Druckluftkosten senken – Ölfreie Kompressoren mit...

Aerzen Systems GmbH COMVAC Hannover Messe 2011

C O M P R E S S E D A I R S O L U T I O N S

Dr. Uwe Minkus

Druckluftkosten senken –Ölfreie Kompressoren mit Wassereinspritzung

AERZEN SYSTEMS GmbH aus Isernhagen – Dr.-Ing. Uwe Minkus



Dr. Uwe Minkus

AERZENER MASCHINENFABRIK GmbH

• Gründungsjahr: 1864• Ort: Aerzen/ Niedersachsen• Mitarbeiter: ca. 1.050

(im Stammhaus)• Tochterunternehmen: > 30 weltweit

• Umsatz: >150 Mio. Euro• Geschäftsführung: Klaus-Hasso Heller

• Vision: „One step ahead“



Dr. Uwe Minkus

• Lieferprogramm: GebläseVerdichterGaszähler

• Gebläseproduktion: ca. 12.000 pro Jahr• Verdichterproduktion: ca. 9.000 pro Jahr• Gaszählerproduktion: ca. 1.000 pro Jahr

• Betriebsfläche: ca. 67.000 m² zzgl.ca. 110.000 m² Erweiterung

• Jährlicher Umsatz: ca. 190 Mio. Euro(Stammhaus)ca. 250 Mio. Euro (Gruppe)

• Exportanteil: ca. 60% direktca. 25% indirekt



Dr. Uwe Minkus

Druckluft- vielseitige Anwendungsfelder

Chemie / Raffinerie Automobil Kraftwerke

Nahrungsmittel Umwelttechnik Elektronik



Dr. Uwe Minkus

Drucklufterzeugung kostet viel Energie !



Dr. Uwe Minkus

Druckluftstation – Life-Cycle-Cost

Energie

WartungInvestition

Einspar-PotentialCa. 30%

Beispiel: mittlerer Industriebetrieb (3 x 75 kW, 1x Stand-by, 6.000 Bh, 10ct/kWH) ca. 100.000€ Energiekosten



Dr. Uwe Minkus

32,9%Gesamtpotential

40%2%0,8%Häufiger Filterwechsel

80%20%16,0%Verminderung der Leckageverluste

5%30%2,0%Optimierung von DL-Geräten

50%3%1,5%Verminderung der Druckverluste

50%9%4,5%Gesamtanlagenauslegung

10%5%0,5%Verbesserte DL-Aufbereitung

20%20%4,0%Wärmerückgewinnung

20%12%2,4%Intelligente & Übergeordnete Steuerungen

30%7%2,1%techn. Optimierung des Kompressors

25%15%3,8%Verbesserte Antriebe (drehzahlvariabel)

25%2%0,5%Verbesserte Antriebe (hocheffizienter)

Anwend-barkeit

Effizienz-Gewinn

Gesamt-potential

Quelle: Compressed Air Systems in the EU

Einsparpotentiale in Druckluft-Systemen



Dr. Uwe Minkus

Ziel: 1. Druckluft effizient

Ziel: 2. Luft-Qualität



Dr. Uwe Minkus

Typische Merkmale öleingespritzter Schraubenkompres soren

Öl-geflutet, Kühl-Fluid

Einstufige Verdichtung mit Ölkühler

Fluid: dichtet und kühlt

moderate Drehzahlen

Einfacher Aufbau, Antrieb (direkt, Getriebe, Riemen)

einfache Steuerung

Geringere Invest-Kosten – höhere Servicekosten, u.a. Entsorgungskosten

Dauernde Gefahr des Öl-Durchbruchs !

Restölgehalt in der Druckluft

Hoher Aufwand für Filterung (Druckverlust) zur technischen Ölfreiheit



Dr. Uwe Minkus

Typische Merkmale ölfreie Schraubenkompressoren

öl-frei / trocken verdichtend

Zweistufige Verdichtung mit Zwischenkühlung

Synchronisationsgetriebe

hohe Drehzahlen (bis zu 20.000 U/min)

Öl im Getriebe/Lagern – Abdichtung der Räume

Mantelkühlung / Beschichtung der Rotoren / Antriebskonzepte (Getriebe/Riemen)

Steuerung

höhere Investition – höherer Instandhaltungsbedarf, das Stufe ca. 25.000 Bh-> aber weniger Filter , kein Druckverlust

Ähnliche Situation bei Drehzahnkompressoren



Dr. Uwe Minkus

Ölfreie Anwendungen

Hochwertige, 100 % ölfreie Druckluft wird nicht nur in Bereichen der Pharmazie, Lebensmittelherstellung, Elektrotechnik und Medizin benötigt, sondern auch überall dort, wo Produkte höchster Qualität produziert werden.

Beispiel Medizintechnik

Z.B. Produktion von Pipetten und Messküvetten aus Kunststoffunter Reinraumbedingungen

Beispiel Lebensmitteltechnologie

Bei der Produktion von Lebensmitteln ist „Sauberkeit“höchstes Gebot- auch bei der Druckluft!

Beispiel Solar-Leiterplatten

Im vielfältigen Bereich der „Mikroelektronik“ sind höchste Anforderungen an die Produktions-bedingungengestellt.

Beispiel Kosmetik

Herstellung von Kosmetika. Druckluft kommt mit dem Produkt in Berührung und muss daher absolut „sauber“sein. Es gelten nahezu gleiche Richtlinien wie in der pharmazeutischen Industrie.



Dr. Uwe Minkus

Öl-freiÖl-eingespritzt

Trend

Was nicht drin ist, braucht auch nicht entfernt werden und kann keinen Schaden

anrichten !



Dr. Uwe Minkus

Öl-freiÖl-eingespritzt

Lösung:Wasser-

Einspritzung

Herausforderungen: BiologieMechanik



Dr. Uwe Minkus

Überschüssiges Kondensat

Kältedrucklufttrockner

Wasserbehälter

Verdichterstufe

Einspritzung

Wasserfilter Opferanode

Eintritt

Austritt

„Überlauf“

Funktionsprinzip

Y



Dr. Uwe Minkus

Kon

dens

atm

enge

[l/h

]

mittlere Umgebungstemperatur im Jahr [ °°°°C]

Dau

er d

es W

asse

raus

taus

ches

*

0 5 10 15 20 25 30 35

0

2

4

6

8

10

12

1 Tag

0 Tage

Moskau

BerlinParis

Sydney

Singapur

Kairo

Rio de Janeiro

Las Vegas

Mexico Stadt

Mumbai

Dubai

n Tage

1/2 Tag

* Basis der Berechnung:

VMW 56 mit 70lWasserinhalt

Wasseraufbereitung

ca. 22 Stunden!

-15

Barrow(Alaska)



Dr. Uwe Minkus

Übersicht

FaktenAnwendung: 100%-ölfreie Druckluft für die

Industrie (Pharma, Lebensmittel, Chemie, etc)

Leistung: VMW 15-30 : 15 – 30 kWVMW 31-55 : 30 – 55 kWVMW 46-80 : 45 – 80 kW

Betriebsdruck: VMW 15-55 : 5 - 10 barVMW 46-80 : 5 – 13 bar

Steuerung: AIRTRONIC 3

Kühlung: Wassergekühlt: (Standard)Luftgekühlt: (Option)

Antrieb: SCD-Antrieb (direktgekuppelt & drehzahlgeregelt)



Dr. Uwe Minkus

Herzstück des Verdichters: Schraubenkompressorstufe

VMW 75

Technische Details



Dr. Uwe Minkus

Komponentenanordnung

Aggregat



Dr. Uwe Minkus

Wichtig: Die Daten des Kältetrockner• Leistungsaufnahme [kW]• Druckverlust Δp [bar]

sind in den VMW Leistungsdaten enthalten� beim Vergleich der spez. Leistungsdaten mit anderen Systemen muss dies berücksichtigt werden

Beispiel:55 kW Kompressor „Standalone Trockner“Leistungsaufnahme = ~ 1,4 kWDruckverlust = ~ 0,3 bar �=

+

Kompressor Trockner

2,6 kW müssen berücksichtigt werden!~ 4,5% höhere Stromaufnahme als auf den ersten Blick ersichtlich!

Der integrierte „Wasserproduzent“

• Die Leistungsaufnahme von 1,4 kW muss bei anderen Systemen hinzu gerechnet werden

• 1 bar Druck => 7 % höhere Leistungsaufnahme => 0,3 bar = 2,1 % höhere Leistungsaufnahme 55 kW*2,1% = +1,2 kW



Dr. Uwe Minkus

Im Vergleich zu ölgeschmierten Systemen:• kein Feinabscheider• keine Filterbatterie notwendig zur Erzeugung ölfreier Druckluft

� keine Druckverluste = Geld gespart

Bsp.: 55 kW / 3000 Betriebstunden / Δp = 1 bar / 0,10 €/kWh1 bar Druckverlust = 7 - 8% mehr Energie(7% von 55 kW) x 3000 Bh x 0,10 €/kWh = ~ 1150,- €

Isotherme Verdichtung:• Wasser besitzt im Vergleich zu Öl eine sehr viel

bessere Wärmeaufnahmekapazität

• Wasser kann auch viel leichter bei der Einspritzung zerstäubt werden

� sehr niedrige Verdichtungsendtemperaturen von deutlich unter 60° C

� Verdichtungsprozess sehr nahe an der isothermenVerdichtung

� besserer Wirkungsgrad der Verdichtung

� höhere Wirtschaftlichkeit

Wirtschaftlichkeit



Dr. Uwe Minkus

Drehzahlgeregelter Direktantrieb:

• wartungsarm und effizient (η = 99,9%)

• optimale Anpassung der Liefermenge an den aktuellen Druckluftbedarf

� Energieeinsparung bis ~ 25%

Kondensat = reines Wasser:

Absolut sauberes Kondensat

� kann direkt (ohne teure Aufbereitung) in die Kanalisation geleitet werden

� keine Folgekosten

Wirtschaftlichkeit



Dr. Uwe Minkus

Spezifische Leistung im Vergleich zu anderen alternativen Systemen

bezogen auf: 55 kW / 7,5 bar / PWelle / wassergekühlt

VMWVMW46

Drehzahn XY

2-stufig ölfreiXY "feste Drehzahl"

Pspez =(mit Kältetrockner)

6,0 7,7 7,1

Pspez =(ohne Kältetrockner)

- 7,6 6,8

Bsp.: Kunde benötigt 2.000.000 m³ trockene Druckluft / Jahr

]min)/³(

[

/

.

.

m

KWP

VPP

spez

spez

=

=

€840.19€

1,0*4,49*4016

min³

3,8

³2000000

:46 ==kWh

kWhm

Jahr

m

VMW

€750.27€

1,0*4,56*4566

min³

3,7

³2000000

:50 ==kWh

kWhm

Jahr

m

VSDZR

€060.24€

1,0*3,56*4273

min³

8,7

³2000000

:55 ==kWh

kWhm

Jahr

m

ZR

Wirtschaftlichkeit

ModellA

AB



Dr. Uwe Minkus

Test „Institut FRESENIUS“: Nachgewiesene Reduzierung von Verunreinigungen

100%

100%

100%

Öl

Partikel

Bakterien

Öl

Partikel

Bakterien*1

IN OUT

Klasse „0“

~ 18%

< der Messgrenze

Die Druckluft wird durch die VMW „sauber gewaschen“ !!

*1 Warum ist die Druckluft frei von Bakterien / Viren / Keimen / Pilzen?

• durch permanentes Auswechseln des „Kühlwassers“ innerhalb der VMW• der interne Druck „tötet“ die „lebenden Kulturen“ ab• das Kühlwasser / Kondensat vom Kältetrockner ist „biologisch“ tot (Bügeleisenqualität)

VMW als Waschmaschine



Dr. Uwe Minkus

Eine Auswahl von Unternehmen, die sich täglich auf 100 % ölfreie Druckluft von AERZEN verlassen:

Kunde AnwendungRomina Mineralbrunnen GetränkeindustrieRiemser Pharma Pharmaindustrie

Jenoptik Solar- LeiterplattenherstellerSchwan Stabilo Cosmetics KosmetikherstellerUniklinikum Essen KrankenhausFraunhofer Institute Forschung & EntwicklungGlobal Light Industries NanotechnologiePlantextrakt LebensmittelLeuna Epilox GmbH ChemieindustrieAREVA NukleartechnikSalutas / Sandoz Pharma PharmaindustrieKölner Hofbräu BrauereiKulmbacher BrauereiEPS Electronics Elektronikhersteller

Referenzen

Anwendungen & Referenzen



Dr. Uwe Minkus

Anlagen-Splitting

Vollast-Anteil

VMW on-top als Regelkompressor



Dr. Uwe Minkus

VMW

VMTDTS

90 kW 200 kW 900 kW15 kW

Optimale Druckluftstation:- Kompressor- Trockner- Filter- übergeordnete Steuerungen- Projekt-Management

Mitte 2011110 kW



Dr. Uwe Minkus


AERZEN SYSTEMS GmbH

Ernst-Grote-Str. 21

30916 Isernhagen

www.aerzen.com

Tel.: +49(0)511/646628-13

Fax: +49(0)511/646628-10

COMVACHalle 26

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ProduktstandHalle 15

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