uzysk i lepszą jakość. Dzisiaj czynniki te często schodzą na dalszy plan. „Coraz bardziej szczegółowo badamy, ile energii i wody zużywa urządzenie przez cały okres eksploatacji” — mówi Mackel. Wcześniej woda kontrolna była dozowana przez siedem sekund, natomiast dzisiaj wystarczają na to tylko dwie sekundy. Dolanie jej w całości robi wielką różnicę.
Znaczenie mają też oczywiście parametry produkcyjne samej GEA. Celem jest zużywanie jak najmniejszej energii w sposób pośredni i bezpośredni oraz wykorzystywanie minimalnej ilości materiałów na produkcję. Mackel opisuje to w szerszym kontekście: „Należy jednak wspomnieć, że nasze wewnętrzne oszczędności stanowią raptem ułamek tego, co zaoszczędzi klient użytkujący maszynę przez okres od 20 do 40 lat”.
Ślad węglowy dla 150 000 urządzeń
Energia, woda i materiały — te parametry należy precyzyjnie mierzyć i rejestrować w ramach procesu udoskonalania. Każdego roku szacujemy te parametry dla wszystkich sprzedanych urządzeń, łącznie jest to około 150 000 sztuk. „Znamy poziomy wydajności wszystkich zainstalowanych silników, obszary zastosowań oraz przewidywane cykle operacyjne” — wyjaśnia Mackel. Na podstawie tych danych można ustalić liczbę kilowatogodzin zużywanych przez każdą maszynę w skali roku. (Jedna kilowatogodzina, w zależności od kraju i regionu, oznacza emisję nawet 0,9 kg CO2).
Oczywiście nie wszystkie formy elektryczności są takie same. Klienci używający zielonej energii pozyskiwanej z elektrowni wodnych lub farm wiatrowych mają zdecydowanie inny bilans energetyczny niż podmioty bazujące na paliwach kopalnych. Samo urządzenie można też przeanalizować pod kątem poszczególnych części przeznaczonych do recyklingu. „Myślimy w kategoriach surowców, a nie strat — zgodnie z duchem gospodarki o obiegu zamkniętym” — dodaje Mackel. „Duże bębny w wirówkach mogą działać sprawnie nawet przez 30 lat. Po zakończeniu cyklu użytkowania urządzenia niektóre komponenty są przetapiane i powtórnie wykorzystywane w procesie”.
Aby zoptymalizować zużycie wody i energii przez nasze wirówki przeanalizowano i poprawiono niektóre punkty krytyczne.
Brak strat, taki jest cel
Do zasilania wirówek wykorzystywana jest woda, jeden z najcenniejszych zasobów na świecie. Większość wody jest pobierana albo na potrzeby chłodzenia — silnika i produktu w celu zabezpieczenia go przed ciepłem tarcia — albo jako woda kontrolna wykorzystywana w procesie odprowadzania. Ponieważ wirówki często są opróżniane — czasami co dwie, trzy minuty — zaoszczędzić można duże ilości wody. Kiedyś woda kontrolna była dozowana przez siedem sekund, ale teraz wystarczają na to dwie sekundy, a jedna sekunda dozowania wody kontrolnej odpowiada około jednemu litrowi wody — mówi Jürgen Mackel. „Obecnie pracujemy nad rozwiązaniami, dzięki którym dowiemy się, jak wykorzystać wodę chłodzącą – podgrzaną z 20 do 40 stopni – na innym etapie procesu. Średnio jest to ponad 150 litrów na godzinę. Woda wcześniej kończyła w kanalizacji, ale teraz jest wykorzystywana nie tylko do mycia dłoni — można ją również bezpiecznie pić, ponieważ używamy systemów w obiegu zamkniętym”.
Pobór prądu przez wirówkę jest równie ważny. Opracowaliśmy tu dwa systemy oszczędzania energii: EngySpeed, stosowany w wirówkach o większej średnicy i niższych prędkościach, a także EngyVac, czyli system oparty na podciśnieniu pomiędzy bębnem a obudową. Niezależnie od tego, czy urządzenie jest mniejsze i obraca się szybko, czy też większe i obraca się wolniej, obszar oczyszczania, przepustowość oraz wydajność separacji pozostają takie same dzięki Engy Speed. „Na tarcie większy wpływ ma szybkość niż średnica” — wyjaśnia Meckel. „Sprawdzone i przetestowane metody oszczędzania energii zakładają zmniejszanie szybkości do jednej czwartej wartości w małych urządzeniach wysokoobrotowych”.
Ale jak szybko większa średnica bębna spłaca się pod względem oszczędności energetycznych? W typowym przykładzie z sektora mleczarskiego, zakładającym średni czas pracy rzędu 6000 godzin rocznie, przepustowość 25 000 l/godz. i szacowaną cenę prądu na poziomie 30 centów/KWh większy system, dzięki zaoszczędzonej energii, spłaci się w 2,6 roku. „Jedną ważną zaletą w porównaniu do urządzeń podciśnieniowych jest fakt, że nie ma potrzeby instalacji żadnej dodatkowej jednostki zasilającej” — mówi Becker. „Innymi słowy klienci otrzymują normalne urządzenie i schemat serwisowy dostosowany do większej maszyny, a poniesione na takie rozwiązanie koszty są zbliżone do nakładów na mniejsze urządzenie”. Większe urządzenie z systemem EngySpeed obraca się wolniej w związku z czym w przypadku niektórych podzespołów interwały serwisowe są dłuższe. Jest to wyjątkowo ważne w przemyśle mleczarskim, w którym zawiera się kontrakty z obowiązkiem dostawy mleka.
W typowym przykładzie z sektora mleczarskiego, zakładającym średni czas pracy rzędu 6000 godzin rocznie, przepustowość 25 000 l/godz. i szacowaną cenę prądu na poziomie 30 centów/KWh większy system, dzięki zaoszczędzonej energii, spłaci się w 2,6 roku.
Rozwiązanie EngyVac jest zazwyczaj stosowane w seriach największych produktów i wirówkach o wyższym zakresie mocy, kiedy zmniejszanie szybkości nie jest możliwe. W tym przypadku amortyzacja nie jest kluczowym czynnikiem podczas inwestowania we właściwy sprzęt. Większą rolę często odgrywa natomiast zgodność z wymogami regulacyjnymi dotyczącymi oszczędności energetycznych i realizacji celów zrównoważonego rozwoju.
CIP — drugoplanowa rola z autentycznym potencjałem poprawy
Kolejnym pomysłem jest oczyszczanie środków czyszczących, płynów CIP, za pomocą odstojnika – aby usunąć cząstki stałe w celu ponownego użycia danego środka. Kierownik produktu wie o tym z doświadczenia: „Zwłaszcza w sektorze mleczarskim obserwujemy przypadki, kiedy tuziny ton płynów CIP lądują w kanalizacji” — mówi Becker. Odstojnik GEA CIPClean obniża oddziaływanie na środowisko, zmniejsza pobór wody oraz ogranicza ilość energii potrzebnej do przetwarzania świeżego środka do czyszczenia w obiegu zamkniętym. Odzyskany płyn CIP utrzymuje ciepło resztkowe.
Moc szybkości oraz inne zmienne parametry
W pewnym punkcie projektanci docierają do swoich limitów. Wtedy do gry wchodzą rozwiązania z zakresu inteligentnej automatyzacji — takie jak InsightPartner Separation. „Automatyzacja jest nowym kluczem do oszczędności: zapewnia doskonałą wydajność, kiedy jest potrzebna” — mówi Becker. „Do tego dochodzi proaktywna usługa przygotowywania obliczeń predykcyjnych w celu zapewnienia maksymalnej dostępności produkcyjnej”.
Interesującym tematem są również zbierające dane czujniki, które pomagają sterować wirówkami. „Lubimy też odkrywać nowe terytoria pod względem możliwości konstrukcyjnych i projektowych, dzięki czemu nasza praca w GEA jest tak ekscytująca” — przyznaje Becker. „Wirówki projektujemy i udoskonalamy już od ponad 130 lat. Mało tego, planujemy to robić przez kolejne 130 lat. Bo stale zachowujemy ciekawość”.
Jest oczywiste, że w GEA nic nie zostawiamy przypadkowi. „Innowacyjne zarządzanie firmą pozwala też rozwijać innowacyjną społeczność” — dodaje Mackel. „Wkład w innowacyjność jest obowiązkiem każdego pracownika, a podejście takie może i powinno być źródłem zabawy”.
