Pompa membranowa elektryczna obniża koszty energii elektrycznej.
Dlaczego wymiana pomp pneumatycznych na elektryczne niesie wiele korzyści ?
ZALETY POMP PNEUMATYCZNYCH:
SZUKANE WARTOŚCI NOWEJ POMPY:
OCZEKIWANE REZULTATY:
Pompa membranowa pneumatyczna ma wiele zalet, dzięki którym znalazła szerokie zastosowanie. Tradycyjne pompy membranowe elektryczne nie oferują wszystkich użytecznych wartość. Pompa QUANTM PGP w 100% zastępuje pompę membranową pneumatyczną, ale czy to jedyne wyjście ?
Przykład: Pompy opróżniające wanny po myciu
Wyniki:
Punkt pracy pompy:
Tryb pracy:
Koszty:
108 000 kW /rok
Tyle kosztują 4 pompy pneumatyczne
Wnioski:
Elektryczny odpowiedni pompy pneumatycznej zużywa 1,4 [kW/h]. W skali tego przypadku roczne zużycie wynosi 3 360 [kWh/rok]. Ograniczenie zużycia energii elektrycznej prowadzi do oszczędności, a zwiększenie dostępności sprężonego powietrza dla innych urządzeń stabilizuje ich pracę.
Obniżenie kosztów energii elektrycznej poprzez ograniczenie zużycia sprężonego powietrza.
Znalezienie odpowiedniej pompy elektrycznej, która może zastąpić pneumatyczną pompę membranową.
Użytkownik przynajmniej jednej pompy membranowej zasilanej sprężonym powietrzem ponad 4 godziny dziennie.
Podjęcie odpowiedzialnej decyzji zakupowej lub zaplanowanie inwestycji na podstawie stanu faktycznego.
Najpopularniejszą pompą pneumatyczną stosowaną na zakładach produkcyjnych jest pneumatyczna pompa membranowa. Jest tak popularna jak silnik diesla wśród samochodów spalinowych. Inaczej mówiąc jeżeli używasz pompy membranowej pneumatycznej to ten artykuł jest dla Ciebie. Znajdziesz w nim odpowiedź na pytanie po co wymieniać pompy pneumatyczne na elektryczne oraz jaką pompę elektryczną wybrać.
Podstawowe pojęcia
Pompa membranowa
Pompa membranowa to rodzaj pompy wyporowej, w której pompowanie odbywa się za pomocą elastycznej membrany. Taka konstrukcja pozwala na bezpieczne tłoczenie agresywnych, lepkich, ściernych lub zanieczyszczonych substancji.
AODD
AODD – Air-Operated Double Diaphragm, a po polsku pompa dwumembranowa zasilana sprężonym powietrzem.
EODD
EODD to Electric Operated Double Diaphragm, czyli pompa membranowa elektryczna
Net-ZERO
Net-zero to koncepcja osiągnięcia zerowej emisji netto gazów cieplarnianych. Dążenie do równowagi między emisjami a ich pochłanianiem, np. przez lasy lub technologie wychwytywania CO₂ (CCS). Do osiągnięcia konieczna jest redukcja emisji poprzez odnawialne źródła energii i efektywność energetyczną, usuwanie CO₂ oraz kompensacja emisji. Net-zero jest celem wielu krajów (np. UE, USA, Chiny – do 2050–2060 roku), firm (np. Microsoft, Apple, Google) i miast (np. Amsterdam, Kopenhaga). Koncepcję tę mocno wspierał prof. Myles Allen z Uniwersytetu Oksfordzkiego, wskazując, że pełne ograniczenie emisji CO₂ jest konieczne do zahamowania zmian klimatu. Organizacje takie jak IPCC i ONZ podkreślają, że to kluczowy krok w utrzymaniu wzrostu temperatury poniżej 1,5°C. Takie działania zapobiegają katastrofalnym skutkom globalnego ocieplenia..
W jakich warunkach pompa membranowa jest i była wybierana?
Pompa membranowa jest uniwersalna chemicznie. Konstrukcja jest antystatyczna, czyli nie gromadzi ładunków elektrycznych, nie iskrzy i może pracować w strefie zagrożenia wybuchem Ex. Materiał konstrukcyjny to materiał przewodzący typu stal, lub przewodzące tworzywo sztuczne. Powszechnie stosowana w branży chemicznej z potencjałem do wybuchu. Pomimo dużej konsumpcji sprężonego powietrza, pompę możemy spotkać wszędzie. Ze względu na cenę energii elektrycznej oraz małą efektywność sprężonego powietrza, pompa generuje wysokie koszty dla firm.
Typowe zastosowanie pompy membranowej
Pompa membranowa znalazła zastosowanie w głównych procesach jako pompa do pracy ciągłej oraz w aplikacjach pomocniczych. Odpowiednio dobrane materiały konstrukcyjne pozwalają pompować wszystkie substancje występujące w procesie produkcyjnym. Jest powszechnie stosowana do kwasu, zasady lub innej substancji chemicznej. Jest pompą pierwszego wyboru albo ostatnią deską ratunku, ponieważ znosi najwięcej niedogodności pracy, a jest tak oczywista, że czasem o niej zapominamy. Najprostsze rozwiązania bywają tymi najlepszymi. Aktualnie firmy poszukują elektrycznych odpowiedników.
Dlaczego pompa membranowa jest tak popularna ?
Po pierwsze każdy kolor farby, każdy lakier, wszystkie substancje chemiczne mogły mieć swoją osobną pompę. Takie podejście pozwoliło pompować różne kolory w tym samym czasie bez konieczności mycia całej instalacji. Zawsze jest gotowa do podania właściwego składnika w danym procesie.
Po drugie za sprawą dużej wytrzymałości mechanicznej sprawdziła się również w przypadku substancji ściernych takich jak masy ceramiczne, chłodziwa z opiłkami. Pomimo dość trudnych warunków pracy stosunek wydajności całkowitej do całkowitych kosztów użytkowania okazał się optymalny i dlatego pompa membranowa szybko znalazła swoich wiernych fanów.
Ograniczenia pomp membranowych pneumatycznych
Pulsacyjny przepływ
Podstawową niedogodnością może być pomiar ilościowy przepływającej cieczy. Wymagany jest tłumik pulsacji, który zniweluje pulsację do poziomu, który umożliwi pomiar przepływu pompowanej cieczy. Po drugie możliwe jest zastosowanie najnowszych przepływomierzy, które radzą sobie z pulsacją
Ostre cząstki stałe w cieczy
Membrana w pompie membranowej to część podlegająca naturalnemu zużyciu jak i możliwości uszkodzenia mechanicznego. Ostre elementy płynące wraz z pompowaną cieczą mogą nacinać elastomerową membranę co ją osłabia. Należy jednak uczciwie powiedzieć, że pompa membranowa najlepiej znosi obecność takich zanieczyszczeń w cieczy, a w przypadku awarii koszt serwisowy jest zdecydowanie najniższy.
Marznące powietrze
Pompy pneumatyczne stosowane na zewnątrz zatrzymują się w wyniku zamarzania powietrza na wydechu pompy. Środki przeciw zamarzaniu często reagują z częściami dystrybutora powietrza. Postępująca korozja prowadzi do uszkodzeń i zatrzymuje pracę pompy. Zabudowa ogrzewania pompy bywa nie efektywna i ekonomicznie nieopłacalna, a pompa membranowa elektryczna rozwiązuje ten problem.
Największa zaleta pompy membranowej?
Największą zaletą pomp membranowych jest brak uszczelnień dynamicznych obracających się wałów. Uszczelnienie wału wykonującego ruch posuwisto-zwrotny jest dużo prostsze , tańsze i skuteczniejsze. To największa przewaga tej konstrukcji. Pompa membranowa elektryczna również pozbawiona jest tego elementu.
Na jakie korzyści może liczyć inwestor stosując pompę membranową elektryczną?
Obniżenie kosztów produkcji
Obniżenie kosztów bezpośrednich. Zakładając, że pompy pneumatyczne wykorzystywane są bezpośrednio na liniach produkcyjnych to ich koszt eksploatacji jest traktowany jako bezpośredni koszt produkcji. Pompa membranowa elektryczna zmniejszy koszt wyrobu gotowego.
Polepszenie warunków pracy BHP
Zdrowie pracowników – pompy pneumatyczne generują spory hałas. Po zastosowaniu tłumika poziom hałasu jest dopuszczony przez przepisy BHP, a pompa membranowa elektryczna znacznie obniża szum w uszach po wyjściu z hali produkcyjnej.
Szybki zwrot z inwestycji – zysk z poniesionych nakładów
Na podstawie przedstawionego poniżej porównania kosztów zasilania pomp, wynika, że odpowiedni wybór może szybko zwrócić koszty zakupu nowych urządzeń. Pompy, które pracują w trybie ciągłym zwracają się w pierwszym roku użytkowania.
Nowy park maszynowy
Pompa membranowa elektryczna to solidne i trwałe urządzenie, dlatego większość z nich jest już wysłużonych. Wymieniając stare pompy na nowe odświeżasz swój park maszynowy. Zyskuje nowe pompy na gwarancji producenta.
Jakie pompy mogą zastąpić pompę membranową?
Odpowiedź nasuwa się sama. Pompa membranowa elektryczna. Wszystko było by w porządku, gdy nie fakt, że w przypadku pomp membranowych elektrycznych, pompa pompie nie jest równa. Dzieje się tak za sprawą różnej koncepcji wprowadzenia napędu elektrycznego. Na tym etapie pojawiają się dwie główne koncepcje techniczne, a ponadto do wyboru pozostają inne typy pomp.
Porównajmy dostępne pompy membranowe z uwagi, że naturalnym kierunkiem wydaje się wymiana pomp membranowych pneumatycznych na pompy membranowe elektryczne. Po drugie wymiana pompy membranowej na inny rodzaj wymaga szerszej analizy i konfrontacji z wymaganiami produkcyjnymi.
Porównanie pomp membranowych
|
PNEUMATYCZNA standardowe rozwiązanie |
Wersja 1 |
Elektryczna Wersja 2 |
|---|---|---|
 |
 |
 |
|
standardowa pompa pneumatyczna |
Posiada 100% cech użytkowych, które są oferowane przez pompy standardowe pompy pneumatyczne zasilanie 1-fazowe lub 3-fazowe | |
|
pompa wzorcowa do porównania |
najbardziej kompatybilna pompa membranowa elektryczna |
nieuwzględniona w dalszej analizie ze względu na ograniczenia |
Pompa elektryczna z tradycyjnym silnikiem elektrycznym, czyli pompa w wersji 2.
Pompa w wersji 2 jest połączeniem pompy membranowej pneumatycznej ze standardowym napędem elektrycznym. Wyeliminowano zasilanie pneumatyczne, ale taka konstrukcja niesie pewne ograniczenia:
Na rynku dostępna jest technologia, która zastąpiła pompę membranową w pełnym zakresie korzyści jakie daje tradycyjna pompa membranowa pneumatyczna. Dlatego dalsza część tego porównania poświęcona zostanie technologii QUANTM, aby sprawdzić, czy tradycyjna pompa membranowa może odejść w niepamięć.
Czym wyróżnia się pompa w technologii QUANTM?
Pompa QUANTM posiada cechy, których nie posiadają inne elektryczne pompy membranowe:
Porównanie efektywności?
W porównaniu technologię sprężonego powietrza reprezentować będzie pompa 1/2″. Technologia QUANTM PGP zaczyna się od wielkości 1”, więc ta wielkość została porównana w testach. Porównanie pomp o różnej wielkości może wydawać się nie na miejscu, jednak uzyskane wyniki pokazują, że nawet wymieniając mniejszą pompę na większą można wprowadzić spore oszczędności. Każdorazowo do przeliczenia indywidualnego przypadku, należy sprawdzić stawkę za 1 kWh według operatora, który dostarcza energię elektryczną oraz indywidualny czas jak i warunki pracy.
Porównanie pompy pneumatycznej 1/2″ do elektrycznej pompy 1″
| parametry katalogowe | pompa pneumatyczna | pompa elektryczna QUANTM |
|---|---|---|
| wielkość przyłączy | 1/2″ | 1″ |
| wydajność maksymalna | 57 [l/min] | 114 [l/min] |
| maksymalne ciśnienie tłoczenia | 7 [bar] | 6,9 [bar] |
W tabeli parametrów badanych uwzględniona pompa 1″ przyjmuje taką samą wydajność jak pompa pneumatyczna, aby powstałe porównanie odnosiło się do tej samej wydajności pompy.
| parametry badane | pompa pneumatyczna | pompa elektryczna QUANTM |
|---|---|---|
| wydajność | 50 [l/min] | |
| ciśnienie robocze | 1 [bar] | 3 [bar] |
| zapotrzebowanie mocy elektrycznej | 5 [kW] | 0,8 [kW] |
| czas pracy | 4 godziny dziennie | 5 dni w tygodniu / rok |
| stawka za 1 kWh | 1 zł | |
| koszt energii elektrycznej | 1500 pln netto | 500 pln netto |
Przy takiej konfiguracji inwestycja zakupu nowej pompy zwraca się w około 3 lata. Należy pamiętać, że porównujemy pół calową pompę pneumatyczną do 1″ pompy elektrycznej. Jeżeli użytkujesz pompę dłużej niż w badaniu to całkowity czas zwrotu jest krótszy.
Porównanie pompy pneumatycznej 1 1/2″ do elektrycznej pompy 2″
| pneumatyczna 1,5″ | elektryczna 2″ | |
|---|---|---|
| wydajność katalogowa | 454 [l/min] | 450 [l/min] |
| maksymalne ciśnienie | 7 [bar] | 4,2 [bar] |
| wydajność badana | 400 [l/min] | |
| ciśnienie badane | 1 [bar] | |
| zapotrzebowanie mocy elektrycznej | 15 [kW] | 3,45 [kW] |
| czas pracy | 4 godziny dziennie | 5 dni w tygodniu / rok |
| stawka za 1 kWh | 1 zł | |
| koszt energii elektrycznej | 12 000 pln netto | 3 800 pln netto |
Przy dużej pompie zapotrzebowanie na sprężone powietrze jak i na moc kompresora wzrasta. Wiąże się to z charakterem jego pracy, aby zachować proporcje 60% pracy do 40% postoju. Tak dobrany kompresor zachowuje trwałość użytkowania przy minimalnych kosztach obsługi. Cena takiego kompresora klasyfikuje się na poziomie elektrycznej pompy membranowej, więc w tym wypadku wybór jest oczywisty.
Wskaźnik opłacalności
Na podstawie otrzymanych wyników rekomenduję przegląd wszystkich instalacji w poszukiwaniu pracujących pomp pneumatycznych. Opracowanie wyników pozwoliło na stworzenie wskaźnika oszczędności przypadającej na 1L przepompowanej cieczy, który wynosi 0,019 zł/litr.
| Opis | Pompa elektryczna | Pompa pneumatyczna |
|---|---|---|
| Koszt prądu na 1 [L] przepompowanej cieczy | 0,009 zł | 0,028 zł |
| Zbiornik | 1000 [L] | |
| Ilość zbiorników | 10 szt. | |
| Ilość przepompowanej cieczy | 10 000 [L] | |
| Oszczędność | 90 zł | 280 zł |
W przypadku dużych pomp membranowych można rozważyć jeszcze zaawansowane pompy wirowe, magnetyczne czy wyporowe pompy z rotującymi tłokami. Dobór innego rozwiązania może nie być tak jednoznaczny ponieważ pompa membranowa niesie ze sobą wiele zalet, które ciężko zastąpić innymi rozwiązaniami. Pompa membranowa pneumatyczna ma dwie wady: generuje wysokie rachunki za energię elektryczną oraz jest głośna. Pompa Quantm PGP to Odpowiedź Technologiczna na Wyzwania Kosztowe i Ekologiczne.
Polityka UE bardzo restrykcyjnie podchodzi do kwestii środowiskowych. Przepisy dotyczące ETS są aktualizowane na bieżąco. Zakaz użytkowania pomp membranowych jeszcze nie jest przedmiotem politycznej dyskusji i pewnie nie będzie, jednak analiza rynku motoryzacyjnego może być pomocna przy ocenie wpływu pomp membranowych na środowisko – w niektórych zastosowaniach ich eksploatacja (szczególnie w wersji pneumatycznej) może generować większy ślad węglowy niż tradycyjny samochód spalinowy, głównie z powodu zapotrzebowania na sprężone powietrze.
Przedstawiona analiza nie uwzględnia:
Tabela emisji CO2
| Źródło emisji | CO2 [kg] |
|---|---|
| pompa pneumatyczna 1″ | 1,9 kg /h |
| samochód spalinowy | 12 kg / 100 km |
Podsumowanie
Pompa membranowa może pracować w każdym miejscu niezależnie od branży, wielkości produkcji, specyfikacji. Uniwersalność tego urządzenia jest bardzo duża. Firma, której zależy na obniżeniu śladu węglowego i ograniczeniu rachunków za energię elektryczną powinna wykonać spis wszystkich pomp membranowych. Przykładowy spis pomp znajduje się poniżej.
Dane techniczne pomp
Na podstawie tak przygotowanego spisu można przeprowadzić dalszą kalkulację stanu faktycznego z ustaleniem priorytetu wymiany. Priorytet wymiany ma znaczenie w przypadku ograniczonych środków na inwestycję. Wymiana pomp o najwyższej stopie zwrotu pozwoli na zaplanowanie oszczędności z tytułu niższych rachunków za energię elektryczną. Ponieważ sytuacja jest dość niestandardowa zalecam również rozważenie premii dla kierowników, którzy wykażą największe oszczędności.
| Nazwa producenta | Model | Wielkość przyłączy | Oznaczenie materiałowe | Godziny pracy / dzień | Ilość pompowanej cieczy / rok | Nazwa pompowanej cieczy |
|---|---|---|---|---|---|---|
| – | – | – | – | – | – | – |
| – | – | – | – | – | – | – |
Czy wymiana pomp pneumatycznych to konieczność czy możliwość?
Z pompami pracuję od 2010 roku. Pompy przemysłowe znam od strony ich doboru, użytkowania, konserwacji i serwisu.
doświadczenie teoretyczne:
Politechnika Śląska
inżynier Mechaniki i Budowy Maszyn na wydziale Mechaniki Płynów