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Druckluft energiesparend trocknen

Text: Erwin Ruppelt, Daniela Koehler, Kaeser Kompressoren Grafiken: Kaeser Kompressoren
Unterschiedliche Produktionsprozesse erfordern unterschiedliche Trocknungsqualitäten der Druckluft. Um den optimalen Zustand zu erzielen, der dann auch noch den Geldbeutel schont, ist es empfehlenswert, sich einige Gedanken über die Druckluftaufbereitung zu machen. Wer einige Tipps und Tricks beachtet, kann sich unnötigen �?rger sparen.

Ob es nur wenige Tage im Jahr sind oder längere Perioden, zeitweilig setzt das Wetter auf heiß. Steigen Temperatur und Luftfeuchtigkeit, kommt so mancher Trockner mitunter ins Schwitzen. Besonders wenn er ursprünglich auf Temperaturen ausgelegt wurde, die nur den Durchschnittsjahreswerten entsprechen. Die Folge: Bei höheren Temperaturen kann die Luft mehr Wasser aufnehmen und so kann es passieren, dass trotz Trocknung Wasser ins Druckluftnetz gerät (10 m³/min Luftverbrauch bei 9 bar Überdruck).

Bei einer durchschnittlichen Fertigung fallen im 24-Stunden-Betrieb 140 Liter Kondensat pro Tag an. Daran ist zu erkennen, wie wichtig Druckluftaufbereitung generell ist. Denn es gibt heute nahezu keine Anwendung mehr, die ohne Drucklufttrockung wirtschaftlich arbeiten kann. Ist das Kondensat in die Leitung geraten, geht es nicht mehr so leicht heraus - besonders wenn das Druckluftnetz viele Windungen aufweist, lässt es sich schwer wieder richtig trocken bekommen. Dabei ist es einfach, solche Risiken von vornherein auszuschließen, wenn man einige allgemeine Regeln beachtet.

Die richtige Größe wählen

Das Wichtigste ist, den Trockner richtig auszulegen. Dazu sollten unterschiedliche Überlegungen angestellt werden. Als erstes ist zu klären, wie der vorangeschaltete Kompressor dimensioniert und ausgestattet ist, das heißt: Wie sieht der Nachkühler aus und welche Kühlleistung erbringt er? Im Optimalfall sollte die Druckluft-Eintrittstemperatur am Kälte-trockner möglichst niedrig sein, denn dann ist die erforderliche Leistung des Trockners wesentlich geringer. Schon die Konfiguration und Qualität des vorgeschalteten Kompressors spielt also eine wichtige Rolle bei der Druckluftaufbereitung. Der Kompressor sollte einen Nachkühler enthalten, der die Druckluft so gering wie möglich über der Umgebungstemperatur entlässt.

Im zweiten Schritt gilt es, die möglichen Höchsttemperaturen eines Jahres zu ermitteln, denn Trockner sollten grundsätzlich so dimensioniert sein, dass sie auch Spitzentemperaturen abfedern können. Nachdem auch in Deutschland stellenweise bis zu +40 °C erreicht wurden und die Klimaerwärmung sich weiter fortsetzt, empfiehlt es sich, diese Temperaturen etwas höher zu veranschlagen.

Drittens stellt sich die Frage, wie die Lüftung des Raumes und damit die Frischluftzufuhr beschaffen sind. Daraus ergibt sich die Frage nach der höchsten Umgebungstemperatur um den Trockner herum. Zum Schluss ist es wichtig, dass der Nachkühler am Kompressor und der Kondensator am Kälte-trockner möglichst sauber gehalten werden.

Stehen alle Parameter fest, lässt sich der Trockner so auslegen, dass er auch unter Extrembedingungen Druckluft in der erforderlichen Trockenheitsstufe liefert.

Energieeffizient mit Teillastregelung

Wie ist es dann aber um die Energieeffizienz bestimmt? Bedeuten drei Tage Spitzentemperatur im Jahr über dreihundert Tage entsprechend hohe Volllauflast des Trockners und damit eine Spitzenstromrechnung? Nein - es gibt heute moderne Drucklufttrockner, die sich dem tatsächlichen Bedarf anpassen. Das sind Trockner mit einer sogenannten Aussatzsteuerung, die ihre elektrische Leistungsaufnahme dem jeweiligen Durchsatzvolumen anpassen. Daraus ergeben sich Energie-einspareffekte von bis zu 60 Prozent gegenüber herkömmlichen Kältetrocknern mit Heißgas-Bypass-Regelung. Diese Teillast-Regelungslösungen sind auch für Adsorptions- und Membrantrockner verfügbar.

Welche Trocknungsart ist nun für die in der ISO 8573 geregelten Druckluftklassen die am besten geeignete und energieeffizienteste? Die üblichen Verfahren der Drucklufttrocknung wie Kälte-, Adsorptions- oder Membrantrocknung unterscheiden sich in ihrem Energiebedarf. Wird zum Beispiel Druckluft der Klasse 4 benötigt, dann bedeutet das, dass der Drucktaupunkt bei +3 °C liegt. Der Luft muss dann Wasser bis zu einem Restwert von sechs Gramm Wasser pro Kubikmeter Luft entzogen werden. Für diesen Zweck reicht in der Regel die Installation eines Druckluftkältetrockners aus, solange dieser korrekt dimensioniert ist und mit einer integrierten Teillaststeuerung arbeitet, die für einen angepassten Energieverbrauch sorgt.

Wird Druckluft der Qualitätsklasse 3 und 2 benötigt, wie zum Beispiel in der Pharma-, Elektronik- und der Prozessindustrie oder auch in der Oberflächenbearbeitung, stehen Kombinationstrockner wie der Hybritec zur Verfügung. Dieser verbindet einen klassischen energieeffizienten Kältetrockner mit einem modernen warmregenerierten Adsorptionstrockner. Mit diesem Trockner lassen sich Drucktaupunkte bis -40 °C energieeffizient erreichen. Zuerst entfeuchtet der Kälte-trockner die Druckluft zu rund 90 Prozent auf einen Drucktaupunkt von bis zu 3 °C und erst danach kommt der Adsorptionstrockner zum Einsatz. Dieser muss dann nur noch rund 10 Prozent der ursprünglichen Feuchte aus der Luft entfernen. Auf diese Art und Weise wird das Trocknungsmittel viel schonender eingesetzt als bei herkömmlichen Trocknern, da der Trocknungsprozess auf einem wesentlich niedrigeren Temperaturniveau ablaufen kann. Herkömmliche warmregenerierte Trockner wechseln zwischen 20 und 170 °C, der Kombitrockner zwischen 20 und 90 °C. Das Ergebnis ist eine schnellere Regeneration des Trocknungsmittels bei geringerem Energieaufwand.

Herkömmliche Adsorptionstrockner müssen 100 Prozent der Feuchte, die vom Kompressor kommt, aufnehmen und brauchen damit gegenüber dem Kombitrockner mehr als drei Mal so viel Energie, um die Feuchtigkeit wieder aus dem Trocknungsmaterial herauszutreiben. Beim Kombitrockner fällt darüber hinaus der Wärme- und Taupunkt-Peak weg, der bei herkömmlichen Adsorptionstrocknern beim Umschalten von einer auf die andere Kammer auftritt.

Lange Standzeit durch Teillastbetrieb

Ein weiterer Vorteil der Kombitrockner ist die lange Standzeit des Trocknungsmittels, die sich durch den Teillastbetrieb ergibt. Das führt wiederum zu Schaltzyklen von bis zu 48 Stunden. Der ohnehin niedrige Energiebedarf wird durch eine Teillaststeuerung nochmals nach unten gefahren. Bei einem Hybridtrockner kommt somit sowohl ein teillastgeregelter Kältetrockner als auch ein teillastgeregelter Adsorptionstrockner zum Einsatz, was die für den Betrieb benötige Energiemenge minimiert. Der Einsatz eines Kombitrockners lohnt sich schon ab einer Förderleistung von 10 m³/min. Darunter sind kaltregenerierte Adsorptionstrockner ein zuverlässiges Mittel, die Güteklasse zwei und drei zu erreichen. Für einen möglichst geringen Energieverbrauch empfiehlt es sich hier Geräte zu wählen, die Teillaststeuerungen ermöglichen.

Für kleinere Mengen bis 2,5 m³/min sind Membrantrockner geeignet, um Druckluft mit einem Drucktaupunkt bis - 40 °C zu erreichen. Dank neuester Entwicklungen sorgen auch hier Geräte mit Teillastbetrieb dafür, dass nur so viel Energie aufgewendet wird, wie für den tatsächlichen Verbrauch benötigt wird. Allerdings sollte dann dem Membrantrockner ein Kältetrockner vorgeschaltet werden, damit der Membrantrockner wirtschaftlich arbeitet.

Für die relativ selten erforderliche Druckluft der Qualitätsklasse 1, also Drucktaupunkte von bis zu - 70 °C, sind wiederum kaltregenerierte Adsorptionstrockner die beste Methode. Auch hier ist es wichtig, dass die Eintrittstemperatur der Druckluft in den Trockner so gering wie möglich gehalten ist.

Wer einen Energiespartrockner wählt und diesen passend auslegt, hat immer die richtige Menge an Druckluft in perfekter Qualität so kostengünstig wie möglich.

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