O ile oszczędne wykorzystywanie energii jako zasobu było w przeszłości uzależnione od przyczyn ekonomicznych, obecnie zależy też od większej świadomości ekologicznej. Zaczyna także być to obowiązkiem z powodu wymogów prawnych i stanu rozwoju technologii. W niniejszym artykule przedstawiono, jak ciągłe monitorowanie filtrów ma zasadniczy wpływ na efektywność energetyczną systemu i pomaga spełniać wymogi prawne.
Porównanie: nowy filtr – zużyty filtr
Zarówno w przypadku filtrów powietrza w systemach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych, jak i filtrów oleju w obiegach hydraulicznych, większe zanieczyszczenie wkładu filtra powoduje większy spadek ciśnienia. Aby utrzymać stały przepływ medium (powietrza lub oleju), wentylator lub pompa (odpowiednio) musi używać większej mocy. Wzrasta zużycie energii. Monitorowanie filtra sygnalizuje zwiększony spadek ciśnienia w zanieczyszczonym wkładzie filtra. Wymiana zanieczyszczonego filtra poprawia przepływ medium, a tym samym zapobiega wzrostowi zużycia energii przez wentylator lub pompę.
Podstawy prawne
Wraz z przyjęciem „Protokołu z Kioto” w 1997 r. Unia Europejska zobowiązała się do redukowania emisji CO2. Aby zrealizować ten cel klimatyczny, w 2005 r. przyjęła „dyrektywę EuP” (dotyczącą produktów wykorzystujących energię). W roku 2009 nazwano ją „dyrektywą ErP” (dyrektywa dotycząca produktów związanych z energią „Energy-related Products directive”), która jest znana także jako „dyrektywa w sprawie ekoprojektu” („Ecodesign”).
Manometr ze stykiem przełączającym, model PGS21
Duży opór – duże zużycie energii
Łatwo jest zrozumieć, że zanieczyszczony wkład filtra stawia większy opór przepływającemu medium niż nowy, czysty wkład. Pod względem fizycznym oznacza to, że ciśnienie na wlocie (wlot filtra) wzrasta, co może być bardzo dokładnie monitorowane za pomocą przyrządu pomiarowego ciśnienia, a natężenie przepływu zmniejsza się. Ponieważ wymagane natężenie przepływu jest określone, należy użyć więcej energii, aby skompensować ograniczenie w filtrze.
Koszty wymiany filtra
Względy energetyczne a względy ekonomiczne
Z energetycznego punktu widzenia lekko zanieczyszczony filtr należy wymienić natychmiast. To koliduje z tym, że już sama wymiana generuje koszty materiału i robocizny. W dodatku wymianę można przeprowadzić tylko w przypadku braku ciśnienia i przepływu, co oznacza konieczność zatrzymania maszyny lub procesu. Z tego także wynika, że wymiana po ustalonym czasie, co jak wiadomo dotyczy na przykład corocznej obsługi samochodów, nie jest optymalnym rozwiązaniem.
Kompromis: monitorowanie filtra
Kompromisem jest kontrolowanie dopuszczalnego poziomu zanieczyszczenia, przez który rozumie się określone, maksymalne ciśnienie różnicowe na filtrze. Normalne wartości graniczne ciśnienia różnicowego (ΔP) filtra hydraulicznego wynoszą od 1 bara do 5 barów. W systemach wentylacyjnych wartości graniczne wynoszą od 50 do 5000 Pa (0,5 milibara do 50 milibarów). Monitorowanie spadku ciśnienia pozwala zaoszczędzić na kosztach operacyjnych, ponieważ wymianę filtrów przeprowadza się tylko po zbliżeniu się do dopuszczalnego poziomu zanieczyszczenia. Kolejną korzyścią jest to, że dzięki ciągłemu monitorowaniu wymianę filtra można zaplanować w ramach procesu roboczego.
Monitorowanie filtra poprzez pomiar spadku ciśnienia
W każdym przypadku mierzy się spadek ciśnienia na filtrze, czyli ΔP pomiędzy wlotem i wylotem filtra. Jednak strata ciśnienia na filtrze zwiększa się także wraz z przepływem objętościowym. Dlatego ΔP jako wskaźnik zanieczyszczenia filtra można oceniać tylko w określonym stanie roboczym (przepływ i temperatura medium). Filtry cieczy mogą przekraczać granicę ΔP na skutek krótkotrwałych pików ciśnienia. Z powodu bezwładności nie stanowią one problemu dla przełączników mechanicznych. W przypadku czujników wskazane jest określenie krótkiego czasu zwłoki w elektronicznym układzie oceny (sterowania).
Przypadek specjalny: monitorowanie filtrów w obiegach hydraulicznych
Filtry powrotne w obiegu hydraulicznym stanową przypadek specjalny. Jak wskazuje nazwa, znajdują się na linii powrotnej, tuż przed wlewem zwrotnym oleju do zbiornika. W zbiorniku jest ciśnienie otoczenia (ciśnienie atmosferyczne). Oznacza to, że ciśnienie otoczenia jest także na wylocie filtra. Pozwala to uprościć monitorowanie, ponieważ czujnik ciśnienia różnicowego może przejmować realizację pomiarów. Ma to korzystny wpływ na koszty monitorowania filtrów. Z jednej strony te czujniki ciśnienia są mniej kosztowne niż czujniki ciśnienia różnicowego. Z drugiej strony oszczędność zapewnia brak konieczności prowadzenia przewodu ciśnieniowego od wylotu filtra do przyłącza niskociśnieniowego czujnika ΔP. Pomiar temperatury oleju jest niezbędny w obiegach hydraulicznych. Umożliwia to uwzględnienie dużej lepkości oleju hydraulicznego, który jest nadal zimny podczas rozruchu, co pozwala uniknąć fałszywych alarmów. Temperatura oleju hydraulicznego jest potrzebna do sterowania chłodnicą oleju. Ma zasadniczy wpływ na czas, przez jaki olej jest stosowany.
Obliczanie nadmiernego ciśnienia różnicowego z powodu dużej lepkości zimnego oleju
Trend w monitorowaniu filtrów
Czujnik ciśnienia A-1200 z IO-Link
Od konserwacji prewencyjnej, przez “Przemył 4.0”, po rozwiązania w chmurze IIoT, wszędzie potrzebne są dane. Można to wyraźnie zobaczyć na przykładzie przechodzenia z tradycyjnych przyrządów pomiarowych ze wskaźnikami optycznymi na czujniki elektryczne z analogowymi lub cyfrowymi sygnałami wyjściowymi. W przypadku monitorowania filtrów ciśnienia można zauważyć tendencję do wymiany czujnika ciśnienia różnicowego na czujniki ciśnienia manometrycznego przed i za filtrem. Zapewnia to pomiar ciśnienia w systemie, jak i pomiar ciśnienia na wylocie filtra, czego nie oferuje czujnik ciśnienia różnicowego. Spadek ciśnienia, na który wskazuje różnica pomiędzy dwoma sygnałami, jest następnie obliczany w elektronicznym układzie sterowania, w komputerze brzegowym lub w chmurze.
Uwaga
Oprócz czujników ciśnienia do monitorowania filtrów, portfolio WIKA obejmuje wszystkie istotne parametry pomiarowe, które są niezbędne do kontrolowania i regulowania stanu roboczego maszyny lub systemu. Więcej przykładów aplikacji można znaleźć na naszej stronie w zakładce „Przemysł„.