האם עלות הפעלה של מדחסי אוויר חסרי שמן גבוהה יותר?

יעילות אנרגטית: האם דחיסי אוויר ללא שמן צורכים יותר חשמל?

נפילת לחץ ואובדי סינון במערכות ללא שמן

השגת מתקנים ללחיצה אווירית ללא שמן כדי לעמוד בדרישות הקפדניות של הסטנדרט ISO 8573-1, קלאס 0, בדרך כלל דורשת הוספת שכבות סינון נוספות — דבר חשוב במיוחד בחדרים נקיים (cleanrooms) בענף התרופות, מעבדות ביוטכנולוגיה או מפעלי עיבוד מזון, שבהם זיהום אינו מתקבל על הדעת. החיסרון? כל המסננים האלה יוצרים נפילת לחץ שפוגעת בכفاءת האנרגטית. מדובר במעל חצי אחוז יותר חשמל הנדרש עבור כל פאונד ליחידת שטח (psi) שאובד במערכת, לפי דיווחי התעשייה משנת 2023. דגמים שמשתמשים בשמן כחומר שמייצים כן זקוקים למקררים לאחר ההפעלה ומפרידים שמן-מים, אך הם לרוב מטפלים בשטף האוויר טוב יותר, מאחר שהשימון מונע דליפות ומאפשר איטום טוב יותר בהשוואה לשלבים המרובים של מסננים יבשים. חלק מדגמים חדשים ללא שמן הגיעו לרמה טובה למדי בזכות طلاءים מיוחדים על הרוטורים וטכנולוגיית בורג יבש משופרת. עם זאת, כל מי שעוסק במערכות קלאס 0 חייב לזכור שקיימת תמיד פשרה מסוימת בין זיהוי אוויר אולטרה-טהור לבין הפעלת מערכת יעילה.

נתוני בדיקת ISO 1217: צריכה אמיתית של אנרגיה לעומת מנועי דחיסה עם שמן

לפי בדיקות ISO 1217, בעת הפעלה בקיבולת מלאה, מנועי דחיסה עם שמן מוזרק מפגינים בדרך כלל שיפור של כ־3–5 אחוזים מבחינת הספק סגולי (קילוואט ל־100 קוביות פוט/דקה). תופעה זו נובעת מהשפעת השמן כחומר איטום פנימי, אשר מפחיתה את האבדנים. עם זאת, כאן מתחיל החלק המעניין – יתרון הביצועים הזה מתחיל להתקצר כאשר אנו בוחנים את מה שמתרחש לאחר הדחיסה. במתקנים הדורשים אוויר חף משמן לחלוטין, מערכות הדחיסה עם שמן מוזרק דורשות ציוד ניקוי נוסף, כגון מסננים מתאחדים (coalescing filters) ויחידות פחם פעיל. התוספות הללו יוצרות התנגדות נוספת של כ־2–4 PSI במערכת. אם נשקול את כל הגורמים הללו, דחיסות חפות משמן חוסכות למעשה בין 7 ל־12 אחוזים בהוצאות האנרגיה בתחומים המנוהלים. התמונה משתנה עוד יותר כאשר נכנסים לתמונה מנגני הפעלה במהירות משתנה (VSDs). שני סוגי הדחיסות מפגינים ביצועים דומים למדי בעת הפעלה מתחת לקיבולת המרבית. מדידות מהשטח מבתי ייצור ברחבי אירופה תומכות בכך. דגמי הדחיסה החפים משמן הצריכו בממוצע 0.18 קילוואט-שעה למטר מעוקב, לעומת 0.21 קילוואט-שעה למטר מעוקב לדגמי הדחיסה המשומנת, כאשר הוחל על שניהם טיפול זהה באוויר, בהתאם למסקנות האudit האנרגטי לשנת 2023.

עלות תחזוקה: מתקנים ללחיצה אווירית חסרי שמן לעומת מתקנים ללחיצה אווירית עם שמן

ניהול שמן, מסננים ומי קondenסציה במתקנים עם הזרקת שמן

הפעלת מתקנים דחיסה שמשתמשים בשמן כחומר שמייצר שימון דורשת תשומת לב מתמדת למאגרי השמן לאורך מחזור הפעולה שלהם, תוך מניעת כל סוג של זיהום. רוב תהליכי התיקון והתחזוקה כוללים החלפת השמן כל שלושה חודשים, מה שעשוי לכלול בין חמש לעשר גלונים של שמן שעוברים דרך המערכת מדי שנה, בהתאם לגודל המתקן הדוחס. יש גם להחליף מסננים – מסנני קליטה כל 500 שעות, מסנני שמן במרווחי זמן דומים, ומסנני אוויר בדרך כלל לאחר 500–2000 שעות של פעילות. נוסף על כך, קיים את האתגר הנוסף של איסוף הקondenסט (הרטיבת הלחיצה). טכנאים חייבים לבדוק את זה מדי יום, משום שהפרדת השמן מהמים אינה משימה פשוטה. ולאחר הפרדה, הפתרון הסופי למים המזוהמים מהווה בעיה ממשית, מאחר שמדובר בפסולת מסוכנת כפופה לכל מיני חוקים ותקנות סביבתיים מקומיים. כל פעולות התיקון והתחזוקה השגרתיות הללו יוצרות הוצאות חוזרות ונשנות לאורך השנה.

• שמן שפיכה: 200–600 דולר ליחידה
• החלפת מסננים: 3–6 פעמים בשנה
• הת disposed של פסולת: 15–30 דולר לגאלון
  העבודה מוסיפה 1,200–3,500 דולר נוספים לשנה עבור יחידות תעשייתיות, ודורשת 2–4 שעות בשבוע לתחזוקה שוטפת.

תחזוקה ללא שמן: עלויות נמוכות יותר לשמנים, אך דרישה גבוהה יותר לניטור גלגלות ומחסומים

מעבר לפעילות ללא שמן פירושו שאין צורך יותר לקנות שמן סיכה, להחליף מסנני שמן או להתמודד עם פסולת קondenסאט מסוכנת. זה יכול לצמצם את הוצאות התיקון השנתיות של נוזלים ב-85–90% בערך, בהתאם לדפוסי השימוש. כאשר אין שמן שדורש תשומת לב, טכנאיים חייבים להתייחס בקפידה רבה יותר לרכיבי התנועה הפנימיים של המכונות האלה. הדליקים בדרך כלל דורשים בדיקה לאחר כ-2,000–3,000 שעות פעילות, וצריך להחליפם לאחר כ-8,000–12,000 שעות של פעילות. גם החיבורים (חוגרים) דורשים בדיקות תקופתיות והחלפות מזדמנות כדי לשמור על פעילות חלקה ולמנוע הצטברות יתר של חום. כל פעולות התיקון הללו מתווספות לעלות ממשית לאורך זמן, אף על פי שהן מייצגות סוג אחר של השקעה בהשוואה למערכות דחיסה מסורתיות.

• סטים מתקדמים של דליקים: 200–500 דולר
• ערכות חיבורים מדויקים: 150–400 דולר
• מערכות ניטור תרמי: מומלץ בחום לזיהוי מוקדם של תקלות
  למרות שמרווחי התחזוקה ארוכים ב־30% לעומת יחידות שמשתמשות בשמנים, עלות הרכיבים גבוהה ב־~25%. איזון זה הופך את הטכנולוגיה ללא שמן ליעילה במיוחד מבחינה עלות–תועלת בתחומים רגישים לזיהום, שבהם ההימנעות מהעברת שמן מצדיקה את ההשקעה הגבוהה יותר בחלקי החילוף הנשחפים.

העלות הכוללת בעלות (TCO) של מזרקות אויר ללא שמן לאורך 5 שנים

העלות הכוללת לבעלות על מתקני דחיסה אוויר ללא שמן אינה מתמקדת רק במחיר המוקדם שמשלמים בחנות. היא כוללת למעשה גם את כמות החשמל שנצרכת מדי יום, את שעות התיקון והתחזוקה הנדרשות, את חלקי ההלבשה הדרושים להחלפה, את הקנסות האפשריים בשל אי עמידה בתקנות, וכן את הביטחון שהייצור לא ייפסק באופן בלתי צפוי. לפי נתוני משרד האנרגיה של ארצות הברית, החשמל לבדו מהווה כ-76 אחוז מהעלויות הכוללות הקשורות להפעלת מערכות דחיסת אוויר לאורך תקופת חייהן. כלומר, שיפורים קלים בכفاءה יכולים להסתכם לסכומים גדולים לאורך זמן. לענפי תעשייה כגון ייצור תרופות יש את האתגרים המיוחדים שלהם בתחום זה, משום שאוויר מזוהם עלול לפגוע באצירת תרופות ולגרום לבעיות חמורות בבדיקות ממשלתיות. עבור עסקים אלו, הפקת אוויר נקי לחלוטין הופכת לערך שמתאפשר לשלם עליו סכום גבוה יותר בהתחלה או להשקיע מעט יותר ברכיבים בשלב מאוחר יותר.

מקרה למידה: התקנות של חדרים נקיים במעבדות פרמה בשנגחאי

מתקן פרמה הממוקם בשנגחאי החליף מתקני דחיסה ישנים עם שמן במיכל, במתקני דחיסה חסרי שמן מאושרת לפי סטנדרט ISO 8573-1 כיתה 0, אשר משרתים תהליכי חדר נקי קריטיים. המעבר הביא לשיפור מדיד בעלויות הכוללות (TCO):

• 12,000 דולר אמריקאי בשנה שנחסכו בהוצאות לסינון צד-הורדה ולפינוי פסולת מזוהמת בשמן
• 8,000 דולר אמריקאי בשנה שנחסכו בהוצאות חוזרות לאישור טהרת האוויר ובבדיקות זיהום
• הפחתה של 30% בשעות העבודה המתוכננות לתיקונים ותחזוקה

למרות שההשקעה הראשונית בציוד הייתה גבוהה ב-15%, החסכונות בתפעול עלו על סף ה-TCO הסטנדרטי לחמש שנים ב-22% תוך שלוש שנים. דרישות התאימות לחדרים נקיים – ולא רק מדדי יעילות אנרגטית – קבעו את הצד הכלכלי להעדפת הטכנולוגיה חסרת השמן.

כלכלה של עצירות: כשלים בתאימות לחדרים נקיים לעומת שינויים מתוכננים של שמן

עצירות לא מתוכננות הנגרמות באירועי זיהום אוויר גורמות להפסדים פיננסיים גדולים בסביבות רגולטוריות:

• מקרים של אי התאמה לתקנות גורמים בממוצע להפסדים של 500,000 דולר אמריקאי ומעלה למקרה (מכון פונמון, 2023)
• שיקולים חוזרים של מוצרים הקשורים לזיהום באוויר דחוס גורמים בממוצע להפסדים ישירים בגובה 740,000 דולר אמריקאי
• לעומת זאת, החלפת שמן מתוכננת תורמת רק לכ-8 שעות של עצירת פעילות מתוכננת מדי שנה

מערכות חסרות שמן מחליפות את הפסקות הפעילות הסדירות הנובעות מהחלפת שמן במערכת ניטור חיזויית של סיביות וטמפרטורה — אך הן מבטלות לחלוטין את עצירות הפעילות הנובעות מזיהום. במהלך חמש שנים, מתקנים בעלי דרישות קפדניות במיוחד לנקאות האוויר דיווחו על ירידה של 19% בהוצאות הכוללות על עצירת פעילות, שנבעה מהימנעות מחידוש אישורי הסטריליזציה, עיכובים באודיטים וקנסות רגולטוריים.

שאלות נפוצות

האם ממיסרי אוויר חסרי שמן צורכים יותר חשמל מאשר ממיסרי אוויר שמנוניים?

ممיסרי האוויר החסרי שמן עשויים להיראות בתחילה כצורכים יותר חשמל בשל דרישות הניקוי הנוספות, אך לאורך זמן הם יכולים לספק חיסכון באנרגיה של 7–12 אחוזים במקטעים המנוהלים.

מהן הוצאות התחזוקה הקשורות לממיסרי אוויר חסרי שמן?

מחשפים ללא שמן משללים את הצורך בשמנים, ובכך מפחיתים באופן משמעותי את הוצאות התיקון והתחזוקה של נוזלים.

האם יקרת הפעלה של מחשפים ללא שמן נמוכה יותר בטווח הארוך?

עלות הבעלות הכוללת של מחשפים ללא שמן בחמש שנים עשויה להיות נמוכה יותר בשל יעילות האנרגיה ופחת זמן העצירה הנובע מזהמים, למרות העלויות הראשוניות הגבוהות יותר.

למה עלולת עסק לבחור במחשפים ללא שמן במקום במחשפים שמשתמשים בשמן לszיקה?

מחשפים ללא שמן הם מועילים במיוחד בתעשייה הדורשת סביבות חפשיות מזיהום, כגון תעשיית התרופות ותעשיית עיבוד המזון. הם תורמים לשמירת סטנדרטי טהרה של האוויר ומצמצמים את עלויות הזמן המושהה הקשורות לכך.