Minimering af omkostninger, mens man arbejder så miljøvenligt som muligt – dette er grundlæggende krav til enhver produktion i dag.
Energiforbrug spiller altid en nøglerolle i den omkostningseffektive/miljømæssige balance. Dette er især tilfældet, når der planlægges eller kræves ISO 50001-certificering af energistyring. Jo mere effektiv energien bruges, jo hurtigere er de specificerede grundlæggende krav opfyldt.
Vakuumteknologi anvendes i stigende grad i adskillige industrielle pakke- og fødevareprocesser, hvor energieffektivitet har en stor effekt på virksomhedens samlede energibalance. Denne artikel vil i to dele giver et overblik over energiforbrug og besparelsespotentiale i vakuumforsyning. Den første del diskuterer det grundlæggende i vakuumgenerering. Anden del omhandler anvendelsen af vakuumteknologi i mademballage med kammer-, termoformnings- og bakkeforseglingsmaskiner.
Effektiv energistyring inkluderer planlægning og drift af installationen.
I vakuumapplikationer skal både genereringen- og forbruget af vakuumet overvejes.
Den specifikke maskinteknologi giver forskellige muligheder for at spare på ressourcer og omkostninger samt bidrage til beskyttelse af miljøet. Samtidig må fokus ikke indsnævres til de enkelte maskiners energiforbrug. Kun et helhedsbillede af de mange faktorer, der påvirker den samlede effektivitet, viser mulige synergier.
Disse faktorer inkluderer:
- Planlægning og installation
- Service liv
- Oppetid
- Drift og træning
- Support fra producenten/leverandøren
- Udvidelsesmuligheder
- Service, inklusive nedetid
- Drift væsker
- Bortskaffelse
Omkostninger ved hele livscyklussen er summen af disse faktorer (ejeromkostninger).
Vakuumgenerering
Generelt betyder “vakuum” et undertryk, der er lavere end omgivende atmosfærisk tryk (fig. 1). Når man beskriver de forskellige vakuumniveauer, kan de forskellige fagord godt lyde forvirrende: jo lavere tryk, jo højere vakuum.
Fig. 1: Overtryk / vakuumområder
Der er tre grundlæggende parametre til valg af en vakuumpumpe.
Disse gælder selvfølgelig også ved vurderingen af et eksisterende system:
- Ultimativt tryk [mbar]
- Pumpehastighed [m3 / h]
- Nominel motorkapacitet [kW]
Ultimativt tryk [mbar]
Det ultimative tryk er det laveste tryk, eller det højeste vakuumniveau, som vakuumpumpen kan nå. Når det endelige tryk er nået, falder pumpehastigheden til nul (fig. 2). Det ultimative tryk, som alle andre tryk i vakuumområdet, er specificeret i millibar [mbar]. Pascal [Pa] – eller hektopascal [hPa]. Enheder i det internationale SI-standardsystem er hidtil ikke blevet accepteret i de fleste industrielle processer (1 mbar = 1 hPa).
Fig. 2: Typisk pumpehastighedskurve for en vakuumpumpe, der viser sammenhængen mellem pumpehastighed og trykniveau. Til venstre kan det ultimative tryk på 1 mbar ses, og til højre er det atmosfæriske tryk på 1000 mbar.
Pumpehastighed [m3 / h]
Den nominelle pumpehastighed for en vakuumpumpe angiver, hvor meget luft eller gas den kan pumpe ned ved atmosfærisk tryk over en bestemt periode.
Kubikmeter i timen [m3 / h] er standardenhed, når man omtaler dette. Den aktuelle pumpehastighed falder, når trykket falder (fig. 2).
Trykkurven, kan ses ved at følge pumpehastighedskurven. Den viser den aktuelle pumpehastighed i alle trykintervaller mellem atmosfærisk tryk og ultimativt tryk.
I det viste eksempel af en pumpehastighedskurve, opnår vakuumpumpen kun ca. 75 procent af den oprindelige pumpehastighed ved et antaget undertryk på 5 mbar i emballagen. Udviklingen af denne kurve viser også evakueringstiden og dermed for f.eks. tiden af pakkecyklussen for vakuumpakning. Af denne grund er det nødvendigt at bestemme nøjagtigt, hvilken størrelse af vakuumpumpe, der giver mening at bruge, når systemet designes. Som et resultat opnås det ønskede undertryk så effektivt som muligt i pakkeprocessen, når der pakkes i en bestemt kammerstørrelse og en specificeret cyklustid.
Nominel motorkapacitet [kW]
Den nominelle motorklassificering er det output i kilowatt [kW], der leveres til motorakslen ved nominel spænding og strøm. Den nominelle motorværdi er en maksimal værdi, det kaldes ikke altid i praksis. Den elektriske energi, der faktisk absorberes, beregnes ud fra den virkelige udgangsakseleffekt og motorens effektivitet (fig. 3).
Fig. 3: Beregning af det faktiske energiforbrug
For nogle motor- eller vakuumpumpefabrikanter er den nominelle motorklassificering specificeret sammen med servicefaktoren (S.F.). Den faktiske maksimale motoreffekt beregnes ved at multiplicere den nominelle motorværdi med servicefaktoren. Det er tilsvarende højere end kW-værdien alene antyder.
Servicefaktoren (S.F.) blev defineret som standard af US National Electrical Manufacturers Association (NEMA) i NEMA MG1-2011 manualen.
Det er angivet på typeskilt som multiplikator og beskriver i hvilken grad en motor kan belastes ud over den nominelle motorklassificering. For at gøre dette skal du gange den nominelle motorklassificering af S.F. værdi.
En nominel motoreffekt på 15,0 kW og en S.F. på 1,25 resulterer i et maksimalt tilladt nominel motoreffekt på 15 x 1,25 = 18,75 kW. Den faktiske maksimale nominelle effekt er derfor 25 procent højere end værdien “nominel motorvurdering”.
Design af vakuumforsyningen
Vakuumpumperne er normalt designet af producenten af pakkemaskinen, der bruger tekniske værdier til dette formål. Deres ydeevne er tilpasset den størst mulige pakkekapacitet med hensyn til produktmængde, kammervolumen og maskinens cyklustider.
Dette betyder igen, at hvis pakkekapaciteten ikke udnyttes fuldt ud, er vakuumpumpen for stor og bruger derfor mere energi end nødvendigt.
I princippet er det muligt og ofte fornuftigt at installere mere end blot en vakuumpumpe designet til den maksimale krævede pumpehastighed. Forskellige produkter er ofte pakket på den samme pakkes maskine på forskellige tidspunkter. Størrelse, emballagevolumen og cyklustid kan variere betydeligt. I sådanne tilfælde er det ofte umagen værd at forbinde to eller tre mindre vakuumpumper parallelt. Vakuumpumperne kan styres på en sådan måde, at kun de nødvendige vakuumpumper er i drift, så de kun yder den efterspurgte pumpehastighed. For at forkorte cyklustiden kan et vakuumsystem i flere trin også være meget mere effektivt end en enkelt stor vakuumpumpe.
En anden meget effektiv metode til vakuum generering er en kombinationen af en lamelvakuumpumpe med en vakuumbooster (fig. 4). En vakuumbooster øger ydeevnen for lamelvakuumpumpen betydeligt.
Fig. 4: Vakuumsystem med en kombination af en lamelvakuumpumpe som bagpumpe og en vakuumbooster
Den rigtige kombination af en lamelvakuumpumpe (bagpumpe) og en vakuumbooster muliggør en høj pumpehastighed, som ellers kun kunne opnås med en betydeligt større individuel vakuumpumpe – med tilsvarende højere energiforbrug (fig. 5). Resultaterne er kortere cyklustider og betydelige energibesparelser.
Fig. 5: Pumpehastighedskurve for et vakuumsystem med lamelvakuumpumpe og vakuumbooster. Forøgelsen af pumpehastigheden er tydelig.
Resumé
Data om energiforbrug bør overvejes nøje, når du vælger vakuumpumpen.
Derudover skal vakuumpumpens størrelse tilpasses de faktiske krav. Mulige alternative vakuumpumpekombinationer skal overvejes for forskellige pakkekapaciteter. Det er generelt en god ide at konsultere en specialist med den nødvendige erfaring inden for vakuumpakning.
Vil du høre mere om, hvordan du vælger den bedst mulige vakuumpumpe, der opfylder dine behov, kan du kontakte Busch.
Du kan også skrive dig op til Buschs nyhedsbrev eller følge dem på LinkedIn.
