GUNT DigiSkills 4
Energieeffizienz bei Druckluftanlagen
GUNT DigiSkills 4Energieeffizienz 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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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.
Augmented Reality macht die Funktion erlebbar. Verdeckte Komponenten werden sichtbar. Komplexe Funktionsprinzipien sind ansprechend und nachvollziehbar dargestellt.
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Kolbenverdichter aus MT 141
Kleinverdichter
- Bauteile untersuchen und deren Zusammenspiel kennenlernen
- Montage/Demontage eines Kleinverdichters
- Funktion erkennen
- Werkstoffe kennenlernen
- Techn. Zeichnen und Techn. Kommunikation
Schraubenverdichter aus MT 175
industrielle Verdichtereinheit
- Einsatzbereiche kennenlernen
- Beispiele für typische Anwendungen
- Funktionsweise kennenlernen
2 Funktionsprüfung von Verdichtern und Druckluftanlagen
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
- 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
- Aufbau und Funktion eines zweistufigen Verdichters
- Messung relevanter Drücke und Temperaturen
- Bestimmung des Ansaugvolumenstroms
- Verdichtungsprozess im p,V-Diagramm
Schraubenverdichter
in MT 175
- 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.
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. Je nach Bauart des Verdichters, Art der Kühlung und angesichts der betrieblichen Gegebenheiten, bieten sich drei Varianten der Wärmenutzung aus der Rückgewinnung an: Mit MT 175 wird die Warmluftverwendung zur Beheizung von Räumen untersucht. 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. 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. Ursache für Leckagen und Undichtigkeiten sind oft: 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. Erzeugte Druckluft enthält immer Verunreinigungen: 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. 3.1 Einsparpotenziale und Umsetzung
Auswahl und Dimensionierung der Komponenten 20‑50%
Wärmerückgewinnung 20‑50%
Druckluftbedarf Verbraucher und Anwendungen 20‑40%
Druckhöhe und Druckverluste 15% Steuerung 20‑30%
Leckagen 20‑30%
Druckluftaufbereitung 2‑3%
MT 175 Energieeffizienz in Druckluftanlagen
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.
| 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
- Leistungsbilanzierung mit GUNT-Software
- Erfassung von elektrischer, mechanischer und pneumatischer Leistung zur eigenständigen Berechnung des Wirkungsgrades
- grafische Darstellung der Messwerte
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
ET 500 mit einem zweistufigen Kolbenverdichter,
Betriebsdruck 12bar
- 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
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
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