Gevaarlijk chemisch proces zuiniger dankzij IE4-motor

De productieprocessen van oleochemicaliën zijn te vergelijken met de petrochemische industrie: ze vinden vaak plaats in potentieel explosieve atmosferen, waarin speciale apparatuur nodig is om veilig te werken. Het niveau van de vereiste beschermingsgraad hangt af van de classificatie van het gebied waarin de apparatuur functioneert.

In dit specifieke geval ging het om een aantal mengvaten in een Zone 1-omgeving, die werden aangedreven door explosieveilige motorreductoren. Het bedrijf moest de motorreductoren vervangen door exemplaren met een vergelijkbare specificatie, maar wenste een betere energie-efficiëntie en wilde een inverterregeling gebruiken.

Ontwerpen aandrijflijn

De toepassingsingenieurs van Bauer keken aan welke eisen de installatie moest voldoen en ontwierpen een aandrijflijn, bestaande uit een invertergestuurde IE4- en ATEX-genormeerde synchroonmotor met permanente magneten (PMSM), gekoppeld aan een BG70-tandwielkast, aangestuurd via een Danfoss FC-302 inverter. Deze combinatie zorgde voor de benodigde controle en bood de dringend gewenste energie-efficiëntie, terwijl aan de vereiste veiligheidsnormen werd voldaan.

Markus Kutny, Product Manager, Energy Efficiency Solutions bij Bauer Gear Motor, legt uit wat het concept achter dit ontwerp is: “In de huidige markt is energie-efficiëntie één van de doorslaggevende factoren bij het kiezen van een motorreductor. De stroomprijzen gaan alleen maar omhoog en daarom is het belangrijk naar de levensduurkosten van een aandrijving te kijken en niet simpelweg naar de aanschafprijs. Vooruitlopend op de nieuwe IE4-classificatie hebben we een nieuwe serie motoren ontworpen, die onze klanten de allerhoogste efficiëntie biedt.”

Kutny vervolgt: “Het is algemeen bekend dat elektromotoren 65% van het industriële stroomverbruik veroorzaken, maar velen weten niet dat 96% van de levensduurkosten van een elektromotor aan stroom opgaat. Dit toont aan dat de totale efficiëntie belangrijker is voor de eigendomskosten (TCO) dan de aanvankelijke aanschafprijs.”

“Om een moderne aandrijflijn te ontwerpen, zijn een specialistische kennis en expertise vereist, zodat het uiteindelijke product efficiënt werkt, trillingsvrij en geruisloos draait en uiterst betrouwbaar is. Maar een goed ontwerp kan nog meer voordelen opleveren als de aandrijflijn goed in de toepassing is geïntegreerd”, aldus Kutny.

De oorspronkelijke asynchrone motoren (ASM) in de oleochemische installatie hadden de classificatie Ex d (explosieveilig) en waren geschikt voor het gebruik in Zone 1. Het uitgebreide onderzoek van de Bauer technici toonde aan dat de nieuwe installatie de classificatie Ex e (verhoogde veiligheid) mocht hebben en dan nog aan de eisen voor het gebruik in Zone 1 zou voldoen.

Ontwerp met veel voordelen

De voorgestelde oplossing bestond uit de PMSM-serie: milieuvriendelijke motoren met een hoogefficiënte rotor met verzonken permanente magneten uit zeldzame aardmetalen en geen kooianker, zoals de meeste laagspanningsinductiemotoren hebben.

Dit ontwerp heeft een aantal belangrijke voordelen. De warmteverliezen van de rotor worden met 100% verminderd en de totale verliezen met ca. 25%, terwijl het totale rendement met minstens 10% toeneemt. Voor de PMSM-gebruiker betekenen deze betere prestaties lagere totale eigendomskosten, een verminderde CO2 uitstoot en langdurige besparingen, die een buffer tegen de stijgende energieprijzen kunnen vormen.

De motoren werden gekoppeld aan een BG-serie tandwielkast met spiraalvertanding, omdat deze koppels tot 18.500 Nm met hoge uitgangstoerentallen kan leveren. De motoren zijn gemakkelijk met een inverter te integreren, zoals de Danfoss FC-302, om de vereiste toerentallen in elke stap van het mengproces te handhaven.

De tandwielen hebben een stof- en vochtwering tot IP66 en het smeermiddel hoeft pas na 15.000 bedrijfsuren te worden ververst, wat ideaal is als de betrouwbaarheid vooropstaat. Deze eigenschappen houden tevens de onderhoudskosten van de toepassing laag.

Fabrikanten van speciale motoren zoals deze schrijven vaak een specifieke inverter voor als deel van de toepassing. Maar Bauer legt zulke beperkingen niet op en laat de klant liever zelf een inverter gebruiken die het beste bij de situatie past. Dit maakt dat de onderhoudsmanagers hun onderdelenvoorraad kunnen stroomlijnen en dat geen extra technische training over een nieuwe inverter nodig is.

Veiligheid en rendement beiden belangrijk

Toepassingen in explosieve gevaarlijke omgevingen zijn momenteel uitgezonderd van de EU-regelgeving over de minimale energie-efficiëntie, omdat de explosieveiligheid uiteraard belangrijker is dan de stroombesparing. Dat is nadelig als bedrijven in de petrochemie, olie- en gaswinning en mijnbouw de totale efficiëntie van hun installatie willen verhogen. Daarom heeft Bauer de eerste Ex-genormeerde IE4 PMSM-motorreductor ter wereld ontwikkeld, die even energiezuinig als de rest van de serie is en tevens de ATEX-classificatie voor Zone 1 en 21 heeft.