Jakie kryteria pomagają rzetelnie porównać całkowite koszty eksploatacji różnych technologii mieszania?
Rzetelne porównanie całkowitych kosztów eksploatacji, nazywanych też Total Cost of Ownership lub TCO, musi uwzględniać wszystkie istotne koszty w całym cyklu życia instalacji mieszającej. Sama cena zakupu czy samo zużycie energii przez mieszalnik nie wystarczają. Decydujące jest ocenienie różnych technologii w porównywalnych warunkach procesowych i odniesienie kosztów do jednolitej wielkości odniesienia.
Odpowiednimi wielkościami odniesienia są na przykład koszty na tonę produktu zdatnego do sprzedaży, koszty na wsad o określonej jakości mieszania lub koszty na godzinę produkcji. Warunkiem jest, aby wszystkie porównywane technologie spełniały tę samą recepturę, ten sam cel jakościowy, porównywalne wielkości wsadu oraz te same wymagania co do higieny, bezpieczeństwa i dokumentacji.
Koszty inwestycji i integracji
Do kosztów inwestycyjnych zalicza się nie tylko sam mieszalnik, lecz także napęd, sterowanie, czujniki, urządzenia bezpieczeństwa i niezbędną peryferię. Należą do niej zasilanie, dozowanie, wyładunek, technika transportu, odciąg, filtry, systemy czyszczenia, temperowanie oraz ewentualnie próżnia lub inertyzacja.
Dalsze koszty wynikają z fundamentu, statyki, infrastruktury elektrycznej, rurociągów, dostosowań budynku, inżynierii, montażu, uruchomienia i odbioru. W branżach regulowanych dochodzą kwalifikacja, walidacja i dokumentacja. Tańsza maszyna podstawowa może przez to okazać się w sumie droższa, jeśli wymaga znacznie więcej peryferii, miejsca, personelu lub techniki specjalnej.
Energia i zużycie mediów
Efektywność energetyczna powinna być oceniana dla całego procesu. Istotne są nie tylko pobór mocy elektrycznej przez napęd mieszający, ale również czas mieszania, energia na wsad, energia na tonę produktu i zachowanie napędu przy obciążeniu częściowym.
Agregaty pomocnicze mogą mieć znaczny udział w całkowitym zużyciu energii. Należą do nich systemy grzewcze i chłodzące, pompy próżniowe, kondensatory, filtry, zasilanie sprężonym powietrzem, odciąg i zasilanie gazem obojętnym. Przy procesach prowadzonych w kontrolowanej temperaturze, pod próżnią lub inertyzowanych zapotrzebowanie na energię peryferii może być większe niż zapotrzebowanie napędu mieszającego.
Ocenie powinno podlegać również zużycie mediów czyszczących, wody, środków czyszczących, gazów procesowych, gazów zaporowych, smarów i materiałów pomocniczych. Koszty te mogą być znaczne zwłaszcza przy częstych zmianach produktu, wysokich wymaganiach higienicznych lub produktach toksycznych.
Wydajność procesu i produktywność
Wydajność procesu powinna być porównywana na podstawie całego czasu wsadu, a nie tylko samego czasu mieszania. Do czasu wsadu należą napełnianie, dozowanie, mieszanie, temperowanie, opróżnianie, czyszczenie, suszenie, pobieranie próbek i zwolnienie. Technologia mieszania o bardzo krótkim czasie mieszania może być niekorzystna ekonomicznie, jeśli opróżnianie lub czyszczenie trwają długo.
Ważnymi wskaźnikami są wydajność, liczba możliwych wsadów na zmianę, użyteczna objętość napełnienia, czas mieszania, czas przezbrojenia i produktywnie dostępny czas pracy instalacji. Przy procesach ciągłych trzeba ponadto uwzględnić straty rozruchowe, zmiany produktu, czyszczenie, minimalne czasy pracy i stabilność pracy stacjonarnej.
Osiągalna jakość mieszania i jej powtarzalność są centralnymi kryteriami porównawczymi. Zależnie od zadania mieszania istotne mogą być rozkład stężenia, rozkład wilgotności, integralność cząstek, rozpuszczenie aglomeratów, równomierność temperatury lub lepkość. Współczynnik zmienności może być odpowiednią wartością dla określonych receptur, ale nie jest jedynym wskaźnikiem jakości dla każdego zadania mieszania.
Jakość produktu, wydajność procesowa i braki
Technologia mieszania musi nie tylko homogenizować, lecz także zachowywać właściwości produktu. Ocenie podlegają zatem niszczenie ziaren, ścieranie, wzrost temperatury, obciążenie ścinające, skłonność do rozdzielania się mieszaniny oraz stabilność wrażliwych składników receptury.
Straty produktu powstają wskutek pozostałości, przywierania, stref martwych, strat podczas czyszczenia i wadliwych wsadów. Przy wysokowartościowych surowcach znaczenie ekonomiczne opróżniania resztkowego może być większe niż niewielka różnica w zużyciu prądu. Również braki, poprawki, analityka laboratoryjna i czasy zwolnienia muszą być uwzględnione w ocenie TCO.
Czyszczenie i przezbrojenie
Czyszczenie i zmiana produktu są zwłaszcza przy instalacjach wieloproduktowych ważnymi czynnikami kosztowymi. Ocenie podlegają czas, nakład personalny, zużycie wody, środki czyszczące, ścieki, energia na ogrzewanie lub suszenie oraz nakład na inspekcję i zwolnienie.
Konstrukcje bez stref martwych, dobrze dostępne komory mieszania, daleko idące opróżnianie resztkowe i odpowiednie metody czyszczenia mogą wyraźnie skracać czasy przezbrojenia. Zależnie od zastosowania w grę wchodzą czyszczenie na sucho, ręczne czyszczenie na mokro, WIP, CIP lub zautomatyzowane systemy czyszczenia. Wymagana skuteczność czyszczenia musi być zawsze mierzona względem konkretnych produktów i dopuszczalnych wartości granicznych pozostałości.
Konserwacja, utrzymanie ruchu i części zamienne
Koszty konserwacji obejmują planowane inspekcje, konserwację zapobiegawczą, naprawy, części zamienne, materiały eksploatacyjne i zewnętrzne usługi serwisowe. Istotnymi częściami zużywającymi się są, zależnie od typu mieszalnika, uszczelnienia, łożyska, przekładnie, narzędzia mieszające, wykładziny, elementy wyładowcze i czujniki.
Obok bezpośrednich kosztów części zamiennych ważne są czas trwania konserwacji, dostępność komponentów, dostępność części zamiennych oraz niezbędne kwalifikacje personelu. Wskaźniki, takie jak średni czas między awariami i średni czas naprawy, pomagają porównywać niezawodność różnych koncepcji. Powinny one jednak opierać się na porównywalnych danych eksploatacyjnych i warunkach zastosowania.
Dostępność i koszty przestojów
Dostępność instalacji wpływa na TCO często silniej niż niewielkie różnice w cenie zakupu. Nieplanowane przestoje powodują koszty napraw, przestój produkcji, czasy oczekiwania personelu, opóźnienia dostaw, braki oraz ewentualnie kary umowne.
Dla wiarygodnego porównania należy ocenić koszty na godzinę przestoju, planowane okna serwisowe, wymagania dotyczące redundancji oraz pozycję mieszalnika w całej instalacji. Jeśli mieszalnik stanowi wąskie gardło, wysoka dostępność może mieć szczególnie dużą wartość ekonomiczną.
Personel, zgodność z przepisami i środowisko
Nakład personalny obejmuje obsługę, zasilanie, czyszczenie, przezbrojenie, konserwację, szkolenia, pobieranie próbek, analitykę i dokumentację. Wysoki stopień automatyzacji może zmniejszać bezpośredni nakład obsługi, ale może wymagać większego nakładu na inżynierię, konserwację i kwalifikację.
Zależnie od branży powstają dalsze koszty wynikające z GMP, ATEX, prawa dotyczącego urządzeń ciśnieniowych, wymagań higienicznych, ochrony przed pyłem, redukcji emisji, bezpieczeństwa pracy i przepisów środowiskowych. Istotnymi pozycjami są na przykład technika filtracji, odciąg, utylizacja pozostałości czyszczących, przeglądy, kalibracje, audyty i udokumentowane procesy zmian.
Okres użytkowania, modernizacja i wartość rezydualna
Porównanie powinno uwzględniać oczekiwany techniczny i ekonomiczny okres użytkowania. Istotne są solidność konstrukcji, dostępność części zamiennych, możliwość modernizacji sterowania i napędu oraz przydatność do nowych produktów lub zmienionych wymagań regulacyjnych.
Pod koniec okresu użytkowania powstają koszty demontażu, dekontaminacji, czyszczenia i utylizacji. Naprzeciw nich mogą stać wartości rezydualne wynikające z odsprzedaży, zmiany zastosowania, modernizacji lub wartości materiałowej wysokiej jakości materiałów.
Zalecenie metodyczne
Wiarygodne porównanie TCO powinno odnosić wszystkie koszty do tej samej wielkości odniesienia i tego samego okresu obserwacji. Szczególnie miarodajne jest ujęcie wartości bieżącej netto. Uwzględnia ono inwestycję, koszty eksploatacji, konserwację, przestoje, modernizację i wartość rezydualną, z uwzględnieniem wartości pieniądza w czasie.
Uzupełniająco należy przeprowadzić analizy wrażliwości. Pokazują one, jak ceny energii, wykorzystanie, wartość surowców, nakład na czyszczenie, ceny części zamiennych, ryzyko przestojów i interwały konserwacji wpływają na wynik. Jest to szczególnie ważne przy porównywaniu różnych zasad mieszania, procesów wsadowych i ciągłych lub instalacji o silnie różniącej się peryferii.
Solidne porównanie TCO nie ocenia zatem tylko samej maszyny mieszającej. Uwzględnia ono jej wpływ na jakość produktu, wydajność procesową, czyszczenie, dostępność, nakład personalny, stabilność procesu i całą linię produkcyjną.
Tak amixon® ocenia efektywność energetyczną, TCO i amortyzację mieszalnika przemysłowego
Cena zakupu mieszalnika przemysłowego to tylko część oceny ekonomicznej. Decydujące są koszty i straty w całym planowanym okresie użytkowania. Należą do nich inwestycja i integracja, zużycie energii i mediów, straty produktu, czasy czyszczenia i przezbrojenia, konserwacja, części zamienne, nakład personalny, ryzyko przestojów, modernizacja oraz możliwa wartość rezydualna.
amixon® traktuje dlatego całkowity koszt posiadania jako proces całościowy. W centrum uwagi znajdują się czynniki, na które można wpływać poprzez wybór zasady mieszania, wykonanie konstrukcyjne i dobór procesu. Należą do nich wprowadzanie energii dostosowane do produktu, wysoka jakość mieszania, daleko idące opróżnianie resztkowe, krótkie czasy przezbrojenia, dobra czyszczalność, długi okres użytkowania i planowalna konserwacja.
Wiarygodne porównanie jest możliwe tylko wtedy, gdy różne technologie mieszania są oceniane w tych samych warunkach. Należą do nich ta sama receptura, porównywalne wielkości wsadu, ten sam cel jednorodności, identyczne wymagania bezpieczeństwa i higieny oraz porównywalny stopień automatyzacji. Miarodajnymi wielkościami odniesienia są na przykład koszty na tonę produktu zdatnego do sprzedaży, koszty na wsad lub koszty na produktywną godzinę eksploatacji.
Zużycie energii i wydajność procesu
Ogólne dane dotyczące zużycia energii na tonę produktu mają przy mieszalnikach przemysłowych tylko ograniczoną wartość informacyjną. Rzeczywiste zapotrzebowanie na energię zależy od receptury, wielkości wsadu, stopnia napełnienia, czasu mieszania, stanu produktu, temperatury, lepkości i wymaganego wprowadzania energii.
Mieszalniki amixon® pracują, zależnie od typu konstrukcji i zadania mieszania, z niskimi prędkościami obwodowymi. Niskoobrotowy sposób pracy może zmniejszać tarcie, obciążenie udarowe i obciążenia dynamiczne. Przy wrażliwych lub swobodnie płynących proszkach wielkoobszarowy całościowy przepływ może osiągnąć wymaganą jakość mieszania przy stosunkowo niskim wprowadzaniu energii.
Celem nie jest najniższa moc silnika, lecz osiągnięcie wymaganej jakości mieszania przy najniższym technicznie sensownym wprowadzaniu energii. Zbyt mało energii może prowadzić do niewystarczającej jednorodności. Zbyt dużo energii może obciążać produkt, podnosić temperaturę i niepotrzebnie zwiększać zużycie energii.
Silos mieszający Gyraton® GM jest zaprojektowany do wielkoobjętościowych wsadów do około 100 metrów sześciennych. Zasada mieszania umożliwia homogenizację dużych ilości produktu przy stosunkowo niskiej zainstalowanej mocy napędu. Dzięki temu zapotrzebowanie na energię na wsad może być ograniczone zwłaszcza przy dużych ilościach swobodnie płynących materiałów sypkich. Rzeczywisty pobór energii jest zawsze oceniany z konkretnym produktem, stopniem napełnienia i celem procesu.
Krótkie czasy mieszania mogą poprawiać zapotrzebowanie na energię na wsad i produktywność. Decydujący jest jednak cały czas wsadu. Obejmuje on nie tylko mieszanie, lecz także zasilanie, dozowanie, opróżnianie, czyszczenie, suszenie i zwolnienie instalacji. Technologia mieszania o krótkim czasie mieszania jest ekonomiczna tylko wtedy, gdy również kolejne etapy procesu przebiegają efektywnie.
Straty produktu, opróżnianie i czyszczenie
Przy wysokowartościowych surowcach, małych wsadach lub częstych zmianach receptury straty produktu i nakład na czyszczenie są ważnymi czynnikami TCO. Każda pozostająca ilość resztkowa powoduje nie tylko bezpośrednią stratę materiałową. Może ona również wydłużać czyszczenie, wpływać na kolejne wsady i zwiększać ryzyko zanieczyszczeń krzyżowych.
Serie amixon® AM i KS są zaprojektowane pod daleko idące opróżnianie resztkowe. Narzędzia wyładowcze ComDisc® wspierają opróżnianie pozostałości produktu z komory mieszania. Osiągalny stopień opróżnienia zależy jednak zawsze od właściwości produktu. Wilgotność, kształt cząstek, kohezja, gęstość nasypowa, ścieralność i skłonność do przywierania wyraźnie wpływają na ilość pozostałości.
Komory mieszania bez stref martwych, elementy wyładowcze dostosowane do produktu i dobrze dostępne powierzchnie mające kontakt z produktem wspierają efektywne czyszczenie na sucho lub na mokro. amixon® może ponadto wyposażać instalacje mieszające w programowalne dysze czyszczące o strumieniu celowanym. Są one celowo kierowane na komorę mieszania, narzędzie mieszające i obszary wylotowe. Programy czyszczenia mogą sterować dyszami w określonych sekwencjach i dzięki temu wspierać powtarzalne zwilżenie istotnych powierzchni.
Programowalne czyszczenie strumieniem celowanym może zmniejszać zużycie wody, środków czyszczących, nakład personalny i czas przezbrojenia, jeśli jest dostosowane do przywierania produktu, geometrii zbiornika i wymaganych kryteriów zwolnienia. Po czyszczeniu na mokro komora mieszania może być suszona za pomocą dopasowanego prowadzenia powietrza lub gazu obojętnego. Krótki czas suszenia zmniejsza czas przestoju i zwiększa produktywnie wykorzystywany czas pracy instalacji.
Konserwacja, dostępność i okres użytkowania
Technika mieszania amixon® jest zaprojektowana pod solidne konstrukcje, niskie obciążenia dynamiczne i dobrą dostępność. Mieszadło łożyskowane jest wyłącznie od góry. Dolny przepust wału mający kontakt z produktem może dzięki temu zostać wyeliminowany. Zmniejsza to potencjalnie wymagający intensywnej konserwacji obszar w komorze mieszania.
Niskoobrotowy sposób pracy, konstrukcja o niskim zużyciu oraz celowy dobór materiałów mających kontakt z produktem mogą zmniejszać nakład na konserwację. Wybrane części zużywające się mogą być dostarczane już przy pierwszej dostawie. Długoterminowa dostępność dokumentacji konstrukcyjnej ułatwia identyfikację, ocenę i ewentualną ponowną produkcję poszczególnych komponentów.
Przy przebudowach, modernizacjach, dostosowaniach sterowania lub zapotrzebowaniu na części zamienne konstrukcja, produkcja i serwis amixon® wspierają długoterminowe użytkowanie instalacji. Dobra możliwość modernizacji może wydłużać techniczny i ekonomiczny okres użytkowania oraz zmniejszać zapotrzebowanie na inwestycje zastępcze.
Wiarygodne dane z centrum prób
Wiarygodne obliczenie TCO, ROI lub amortyzacji powinno opierać się na udokumentowanych danych z produktem oryginalnym. W centrum prób amixon® można w realistycznych warunkach ocenić czas mieszania, pobór energii, jakość mieszania, łagodność wobec produktu, zdolność do opróżniania, ilości resztkowe, nakład na czyszczenie, czas suszenia i czas przezbrojenia.
W centrum prób amixon® w Paderborn dostępnych jest ponad 30 instalacji próbnych w różnych wielkościach konstrukcyjnych. Dodatkowo istnieją centra prób w Japonii, Indiach, Tajlandii, Chinach, Korei Południowej i USA. Próby mogą być przeprowadzane przy realistycznych stopniach napełnienia, wielkościach wsadu oraz przewidzianych warunkach temperatury i ciśnienia.
Wyniki są dokumentowane i stanowią podstawę doboru wielkości konstrukcyjnej, ustalenia parametrów procesowych i oceny ekonomicznej. Przeniesienie na docelową wielkość konstrukcyjną odbywa się na podstawie danego zadania mieszania i powinno być przy procesach krytycznych zabezpieczone dalszymi próbami.
TCO jako kryterium decyzyjne
amixon® nie ocenia efektywności energetycznej w oderwaniu, jako samego zużycia prądu przez napęd mieszający. Decydujący jest wpływ techniki mieszania na cały proces produkcyjny. Należą do nich energia, zużycie mediów, czas mieszania, straty produktu, opróżnianie resztkowe, czyszczenie, suszenie, nakład personalny, konserwacja, dostępność instalacji i długoterminowa użyteczność.
Ekonomiczna instalacja mieszająca to zatem niekoniecznie ta o najniższej cenie zakupu. Jest to instalacja, która dla konkretnego produktu osiąga powtarzalną jakość mieszania, ogranicza straty surowca, przyspiesza zmianę produktu, zmniejsza koszty przestojów i przez cały okres użytkowania zapewnia planowalne koszty eksploatacji.