Aerzen Systems GmbH COMVAC Hannover Messe 2011
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Dr. Uwe Minkus
Druckluftkosten senken –Ölfreie Kompressoren mit Wassereinspritzung
AERZEN SYSTEMS GmbH aus Isernhagen – Dr.-Ing. Uwe Minkus
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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“
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• 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
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Druckluft- vielseitige Anwendungsfelder
Chemie / Raffinerie Automobil Kraftwerke
Nahrungsmittel Umwelttechnik Elektronik
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Drucklufterzeugung kostet viel Energie !
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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
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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
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Ziel: 1. Druckluft effizient
Ziel: 2. Luft-Qualität
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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
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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
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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.
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Öl-freiÖl-eingespritzt
Trend
Was nicht drin ist, braucht auch nicht entfernt werden und kann keinen Schaden
anrichten !
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Öl-freiÖl-eingespritzt
Lösung:Wasser-
Einspritzung
Herausforderungen: BiologieMechanik
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Überschüssiges Kondensat
Kältedrucklufttrockner
Wasserbehälter
Verdichterstufe
Einspritzung
Wasserfilter Opferanode
Eintritt
Austritt
„Überlauf“
Funktionsprinzip
Y
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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)
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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)
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Herzstück des Verdichters: Schraubenkompressorstufe
VMW 75
Technische Details
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Komponentenanordnung
Aggregat
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Anlagen-Splitting
Vollast-Anteil
VMW on-top als Regelkompressor
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VMW
VMTDTS
90 kW 200 kW 900 kW15 kW
Optimale Druckluftstation:- Kompressor- Trockner- Filter- übergeordnete Steuerungen- Projekt-Management
Mitte 2011110 kW
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AERZEN SYSTEMS GmbH
Ernst-Grote-Str. 21
30916 Isernhagen
www.aerzen.com
Tel.: +49(0)511/646628-13
Fax: +49(0)511/646628-10
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