Rosnące koszty energii oraz rygorystyczne wymogi polityki klimatycznej zmuszają sektor przemysłowy do poszukiwania oszczędności. Jednym z najbardziej energochłonnych procesów w warsztatach i zakładach produkcyjnych jest lakierowanie powłok. Przełomem w branży może okazać się oszczędność energii w kabinie lakierniczej osiągana dzięki technologii cyfrowego bliźniaka, nad którą pracuje dr hab. inż. Piotr Nikończuk, prof. ZUT w Szczecinie.
Od czego zależy oszczędność energii w kabinie lakierniczej?
W strukturze zużycia energii przeciętnego serwisu samochodowego lub zakładu renowacyjnego to właśnie procesy w komorze lakierniczej generują lwią część kosztów stałych. Zapewnienie odpowiednich parametrów mikroklimatu wymaga potężnych nakładów mocy. Szczególnie w okresie zimowym, kiedy powietrze zewnętrzne musi zostać podgrzane do temperatury pokojowej (około 20 stopni Celsjusza).
Prof. Piotr Nikończuk, kierownik Katedry Technologii Cieplnych i Inżynierii Bezpieczeństwa Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego, zwraca uwagę, że w branży refiniszowej moc samych elementów grzejnych lub palników gazowych potrafi sięgać nawet 300 kW.
Czytaj też: Czym zastąpić styropian? Naukowcy stworzyli genialną izolację z… fusów po kawie!
W porównaniu z tym wentylatory (od 10 do 30 kW) czy systemy oświetleniowe stanowią zaledwie ułamek całkowitego zapotrzebowania na energię. Sytuacja geopolityczna oraz dynamiczne zmiany na rynku paliw sprawiają, że tak wysoka energochłonność staje się ogromnym wyzwaniem dla rentowności przedsiębiorstw.
Profil zużycia energii: tryb aplikacji a recyrkulacja powietrza
Z punktu widzenia efektywności energetycznej lakierni istotne jest rozróżnienie dwóch podstawowych trybów pracy komory lakierniczej:
Tryb lakierowania (aplikacji)
Wymaga ciągłej, intensywnej wymiany powietrza w celu zachowania czystości powłoki, odprowadzenia mgły lakierniczej oraz ochrony przed powstaniem mieszanki wybuchowej. To w tej fazie zapotrzebowanie na moc grzewczą osiąga swoje krytyczne wartości.
Tryb suszenia i podsuszania międzywarstwowego
Charakteryzuje się znacznie niższym zapotrzebowaniem na energię. Powietrze zostaje wprowadzone w tryb cyrkulacji (recyrkulacji). To znacznie ogranicza konieczność ciągłego ogrzewania nowych strumieni z zewnątrz i pozwala na realne oszczędności.
Cyfrowy bliźniak jako narzędzie optymalizacji termicznej
Koncepcja rozwijana przez szczecińskich naukowców polega na stworzeniu cyfrowego bliźniaka ograniczonego ściśle do fizyki i parametrów samej kabiny lakierniczej. Wirtualny model ma w czasie rzeczywistym odtwarzać stan faktyczny urządzenia, analizując prędkość i wolumen wymienianego powietrza, temperaturę oraz wilgotność.
Czytaj też: Trump kontra OZE: jak amerykańska polityka energetyczna uzależnia Europę i co to oznacza dla Polski?
Bieżąca i zaawansowana analityka tych danych pozwala na predykcyjne zarządzanie mikroklimatem. Wdrożenie takiego systemu umożliwia wprowadzanie precyzyjnych i bezpiecznych zmian w parametrach eksploatacji. Korekty te mieszczą się w granicach tolerancji technologicznej dla chemii lakierniczej. Jednak pozwalają na maksymalne ograniczenie strat ciepła i zmniejszenie zużycia paliwa opałowego.
Bezpieczeństwo i diagnostyka predykcyjna w duchu efektywności
Cyfrowy model komory niesie za sobą również szereg korzyści operacyjnych. System ma na bieżąco monitorować stan filtrów, wentylatorów oraz innych elementów wykonawczych, informując o potrzebach konserwacyjnych (diagnostyka predykcyjna).
Zapobiega to sytuacjom, w których zaniedbania techniczne, takie jak zapchane filtry, mogłyby wymusić na układzie wentylacyjnym cięższą pracę i w efekcie zwiększyć pobór prądu. Co więcej, stała kontrola intensywności wymiany powietrza chroni przed spadkiem parametrów poniżej bezpiecznych norm. Eliminuje ryzyko powstania mieszanki wybuchowej oparów rozpuszczalników i dbając o zdrowie pracowników.
Zielona technologia bez konieczności inwestycji w chmurę
Innowacja profesora Nikończuka wyróżnia się elastycznością wdrożeniową. W przeciwieństwie do wielu systemów Przemysłu 4.0, opracowywany cyfrowy bliźniak nie wymaga stałego połączenia z zewnętrzną siecią ani kosztownej infrastruktury chmurowej. Cały model matematyczny i analityczny może działać lokalnie na komputerze lub dedykowanym urządzeniu cyfrowym umieszczonym bezpośrednio przy kabinie lub w przyzakładowym biurze.
Obecnie projekt wkracza w kolejną fazę. Naukowcy z ZUT poszukują przedsiębiorcy z branży lakierniczej, który umożliwi instalację aparatury pomiarowej w realnym obiekcie. Zebrane dane pozwolą na pełne przetestowanie technologii w warunkach przemysłowych. Prof. Piotr Nikończuk zaprasza podmioty zainteresowane poprawą swojej efektywności energetycznej oraz redukcją śladu węglowego do bezpośredniego kontaktu i współpracy.
Autor: Tomasz Klek, redaktor portalu Dolina OZE – Linkedin
