Het draait allemaal om het werkingsprincipe

Maulburg, Germany Vacuümpompen zijn belangrijke onderdelen in het verpakkingsproces van vers voedsel. Welke vacuümpomp bereikt het hoogste rendement? Een directe vergelijking kan deze vraag beantwoorden, zolang de testopstelling op verstandige wijze is gemaakt. Een onlangs gepubliceerd vergelijkend onderzoek suggereert de superioriteit van een schroefvacuümpomp met olieafdichting. Dit resultaat kwam echter tot stand met een testopstelling die erg onrealistisch lijkt. Nu heeft de onafhankelijke testorganisatie TÜV Süd ook een vergelijking gemaakt van de desbetreffende vacuümpompen. Deze omvatte de realistische simulatie van een standaard industrieel proces. Onder deze omstandigheden is het resultaat duidelijk in het voordeel van de oliegesmeerde draaischuifvacuümpomp.
Afb. 1: Energieverbruik met standaard motor. Source: Busch Vacuum Solutions
Afb. 1: Energieverbruik met standaard motor. Source: Busch Vacuum Solutions

In dit artikel worden twee vergelijkingstests beschreven. Voor de duidelijkheid worden ze hieronder Test 1 en Test 2 genoemd. Voor een betere leesbaarheid wordt de schroefvacuümpomp met olieafdichting afgekort als SVP en de oliegesmeerde draaischuifvacuümpomp als RVVP

Test 1: vraaggestuurde besturing vs. gebruik bij volle belasting
De test werd geïnitieerd door de fabrikant van de schroefvacuümpomp met olieafdichting (SVP). Het bedrijf is voornamelijk gespecialiseerd in compressoren en de machine in kwestie is een afgeleide van compressortechniek. Deze werd vergeleken met een R 5 RA 0630 C oliegesmeerde draaischuifvacuümpomp (RVVP) van Busch. De testopstelling staat echter om verschillende redenen geen realistische vergelijking toe.
De testcyclus simuleerde verschillende vacuümondersteunde processen. Productieonderbrekingen, waaronder nachtelijke stilstandtijden waarbij de RVVP, in tegenstelling tot de SVP, bleef lopen, waren uiteraard ook inbegrepen. In de test werd de SVP gebruikt als onderdeel van een systeem met frequentieomvormers en een geïntegreerd besturingssysteem dat de vacuümpomp tijdens pauzes stopte. Aan de andere kant was de RVVP blijkbaar verbonden als een geïsoleerde machine die continu op vol vermogen draaide.
Test 1 vergeleek spreekwoordelijk appels met peren. De continu draaiende vacuümpomp verbruikt vanzelfsprekend meer elektriciteit dan zijn gereguleerde tegenhanger, die automatisch werd gestopt in de pauzes. De RVVP had ook uitgerust kunnen zijn met een frequentieregelaar en een besturingssysteem – Busch biedt immers een dergelijke versie van deze vacuümpomp aan. Dit zou vergelijkbare startvoorwaarden gecreëerd hebben. Dit was duidelijk niet gedaan. Helaas mist de beschrijving van de test precieze informatie over dergelijke essentiële randvoorwaarden.
Vanwege zijn ontwerp heeft een RVVP meestal het hoogste energieverbruik in de opstartfase tussen atmosferische druk en ongeveer 300 mbar (afb. 1). Het energieverbruik neemt echter drastisch af naarmate de inlaatdruk afneemt. Een SVP daarentegen verbruikt ongeveer dezelfde hoeveelheid energie tussen atmosferische druk en einddruk. Dit betekent dat een RVVP aanzienlijk minder energie nodig heeft in het bedrijfsbereik tussen einddruk en 100 mbar dan een SVP.

Test 2: gelijke omstandigheden
De tweede vergelijkingstest (afb. 2) werd onlangs uitgevoerd door de onafhankelijke testorganisatie TÜV Süd, één van de toonaangevende instellingen in zijn soort. Dezelfde vacuümpompen als in test 1 werden gebruikt. Echter dit keer werd de echte operatie gesimuleerd, zonder pauzes of nachtelijke stops. Test 2 simuleerde de werkcyclus van een vacuümverpakkingsmachine, een algemeen gebruik voor vacuümpompen in de industrie. Zoals vaak het geval is met dergelijke toepassingen, werden beide vacuümpompen extra ondersteund door een identieke vacuümbooster. Bovendien werden de testopstelling en -procedure gecontroleerd door een bekende fabrikant van vacuümverpakkingsmachines en bevestigd als een realistische simulatie.
Als toepassingsvoorbeeld werd een verpakkingsmachine met een groot kamervolume gekozen, zoals wordt gebruikt bij het verpakken van vleeswaren of kaasproducten. Een dergelijke machine met automatische producttoevoer verwerkt normaal gesproken verschillende cycli per minuut.
Tijdens de test werd de machine gesimuleerd met behulp van een kamer van 300 liter en een 11,5 meter lang buizenstelsel tussen de kamer, vacuümbooster en de vacuümpomp. De kamer werd cyclisch geëvacueerd tot een vacuümniveau van 5 mbar.
De evacuatietijd hing af van de prestaties van de vacuümpompen. De tijd tussen de evacuatiecycli was ingesteld op 14 seconden – een typische tijdsduur voor dit type verpakkingsmachines. De vereiste evacuatietijd van de vacuümpompen en hun energieverbruik werd geregistreerd. 



Afb. 2: Realistische testopstelling met vacuümvat, vacuüm booster en geteste vacuümpomp als voorpomp

Eenduidige resultaten
De resultaten van de verschillende testruns waren consequent eenduidig: de draaischuifvacuümpomp (RVVP) evacueert sneller (afb. 3) en verbruikt minder energie dan de schroefvacuümpomp (SVP). Afhankelijk van de ingestelde snelheid van de RVVP resulteert dit in nog kortere evacuatietijden of hogere energiebesparingen. Zo is de RVVP bijvoorbeeld 11% sneller in de 40 Hz-modus en bespaart hij 42% op het energieverbruik. 


Afb. 3: Verpakte eenheden afhankelijk van snelheid of ontwerp van vacuümpomp

Naast de evacuatietijd en het energieverbruik werden tijdens de test ook de pompsnelheid en het energieverbruik gemeten als functie van de inlaatdruk (afb. 4). Het specifieke energieverbruik (SEC) op verschillende vacuümniveaus werd berekend met deze gemeten waarden. Dit geeft precieze informatie over hoeveel watt nodig is om één kubieke meter lucht per uur te onttrekken om een bepaald vacuümniveau te bereiken. Ook hier is de RVVP in alle vacuümniveaus beter dan de SVP. De energiebesparingen liggen tussen 13 en 73%. Bij een vacuümniveau van 10 mbar (typisch in de praktijk) verbruikt de RVVP 38% minder energie dan de SVP (afb. 4). 


Afb. 4: Vergelijking van specifiek energieverbruik (SEC) van geteste vacuümpompen als een functie van inlaatdruk

Een principekwestie
De resultaten zijn verrassend eenduidig. De RVVP is een klassieker in de vacuümpomptechniek. De hier gebruikte R 5 RA 0630 C profiteert van decennia aan technische optimalisatie voor het genereren van vacuüm. De SVP daarentegen is in feite een geconverteerde compressor. Hoewel zowel vacuümproductie als compressie om gaswinning gaan, vereisen de verschillende doelstellingen verschillende technische oplossingen.
Voor compressoren is de compressieverhouding gewoonlijk 1:10; voor vacuümpompen is het 1:100 tot 1:1000 – dus veel hoger. Technisch gezien betekent dit dat in een schroefcompressor de twee schroeven en de behuizing allemaal met hogere toleranties kunnen worden vervaardigd. Dit betekent dat de productie voordeliger is en de beoogde compressieverhouding van 1:100 wordt bereikt ondanks het toenemende aantal interne lekkages. Dit is echter alleen omdat het wordt gecompenseerd door een veel hogere rotatie van ongeveer 7000 rpm bij volledige belasting. De RVVP daarentegen is een zuivere vacuümpomp met precisieonderdelen en minimale toleranties die de interne lekverliezen tot een minimum beperken en uiteindelijk een veel hogere compressieverhouding mogelijk maken. Het biedt daarom constante prestaties van het begin tot het einde van de evacuatie met een laag energieverbruik en draait dus alleen op een maximale snelheid van 1000 rpm. De lagere snelheid vermindert de mechanische belasting en dus de onderhoudsbehoefte. Dit maakt het ook mogelijk om aanzienlijk langere uitvaltijden en lagere kosten voor de levensduur van de machine te bereiken.
De SVP vereist daarentegen een afzonderlijke drukregeling door middel van een inlaatregelklep om overbelasting van de vacuümpomp in het bereik van 1000 tot 300 millibar te voorkomen. Tussen atmosferische druk en grof vacuüm werkt de pomp met aanzienlijk verminderde prestaties. Dit en het ontwerp van de compressorconstructie leveren een belangrijke bijdrage aan het verlengen van de evacuatietijd.
Juist deze verschillen hebben uiteindelijk invloed gehad op de resultaten van de vergelijkingstest.

Conclusie
Test 2 werd uitgevoerd onder realistische omstandigheden. Appels werden vergeleken met appels – met andere woorden, de feitelijke prestatiegegevens van vacuümgeneratie werden verzameld en vergeleken. De R 5 RA 0630 C oliegesmeerde draaischuifvacuümpomp (RVVP) van Busch presteerde aanzienlijk beter dan de schroefvacuümpomp (SVP), die oorspronkelijk was ontworpen als een compressor, zowel in termen van evacuatietijd als energieverbruik. De testresultaten bevestigen de superioriteit van de bestverkopende vacuümpomp in deze prestatieklasse. 


Categorieën
Wilt u meer weten?
We geven u graag meer informatie. Contact Busch Nederland:
+31 (0)348 46 23 00 Neem contact met ons op