Proefopstelling Blue e+ bij Phillip Morris (PMI)

Highspeed-productie in de spaarstand

Hans-Robert Koch, hoofd vakpers, zakelijke communicatie Rittal, Herborn

De highspeed-installaties van Philip Morris Manufacturing GmbH in Berlijn verwerken tot 20.000 sigaretten per minuut. Ondanks dat de productiesystemen 24 uur per dag en zeven dagen per week in bedrijf zijn, werkt de tabaksproducent buitengewoon energie-efficiënt. Door te kiezen voor nieuwe koelaggregatentechniek voor de koeling van schakelkasten profiteert de onderneming in de toekomst van aanzienlijke energie- en kostenbesparingen.

Philip Morris International (PMI), ’s werelds grootste producent van tabaksproducten, produceert o.a. “Marlboro”, ’s werelds meest verkochte sigarettenmerk, en “L&M”, het op twee na meest favoriete merk van de wereld. Alleen al in Berlijn, de op een na grootste fabriek in Europa, werden in 2012 zo’n 60 miljard sigaretten geproduceerd, waarvan 58% bestemd was voor de export. De sigaretten worden geproduceerd in drie stappen: de verwerking van de ruwe tabak, de productie van de sigaretten en de verpakking en voorbereiding op de verkoop. De sigaretten worden geproduceerd in een zeer snel en grotendeels geautomatiseerd proces dat maximaal 20.000 sigaretten per minuut produceert (zie kadertekst).

De sigarettenfabrikant wil zijn CO₂-uitstoot permanent te verlagen. De fabriek in Berlijn is daarbij in tal van opzichten pionier voor de andere fabrieken van het Philip Morris-concern. “Eind 2015 moet het energieverbruik bij het productieproces 20% lager zijn dan in 2010,” aldus Christian Lefherz, verantwoordelijke supervisor voor Elektrosupport en Maintenance bij de sigarettenproductie en -verpakking bij Philip Morris in Berlijn. Zo wil de fabriek in Berlijn o.a. de afvalwarmte gebruiken voor het verwarmen van warm water en de productie van stoom, efficiënte verlichtingstechniek toepassen, de isolatie van gebouwen verbeteren en isolerend glas inbouwen. Ook voor de koeling van schakelkasten wil de fabriek alle besparingsmogelijkheden benutten. Daarom test Philip Morris sinds januari 2015 in hoeverre het werkelijk de moeite waard is om koelaggregaten te vervangen door de nieuwste techniek.

Op twee identieke verpakkingslijnen van de serie Focke 550 vergelijkt de fabrikant het nieuwe Blue e+ koelaggregaat van Rittal met een koelvermogen van 1,5 kW met een concurrerend koelaggregaat van 1,1 kW. “Om aan het eind van het jaar ook daadwerkelijk appels met appels te vergelijken, testen wij de beide apparaten op twee identieke schakelkasten,” verklaart Robert Wollmann, verantwoordelijk voor Supervision Maintenance en Elektro bij Philip Morris Manufacturing GmbH. In de besturings- en schakelkasten zijn vergelijkbare componenten zoals frequentieomvormers, PC’s, trafo’s en voedingen geïnstalleerd.

Hoewel de test een jaar zal duren, waren bij de aggregaten al halverwege maart duidelijk verschillen in het verbruik te zien. Het koelaggregaat dat gedurende deze periode al in gebruik was, verbruikte 171 kWh. Het nieuwe koelaggregaat Blue e+ van Rittal verbruikte slechts 34,7 kWh; een besparing van 79%. “Dit heeft ons beslist verrast,” benadrukt Christian Lefherz.

Hybride technologie maakt het verschil in efficiëntie

Het voor de eerste keer toegepaste gepatenteerde hybride systeem verklaart waarom deze nieuwe generatie koelaggregaten Blue e+ van Rittal zo energie-efficiënt is. Dit systeem bestaat uit een combinatie van een klassiek compressorkoelaggregaat en een heatpipe. Deze laatste is gebaseerd op de verdamping van een werkmedium in een vacuümbuis. De damp aan de ene kant en de gecondenseerde vloeistof aan de andere kant worden getransporteerd zonder actieve componenten en werkt puur op basis van fysische principes zoals zwaartekracht en capillaire krachten. Omdat er geen compressor of pomp nodig zijn, verbruikt alleen de ventilator stroom. Een heatpipe is vooral interessant als er sprake is van een verschil tussen de temperatuur in de schakelkast en de omgevingstemperatuur. Zoals gedurende de genoemde testperiode in de fabriek in Berlijn. Een temperatuur in de schakelkast van 35°C en een haltemperatuur van 25°C is ideaal voor een heatpipe. Met een Delta T van 10 K kon de heatpipe een vermogensverlies van 600 W afvoeren zonder gebruik te maken van de compressor. De compressor hoefde tijdens de testperiode niet een keer te starten. Het koelvermogen van de heatpipe was voldoende om de binnenzijde van de schakelkast te koelen.

“Als de buitentemperaturen in de loop van het jaar stijgen, schakelt de compressor in – maar ook zij zijn zeer energie-efficiënt,” aldus Christine Ronzheimer, Productmanager Klimatisering bij Rittal in Herborn. Want zowel de ventilatoren als de compressor van de nieuwe aggregaten zijn voorzien van DC-motoren. Door de invertertechnologie, die door middel van een spanningsregeling het toerental van de compressor en ventilatoren regelt, is altijd het koelvermogen beschikbaar dat op dat moment nodig is. Ten opzichte van conventionele systemen met tweepuntsregeling daalt het energieverbruik daardoor aanzienlijk. Daar schakelt de koeling bij een ingestelde maximumwaarde – meestal 35°C – in en koelt op 100% van zijn vermogen tot de ingestelde laagste temperatuurdrempel is bereikt. Dit verbruikt niet alleen veel energie, maar leidt ook tot hoge temperatuurverschillen in de schakelkast. De zeer hoge energie-efficiëntie van de nieuwe koelaggregaten is in het bijzonder voor Philip Morris van belang. De investering in zulke energie-efficiënte techniek betaalt zich door de bespaarde energiekosten binnen enkele maanden terug.

Levensduur verlengen en energiekosten verlagen

De vermogensgeregelde koeling bespaart niet alleen energie, maar verlengt ook de levensduur van de compressor omdat deze in eerste instantie afhankelijk is van het aantal inschakelingen. Met de toerentalregeling gebeurt dat slechts zelden, zodat slijtage tot een minimum wordt beperkt. Omdat de temperatuur constant wordt gehouden, is deze regeling ook beter voor de componenten in de schakelkast. De constante temperatuurschommelingen bij de klassieke tweepuntsregeling stellen de componenten bloot aan thermische belasting. Bij de nieuwe regeling gebeurt dit niet. “Omdat hun levensduur stijgt, is dit beter voor de componenten in de schakelkast,” verklaart Christine Ronzheimer.

Uit berekeningen blijkt dat de Philip Morris Manufacturing GmbH veel kosten kan besparen door de 140 al in bedrijf zijnde koelaggregaten bij de productie en verpakking van sigaretten te vervangen. “Met de nieuwe Blue e+ koelaggregaten bespaart Philip Morris in totaal 55.000 euro per jaar aan energiekosten,” aldus Christian Lefherz. Hij vervolgt: “Zodra de aggregaten beschikbaar zijn zullen wij ze in gebruik nemen en ook bij onze machineleveranciers voor de 38 internationale fabrieken verplicht stellen.” De deskundige gaat uit van een Return on Invest (ROI) van 16 maanden.

De mensen in Berlijn zien ook voordelen in de multivoltagetechniek van de aggregaten. Daardoor zijn de aggregaten geschikt voor vrijwel alle wereldwijd gebruikelijke spanningen en frequenties. Het mogelijke ingangsspanningsbereik varieert van 110 V (1-fase) tot 480 V (3-fase) bij netfrequenties van 50 Hz of 60 Hz. De geschiktheid voor meerdere spanningen is mogelijk dankzij de toegepaste invertertechnologie. Voor Lefherz is dit vooral een voordeel voor OEM-machinefabrikanten die hun machines en ook schakelkasten en koelaggregaten over de hele wereld aan fabrieken van Philip Morris verkopen. Zij hoeven nog maar één koelaggregaat op voorraad te hebben en toe te passen, ongeacht of de machine aan Japan, de Verenigde Staten of binnen Europa wordt geleverd. Aan de andere kant kunnen al geïnstalleerde, defecte koelaggregaten aan schakelkasten probleemloos door de Blue e+ aggregaten worden vervangen, zonder dat kostbare modificaties aan de apparatuur in de schakelkast nodig zijn vanwege een andere spanning.

Hoge mate van beschikbaarheid garanderen

Bij de productie van sigaretten zijn de productiesnelheden zeer hoog. Daarom dienen installaties maximaal beschikbaar te zijn. In geval van service moet een aggregaat snel worden vervangen – ook als koelaggregaten met een hoger vermogen worden geïnstalleerd. Bij de nieuwe koelaggregaten van Rittal kunnen de uitsparingen in de zijwand of de deur van de schakelkast voor alle apparaten gelijk blijven – ongeacht de montagevariant, inbouw, gedeeltelijke inbouw of aanbouw. Als bijvoorbeeld een koelaggregaat met een hoger vermogen nodig is, hoeft de installatie niet te worden aangepast. Ook op het gebied van montage zijn er vernieuwingen: praktische montageclips maken de handling en het vastzetten van de aggregaten aan de schakelkast gemakkelijker. Bij gedeeltelijke inbouw, waarvan in ongeveer 30% van de gevallen sprake is, hoeven ventilatoren en aardingskabels niet meer te worden losgekoppeld. Dit maakt de kans op fouten bij de montage, waarvan het opsporen tijdens de inbedrijfstelling tot veel kosten kan leiden, een stuk onwaarschijnlijker. Deze vernieuwingen maken logistiek en voorraadbeheer gemakkelijker en zorgen ervoor dat werkzaamheden, zowel bij de engineering als bij de montage, sneller worden uitgevoerd. Ook dit biedt Philip Morris aanzienlijke economische voordelen.

Hoe sigaretten worden geproduceerd

Het productieproces begint met het maken van een lange sigaret, die “rod” (staaf) wordt genoemd. Om de “rod” te maken, wordt er een spoel van sigarettenpapier met een lengte van tot 7000 meter afgerold en wordt er een lijn tabak op gelegd. Het sigarettenpapier wordt daarna om de tabak gewikkeld, waardoor de “rod” wordt gevormd. Machines snijden de enorme “rod” in kortere stukken en steken daar aan beide kanten filters in. De filters worden dan voorzien van ’tippingpapier’. Dat is het papier dat om het filter van een sigaret is gewikkeld en dat de consument ziet. Elke kortere “rod” wordt daarna doormidden gesneden, wat twee sigaretten met filter oplevert. Vervolgens wordt de sigaret – ook op hoge snelheid – door speciale verpakkingslijnen getransporteerd en voorbereid voor de verkoop.