Kuvitellaan tilanne, että yöllä on satanut puoli metriä lunta. Kuinka kivuttomasti työmatka sujuu, riippuu vahvasti siitä, onko tiet aurattu vai ei. Toki kansanterveyden kannalta on hyvä, jos ihmiset hikoilevat liikkuessaan, esimerkiksi töihin kävellessään, mutta sen sijaan jonkin prosessin ”hikoilu” ei ole suotavaa. Silloin tavoite on, että kaikki tapahtuu vaivattomasti, mahdollisimman vähällä energialla. Jos kohta entropian onkin määrä lisääntyä, pyrkii se tapahtumaan niin, että systeemit tavoittelevat energiaminimiä. Se on asiain luonnollinen kulku.

Jonkin prosessin kokonaisuus on monen eri osan summa ja sen aikaansaaminen vaatii energiaa. Usein prosesseissa tapahtuu jonkin ainesosan, esimerkiksi kaasun, nesteen tai muun seoksen liikettä paikasta toiseen, ja jotta tämä liike on mahdollista pakotetusti, vaaditaan ulkoista energiaa. Se, kuinka helposti liike tapahtuu, vaikuttaa oleellisesti käytettävän energian määrään, mikä puolestaan näkyy kustannuksissa. Energian kulutukseen vaikuttavia seikkoja ovat mm. komponenttien, kuten putkistojen, puhaltimien tai muiden liikettä edesauttavien välineiden sopivuus siihen tehtävään, jota ne suorittavat. Sopivuuteen vaikuttaa niiden kapasiteetti ja toimintakyky; onko putkien halkaisija sopiva tai toimiiko puhallin riittävällä teholla.

Painehäviö taas on ilmiö, jota tapahtuu, kun esimerkiksi vesi virtaa putkessa. Ideaalisessa tilanteessa vesi virtaisi putken läpi ilman sen suurempaa ponnistelua, kunhan vain paine-ero putken päiden välillä on taattu. Todellisuudessa virtaukseen kuitenkin vaikuttaa mm. putken seinämän karheus tai putkimutkien määrä. Näistä muodostuu virtaukselle ns. kitka- ja kertavastuksia. Mitä enemmän vastuksia, sitä vaikeampaa on veden kulku, vähän kuin aamulla lumikinoksessa tarpoisi sen sijaan, että kepeästi käyskentelisi aurattua tietä pitkin.

Käytännössä vastusten voittaminen vaatii energiaa ja mitä enemmän vastusta, sitä enemmän energiaa kuluu. Huh hellettä! Tältä vältytään, kun mietitään hetki painehäviötä ja seikkoja, jotka siihen vaikuttavat. Prosessit ovat yleensä varsin tarkkaan mitoitettuja, jolloin tiedossa on mm. se, että kuinka paljon jonkin putken läpi ainetta liikkuu tai pitäisi liikkua. Tällöin on mahdollista valita tätä ainemäärää mahdollisimman hyvin palveleva putkikoko. Jos putki on liian pieni, voivat nopeudet prosessin kannalta kasvaa liian suureksi tai pahimmassa tapauksessa putki mennä kokonaan tukkoon, jos aine on kiinteämpää kuin tavallinen neste tai kaasu, ja putken kapasiteetti ei kerta kaikkiaan riitä. Toisaalta on myös turha kuluttaa materiaalia valitsemalla liian suuri putkikoko. Tässäkin tapauksessa putki voi tukkeutua, jos nopeudet jäävät liian alhaisiksi ja aine jämähtää paikoilleen. Harvoin aineen liike on mahdollista toteuttaa täysin suorilla putkilla, jolloin kertavastusten kumulatiivinen vaikutus olisi mahdollisimman pieni. Aineen kulkua putkimutkissa on toisaalta mahdollista helpottaa sopivilla ohjauslevyillä, jotka tasaavat virtauksen niin, että aine pääsee kulkemaan mahdollisimman tasaisesti putkea pitkin. Ja lopulta päästään siihen pakottavaan voimaan, joka ainetta liikuttaa. Usein käytössä on erilaisia pumppuja ja kompressoreita ja mitä vähemmän energiaa niiden käyttö vaatii, sitä energiatehokkaampaan lopputulokseen päästään. Yksinkertaista, eikö?

Jos kuitenkin epäilyttää, että mahtaako tämä mystinen painehäviö nyt toimia prosessia vastaan, ei pidä huolestua – apuun rientävät tässäkin tapauksessa simulaatiot. Asiaa voidaan tutkia varsin näppärästi ja päästä varmuuteen siitä, että sujuuko kaikki niin kuin on suunniteltu. Ja jos ei suju, voidaan korjaavat toimenpiteet tehdä kuitenkin varsin luottavaisin mielin, kun tiedetään prosessin tuotantomäärä ja se, minkälaista kapasiteettia prosessin toteuttaminen vaatii. Tällöin on hyvä nukkua yönsä, kun tietää, ettei aamulla tarvitse tarpoa lumikinoksessa. Ei kesällä eikä talvella.

Heidi Niskanen

Heidi Niskanen

Design Manager Technical Analysis

KOMMENTIT