Technologia próżniowa odgrywa ogromną rolę w pakowaniu artykułów spożywczych i innych produktów. Próżnia jest niezbędna do każdego celu, od pakowania próżniowego po torebki rurowe, blistry i opakowania termoformowane. Bez próżni niemożliwe byłoby również przenoszenie i transport kartonów lub automatyzacja systemów paletyzacji i pobierania. Różne maszyny do napełniania również wykorzystują próżnię do podawania produktu lub obsługi opakowania (pick & place).

Wielu użytkowników uważa, że w przeciwieństwie do technologii sprężonego powietrza technologia próżniowa jest trudna do zrozumienia. Z tego powodu pompy próżniowe są często używane nieprawidłowo lub ich wydajność jest niepotrzebnie zbyt duża. Skutkuje to niezadowalającymi wynikami, procesami podatnymi na zakłócenia lub nadmiernymi kosztami energii bądź eksploatacji.

Poniższych 10 uwag zebrano razem, aby ułatwić korzystanie z technologii próżniowej maksymalnie efektywnie i wydajnie oraz umożliwić zoptymalizowanie procesów i obniżyć koszty operacyjne.

1. Zrozumienie fizyki próżni

Głównym zadaniem pomp próżniowych i systemów próżniowych jest odsysanie powietrza z układu zamkniętego w celu wytworzenia próżni. Oznacza to, że generują poziom ciśnienia niższy niż ciśnienie atmosferyczne lub ciśnienie otoczenia.

Il. 1: Ilustracja próżni w milibarach i procentach. Źródło: Busch Vacuum Solutions

W technologii pakowania , próżni można używać do zasysania, opróżniania, kształtowania, dociskania, trzymania, przenoszenia, napełniania i transportu. Poziom zastosowanej próżni zależy od aplikacji, ale zawsze mieści się w zakresie 1–900 milibarów [mbar] (bezwzględne). Przyjmując jako ciśnienie atmosferyczne (ciśnienie powietrza) 1000 mbar, ten poziom próżni wynosiłby 10–99,9% (il. 1).

Oprócz poziomu próżni osiąganego przez pompę próżniową (znanego jako ciśnienie końcowe) kolejną kluczową zmienną jest wydajność pompowania pompy próżniowej. Wydajność pompowania wskazuje, ile powietrza pompa próżniowa jest w stanie usunąć w określonym czasie. Wydajność pompowania jest zwykle określana w metrach sześciennych na godzinę [m3/h]. Oba parametry techniczne są ze sobą powiązane. Zależność tę przedstawia tzw. krzywa wydajności pompowania (il. 2).

Il. 2: Typowa krzywa wydajności pompowania: wraz ze spadkiem ciśnienia zmniejsza się wydajność pompowania.

2. Wybór idealnego generatora próżni

Istnieje szereg różnych rodzajów technologii próżniowej. Następujące mechaniczne pompy próżniowe lub dmuchawy są stosowane głównie w technologii pakowania (il. 3):

Il. 3: Porównanie różnych pomp próżniowych i ich potencjalnego zastosowania w opakowaniach.

1. Suchobieżne rotacyjne łopatkowe pompy próżniowe
   Suchobieżne rotacyjne łopatkowe pompy próżniowe idealnie nadają się do różnych procesów pakowania. Te pompy są w stanie osiągnąć maksymalny poziom podciśnienia 100 mbar. Jednak wydajność pompowania nie powinna przekraczać 40 m³/h, ponieważ łopatki w większych pompach próżniowych tego typu bardziej się zużywają, a tym samym powodują nadmierny wzrost nakładów konserwacyjnych i związanych z tym kosztów.
   
   
2. Łopatkowe pompy próżniowe smarowane olejem
   Łopatkowe pompy próżniowe smarowane olejem osiągają poziom próżni wynoszący 0,1 mbar. Są standardem w pakowaniu próżniowym, ale mogą być wykorzystywane również w wielu innych zastosowaniach w przemyśle. Rotacyjne łopatkowe pompy próżniowe są w stanie osiągnąć wydajność pompowania 3–1600 m³/h. Płyn eksploatacyjny jest transportowany w obwodzie wewnętrznym.
   
   
3. Suche kłowe pompy próżniowe
   Suche kłowe pompy próżniowe nie wymagają stosowania płynów eksploatacyjnych w komorze sprężania. Działają na zasadzie bezstykowej i dlatego są prawie bezobsługowe. Osiągają ciśnienie końcowe wynoszące do 40 mbar i mogą być regulowane w zakresie prędkości obrotowej 20–80 Hz, dzięki czemu są odpowiednie dla procesów, w których zmieniające się wymagania wyjściowe mają być zaspokajane w zależności od zapotrzebowania. Typowe wydajności pompowania wynoszą 40–1000 m³/h.
   
   
4. Suche śrubowe pompy próżniowe.
   Suche śrubowe pompy próżniowe również nie wymagają stosowania płynu eksploatacyjnego do sprężania wydobytego powietrza. Osiągają poziom próżni wynoszący 0,1 mbar i mniej. W większości zastosowań występują znacznie wyższe ciśnienia, dlatego śrubowe pompy próżniowe są zwykle używane tylko w większych maszynach do pakowania próżniowego jako alternatywa dla rotacyjnej łopatkowej pompy próżniowej z dodatkowym wspomaganiem próżniowym.
   
   
5. Dmuchawy boczno-kanałowe
   Jedną z cech wyróżniających dmuchaw boczno-kanałowych jest ich wysoka wydajność pompowania. Uzyskują tylko niskie różnice ciśnień, więc są w stanie osiągnąć maksymalny poziom próżni tylko 500 mbar. Dlatego doskonale nadają się do zastosowań wymagających dużej prędkości pompowania w połączeniu z niskim poziomem próżni. Mimo że dmuchawy boczno-kanałowe cechuje bezobsługowość, są one mniej energooszczędne w przypadku eksploatacji blisko granic ich wydajności.

3. Wymiarowanie wytwarzania próżni

Ważne, aby użytkownicy dokładnie rozumieli swój proces i znali wymagane dla niego poziom próżni i wydajność pompowania. Niepewność często prowadzi do wyboru pompy próżniowej o nadmiernych wymiarach, co skutkuje niepotrzebnie wysokimi kosztami energii i eksploatacji. W scenariuszach ze zmieniającymi się parametrami procesu zalecamy pompy próżniowe, którymi można sterować w zależności od zapotrzebowania, i stale utrzymujące wymagany poziom próżni lub gwarantujące stałą wydajność pompowania. Zawsze zalecamy konsultację ze specjalistą ds. próżni. Firma Busch Vacuum Solutions oferuje specjalne audyty próżni, które badają bieżące procesy i wskazują potencjalne obszary poprawy.

4. Wybór między centralnym lub lokalnym wytwarzaniem próżni

Wybór między centralnym wytwarzania próżni dla całej instalacji lub wielu odbiorców próżni a zdecentralizowanym wytwarzaniem próżni, w którym każde urządzenie ma własną pompę próżniową, może decydująco wpłynąć na koszty zakupu i eksploatacji. Dlatego ważne jest dokładne rozważenie dostępnych opcji. Indywidualne pompy próżniowe instalowane wewnątrz urządzenia lub w jego bliskim sąsiedztwie są tańsze niż centralne wytwarzanie próżni między innymi dlatego, że nie trzeba pokrywać kosztów zakupu i instalacji systemu rurociągów. Należy jednak pamiętać, że centralne wytwarzanie próżni wykorzystuje znacznie mniej pomp próżniowych niż rozwiązanie zdecentralizowane. Koszty eksploatacji są niższe dzięki niższym kosztom konserwacji i energii. Co więcej, centralne wytwarzanie próżni można umieścić poza obszarem pakowania lub produkcji. Oznacza to, że na stanowiskach pracy nie gromadzi się ciepło ani nie słychać hałasu. Centralne wytwarzanie próżni z panelem sterowania ułatwia również spełnienie wymagań wyjściowych w zależności od zapotrzebowania i może funkcjonować w szerszym zakresie mocy. Przy podejmowaniu decyzji, czy zastosować centralne wytwarzanie próżni, należy również skonsultować się z ekspertem ds. próżni. Firma Busch Vacuum Solutions ma wieloletnie doświadczenie w projektowaniu i budowie centralnych systemów próżniowych oraz jest w stanie zaoferować swoim klientom rozwiązania dostosowane do indywidualnych potrzeb.

5. Zwiększenie wydajności dzięki naczyniom lub buforom próżniowym

Naczynia próżniowe na poszczególnych pompach próżniowych, a nawet w większych systemach zasilania próżniowego, mogą zaoszczędzić ogromne ilości energii. Mogą być instalowane między pompą próżniową lub systemem próżniowym a odbiornikami. Dzięki zastosowaniu prostego mechanizmu sterującego próżnia w naczyniu może być utrzymywana na określonym poziomie. Po osiągnięciu tego poziomu pompa próżniowa wyłącza się automatycznie lub przechodzi w tryb jałowy. Jeśli ciśnienie w naczyniu wzrośnie powyżej określonej wartości, pompa próżniowa włącza się ponownie. Bez znajdującego się wcześniej naczynia próżniowego pompa próżniowa działałaby przez cały czas z pełną mocą, co oznacza, że również zużywałaby więcej energii. Zastosowanie pompy próżniowej o zmiennej prędkości obrotowej może jeszcze bardziej zwiększyć oszczędność energii. Firma Busch Vacuum Solutions oferuje w standardzie kompletne jednostki z regulowanymi pompami próżniowymi i naczyniami próżniowymi oraz buduje indywidualne systemy próżniowe ze zbiornikami umieszczonymi powyżej.

6. Współpraca z ekspertami ds. próżni

Każda forma technologii próżniowej i każda konfiguracja systemu próżniowego ma swoje zalety i wady. Wybór najlepszego rozwiązania próżniowego wymaga dogłębnej wiedzy na temat technologii próżniowej, a także zrozumienia procesów użytkownika. Dlatego zawsze zalecamy współpracę z ekspertem ds. próżni. Firma Busch Vacuum Solutions dysponuje globalną siecią ekspertów ds. próżni, którzy koncentrują się na konkretnych zastosowaniach i rynkach. Dzięki szerokiej i wszechstronnej gamie technologii próżniowych ci eksperci są w stanie zaoferować idealne rozwiązanie dla każdego indywidualnego zastosowania.

7. Analiza kosztów energii

Kosztów energii generatora podciśnienia nie można obliczyć na podstawie znamionowej mocy silnika, ponieważ odzwierciedla to rzeczywistą pobieraną moc tylko w ograniczonym stopniu. Informacje dotyczące znamionowej mocy silnika i dodatkowej specyfikacji współczynnika serwisowego zaciemniają obraz. Mimo że ten format jest dozwolony w ramach amerykańskiej normy NEMA, w rzeczywistości sugeruje mniejsze zużycie energii, niż możliwe do uzyskania w praktyce. Ponadto różne rodzaje technologii próżniowej zużywają różne ilości energii elektrycznej w różnych zakresach ciśnień. Przy poziomie próżni wynoszącym 0,1–10 milibarów smarowana olejem rotacyjna łopatkowa pompa próżniowa potrzebuje zaledwie 40–60% podanej wartości znamionowej.

Zużycie energii można porównać bezpośrednio tylko wtedy, gdy znana jest moc na wale w całym profilu ciśnienia i warunki ciśnienia podczas procesu pakowania. Renomowani producenci pomp i systemów próżniowych są w stanie obliczyć przewidywane zużycie energii dla swoich klientów.

8. Obliczanie całkowitych kosztów

Przy podejmowaniu decyzji o zakupie technologii próżniowej nie należy ograniczać się do porównania kosztów inwestycji i energii różnych pomp próżniowych i różnych producentów. Zawsze należy uwzględniać przewidywane koszty całkowite w dłuższym okresie. Podobnie jak koszty energii, koszty eksploatacji również mogą się znacząco różnić. Ważne, aby wziąć pod uwagę prace konserwacyjne i wynikające z nich przestoje, koszty części zamiennych oraz zakup i utylizację płynów eksploatacyjnych.

9. Sprawdzenie dostępności serwisu i części zamiennych

Niezawodność procesu pakowania zwykle zależy bezpośrednio od bezpieczeństwa pracy pompy próżniowej lub systemu próżniowego. Dlatego ważne jest wybranie godnego zaufania dostawcy oferującego szybkie i niezawodne usługi w Twojej siedzibie, a także bezzwłoczne dostarczenie części zamiennych . Firma Busch Vacuum Solutions dysponuje największą globalną siecią serwisową i oferuje całodobową pomoc w nagłych wypadkach.

10. Patrząc w przyszłość: Przemysł 4.0

Dzisiejsze pompy próżniowe umożliwiają łatwą konserwację z bezproblemowym dostępem do wszystkich istotnych części serwisowych. Firma Busch oferuje również usługi na mocy umowy według stałej stawki i bierze odpowiedzialność za bezpieczeństwo eksploatacyjne swoich pomp próżniowych oraz systemów próżniowych. Tym samym operator jest zabezpieczony i nie musi mieć własnego zespołu techników serwisowych. Teraz firma Busch oferuje w swojej gamie produktów pompy próżniowe wyposażone w inteligentne czujniki, które w czasie rzeczywistym informują operatora lub technika serwisowego o trwających pracach konserwacyjnych. Ponadto oferta obejmuje zestawy modernizacyjne, które można wykorzystać do przygotowania istniejących pomp próżniowych do Przemysłu 4.0.