Trzy sposoby, aby uczynić twoje linie pakujące bardziej zrównoważonymi
Dzięki technologiom pneumatycznym oraz zgrzewania ultradźwiękowego, producenci towarów konsumpcyjnych mogą zoptymalizować zużycie energii, a także poprawić efektywność pracy maszyn.
Zrównoważony rozwój ma wysoki priorytet dla współczesnych firm z branży pakowanych towarów konsumpcyjnych (ang. Consumer Packaged Goods - CPG). Kierując się odpowiedzialnością za środowisko, przepisami rządowymi oraz preferencjami klientów, firmy z branży CPG aktywnie poszukują sposobów na dekarbonizację linii pakujących i wykorzystanie ekologicznych materiałów opakowaniowych. Wiele z nich zaczęło monitorować w czasie rzeczywistym zużycie energii swoich maszyn i zmodernizowało krytyczne obszary procesów pakowania, stosując dwie kluczowe technologie: instalacje pneumatyczne i zgrzewanie ultradźwiękowe.
Podczas gdy firmy od dawna polegają na sprawdzonej wydajności pneumatyki w swoich liniach pakujących, najnowsze urządzenia pneumatyczne oferują specjalistyczne możliwości i łączność, które mogą pomóc zoptymalizować zużycie energii, poprawić współczynnik efektywności sprzętu (ang. Overall Equipment Efficiency - OEE) oraz zmaksymalizować produkcję. Jednocześnie zgrzewanie ultradźwiękowe zapewnia większą precyzję, niezawodność i wydajność niż tradycyjne zgrzewanie termiczne, pomagając zminimalizować ilość odpadów, poprawić kompostowalność opakowań i zredukować zużycie energii.
Oto trzy sposoby, dzięki którym firmy z branży CPG mogą wdrożyć te zrównoważone technologie, aby zmniejszyć wpływ na środowisko oraz zwiększyć wskaźnik OEE swoich linii pakujących.
Optymalizacja wykorzystania sprężonego powietrza
Sprężone powietrze jest wykorzystywane do obsługi urządzeń i zasilania procesów w liniach pakujących, w tym do produkcji butelek. Podczas gdy powszechność sprężonego powietrza zwiększa potencjał strat energii, istnieją narzędzia, których można użyć w celu zoptymalizowania jego wykorzystania. Jeszcze nie tak dawno nie było skutecznego sposobu oceny zużycia sprężonego powietrza. Zmieniła to transformacja cyfrowa instalacji pneumatycznych. Współczesne inteligentne urządzenia pneumatyczne zapewniają pełniejszy obraz wydajności systemu pneumatycznego, a także przydatne informacje dla lepszego zrozumienia i skutecznego kontrolowania zużycia energii przez linie pakujące.
Inteligentne czujniki, połączone z brzegowymi urządzeniami obliczeniowymi, mogą stale monitorować przepływ powietrza w systemie i w czasie rzeczywistym rejestrować przepływ, ciśnienie i prędkość siłownika. Przy odpowiednim zrozumieniu z wykorzystaniem analizy brzegowej dane te mogą pomóc przedsiębiorstwom wykryć powstałe wycieki i zoptymalizować przepływ sprężonego powietrza. Dane te mogą również pomóc operatorom w wyraźniejszym dostrzeżeniu powiązań między ciśnieniem powietrza, jego przepływem oraz prędkością siłownika. Dzięki lepszemu zrozumieniu prawdziwej natury tych powiązań operatorzy mogą określić optymalny punkt, w którym sprężone powietrze jest używane w ich procesach pakowania. Jeśli analizowane ciśnienie wejściowe jest większe niż wymaga tego proces i zużywane jest więcej sprężonego powietrza niż potrzeba, operatorzy mogą zmniejszyć ciśnienie i modulować przepływ powietrza przy zachowaniu tego samego czasu cyklu siłownika. Optymalizując ilość sprężonego powietrza w celu spełnienia wymogów eksploatacyjnych bez wpływu na produkcję, przedsiębiorstwa mogą zminimalizować zużycie energii.
Oprócz optymalizacji zużycia sprężonego powietrza, oprogramowanie monitorujące może również pomóc operatorom wykrywać wycieki niemalże w czasie rzeczywistym. Po wykryciu wycieku system wysyła powiadomienie do działu utrzymania ruchu, który może skontrolować problematyczny sprzęt. Dzięki temu operatorzy mogą znacznie szybciej reagować na wycieki sprężonego powietrza, zapobiegając jego stratom i redukując emisje.
Przedsiębiorstwa, które wdrożyły rozwiązania pneumatyczne do wczesnego wykrywania wycieków i zoptymalizowanego zużycia powietrza, poprawiają wskaźnik OEE i z reguły redukują koszty sprężonego powietrza od 10% do 20% i nawet o 10% ograniczają swój ślad węglowy.
Monitorowanie systemu może też przyczynić się do zredukowania przestojów. Firmy nie muszą już planować przestoju i zlecać technikom badania każdej maszyny pod kątem wycieków, a miejsca wycieków są uszczelniane, zanim spowodują wahania ciśnienia systemu. Wahania wynikające z nieszczelności mogą sprawiać, że maszyny będą wykonywały więcej cykli, niż jest to konieczne.Ta dodatkowa praca przyczynia się do marnowania energii, przedwczesnego zużycia sprzętu i komponentów oraz do zwiększenia nakładów na konserwację.
Perfekcyjna produkcja butelek PET
Pneumatyczne systemy przygotowania zwiększają wydajność i zapewniają lepszą kontrolę powietrza pod niskim i wysokim ciśnieniem, używanego przez siłowniki kształtek wstępnych oraz na etapie rozszerzania butelek w drodze rozdmuchiwania. Kompaktowe, wysokowydajne bloki wydmuchowe zapewniają kontrolę zwiększania objętości butelek za pomocą funkcji przedmuchiwania, wdmuchiwania, recyklingu i wydmuchiwania.
Niektórzy dostawcy jeszcze bardziej zwiększyli wydajność i zrównoważony charakter instalacji pneumatycznych SBM. Na przykład jeden z dostawców oferuje proporcjonalny zawór sterujący opracowany dla etapu rozprężania przed rozdmuchiwaniem w produkcji PET, który zastępuje przepływ pod wysokim ciśnieniem z funkcją wł./wył. i rewolucjonizuje ten etap produkcji butelek. Tam, gdzie dotychczasowy przepływ pod wysokim ciśnieniem z funkcją wł./wył. wyznaczał jednolite natężenie przepływu w procesie rozdmuchu, nowe sterowanie moduluje przepływ w celu dostosowania rozszerzania każdej butelki w formie.
Ta zaawansowana technologia łączy specjalnie zaprojektowany zawór proporcjonalny, elektronikę sterującą i oprogramowanie, które może zapamiętywać wartości zadane sekwencji rozdmuchiwania w zaworze lub reagować na sygnały ze sterownika PLC, który steruje procesem rozdmuchu. Zwiększanie się butelek jest inteligentnie modulowane, dzięki czemu użytkownicy końcowi mogą doskonalić proces rozszerzania się podgrzanej butelki w formie.
System może też rejestrować informacje dotyczące jakości każdego rozdmuchu, zapewniając producentom butelek krytyczne dane niezbędne do udoskonalania procesu i minimalizowania liczby odrzuconych, zmarnowanych butelek. Dostarcza również dane z monitorowania, które pomagają w planowaniu konserwacji rutynowej i zapobiegawczej.
Technologia proporcjonalna do rozdmuchu butelek PET wynosi pneumatykę na zupełnie nowy poziom zrównoważonego rozwoju dla tego procesu. Przyczynia się do zmniejszenia zużycia materiałów dzięki możliwości dostosowania ścian butelek i formowania kształtu, a także tworzenia cieńszych i lżejszych pojemników. Oszczędza również energię przez potencjalne zmniejszenie ciśnienia rozdmuchu powietrza wymaganego do zapewnienia wysokiej jakości formowania butelek oraz zmniejszenie temperatury podgrzewania w piecu, w którym następuje rozdmuch wstępny.
Oprócz oszczędzania energii, technologia proporcjonalna do rozdmuchiwania PET umożliwia uzyskanie dużej przepustowości produkcji butelek o bardziej złożonych kształtach, co jest ważną kwestią dla celów marketingowych rozlewni. Zwiększa również elastyczność produkcji, ponieważ proces można łatwo regulować za pomocą oprogramowania/sterownika PLC dla każdej stacji rozdmuchu w maszynie i dostosować do dalszych ulepszeń bez konieczności zatrzymywania produkcji.
Wdrożenie zgrzewania ultradźwiękowego
Aby zwiększyć ekologiczność procesu zgrzewania, zgrzewanie ultradźwiękowe oferuje wiele korzyści w porównaniu z tradycyjnym zgrzewaniem termicznym. Jest precyzyjne, niezawodne i wydajne, co pozwala użytkownikom zmniejszyć zużycie energii, zminimalizować marnowanie produktów i opakowań oraz zwiększyć możliwości recyklingu i kompostowalność opakowań. Można je również stosować do łączenia materiałów biodegradowalnych. Ta zrównoważona technologia może ostatecznie obniżyć zużycie energii nawet o 25% i zmniejszyć emisję dwutlenku węgla nawet o 75%.
Systemy zgrzewania ultradźwiękowego zużywają po prostu mniej energii niż systemy zgrzewania kondukcyjnego. Procesy zgrzewania ultradźwiękowego zużywają energię w krótkich seriach, a nie w sposób ciągły, jak ma to miejsce w procesach zgrzewania kondukcyjnego. Na przykład, aby wykonać 100 zgrzewów na minutę w ciągu dwóch ośmiogodzinnych zmian dziennie, typowy system zgrzewania kondukcyjnego potrzebuje czterech 500-watowych grzałek kasetowych (2000 W na godzinę lub 32 000 W na dzień), aby stale utrzymywać temperaturę roboczą. Z drugiej strony, zgrzewarka ultradźwiękowa wykonująca te same operacje, byłaby wyposażona w zasilacz o mocy zaledwie 1500 W i byłaby zasilana tylko w krótkich seriach (np. ~200 ms na zgrzew), zużywając energię przez zaledwie 20 sekund w każdej minucie produkcji.
Zgrzewanie ultradźwiękowe jest też bardziej kompatybilne z materiałami pochodzenia biologicznego, takimi jak kwas polimlekowy (PLA), niż tradycyjne zgrzewanie termiczne. Ponieważ biopolimery zawierają znacznie mniejszą ilość tworzywa, proste ustawienia czasu, temperatury i ciśnienia zwykłej zgrzewarki mogą nie wystarczyć do ustawienia procesu dla tego typu materiału i uzyskania hermetycznego połączenia, które spełni wymagania produkcji seryjnej. Precyzja i charakterystyka kontroli zgrzewania ultradźwiękowego sprawiają, że ta technologia jest w znacznie większym stopniu zdolna do kontrolowania węższych okien procesowych w obróbce żywic biopochodnych.
Zgrzewanie ultradźwiękowe tworzy wysokiej jakości, spójne zgrzewy opakowań bez użycia klejów lub materiałów eksploatacyjnych. Powstające między warstwami tworzywa połączenie jest wolne od zanieczyszczeń, co nie tylko upraszcza projektowanie opakowań, ale również zwiększa możliwości recyklingu materiałów i/lub ich kompostowalność.
Bardziej zrównoważona linia pakująca
Producenci pakowanych dóbr konsumpcyjnych od dawna polegają na pneumatyce w zakresie efektywnej i niezawodnej produkcji różnorodnych opakowań, takich jak butelki napojów gazowanych, pudełka płatków śniadaniowych, jednorazowe torebki na przekąski czy blistry farmaceutyczne. Najnowsze osiągnięcia w dziedzinie pneumatyki, w tym cyfrowa transformacja linii pakujących, obiecują jeszcze większe korzyści. Jednocześnie technologia zgrzewania ultradźwiękowego sprawia, że proces zgrzewania jest znacznie bardziej ekologiczny.
Odpowiednia technologia umożliwi tworzenie bardziej kompaktowych i przyjaznych dla środowiska linii pakujących. Ważne jest jednak, aby firmy z branży CPG współpracowały z ekspertami w dziedzinie automatyzacji, którzy rozumieją te nowe, inteligentne technologie pneumatyczne i ultradźwiękowe. To kluczowe, jeśli chcą osiągnąć swój najbardziej ambitny cel w zakresie zrównoważonego rozwoju i wydajności, czyli znaczne zmniejszenie śladu węglowego - a to wszystko przy znacznej poprawie wskaźnika OEE.
Autor: Oliver Dappers, Segment Manager for Packaging, Europe marki Branson w firmie Emerson. Posiada ponad 26-letnie doświadczenie w pracy dla firmy Emerson w zakresie technologii montażu i zgrzewania, odpowiedzialny za kluczowych klientów, rozwój biznesu i generowanie zrównoważonych modernizacji w sektorze przemysłowym w celu zwiększenia wartości wyceny przedsiębiorstwa i zmniejszenia wpływu na środowisko. Posiada dyplom z inżynierii mechanicznej (FH Krefeld) oraz dyplom z inżynierii przemysłowej (FH Mönchengladbach).
Czytaj więcej: