TAJNE U SAVREMENOJ INDUSTRIJI

Komentari: 0
Fotografija od: pixabay.com

Kontrola vlage je jedna od značajnih, ali često zanemarenih potreba u savremenoj industriji. Efikasna kontrola vlage može odigrati iznenađujuće važnu ulogu kao praktično rešenje u proizvodnim pogonima, smanjenjem velikih troškova popravke i održavanja opreme, kao i očuvanjem energije. Tehnologije koje imamo na raspolaganju su najčešće kondenzaciono i adsorpciono odvlaživanje i predstavljaju dodatni efikasni alat za poboljšanje kvaliteta proizvoda i efikasnosti u svim granama industrije, kao i u postizanju bolje kontrole nad ključnim procesima u proizvodnji.

Voda - Voda svuda oko nas

Prisustvo molekula vode u vazduhu koji nas okružuje prolazi dosta neopaženo iz razloga što se ne može “videti”, već se samo može “osetiti” (subjektivni osećaj previše znojenja, umor i sl). Upravo ova činjenica predstavlja skriven fenomen koji utiče kako na procese u industriji, tako i na zdravlje zaposlenih. Vlažnost vazduha ima veoma dubok uticaj na materijale, troškove proizvodnje, servisa, na dugotrajnost opreme, potrošnju energije i sl.

U proizvodnji previše vlage ogleda se kroz pojave kao što su kondenzacija na alatima, pojave škarta i buđi, smanjenje kvaliteta proizvoda, povećanje troškova održavanja, strukturna oštećenja na opremi usled korozije. Pored svega toga, prevelika količina vlage u vazduhu negativno utiče na zdravlje zaposlenih. Iz tog razloga, veoma je važno da menadžment (poslodavac, šef proizvodnje i radnici), sagleda problem i identifikuje potencijal koji nudi kontrola vlage u vazduhu, naročito u proizvodnim halama i magacinskom prostoru. Planiranje proizvodnje i budžeta, kontrola kvaliteta proizvoda, potrošnja energije, uticaj na životnu sredinu i zdravlje zaposlenih su najznačajniji procesi na koje utiče vlaga u vazduhu.

U većini slučajeva je problem sa vlagom u vazduhu teško identifikovati i to upravo iz razloga što vlaga različito utiče na procese u industriji. Tako nam jedan primer iz prakse ukazuje da je u proizvodnji kvasca moralo doći do planskog stajanja u letnjim mesecima, kada je sadržaj vlage u vazduhu najveći. Drugi primer iz teksilne industrije ukazuje da sve mašine za šivenje na početku meseca rade perfektno, dok u drugoj polovini pravi se dosta škarta, a problem se tu traži u ljudstvu, alatima i sl…

Postoje i primeri koji ukazuju da bez kontrole vlage pojava kondeza na alatima u industriji proizvodnje plastične ambalaže pravi veliki problem u krajnjem izgledu proizvoda, kvalitetu i sl. U hladnjačama nekontrolisana vlaga uzrokuje pojavu ledenica koje se opasno nadvijaju sa plafona, veći broj “defrost” ciklusa na isparivačima (slike 1.1. i 1.2) jasno ukazuju na problem u hladnjači bez kontrole vlage, pojava magle u manipulativnim hodnicima, opasno proklizavanje viljuškara, stvaranje leda na kartonskoj amabalaži koji se otapa po napuštanju hladnjače, što neminovno umanjuje vrednost proizvoda, jer do krajnjeg korisnika dolazi proizvod u ambalaži koja je oštećena.

Na slici 1.3 je prikazan dijagram toka vlage u hladnjačama. Cilj kontrole temperature i vlage u hladnjačama ilustrovan je na slici 1.4 (postići očuvanje prozvoda bez oštećenja od pojave leda).

Konditorska industrija, naročito proizvodnja čokolade, izuzetno je osetljiva na probleme sa vlagom u vazduhu u proizvodnim procesima - problemi u pneumatskom transportu sirovina, u skladištenju sirovina, u samom procesu izrade čokolada. Ukoliko postoje tuneli za brzo smrzavanje (slika 1.3), imamo izuzetno veliki uticaj vlage na proizvodni proces i na količinu proizvoda (zastoji zbog defrost procesa na isparivaču). Proces pakovanja nije isključen iz problema kontrole vlage.

Farmaceutska industrija je najosetljivija na kontrolu vlage i temperature u svojim proizvodnim pogonima, i predstavlja jednu od grana industrije koja je vrlo svesna problema vlage.

Postavljeni su i jasno definisani parametri temperature i vlage u proizvodnji lekova i druge opreme koji moraju biti postignuti.

Većina materijala koji se upotrebljava u industriji uopšteno je higroskopan, što znači da imaju tendeciju apsorbovanja vlage iz vazduha. Povećanje sadržaja vlage u materijalima značajno utiče na povećanje težine i zapremine krajnjeg proizvoda, promena osobina proizvoda (elastičnost, čvrstoća…), promena električne provodljivosti, promene uslova za razvoj bakterija i ostalih mikroorganizama.

Praktično ne postoji grana industrije koja nije pogođena problemom nekontrolisanja vlage u proizvodnji - bilo kao primarni efekat na samom proizvodu, ili kao sekundarni efekat koji se ogleda na povećane troškove održavanja, potrošnje energije, kvalitet proizvoda i zdravlja zaposlenih.

Bez kontrole vlage javljaju se sledeći neželjeni efekti:

Kondezacija

Kondezacija nastaje na površinama čija je temperature manja od temperature tačke rose i uzrokuje dalje mnoštvo problema.

Korozija, rđa

Kombinacija povećane vlage sa prisutnim kiseonikom u vazduhu uzrokuje nastanak korozije na metalnim površinama, koja neizbežno utiče na izdržljivost i mehaničke osobine. Pojava korozije, osim što izuzetno može oslabiti nosivost i uticati na strukturu objekta značajno utiče i na sve električne komponente.

Buđ, spore, neprijatni mirisi

Na svim materijalima, bez kontrolisanja vlage mogu nastati povoljni uslovi za razvoj plesni, buđi i spora, koje utiči kako na zdravlje ljudi, tako i na kvalitet proizvoda i sl.

Problemi sa elektroinstalacijama

Prekomerna vlaga može izazvati pojavu korozije i na legurama i lemljenim spojevima koji se koriste u električnim kolima, i na taj način povećati opasnost od kratkog spoja, varničenja i sl.

Začepljenja i blokade

Sirovine koje su u obliku praha, granulata i sl., vrlo lako apsorbuju vlagu praveći pri tome grudvice koje lako začepljuju pneumatski transportni sistem. Takođe, ova pojava uveliko utiče na kvalitet proizvoda, zastoja u proizvodnji radi odgušenja. Kombinacija praškastih sirovina sa visokom vlagom, predstavlja i vrlo hranljivu podlogu za bakterije i spore gljiva.

Promenljivi proizvodni uslovi

Promena vlage u toku godine predstavlja jedan od uzroka promenljivih uslova u proizvodnji. Upravo ovakvi promenljivi uslovi utiču na kvalitet proizvoda, potrošnju energije i planiran budžet.

Neefikasno korišćenje energije

Vlagu možemo kontrolisati na više načina. Potrebno je definisati uslove koje želimo postići u proizvodnji, i na osnovu kriterijuma koji želimo postići, biramo najefikasniji način kontrole vlage.

Nedostatak kontrole

Bez potpune kontrole vlažnosti imamo sledeće probleme:

• Period isplativosti investicije se produžava (ulaganje u opremu i dr.),

• Problem sa pouzdanošću električnih i elektro sistema,

• Probijanje rokova,

• Kvalitet i trajnost proizvoda,

• Troškovi za energente su povećani,

• Povećanje troškova redovnog održavanja opreme.

Preventivno. sa kontrolom vlage utičemo: direktno na kvalitet proizvoda i indirekto na troškove proizvodnje, zdravlje zaposlenih i sl.

Indirekto povećanje profita

Kao što je objašnjeno u prethodnim pasusima, vlažnost može imati višestruki negativan uticaj: pojava korozije na materijalima, povećanje zapremine drvenih konstrukcija i otežanu proizvodnju, stvaranje ugrušaka u pneumatskom transportu, stvaranje ledenica u hladnjačama. Upravo ovo navodi da imamo veliku direktnu dobit od kontrole vlage.

Na ovom mestu moramo naglasiti investitoru da primenom kontrole vlage u proizvodnim pogonima i magacinu može da računa na povećanje kvaliteta proizvoda, ali pre svega smanjiće se negativan uticaj vlage na zdravlja zaposlenih i doći će do smanjenja povreda na radu.

Sa druge strane upravo činjenica da je kontrola vlage u većini slučajeva ostala nerešena, čini da je ova oblast sa ogromnim potencijalom koja se tek treba implementirati u osnovne sisteme grejanja, hlađenja i ventilacije. 

Dobro izabran način kontrolisanja vlage sa sigurnošću otvara put ka velikom broju poboljšanja, kao što su:

• Povećanje obima proizvodnje,

• Efektivna kontrola i preventivne mere umesto korektivnih mera,

• Niži troškovi održavanja i popravki,

• Ostvarivanje doslednog proizvodnog procesa,

• Poboljšanje kvaliteta proizvoda,

• Produženje životnog ciklusa proizvodne opreme,

• Niži troškovi potrošnje energije,

• Smanjenje “C02 otiska”.

Načini kontrolisanja vlažnosti vazduha

Efikasno upravljanje vlagom često predstavlja zapanjujuće isplativ način za povećanje kvalitata proizvoda i smanjenje troškova proizvodnje. Naš cilj jeste da ukažemo na sve parametre koji utiču na vlažnost vazduha i koji su načini za kontrolisanje vlažnosti vazduha.

Jedna od najznačajnih karakteristika usko specijalizovanog, ali malo cenjenog procesa kontrole vlage jeste što karika između problema i rešenja nije uvek očigledna. Velika korist od svih dobro projektovanih sistema za kontrolu vlažnosti vazduha jeste da se ne rešava samo trenutni problem. 

Za kontrolu vlage moramo poći od osnovnih načela fizike, i uzeti u obzir osnovne parametre: temperaturu, pritisak, nadmorsku visinu na kojoj se nalazimo, sadržaj vodene pare. 

Efikasna kontrola vlažnosti vazduha i odabir sistema za kontrolisanje zahtevaju veći nivo znanja i potpuno inženjerski pristup u rešavanju problema. Sistem za kontolu vlage nije jedan komad opreme. Predimenzionisan adsorpcioni odvlaživač može takođe praviti dodatne probleme u proizvodnom procesu. Proces sušenja vazduha sa adsorpcionim odvlaživačem je inertan (što je veći sistem inercija je više izražena).

Po startu sistema za sušenje vazduha treba proći najmanje 10-15 minuta kako bi sistem počeo sa odvlaživanjem. Tek nakon sat vremena rada sistem postiže potreban kapacitet sušenja. Po zaustavljanju sistema za sušenje vazduha svojom inercijom sušenje se nastavlja još 10-15 minuta. Iz tog razloga je vrlo bitno odabrati sušač koji nam treba po kapacitetu, sa eventualnom rezervom ne većom od 10%.

U suprotnom vlaga u kontrolisanom prostoru osciluje oko zadate vrednosti za više od 20%. 

Tehnologija koju imamo na raspolaganju za kontrolu vlage: 

Za kontrolu vlage na raspolaganju su nam:

- Kondezaciono odvlaživanje – Kada vlažan vazduh pređe preko izmenjivača toplote (na klima uređaju, fan coil jedinici) čija je temperatura niža od temperature rose vazduha, dolazi do kondezacije, iz vazduha uklanjamo vodenu paru. Kako bi ovaj proces u industrijskim uslovima bio pouzdan i stabilan nekada je potrebno vazduh i dodatno zagrejati pre ubacivanja u halu, a posle hladnjaka tako da trošimo energiju i za hlađenje i za grejanje. Kako se približavamo nižim vrednostima potrebne RH u vazduhu tako je potrebno da nam temperatura u hladnjaku bude sve niža, tako da čiler u tim trenucima troši više energije kako bismo dobil temepraturu na hladnjaku od +2 umesto +10C 

- Korišćenje ventilacije – Ovakav način sušenja je često viđan, i u principu koristi dosta manja energije od načina I, ali ima svoje nedostatke. Vazduh koji se spolja ubacuje mora biti sa manjim sadržajem vlage od vazduha koji se izbacuje – ovaj način je moguće upotrebiti samo pri povoljnim meteorološkim uslovima.

-  Absorption - Predstavlja hemijski proces u kome se molekuli vodene pare hemijski sjedine sa molekulima apsorbera. Ovaj proces se odigrava po celoj zapremini apsorbera i nije reverzibilan (teško je dovesti apsorber u početno stanje). Sa druge strane, ova tehnologija je dosta dobra prilikom postizanja niskih vrednosti vlage (dijagram 1). Pri vrednostima od 10% RH, apsorber je efikasniji od apsorbovanja (tačka 2 na dijagramu 1), tačka 1 je prekretnica gde su obe tehnologije jednako efikasne.

- Adsorption - Predstavlja fizičko-hemijski proces koji se odvija na površini adsorbera pri kojem se atomi vodene pare vezuju za površinu adsorbera. Veza između atoma vodene pare i adsorbera može se ostvariti kao samo fizička veza (koje je jako slaba, a ostvaruje se samo dejstvom površinskih sila) ili kao hemijska veza (kada se ostvaruje i kovalenta veza). U većini slučajeva koristimo adsorber (silica gel) koji vezuje molekule vodene pare i čija se veza lako uklanja. Ovaj način odvlaživanja koristimo najviše kada je potrebno ostvariti usko kontrolisane uslove temperature i vlage (najčešće u farmaceutskoj industriji) ili kada je potrebno spustiti vlagu ispod 30% RH, kako ne bi imali kondezaciju na alatima i sl. Na slici 1.5 ilustrovana je suštinska razlika između ova adsorpcije i apsorbcije.

Prilikom odabira načina kontrole vlage možemo korisititi i više opcija istovremeno: Ukoliko zaista želimo minimalnu potrošnju energije koristićemo ventilaciju kada to meteorološki uslovi dozvoljavaju vodeći računa o temperaturi i vlagi unutar prostora i napolju. Kasnije, uključujemo sistem za hlađenje koji sam po sebi ima efekat kontrolisanja vlage. Kao pomoć sistemu za hlađenje uključujemo i adsorbcione odvlaživače. Uvek moramo imati u vidu dijagram 2, koja nam ukazuje kada je koji od ovih sistema najisplativiji.

Odabrati najbolju tehnologiju koja odgovara potrebama klijenta predstavlja veliki izazov za inženjera, jer je neophodno voditi računa da je sistem odvlaživanja u većini slučajeva sastavni deo postojećeg sistema grejanja, hlađanja i ventilacije, i da se sa ovim sistemom značajno utiče direkto i indirekto i na mnoštvo stvari koje naš invesitor u početku ne vidi. Najveći je izazov predstaviti menadžmentu koje su dobiti od uvođenja sistema za kontrolu vlage. Sistem mora imati monitoring i integrisano upravljanje koje radi besprekorno. Prilikom odabira senzora vlage, najviše se greši oko mesta ugradnje senzora, kao i oko odabira tipa senzora.

Sva kolena na kanalima za distribuciju vazduha, kao i mesta u neposrednoj blizini hladnjaka i sušača su nepovoljni za postavljanje senzora. Takođe, mora se voditi računa da imamo nadpritisak u kanalu za distibuciju vazduha u odnosu na atmosferske uslove (h-x dijagram se pomera). Senzor mora biti zaštićen od uticaja kao što su kondez od hladnjaka, prolivanje tečnosti i sl. Sve navedeno je važno, jer senzor značajno utiče za potrošnju energenta za kontrolu vlage. 

Izazov relativne vrednosti vlage (RH%)

Vrednosti temperature i pritiska vezane su za jedinstvenu apsolutnu vrednost. Međutim, obzirom da se sadržaj vodene pare u vazduhu često označava kao RH % to je čini težom za razumevanje. Sadržaj vodene pare u vazduhu koji nije označen kao apsolutna vrednost (g/kg), već kao RH%, mora biti vezan za temperature, jer je sadržaj vodene pare pri 99% RH na temperaturi od -2 stepena Celzijusa mnogo manji od 60% PH pri temperaturu od 25 stepeni Celzijusa (dijagram 3).

Nerazumevanje razlike između apsolutne i relativne vlage dovodi do grešaka, kao što je bespotrebno zagrevanje. Zagrevanjem vazduha ne vrši se sušenje vazduha, smanjuje se relativna vlage, ali se sadržaj vodene pare u vazduhu ne menja. Kako bismo sprečili kondezaciju, potrebno je razumeti i pojam tačka rose.

Ukoliko je temperatura vazduha 25 stepeni Celzijusa, koja je najčesća temperatura u unutrašnjem prostoru, pri 60% RH na H-X dijagramu jasno se uočava da se kondezacija odigrava pri temperaturi od 17 stepeni Celzijusa. Ova temperatura predstavlja tačku rose. Do pojave kondenzacije doći će na svim površinama u prostoru koje imaju nižu temperaturu od 17 stepeni Celzijusa. Za sve vrednosti vlage u vazduhu preko 60% RH, ukoliko je temperatura vazduha veća od 25 stepeni Celzijusa nastaće pregršt potencijalnih problema: pojava gljivice, rđe, subjektivni osećaj zamora, otežanog disanja itd.

Za sve načine odvlaživanja vazduha (kondenzaciono, adsorbciono), potrebna je energija kojom se voda dovodi iz stanja tečnosti u gasovito stanje. Sa odvlaživanjem, neminovno smanjujemo temperaturu tačke rose, a to znači da više nemamo kondezaciju na hladnim površinama, pojavu buđi itd.

Isplativost (rentabilnost) sistema odvlaživanja

Svako ulaganje u industriji je ispraćeno pitanjem od strane menadžmenta - koliko godina je potrebno da se uložena sredstva isplate? Za dobijanja odgovora na ovo pitanje, potrebno je doći do informacija: koliki su trenutni troškovi održanja, potrošnje energije, koji je trenutni i željeni kvalitet proizvoda, koliki je procenat vraćene robe (škarta), koliko je bilo povreda na radu (koje su povezane sa proklizavanjem na vlažnim podovima i sl), da li već postoje kriterijumi (npr. ostvariti vlagu ispod 30% RH u proizvodnji u svakom trenutku 365 dana u toku godine).

Naredno pitanje menadžmeta bilo bi pitanje referenci. Gde je to urađeno u Srbiji? Da li su korisnici odvlaživača vazduha zadovoljni? Da li su stvarno odvlaživanjem vazduha rešili svoje probleme?

Sledi par primera iz prakse u Srbiji:

- U mesnoj industriji urađena je instalacija adsorpcionih odvlaživača vazduha u manipulativnim hodnicima koji su, pored primarnog cilja - sprečavanje kondeza u hodnicima, doprineli i smanjenju ciklusa „defrost“ u hladnjačama. 

- U fabrici plastičnih predformi, odvlaživanje je izvršeno lokalno na mašinama u cilju postizanja optimalnih uslova proizvodnje.

- U farmaceutskoj kući izvršena je instalacija sistema odvlaživanja prema unapred poznatim kriterijumima.

- U cilju poboljšanja uslova proizvodnje izvedena je instalacija kontrole vlage u celom jednom pogonu sa unapred poznatim uslovom (temparatura mora biti ispod 25°C i vlaga ispod 35% RH).

- U proizvodnji sladoleda urađena je instalacija sušača vazduha na tunelu za brzo smrzavanje, kao i u hladnjačama na -15°C.

Svako rešenje za kontolu vlage u navedenim referentnim objektima ima svoje specifičnosti. Za kontrolu vlage ne postoji isti posao urađen dva puta. Inženjerski pristup problemu mora da postoji, kako bi se došlo od optimalnog rešenja za kontrolu vlage u vazduhu.

Industrije u kojima kontola vlage ima najviše uticaja:

• Proizvodnja Lithium Ion Baterija - Proizvodnja nije moguća bez ostvarivanja niske vrednosti vlage vazduha u zoni proizvodnje.

• Farmaceutska industrija - Proizvodnja nije dozvoljena bez postizanja odgovarajuće temperature, relativne vlažnosti vazduha, klase vazduha, itd.

• Spray Dry - Proizvodnja nije moguća u letnjim mesecima bez odvlaživanja. Korišćenjem odvlaživača dobija se povećanje do 35% kapaciteta sušare. 

• Skladišta - Kontrolom vlage smanjuju se troškovi - manje oštećenje robe (usled dejstva vlage).

• Hladnjače - Bezbednija manipulacija, manje oštećenja kartonske ambalaže, smanjenje perioda za “defrost”, smanjivanje nagomilavanja leda, eleminisanje magle.

• Fabrike za preradu vode - Smanjuju troškovi održavanja skupe opreme.

• Stambeni objekti - Benefit bržih završnih radova, kao i velika efikasnost za rekonstrukciju objekata nakon poplava.

• Pivare - Sirovine su bolje očuvane, nema pojave kondeza, nema problema sa odlepljivanjem etiketa sa flaša, bez pojave korozije na čepovima, bez pojave buđi na tankovim, brže sušenje nakon pranja celog objekata i sl.

Praktično ne postoji grana industrije u kojoj direkto ili indirekto vlaga nema uticaja. Probuditi svest kod investitora i menadžmenta da je vlaga uzrok brojnih problema, najvažiji je posao inženjera. U praksi se pokazalo i kao uspešan moto “no cure no money” (Eng. Bez rešenog problema nema naplate). 

 

O Autoru

Saša Živković, dipl. maš inženjer i Dubravka Živković, saradnik

0 Komentara o ovom članku
Ostavi komentar

Ostavi komentar

Klijenti