Paineilman käytön tarkat mittaukset lisäävät energiakulutuksen läpinäkyvyyttä ja samalla mahdollistavat sen kustannustehokkaan käytön teollisuuden eri prosesseissa ja tuotannon vaiheissa. Käytön optimointi edellyttää ensinnäkin tarkkaa tietoa siitä, kuinka paljon paineilmaa kuluu ja toisaalta kustannusten jakamisen esimerkiksi osasto- tai käyttöpaikkakohtaisesti.

Etenkin vuotojen havainnointi paineilmaverkossa on tärkeää, sillä eri tutkimisten mukaan vuotohäviöihin kuluu keskimäärin 40 prosenttia kaikesta tuotetusta paineilmasta. Esimerkiksi 6 barin paineilmaverkossa yhden halkaisijaltaan 2 mm olevan vuotopisteen hinta voi nousta jopa 1200 euroon vuodessa.

Myös paineilmaverkon optimaalista sovittamista ja mitoittamista sitä hyödyntävän prosessin todelliseen paineilmatarpeeseen tarvitaan.

Miten paineilmaverkon käytön kustannustehoa voidaan sitten lisätä? Energiatehokas paineilmajärjestelmä edellyttää jatkuvan ja säännöllisen ylläpidon ohella nykyaikaisia optimointityökaluja.

Esimerkiksi ultraäänitekniikka on ottanut viimeisen 15 vuoden aikana suuria kehityshyppäyksiä teollisissa virtausmittaussovelluksissa, ja tätä voidaan hyödyntää myös paineilmaverkon toiminnan tehostamisessa. Hyvänä esimerkkinä tästä on paineilman virtausmittaus, joka on nyt mahdollista myös putken ulkopuolelta sekä kiinteästi asennettavilla että siirrettävillä ultraäänivirtausmittareilla.

Ultraäänitekniikka auttaa seuraamaan

Markkinoilla on kannettava energiamittari energiaselvityksiin ja esimerkiksi ISO 50001 mukaisiin energiatehokkuussertifiointeihin. Laite on monitoimimittari, jolla voi mitata putken ulkopuolelta kaikkien nesteiden ja paineilman virtausmäärät, nestepohjaisten aineiden lämmitys- ja jäähdytysenergiat sekä hetkellisen tehon. Samalla laitteella voi mitata muitakin kaasuja kuten esimerkiksi typpeä ja ammoniakkia.

Koska ainoastaan jatkuva paineilmakulutuksen monitorointi takaa energiatehokkuuden, kiinteästi asennettuja kulutusmittareita tarvitaan paineilmaverkon keskeisiin osiin sekä suurimpiin kulutuskohteisiin ja linjoihin.

Mittalaitteiden suhteellisen korkea hankintahinta on ollut kiinteästi asennettavien paineilma-Clamp On -virtausmittareiden yleistymisen esteenä mittausteknisten ongelmien lisäksi. Sovelluskohteiden määrän kasvaessa laitehinnat ovat kuitenkin laskeneet, jolloin mittalaiteinvestointien takaisinmaksuajat ovat samalla lyhentyneet. Yhtenä tällaisena esimerkkinä on saksalaisyhtiö Flexim GmbH:n markkinoille tuoma mittari, joka on kehitetty pelkästään paineilman virtaamamäärien ja kulutuksen mittauksiin.

Mittaus putken ulkopuolelta

Ultraäänisovelluksissa tekniikan ylivoimainen etu on, että haluttu asia voidaan mitata kohteen ulkopuolelta. Paineilmaa mittaavissa antureissa käytetään niin sanottua pinta-aaltoteknologiaa (”Lamb Wave” ), jonka avulla paineilmamääriä voi mitata teräsputkissa, kun paine on yli 3 bar. Muoviputkissa mittaus putken ulkopuolelta on mahdollinen myös ilmakehän paineessa.

Asennus putken päälle mahdollistaa myös sen, että mittauksen voi suorittaa paineilmaverkon normaalin käynnin aikana tarvitsematta keskeyttää paineilman jakelua mittausanturin asentamisen ajaksi. Ultraäänimittaus mittaa aina kahteen suuntaan, jolloin mittarilla pystyy mittaamaan myös rengasverkot, joissa ilman virtaussuunta vaihtelee.

Mittaustekniikan ominaisuuksiin kuuluu myös se, ettei se aiheuta painehäviötä ja toisaalta se, että sen avulla voidaan mitata myös pieniä virtausnopeuksia alkaen 1 cm/s. Sen avulla voidaan siis paljastaa vuodot esimerkiksi seisokkitilanteessa.

Toteutusesimerkki

Toinen Flexim GmbH:n tuote mittaa ainoastaan paineilmaa tai typpeä ja se toimitetaan pakettina sopivilla antureilla varustettuna. Anturivalinta riippuu putkikoosta, seinämän paksuudesta ja putken materiaalista. Laitetta voi käyttää paineilman virtaamamittauksiin putkikokoalueella DN 10…DN 250.

Lähettimessä on valmiina mA-analogitulo painemittausta varten ja Pt100-tulo lämpötilan mittaukselle. Näiden avulla lähetin pystyy laskemaan myös paine- ja lämpötilakompensoidun normivirtaaman.

Keskusyksikössä on sisäänrakennettu dataloggeri, johon kertynyttä mittausdataa voidaan hyödyntää paineilmaverkon tasapainottamisessa, sisäisessä laskutuksessa ja energiatehokkuusselityksissä, jotka ovat osa ISO 50001 -sertifiointia. Tietysti nämä tiedot auttavat myös paineilmaverkkojen vuodonhaussa.

Paineilmavuodon paikannus SONAPHONE -vuodonhakulaitteella.

Ultraäänitekniikkaa myös vuodonhakuun

Energiatehokkuuden optimointiin tarvitaan riittävän kattavaa kulutusmäärien jatkuvaa monitorointia, jotta mahdolliset viat ja vuodot on mahdollista havaita riittävän ajoissa ja ryhtyä korjaustoimenpiteisiin. Toimenpiteistä tärkein on vuotojen paikantaminen ja poistaminen. Tämä onnistuu esimerkiksi Sonaphone- ultraäänivuodonhakulaitteen avulla.

Ultraäänivuodonhakulaitteen toiminta perustuu paineilmavuodon aiheuttaman korkeataajuisen (noin 40 kHz) kohinan mittaukseen.

Mittari toimii kapealla taajuuskaistalla, jolloin sitä voi käyttää vuodon hakuun kaikissa tehdasympäristöissä.

Voimakas tehdasmelu on matalataajuista 30…1000 Hz eikä se pääse vaikuttamaan mittarin toimintaan. Vuodonhakulaitteeseen on saatavilla käyttöä helpottavia varusteita. Hyvä esimerkki on paraboloidianturi, jonka avulla vuotopiste voidaan paikantaa pisimmillään 20 m etäisyydeltä – esimerkiksi tehtaan katossa kulkevasta paineilmaputkesta tai -laitteesta.

Paineilman virtausmittaus ja vuodonhaku Clamp On -ultraäänivirtausmittareilla.

Hannu Toroi
Stig Wahlstöm Oy/Hantor-Mittaus,
hannu.toroi@swoy.fi