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1. Was ist Druckluft?

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Mit der Druckluft verhält es sich
so wie auch sonst im Leben:
Der Teufel steckt oft im Detail,
und kleine Ursachen rufen nicht
selten große Wirkungen hervor –
im positiven wie im negativen
Sinne. Auch sieht manches bei
den Wert der Anlagenliefermenge bei
Maximaldruck dividiert.
1. Was ist Druckluft?
näherer Betrachtung anders
aus, als es auf den ersten
Blick scheinen mag. So kann
Druckluft unter ungünstigen
Bedingungen teuer, unter den
richtigen Rahmenbedingungen
hingegen sehr wirtschaftlich
sein. Möglicherweise rechnen
sich daher unsere Tipps für Sie
auf Dauer mehr als ein kluger
Ratschlag Ihres Anlageberaters.
In diesem ersten Kapitel geht
es zunächst um die Klärung
von vier Begriffen der Drucklufttechnik und darum, was
Sie in diesem Zusammenhang
beachten sollten.
maximalen Betriebsdrucks, der Drucklufttemperatur und des geförderten
Luftvolumens am Druckluftaustritt der
Kompressoranlage. Schließlich wird
das am Druckluftaustritt gemessene
Volumen V2 mit Hilfe der Gasgleichung
Achtung! Wenn die Motorabgabeleistung zu weit von der Motornennleistung abweicht, dann arbeitet der Kompressor unwirtschaftlich
und/oder ist einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt.
Motornennleistung
(siehe Grafik 1) auf die Ansaugbedingungen zurückgerechnet. Das Resultat
dieser Berechnung ist die Liefermenge
der Kompressoranlage. Sie ist nicht zu
verwechseln mit der Liefermenge des
Kompressorblocks (Blockliefermenge).
V1 =
1. Liefermenge
Die Liefermenge eines Kompressors
ist die entspannte Luftmenge, die der
Kompressor komprimiert in das Druckluftleitungsnetz schickt. Die Normen
DIN 1945, Teil 1, Anhang F und ISO
1217, Anhang C legen die korrekte Messung dieser Menge fest. Darüber hinaus
gab es früher auch noch die CAGIPneurop-Empfehlung PN 2 CPTC 2. Bei
der Liefermengenmessung geht man
so vor: Zunächst werden am Lufteintritt
der Gesamtanlage Temperatur, atmosphärischer Luftdruck und Luftfeuchte
gemessen. Dem folgt die Messung des
4
male Ausschöpfung des elektrischen
Wirkungsgrades und des Leistungsfaktors cos ϕ erreicht wird, liegt im
Bereich der Motornennleistung. Sie ist
auf dem Typenschild des Elektromotors
eingetragen.
V2 x P2 x T1
T2 x F 1
Bitte beachten Sie:
DIN 1945 und ISO 1217 allein geben
nur die Blockliefermenge wieder. Das
gilt ebenfalls für die frühere CAGIPneurop-Empfehlung PN 2 CPTC 1.
2. Motorabgabeleistung
Unter der Motorabgabeleistung versteht
man die Leistung, die der Antriebsmotor des Kompressors mechanisch
an der Motorwelle abgibt. Der Optimalwert der Motorabgabeleistung, bei
dem ohne Motorüberlastung die opti-
3. Spezifische Leistung
Als spezifische Leistung eines Kompressors bezeichnet man das Verhältnis
zwischen der zugeführten elektrischen
Aufnahmeleistung und der abgegebenen Luftmenge bei entsprechendem
Betriebsdruck. Die einem Kompressor
zugeführte elektrische Aufnahmeleistung ist die Summe der elektrischen
Aufnahmeleistungen aller Antriebe, die
in einem Kompressor vorhanden sind,
z. B. Hauptmotor, Lüftermotor, Ölpumpenmotor, Stillstandsheizung usw.
Wenn die spezifische Leistung für eine
Wirtschaftlichkeitsberechnung benötigt
wird, sollte sie auf die
gesamte Kompressoranlage und den
maximalen Betriebsdruck bezogen werden. Dabei wird dann
der Wert der elektrischen Gesamtaufnahmeleistung
bei
Maximaldruck durch
4. Elektrische Aufnahmeleistung
Die elektrische Aufnahmeleistung ist
diejenige Leistung, die der Antriebsmotor des Kompressors bei einer
bestimmten mechanischen Belastung
der Motorwelle (Motorabgabeleistung)
aus dem elektrischen Netz aufnimmt.
Sie ist um die Motorverluste höher
als die Motorabgabeleistung. Zu den
Motorverlusten gehören sowohl elektrische als auch mechanische Verluste
durch Motorlagerung und -belüftung.
Die ideale elektrische Aufnahmeleistung im Nennpunkt P lässt sich durch
die Formel errechnen:
chen, bei Motoren ab 160 kW 4 bis 5 %.
EPACT-Motoren kommen dagegen mit
einer deutlich geringeren Erwärmung
ger und des Klemmkastens. Daraus
ergibt sich als zweiter Vorteil eine verlängerte Lebensdauer des Motors.
Innere Motorverluste,
enthalten im Motorwirkungsgrad
Energieverbrauch
P = Un x ln x √3 x cos ϕn
Un, ln, und cos ϕn stehen auf dem
Typenschild des Elektromotors.
5. EPACT – die neue Formel
für Energie sparenden Antrieb
Bestrebungen der USA, den Energiebedarf von Drehstrom-Asynchronmotoren
zu senken, mündeten in dem 1997
in Kraft getretenen „Energy Policy
Act“ (kurz EPACT). Seit 1998 werden
Schraubenkompressoren mit Motoren,
die dieser strengen Norm entsprechen,
von KAESER auch in Europa angeboten. Die „EPACT-Motoren“ bieten
wesentliche Vorteile:
a) Niedrigere Betriebstemperaturen
Die durch Erwärmung und Reibung
auftretenden internen Wirkungsgradverluste können bei kleineren Motoren bis
zu 20 % der Leistungsaufnahme ausma-
abgegebene
Druckluftmenge
zurückgeführte
elektrische Leistung
und damit weniger Wärmeverlusten aus:
Während ein konventioneller Motor bei
normaler Auslastung eine Betriebstemperaturerhöhung von ca. 80 K bei einer
Temperaturreserve von 20 K gegenüber Isolationsklasse F hat, betragen
unter gleichen Bedingungen bei einem
EPACT-Motor die Temperaturerhöhung
nur ca. 65 K und die Temperaturreserve
40 K.
b) Längere Lebensdauer
Niedrigere Betriebstemperaturen bedeuten zunächst eine geringere thermische Belastung des Motors, der La-
c) 6 Prozent mehr Druckluft mit
weniger Energie
Weniger Wärmeverluste führen nicht
zuletzt zu erhöhter Wirtschaftlichkeit.
So konnte KAESER durch genaue
Abstimmung der Kompressoren auf
die Möglichkeiten der EPACT-Motoren
die Liefermengen der Anlagen um bis
zu 6 % erhöhen und die spezifischen
Leistungen um bis zu 5 % verbessern.
Das heißt: höhere Förderleistung, kürzere Kompressorlaufzeiten und weniger
Energieaufwand pro erzeugtem Kubikmeter Druckluft.
5
Wählen Sie je nach Bedarf/Anwendung den gewünschten Aufbereitungsgrad:
Druckluftaufbereitung mit Kältetrockner (Drucktaupunkt + 3 °C)
Sie hängt natürlich stark von den
Umgebungsbedingungen ab. Schon
in normal belasteten Zonen kann
der Kohlenwasserstoffgehalt durch
industrie- und verkehrsbedingte Emissionen zwischen 4 und 14 mg/m³ Luft
betragen. In Industriegebieten, wo Öle
als Schmier-, Kühl- und Prozessmedium eingesetzt werden, kann allein
der Mineralölgehalt weit über 10 mg/
m³ liegen. Hinzu kommen noch weitere
Verunreinigungen wie Kohlenwasser-
6
2
4
1
DHS
b) Druckluftqualität bei fluidbzw. ölgekühlten Kompressoren
Im Gegensatz dazu werden bei öl- und
fluidgekühlten Kompressoren aggressive Stoffe durch das Kühlfluid (Öl)
neutralisiert und Feststoffe teilweise
aus der Druckluft herausgewaschen.
Trotz des höheren Reinheitsgrades der
erzeugten Druckluft gilt aber auch für
diese Verdichtungsart: Ohne Aufbereitung geht es nicht. Mit ölfreier und
ölgekühlter Verdichtung allein lässt sich
keine definierte ölfreie Druckluftqualität
gemäß ISO 8573-1 erreichen.
c) Basis Drucklufttrocknung
Grundlage jeder anwendungsgerechten
Aufbereitung ist die ausreichende
KAESER
KAESER
KAESER
FE
*
FFG
4
1
DHS
1
4
1
DHS
Verpacken, Steuer- und
Instrumentenluft
1
4
2
allgemeine Werksluft, Sandstrahlen mit Güteanforderung
2
4
3
2
7
3
T
*
*
DHS
FE
FF
FB
3
7
4
Förderluft für Abwassersysteme
3
9
4
8
9
5
Kompressor THNF
ECD
DHS
FC
Kugelstrahlen ohne
Güteanforderung
KAESER
FST
KAESER
1
KAESER
4
KAESER
1
KAESER
1
KAESER
4
KAESER
auf
Anfrage
1
keine Qualitätsvorgaben
ZK
auf
Anfrage
Farbspritzen, Pulverbeschichten
Kugelstrahlen
T
Aquamat
KAESER
Webmaschinen, Fotolabor
FF
KAESER
Pharmaindustrie
ACT
KAESER
besonders saubere Förderluft,
Chemieanlagen
FD
KAESER
DHS
KAESER
1
Aufstellung bei
stark schwankendem
Druckluftbedarf
Filter
Druckluftbehälter
*
bei KAESER-Schraubenkompressoren
*im Kältetrockner,
Serie TG bis TI
sind FE-Mikrofilter
optional einbaubar.
andere Anlage
Druckluftfremdstoffe:
+
+
+
+
Staub
Wasser/Kondensat
Öl
Keime
–
–
–
–
1
DHS
1
1-3 1
Fotolabor
1
1-3 1
Besonders trockene Förderluft,
Farbspritzen, Feinstdruckregler
2
1-3 2
DHS
KAESER
ACT
0
Filter
Druckluftbehälter AT FE ZK
1
2
3
4
5
6
7
8
9
auf
Anfrage
FST
Prozessluft, Pharmaindustrie
FD
FG
FD
AT
FE
ECD
KAESER
auf
Anfrage 1-3
DHS FE
KAESER
1-3 1
KAESER
2
KAESER
Lackieranlagen
Aufstellung bei
stark schwankendem
Druckluftbedarf
KAESER
KAESER
1-3 1
KAESER
1
KAESER
Chipherstellung, Optik, Nahrungsund Genussmittelherstellung
KAESER
KAESER
1-3 1
KAESER
1
Filtrationsgrade:
auf
Anfrage
FST
Pharmaindustrie, Molkerei,
Brauerei
Reinstluft- und
Reinraumtechnik
Keime
1
KAESER
auf
Anfrage 1-3
KAESER
Staub Wasser Öl
Reinstluft- und
Reinraumtechnik
KAESER
Für nicht frostgeschützte Druckluftnetze:
Druckluftaufbereitung mit Adsorptionstrockner (Drucktaupunkt bis -70 °C)
KAESER
a) Druckluftqualität bei
„ölfreien“ Kompressoren
Dies gilt besonders für Kompressoren
mit ölfreier Verdichtung. Wegen der
unter 1. genannten Belastungen ist es
nicht möglich, mit einem Kompressor,
der nur über ein 3-Mikron-Staubfilter
verfügt, ölfreie Druckluft zu erzeugen.
Ölfrei verdichtende Kompressoren
haben außer diesen Staubfiltern keine
weitere Aufbereitungskomponente.
3. Auswahl des richtigen
Kompressorsystems
Wenn für bestimmte Anwendungsbereiche ölfreie und für andere ölbzw. fluidgekühlte Kompressorsysteme
empfohlen werden, dann sollte das
nicht mit Blick auf die vom jeweiligen
Kompressorsystem erreichbare Druckluftqualität, sondern mit Blick auf die
Wirtschaftlichkeit geschehen. Diese
wird vor allem von der Höhe der Energieund Wartungskosten bestimmt, deren
Anteil an den Drucklufterzeugungskosten bis zu 90 % betragen kann. Den
Löwenanteil von 75 bis 85 % machen
die Energiekosten aus. So sind etwa im
Niederdruckbereich von 500 mbar (a) bis
ca. 3 bar (a) ölfrei verdichtende Systeme
wie Drehkolbengebläse [bis 2 bar (a)]
energetisch sehr günstig. Ab 4 bar (a)
bis 16 bar (a) sind dagegen fluid- oder
ölgekühlte
Schraubenkompressoren
den so genannten „ölfreien“ in puncto
Wirtschaftlichkeit überlegen. Bereits ab
5 bar (a) müssen „ölfreie“ Kompressoren
mit zwei Verdichtungsstufen ausgerüstet
werden, um ein vernünftiges Verhältnis
zwischen Leistungsbedarf und Druckluftliefermenge zu erreichen. Die große
Anzahl erforderlicher Kühler, hohe
Drehzahlen, ein enormer steuerungstechnischer Aufwand, Wasserkühlung
und hohe Anschaffungskosten machen
den Einsatz ölfreier Verdichtung in
diesem Druckbereich wirtschaftlich
KAESER
4
KAESER
1
KAESER
2. Warum Aufbereitung?
Jeder Kompressor, gleich welcher
Bauart, wirkt wie ein gigantischer Staubsauger, der Verunreinigungen aufnimmt,
durch Verdichtung der Luft konzentriert
und bei fehlender Aufbereitung an das
Druckluftnetz weitergibt.
Trocknung der Druckluft. In den meisten Fällen ist die Energie sparende
Kältetrocknung das wirtschaftlichste
Verfahren (siehe Kapitel „Warum eigentlich Drucklufttrocknung?“, S. 9).
FST
1
KAESER
1. Was heißt „ölfreie Druckluft“?
Nach dem ISO-Standard 8573-1 kann
Druckluft dann als ölfrei bezeichnet
werden, wenn ihr Ölgehalt (einschließlich Öldampf) unter 0,01 mg/m³ liegt.
Das sind etwa vier Hundertstel dessen,
was in atmosphärischer Luft enthalten
ist. Diese Menge ist so verschwindend
gering, dass sie sich kaum noch nachweisen lässt. Wie aber steht es um die
Qualität der Kompressorenansaugluft?
stoffe, Schwefeldioxid, Ruß, Metalle
und Staub.
1
auf
Anfrage
KAESER
zeugt werden kann. Unabhängig
von den Aussagen einzelner
Hersteller steht heute zweifelsfrei fest: Eine hochwertige
ölfreie Druckluftqualität ist sowohl mit ölfrei verdichtenden
als auch mit öl- oder fluidgekühlten Kompressoren erreichbar. Entscheidend für die
Systemauswahl sollte daher die
Wirtschaftlichkeit sein.
4
Keime
Nahrungs- und Genussmittelherstellung
Reinstluft- und
Reinraumtechnik
2. Druckluft
wirtschaftlich aufbereiten
1
KAESER
Molkerei, Brauerei
4
KAESER
Staub Wasser Öl
auf
Anfrage
KAESER
Anwendungsbeispiele: Auswahl Aufbereitungsgrad ISO 8573-1 1)
Reinstluft- und
Reinraumtechnik
Erläuterungen:
THNF = Stofftaschenfilter
zum Reinigen staubhaltiger und stark
verschmutzter Ansaugluft
ZK = Zyklonabscheider
zur Ausscheidung von Kondensat
ECD = ECO-DRAIN
elektronisch niveaugesteuerter Kondensatableiter
FB = Vorfilter
FC = Vorfilter
FD = Nachfilter (Abrieb)
FE = Mikrofilter
zum Ausscheiden von Ölnebel u. Feststoffpartikeln
FF = Mikrofilter
zum Ausscheiden von Ölaerosolen und
Feststoffpartikeln
FG = Aktivkohlefilter
zur Aufnahme der Öldampfphase
FFG = Mikrofilter-Aktivkohle-Kombination
T = Kältetrockner
zur Drucklufttrocknung, Drucktaupunkt bis +3 °C
AT = Adsorptionstrockner
zur Drucklufttrocknung, Drucktaupunkt bis -70 °C
ACT = Aktivkohleadsorber
zur Aufnahme der Öldampfphase
FST = Sterilfilter
für keimfreie Druckluft
Aquamat = Kondensataufbereitungssystem
DHS = Druckhaltesystem
Klasse ISO 8573 -1
Seit Jahren schwelt ein Expertenstreit darüber, wie Druckluft
am wirtschaftlichsten aufzubereiten sei. Dabei geht es im Kern
um die Frage, mit welchem Kompressorsystem ölfreie Druckluft am kostengünstigsten er-
Kompressor THNF
1)
DHS
Aquamat
2)
fragwürdig. Hinzu kommt, dass die
Druckluft aus „ölfreien“ Kompressoren
durch angesaugte Schwefelanteile und
ausfallendes Kondensat aggressiv ist:
Ihr pH-Wert liegt bei 3 bis 6.
4. Aufbereitung mit dem
KAESER-Reinstluftsystem
Moderne fluid- oder ölgekühlte Schraubenkompressoren haben einen um ca.
10 % höheren Wirkungsgrad als ölfrei
verdichtende Kompressoren. Das von
KAESER für fluid- oder ölgekühlte
Schraubenkompressoren entwickelte
Reinstluftsystem ermöglicht bei der
Erzeugung ölfreier Druckluft weitere
Kosteneinsparungen um bis zu 30 %.
Der mit diesem System erreichte Restölgehalt liegt unter 0,003 mg/m³, also weit
unter dem von der ISO-Norm festgelegten Grenzwert. Das System umfasst
alle Aufbereitungskomponenten zum
Erzeugen der erforderlichen Druckluftqualität. Je nach Anwendung kommen
Kälte- oder Adsorptionstrockner (siehe
auch Kapitel „Warum eigentlich Drucklufttrocknung?“, S. 9) und verschiedene
Filterkombinationen zum Einsatz. So
können von trockener über partikelfreie
bis hin zu technisch ölfreier und steriler
Feststoffe/Staub 1)
max.
Teilchengröße
µm
Feuchtigkeit 2)
Gesamtölgehalt 2)
max.
Drucktaupunkt
Teilchen- (x=Wasseranteil
mg/m³
dichte
in
mg/m³
g/m³ flüssig)
z.B. für Reinstluft- und Reinraumtechnik
nach Rücksprache mit KAESER möglich
0,1
1
5
15
40
–
–
–
–
0,1
1
5
8
10
–
–
–
–
≤ - 70
≤ - 40
≤ - 20
≤+3
≤+7
≤ + 10
x ≤ 0,5
0,5 < x ≤ 5
5 < x ≤ 10
≤ 0,01
≤ 0,1
≤1
≤5
–
–
–
–
–
nach ISO 8573 -1:1991
(Die Angabe von Partikelgehalten erfolgt nicht nach
ISO 8573 -1: 2001, da die dort definierten Grenzwerte
für Klasse 1 der Thematik Reinstraum zuzuordnen sind).
nach ISO 8573 -1: 2001
Druckluft alle gemäß ISO-Standard
festgelegten Druckluft-Qualitätsklassen
zuverlässig und kostengünstig erzeugt
werden.
5. Aufbereitungsschema
Als Handreichung findet der Anwender
auf jedem neuen KAESER-Schraubenkompressorenprospekt obiges Schema.
Ausgehend von der Anwendung lässt
sich so auf einen Blick die jeweils richtige Gerätekombination ermitteln.
7
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