Erstinvestition und jährliche Energiekosten
4 bar Kreiselpumpe
Jährliche Energiekosten
40 Stunden / Woche
100 Stunden / Woche
Erstinvestition
5 10 20 50 100 200
Flow (m3/h)
Euro
40.000
30.000
20.000
10.000
0
Die jährlichen Engergiekosten einer Kreiselpumpe im Überblick.
Aus demselben Grund schädigen Freistrompumpen
mit zurückgezogenem
Laufrad die Flüssigkeit stärker als eine
klassische Kreiselpumpe. Bei der kontinuierlichen
Rotation der Flüssigkeit
vom Laufrad zum freien Raum vor dem
Laufrad und zurück stößt die Flüssigkeit
auf der Vorderseite der Schaufeln,
verliert an Geschwindigkeit und wird
beim Eintritt in das Laufrad abrupt
wieder auf Geschwindigkeit gebracht.
Dies erfordert zusätzliche Energie und
beschädigt die Flüssigkeit. In der Praxis
zeigt sich, dass Freistrompumpen
mit zurückgezogenem Laufrad viel zu
schnell eingesetzt werden, um Flüssigkeiten
mit kleinen Feststoffpartikeln
(z. B. Maische) zu fördern. Universitätsstudien
haben gezeigt, dass
der Einsatz klassischer Kreiselpumpen
mit einem optimierten 3-dimensionalen
Laufraddesign zu einem geringeren
ß-Glucan-Gehalt in der Maische
und einer schnelleren Filtration führt.
Auch beim Pumpen von Käsebruch treten
mit einem zurückgezogenen Laufrad
mehr Schäden auf als mit einem
klassischen offenen oder geschlossenen
Laufrad, gegebenenfalls mit einem
etwas größeren Durchgang.
Die Bedeutung des Best
Efficiency Point
Neben der Beachtung der erwähnten
Entwurfselemente (Laufradgeometrie
und Wahl der Drehzahl-Laufraddurchmesser)
ist es vielleicht noch wichtiger,
dafür zu sorgen, dass die Pumpe (annähernd)
an ihrem besten Wirkungsgrad
(im Best Effizienz Punkt BEP) arbeitet.
Es macht keinen Sinn, eine Pumpe mit
einem Wirkungsgrad von über 80 Prozent
zu kaufen und sie dann unter Prozessbedingungen
einzusetzen, wo sie
nur 40 Prozent Wirkungsgrad erreicht.
Der Grund, warum Pumpen in der Praxis
nicht in ihrem BEP laufen, ist oft,
dass sie mit zu viel Reserve ausgelegt
werden. Das macht die Pumpe nicht
nur zu groß und zu teuer (CapEx) für
ihre Aufgabe, sondern führt auch dazu,
dass sie während des Betriebs mehr
Energie als nötig verbraucht (OpEx),
Energie, die die Flüssigkeit erwärmt,
sodass im weiteren Verlauf der Anlage
mehr Kühlung erforderlich ist (OpEx)
und das Risiko von Produktschäden
steigt.
Muss man noch wiederholen, dass man
aus energetischer Sicht keinen größeren
Fehler machen kann, als die Fördermenge
über Ventile zu regeln? Zuerst
lässt man die Pumpe zu viel Druck
erzeugen, wofür sie zu viel Energie verbraucht
(Kosten und Gefahr von Produktschäden),
dann arbeitet sie bei
eine Menge, der unter dem BEP liegt,
und ein Stück weiter wird der Druck in
einem Regelventil erstickt. Diese sehr
konzentrierte Energieumwandlung
von Druck in Wärme im Ventil verursacht
zusätzliche Produktschäden.
Durch die Einstellung der gewünschten
Durchflussmenge über die Drehzahlregelung
kann sichergestellt werden,
dass die Pumpe in ihrem BEP läuft,
nur die unbedingt notwendige Energie
verbraucht wird und weniger Produktschäden
auftreten. Die Leistungsaufnahme
einer Kreiselpumpe ist proportional
zur dritten Potenz der Drehzahl.
Das bedeutet, dass die Geschwindigkeit
nur um 20 Prozent reduziert
werden muss, um die Hälfte des Stroms
zu sparen!
Die richtige Pumpentechnik
So wie die Leistungsaufnahme (der
Wirkungsgrad der Pumpe) der wichtigste
Parameter bei der Wahl zwischen
verschiedenen Laufradtypen
und -größen von Kreiselpumpen sein
sollte, so sollte auch die Leistungsaufnahme
bei der Wahl zwischen einer
Kreiselpumpe und einer Verdrängerpumpe
bewertet werden. In einer Kreiselpumpe
wird die Drehzahl benötigt,
um die Zentrifugalkräfte zu erzeugen.
Je höher der erforderliche Druck, desto
höher die Geschwindigkeit und damit
die Scherkräfte. Bei einer Verdrängerpumpe
ist die Fördermenge proportional
zur Drehzahl. Die Scherkräfte sind
daher strömungsbedingt. Bei der Wahl
der Pumpentechnologie ist es wichtig,
sich der völlig unterschiedlichen Ursachen
für Energieverluste und folglich
Produktschäden zwischen Kreisel- und
Verdrängerpumpen bewusst zu sein.
Deshalb kann zur Förderung einer
12 BRAUINDUSTRIE · 4/2022