GUNT DigiSkills 4

Energieeffizienz bei Druckluftanlagen 

GUNT DigiSkills 4

Energieeffizienz bei Druckluftanlagen

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Druckluft ist eine der meistgenutzten Energieformen in der Industrie. Es gibt viele Initiativen, um Druckluftanwendungen in Betrieben energieeffizient zu gestalten. Die Einsparpotenziale sind vielfältig und hoch. Neben Senkung von betrieblichen Kosten spielt die Verbesserung der Klima-Situation eine zentrale Rolle.

Das Thema Energieeffizienz bei Druckluftanlagen des Lernprojekts DigiSkills 4 behandelt die vielfältigen Einsparpotenziale. Das didaktische Konzept beinhaltet das Kennenlernen der Komponenten, deren Funktionsweise und Zusammenspiel. Einsparpotenziale werden festgestellt und analysiert, um im Weiteren einen energiesparenden Betrieb und die passende Auslegung von Druckluftanlagen erreichen zu können.

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Übersicht alle Geräte

 

1 Grundlagen Verdichter - Kennenlernen der Bauteile

Der Verdichter ist der zentrale Bestandteil einer Druckluftanlage. In ihm wird die zugeführte mechanische Energie in eine Druckerhöhung der Luft umgesetzt.

 

Es gibt je nach Einsatzgebiet verschiedene Bauarten von Verdichtern. Zwei typische Bauarten, die nach dem Verdrängerprinzip arbeiten, sind der Kolbenverdichter und der Schraubenverdichter.

Kachel AR

Augmented Reality macht die Funktion erlebbar. Verdeckte Komponenten werden sichtbar. Komplexe Funktionsprinzipien sind ansprechend und nachvollziehbar dargestellt.

 

» Erleben Sie unser Beispiel mit Ihrem Smartphone...

 

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Kolbenverdichter aus MT 141

MT141 transparent

Kleinverdichter

  • Bauteile untersuchen und deren Zusammenspiel kennenlernen
  • Montage/Demontage eines Kleinverdichters
  • Funktion erkennen
  • Werkstoffe kennenlernen
  • Techn. Zeichnen und Techn. Kommunikation

Schraubenverdichter aus MT 175

SchraubenverdichterMT175

industrielle Verdichtereinheit

  • Einsatzbereiche kennenlernen
  • Beispiele für typische Anwendungen
  • Funktionsweise kennenlernen

 

2 Funktionsprüfung von Verdichtern und Druckluftanlagen

ET500 mit Animation

Die Funktionsprüfung gibt erste Hinweise auf Einsparpotenziale und Wechselwirkungen im System. Zum Umfang der Funktionsprüfung gehören Arbeiten wie:

 

  • Druckverluste feststellen
  • Dichtigkeitsprüfung, um Leckagen festzustellen
  • Messung von Volumenstrom, Drücken, Temperaturen
  • Rohrleitungen prüfen
  • Prüfung der Druckschalter, Druckminderer und Sicherheitsventile
  • korrekten Einbau prüfen und Ausrichtung optimal einstellen

 

Einstufiger Kolbenverdichter mit MT 142

mt 142 overview
  • Funktionsweise und Prüfvorgang kennenlernen
  • fachgerechter Einbau des Kolbenverdichters inkl. Einstell- und Ausrichtvorgängen
  • Funktion und Arbeitsweise von Sicherheitselementen: Druckschalter, Rückschlagventil, Sicherheitsventil
  • Riemenspannung prüfen und einstellen

Zweistufiger Kolbenverdichter in ET 500

et 500 overview
  • Aufbau und Funktion eines zweistufigen Verdichters
  • Messung relevanter Drücke und Temperaturen
  • Bestimmung des Ansaugvolumenstroms
  • Verdichtungsprozess im p,V-Diagramm

Schraubenverdichter
in MT 175

mt 175 overview
  • Einstellmöglichkeiten am Schraubenverdichter
  • Dauer zum Erreichen des Enddrucks bestimmen
  • Steuerverhalten des Verdichters einstellen
  • Dichtigkeitsprüfung
  • Messung relevanter Drücke und Temperaturen
  • Bestimmung des Ansaugvolumenstroms
  • Ölkontrolle mit Hilfe eines Schauglases
  • verschiedene Verbraucher untersuchen
  • Fernüberwachung der Verdichtereinheit

 

3 Energetische Betrachtung

Die Kosten eines Druckluftsystems über den Lebenszyklus setzen sich aus drei Faktoren zusammen: den Investitionskosten, den Wartungskosten und den Energiekosten zum Betrieb des Verdichters. 

Die Energiekosten stellen dabei den Hauptanteil der Gesamtaufwendungen dar. Mit einfach realisierbaren und meist äußerst wirtschaftlichen Maßnahmen lassen sich die Energiekosten häufig um ein Drittel reduzieren. 

 

3.1 Einsparpotenziale und Umsetzung

Auswahl und Dimensionierung der Komponenten 20‑50% 

Alle Komponenten zur Erzeugung, Verteilung, Aufbereitung und Speicherung der Druckluft müssen optimal auf die Anforderungen des Prozesses abgestimmt sein. Kenngrößen wie z.B. Liefermenge, Betriebsdruck oder Restfeuchte werden hierfür herangezogen.

 

Mit den GUNT-Geräten MT 141, MT 142, MT 175 und ET 500 lernen Studierende die Komponenten kennen und lernen Fehler bei Auswahl und Dimensionierung einzuschätzen.

 

 

Wärmerückgewinnung 20‑50% 

 

Je nach Bauart des Verdichters, Art der Kühlung und angesichts der betrieblichen Gegebenheiten, bieten sich drei Varianten der Wärmenutzung aus der Rückgewinnung an:

  • Raumheizung durch Warmluftverwendung
  • Heizungswassererwärmung
  • Brauchwassererwärmung

 

Mit MT 175 wird die Warmluftverwendung zur Beheizung von Räumen untersucht.

 

 

 

Druckluftbedarf Verbraucher und Anwendungen 20‑40% 

Für eine repräsentative Bedarfsermittlung wird der Druckluftverbrauch der einzelnen Geräte addiert und zusätzlich die mittlere Einschaltdauer ermittelt.

 

Mit der MT 175 werden unterschiedliche Verbraucher energetisch analysiert und verglichen. Eine Kombination aus verschiedenen Verbrauchern kann untersucht werden.

Mit MT 142 und ET 500 können eigene Aufgaben zum Verbrauch der Druckluft erstellt werden.

 

Druckhöhe und Druckverluste 15% 
Steuerung 20‑30% 

Voraussetzung für einen minimalen Energieverbrauch ist, den mittlere Netzdruck möglichst gut an den tatsächlichen Bedarf anzupassen. Durch die Steuerung eines Verdichters wird die Druckluftproduktion an den aktuellen Verbrauch angepasst.

 

Bei MT 175 kann das für den jeweiligen Verbraucher benötigte Druckniveau untersucht und optimiert werden. Der max. Ausschaltdruck des Verdichters lässt sich einstellen. Die Taktzeiten können vorgegeben und die Auswirkung untersucht werden.

Bei ET 500 und MT 142 lässt sich der Einschaltdruck einstellen, die Einschaltzeiten ergeben sich durch die Regelung.

Leckagen 20‑30% 

 

Ursache für Leckagen und Undichtigkeiten sind oft:

  • defekte Komponenten durch z.B. Korrosion
  • falsch verschraubte oder undichte Verbindungen
  • ineffiziente Kupplungen, die die Druckluft weitergeben

 

Mit MT 175 kann die Auswirkung von Leckagen auf die Verbraucher u.a. energetisch betrachtet werden.

Mit ET 500 und MT 142 werden Auswirkungen von Leckagen direkt als Druckverlust und damit im Energieverbrauch gemessen.

 

Druckluftaufbereitung 2‑3% 

 

Erzeugte Druckluft enthält immer Verunreinigungen:

  • Öl
  • Staub
  • Feuchtigkeit

Die Aufbereitung sollte aber nur bis zur benötigten Qualität erfolgen, um effizient zu bleiben.

 

Bei MT 175 wird die Druckluft mit einem Fliehkraftabscheider, Trockner und Druckluftfilter aufbereitet. Hinter dem Druckluftbehälter befindet sich eine Wartungseinheit.

 

 

 

 

MT 175 Energieeffizienz in Druckluftanlagen

mt 175 overview

Mit der Anlage MT 175 lernen Schüler und Studierende alle Funktionen einer industriellen Drucklufterzeugungsanlage kennen: Verdichtung, Aufarbeitung, Speicherung und Verbrauch. Bei der Verdichtung erzeugte Wärme wird zur Raumheizung effizient genutzt. Der Gesamtprozess wird energetisch bilanziert und Einsparpotenziale herausgearbeitet.

 

An relevanten Messstellen werden Druck, Temperatur, Volumenstrom und elektrische Leistung gemessen. In der GUNT-Software werden hieraus Kenngrößen berechnet, um die Energieeffizienz der Anlage zu betrachten.

 

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Erzeugung Wärmerück­gewinnung Aufbereitung Speicherung Verbraucher Verteilung
Angesaugte Luft wird gefiltert und verdichtet. Zur Direktkühlung eingesetztes Öl wird aus der Druckluft abgeschieden. Bei der Verdichtung erwärmtes Öl wird mit Hilfe von Wärmeübertragern zur Raumheizung genutzt. Verunreinigungen aus Öl, Staub und Feuchtigkeit werden bis zur benötigten Qualität aus der Druckluft entfernt. Ein Druckluftbehälter mit Sicherheitsventil
und Manometer speichert die
erzeugte Druckluft. 
Unterschiedliche Verbraucher können einzeln oder in Kombination untersucht werden. Der Druckverlust über die gesamte Strecke zwischen Verdichter und Verbraucher sollte so gering wie möglich sein.

 

 

3.2 Energieeffizienz und Wirkungsgrade

MT 142 mit einem einstufigen Kolbenverdichter,
max. Druck 10bar
MT142 Screenshot Bilanzierung
  • Leistungsbilanzierung mit GUNT-Software
  • Erfassung von elektrischer, mechanischer und pneumatischer Leistung zur eigenständigen Berechnung des Wirkungsgrades
  • grafische Darstellung der Messwerte
» zum Produkt
MT 175 als Druckluftanlage mit einem Schraubenverdichter,
max. Druck 10bar
  • GUNT-Software zur Analyse der Energieeffizienz
  • Erfassung von Druck, Temperatur, Volumenstrom und elektrische Leistung
  • Ermittlung von Kenngrößen
  • Aufbereitung und Bilanzierung der Energieflüsse innerhalb der Druckluftanlage
  • Bestimmung des Wirkungsgrades
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ET 500 mit einem zweistufigen Kolbenverdichter,
Betriebsdruck 12bar
ET500 Screenshot Messwerte
  • SPS mit Touchscreen zur Erfassung von Drücken und Temperaturen in beiden Stufen sowie elektrischer Leistungsaufnahme
  • Bestimmung des Ansaugvolumenstroms mit einer Düse am Ansaugbehälter
  • eigenständige Berechnung des Wirkungsgrades aus Messwerten und Leistungsdaten
» zum Produkt

 


GUNT Media Center

Das GUNT Media Center stellt für alle Schritte des didaktischen Konzepts ein digitales Lernumfeld zur Verfügung.

 

  • Augmented Reality Oberfläche
  • umfangreiche technische Informationen: technische Zeichnungen, Prozessschemata, Herstellerdokumente
  • Videos mit Funktionsprinzipien oder Montage
  • detaillierte Anleitungen
  • Übungen, die sich auf die Praxis beziehen

 

» weitere Informationen zum GUNT Media Center

 

Digitale Inhalte im GUNT Media Center

Technische Informationen

Umfangreiche technische Informationen übersichtlich dargestellt: technische Zeichnungen, Prozessschemata, Herstellerdokumente zu den einzelnen Komponenten uvm.

Videos

Anschauliche Videos bringen z.B. die Funktionsweise einzelner Komponenten nahe. Für den Kolbenverdichter MT 141 stehen zusätzlich Montage- und Demontagevideos zur Verfügung.

Anleitungen

Detaillierte Beschreibung des Versuchsgerätes: Geräteaufbau, Bedienung, Beschreibung des Prozesses und der Software.

Digitale Arbeitsblätter

Gesicherter Lernerfolg durch digitale Arbeitsblätter. Lösungen stehen passwortgeschützt zur Verfügung.

Augmented Reality Zugang

Verdeckte Komponenten werden sichtbar und komplexe Aufbauten lassen sich nachvollziehbar abbilden. Funktionsprinzipien werden ansprechend dargestellt und lassen die Arbeitsweise erlebbar werden. Immer im Zusammenhang mit der realen Umgebung.

 


Geräteübersicht

 

MT 141
Montageübung Kolbenverdichter

Ubersicht MT141

MT 142
Energieeffizienz bei Kolbenverdichtern

Ubersicht MT142

ET 500
Zweistufiger Kolbenverdichter

Ubersicht ET500

MT 175
Energieeffizienz bei Druckluftanlagen

Ubersicht MT175

 


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