Die optimale Lösung für den Druckluftanwender ergibt sich aus einer Vielzahl von Daten. Das Bedarfsprofil und die geforderte Druckluftqualität, das notwendige Druckniveau und die Prognosen künftiger Entwicklungen in der Produktion eines jeden Unternehmens sind die harten Faktoren. Im Vorfeld der Anschaffung eines neuen Kompressors oder einer Modernisierung bzw. Optimierung vorhandener Druckluftstationen sollte der Anwender deshalb unbedingt eine genaue Analyse des zu erwartenden Druckluftbedarfs bzw. der Verbrauchsprofile durchführen (lassen). Dafür stehen Druckluftanalysesysteme wie AirInsite von CompAir zur Verfügung. Es eignet sich für die Analyse von Kompressoren unabhängig von deren Bauart (Schraube, Kolben, Turbo), Antriebs-./Regelungskonzept (Festdrehzahl oder Drehzahlregelung) und Hersteller.
Exakte Analyse als Voraussetzung
Datenlogger-Systeme mit moderner Sensoren-Technik erfassen und speichern Parameter wie Systemdruck, Temperatur, Drucktaupunkt und Durchflussrate und ermöglichen für Strom und Spannung eine präzise Messung und Berechnung der Anlagenleistung. Per Bluetooth-Technologie können diese Informationen von den Datenloggern an eine einzelne, intelligente airInsite-Basisstation übertragen werden. Der vollständige Prozess kann mit minimalen Produktionsunterbrechungen durchgeführt werden.
Die in der Regel über eine Woche hinweg in Sekundenabständen erfassten Messwerte können sicher via modernster Datenspeicherung verarbeitet werden. Die Software generiert anhand dieser Messwerte grafische Auswertungen, Simulationen und Berichte, die der Erstellung eines vollständigen Systemprofils dienen.
Die Ergebnisse können mit verschiedenen Kombinationen von Kompressoren und Steuerungssystemen verglichen werden, um potenzielle Energieeinsparungen zu ermitteln und die Amortisierungsdauer von möglicherweise erforderlichen Investitionen zu berechnen. Mit dem Berichtassistenten lassen sich sowohl standardisierte als auch erweiterte Analyseberichte online erstellen, im PDF-Format speichern und herunterladen. Das cloudbasierte System erlaubt Anwendern, von einem beliebigen Computer aus darauf zuzugreifen. Damit sind auch keine Aktualisierungen der Software erforderlich, und die gespeicherten Kompressor-Datentabellen sind auf diese Weise immer aktuell.
Druckluft-Qualität
Gerade in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie kann die Frage der Effizienz nicht losgelöst von der Thematik der Druckluftqualität gesehen werden. Denn der Eintrag von Kontaminationen über die Druckluft in oder auf das Produkt muss unbedingt vermieden werden.
Zugleich verursacht jede Aufbereitungsstufe zusätzlichen Aufwand sowohl bei der Investition als auch – in deutlich höherem Maße – bei den Betriebskosten. Denn ein Filter oder Trockner erhöht den Differenzdruck, was wiederum bedeutet, dass der Kompressor mehr Druck erzeugen muss, um auch das gewünschte Druckniveau an den Verbraucher bereitzustellen.
In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage nach der Kompressor-Bauart. Es ist bekannt, dass ölfreie Verdichter (in konventioneller Bauart) höheren Service-Aufwand erfordern und wegen des höheren Temperaturniveaus auch mehr Energie verbrauchen als ölgeschmierte Maschinen. Aber die Gesamtrechnung darf man nicht ohne die erforderliche Aufbereitung machen: In den meisten Druckluft-Anwendungen der Nahrungsmittelindustrie wird eine Druckluftqualität gefordert, die besser ist als Klasse 1 nach DIN ISO 8573 – 1: 2001. Das bedeutet einen Restölgehalt von unter 0,01 mg/m³ und einen maximalen Partikelgehalt von unter 0,1 mg/m³. Ein ölgeschmierter Kompressor stellt aber Druckluft mit einem Restölgehalt von bis zu 40 mg/m³; in Extremfällen sogar bis zu 100 mg/m³ bereit. Eine Aufbereitung ist somit kostenintensiv, und das Risiko eines Öldurchbruchs ist für den Anwender kaum kalkulierbar.
Auswahl: Der Einzelfall entscheidet
Die Frage „Ölfrei oder ölgeschmiert?“ stellt sich zudem unter neuen Vorzeichen, weil neuere Kompressortypen und -bauarten neue Maßstäbe bei der wirtschaftlichen Erzeugung ölfreier Druckluft setzen. Hier sind vor allem die Quantima- und die PureAir-Baureihen von CompAir zu erwähnen. Aber auch die „altbekannten“, seit Jahrzehnten bewährten ölfreien Kolbenkompressoren haben in der Lebensmittel- und Getränke-Industrie nicht nur ihre Berechtigung, sie überzeugen auch durch sehr hohe Energieeffizienz zum Beispiel bei Netzdrücken über 8 bar.
Einige „Best practice“-Beispiele zeigen, welche Kompressortechnologie unter den – sehr unterschiedlichen – Einsatzbedingungen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie die jeweils geeignete, das heißt besonders effiziente, zuverlässige und sichere ist.
In der Druckluftstation einer Großmolkerei kommen vier ölfreie Kolbenkompressoren zum Einsatz und jetzt auch ein Quantima-Verdichter. Diese Turbokompressoren arbeiten nach einer neuartigen Ölfrei-Technologie und nutzen dabei ein innovatives Antriebs- und Verdichtungsprinzip: Ein High-Speed-Elektromotor treibt eine Rotorwelle an, die an beiden Seiten mit jeweils einem Impeller verbunden ist.
Die direkt angetriebene Rotorwelle wird von adaptiven Magnetlagern völlig berührungslos geführt – also ohne Getriebe, ohne Wälzlager, ohne Reibung, ohne Öl und ohne Verschleiß. Das schafft beste Voraussetzungen für hohe Versorgungssicherheit ohne Risiken. Denn die Molkerei nutzt die Druckluft als sterile Prozessluft zum Beispiel für das Entleeren von Tanks sowie die Abfüllung von Molkereiprodukten unter Sterilbedingungen.
Kompressoren für Trocknungs- und Mischprozesse
Auch die ölfreien PureAir-Kompressoren von CompAir arbeiten nach einem neuartigen Verdichtungsprinzip. Die Druckluft wird von einer Schraube aus Bronzelegierung und einem Paar Schieberrotoren aus kohlefaserverstärktem Kunststoff erzeugt. Die Schieberrotoren sind im 90°-Winkel zum Hauptrotor angeordnet. Die Luft komprimiert in zwei Kammern ober- und unterhalb des Hauptrotors. Die Maschinen arbeiten in diesem Zusammenhang absolut ölfrei. Für die nötige Schmierung, Abdichtung und Kühlung des Verdichterblocks sorgt Wasser, das in das Kompressionselement eingespritzt wird. Der Direktantrieb mit elektronischem Getriebe erlaubt den Verzicht auf Getriebelagerungen, die Schmierstoff benötigen.
Im Unterschied zur Quantima-Baureihe eignet sich das hier angewandte Verdichtungsprinzip auch für mittlere bis kleine Leistungsbereiche. Zu den Anwendern gehört ein Hersteller von Food Ingredients, zu dessen Kernkompetenzen das Trocknen und Mischen gehört. Als das Unternehmen eine neue Filteranlage für den Nassprozessbereich und den nachgeschalteten Trockenturm plante, entschied es sich für einen drehzahlgeregelten PureAir-Kompressor, die den stark schwankenden Druckluftbedarf wirtschaftlich erzeugt. Im Kostenvergleich schnitt diese Technologie am besten ab.
Kolbenkompressoren nutzen das älteste Prinzip der Drucklufterzeugung, das am Markt verfügbar ist. Kontinuierliche Weiterentwicklung und die Möglichkeit, das gewünschte Druckniveau in mehreren Stufen zu erzeugen, tragen jedoch dazu bei, dass diese Technologie nach wie vor sehr konkurrenzfähig ist, wenn ölfreie Druckluft vor allem in Druckbereichen über 6 bar benötigt wird.
Tradition und Druckluft
Deswegen setzen zum Beispiel zahlreiche Brauereien und Mineralbrunnen die ölfreien CompAir-Kompressoren der Champion-Baureihe ein. Sie bieten zusätzlich den Vorteil, dass sie im Voll- und Halblastbetrieb arbeiten können: Bei Halblast verdichten die Kolben nur nach oben, bei Volllast nach oben und unten. Charakteristisch dabei ist der hohe Wirkungsgrad auch bei Halblast: In diesem Betriebszustand beträgt die Energieaufnahme 53 Prozent im Vergleich zur Volllast.
Die Maschinen erzeugen zum Beispiel die Druckluft für die PET-Flaschen-Produktion, die allgemeine Werksluft und die Fassabfüllung. Gerade in Brauereien, die auch Prozesswärme benötigen, bietet sich die wärmetechnische Kopplung mit anderen Prozessen an. Dasselbe gilt natürlich für lebensmittelverarbeitende Betriebe: Eine Wärmerückgewinnung kann die rein druckluftluftspezifischen Kosten, die bei 1,5 bis 3 ct pro m³ liegen, zwar nicht senken, aber die Gesamtenergiekosten des Betriebs reduzieren, weil auf externe Heizsysteme verzichtet werden kann.
Als Fazit kann man festhalten: Die eine „richtige“ Lösung gibt es nicht, wenn ölfreie Druckluftstationen für Unternehmen der Lebensmittel- und Getränkeindustrie geplant werden. Je nach Anforderung (Volumenstrom, Bedarfsprofil und -schwankung, Druckniveau) gilt es, das beste System zu finden. Dabei sollte der Anwender stets im Blick haben, dass der Großteil der Kosten einer Druckluftstation auf die Energiekosten entfallen.
Auch die Kombination mehrerer Verdichter muss – mit Blick auf typische Bedarfsmengen und die Redundanz bei Ausfällen – sorgfältig geplant werden. Der Anwender hat die Wahl, und er sollte alle Optionen prüfen und sorgfältig planen. Exakte Bedarfsanalysen und eine unabhängige Beratung, die sich bei der Auswahl des Kompressorprinzips auf die Erfahrungen der Praxis stützt, sind aus Sicht von CompAir die besten Voraussetzungen für eine energieeffiziente und sichere Erzeugung von Betriebs- und Prozessluft in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie.
