GLI USI DELL’ARIA COMPRESSA NELL’INDUSTRIA

 L’aria compressa ha diversi usi nell’industria: nelle linee di produzione automatica (attraverso cuscini d’aria, attuatori, cilindri e valvole pneumatiche), nelle catene di montaggio per utensili quali trapani e avvitatori, per i processi di verniciatura, raffreddamento ed asciugatura nonché nella creazione del vuoto e nella formatura di vetro, plastica e imballaggi. Per capire l’importanza dell’efficientamento energetico di tale comparto, basti pensare che la produzione di aria compressa assorbe circa l’11% dell’energia totale utilizzata dalle aziende italiane.

 

COME FUNZIONANO I COMPRESSORI

 I compressori sono una componente fondamentale dei circuiti dell’aria compressa. Essi sono inoltre presenti negli impianti frigoriferi. Forniscono energia potenziale sotto forma di pressione ad un gas, il quale diventa un ottimo e sicuro vettore energetico, utilizzabile anche in ambienti con miscele esplosive. In campo industriale, i compressori più diffusi sono quelli volumetrici rotativi a vite, i quali sfruttano il moto di due rotori maschio-femmina che, ruotando uno contro l’altro, riducono il volume del gas intrappolato tra di essi, aumentandone la pressione. Per piccole utenze si impiegano ancora compressori volumetrici alternativi a stantuffo, i quali sfruttano il moto alternativo di uno o più stantuffi all’interno di cilindri.

Analogamente alle pompe, i compressori sono formati da un motore elettrico che fornisce l’energia cinetica necessaria per comprimere il gas, ed il vero e proprio gruppo di compressione. Il lavoro di compressione comporta un aumento di pressione ed un contestuale notevole aumento della temperatura del gas: più del 90% dell’energia elettrica impiegata dai compressori finisce in energia termica. Per tale motivo i compressori sono costituiti anche da un gruppo di raffreddamento che dissipa il calore formatosi nell’aria appena compressa nel motore elettrico e, soprattutto, nelle camere del compressore. Tale calore può essere recuperato mediante scambiatori di calore per produrre aria ed acqua calda a temperature fino a 80-90° C.

 

L’EFFICIENTAMENTO ENERGETICO DEI COMPRESSORI

 L’efficientamento energetico dei compressori passa anche dall’impiego di motori elettrici ad alta efficienza e di inverter, ma non solo. Oltre al monitoraggio, individuazione ed eliminazione-riduzione delle perdite presenti nel circuito dell’aria compressa, (vedi approfondimento della scheda Perdite), è possibile ridurre i consumi elettrici dei compressori analizzando la pressione e la richiesta di aria compressa da parte delle diverse utenze. Se l’impiego di aria compressa è discontinuo, con addirittura momenti in cui non vi è alcuna richiesta, possono essere molto utili logiche di controllo dei compressori combinate con misuratori di portata e di pressione all’interno del circuito. A seconda delle richieste di aria compressa, le logiche di controllo agiscono sull’inverter del compressore variando il numero di giri e la conseguente fornitura di aria compressa al circuito, senza continue accensioni-spegnimenti o funzionamenti a vuoto della macchina. Tale controllo, oltre a ridurre i consumi energetici, riduce l’usura del compressore, aumentandone la vita utile e diminuendo i costi di manutenzione. Il sistema di controllo può anche avviare compressori di diversa taglia a seconda delle esigenze della rete o alternare l’uso dei compressori in modo che il loro grado di usura sia uniforme. Attualmente esistono anche logiche di controllo intelligenti in grado di effettuare self-learning sugli utilizzi dell’aria nel tempo e di gestire la manutenzione programmata delle macchine.

A seconda dell’utilizzo, l’aria compressa necessita di diverse pressioni. Spesso le industrie impiegano un unico circuito ad alta pressione e, per gli utilizzi a bassa pressione, vengono impiegati riduttori che dissipano l’energia. Questi sprechi possono essere ridotti impiegando due circuiti separati per l’alta e la bassa pressione, ciascuno con un compressore dedicato di taglia idonea. Ciò è certamente vantaggioso se il numero degli apparecchi a bassa pressione ed il loro utilizzo è di gran lunga maggiore rispetto a quelli ad alta pressione.

Dal punto di vista della progettazione dell’impianto dell’aria compressa, l’installazione del serbatoio di stoccaggio in prossimità delle utenze con richieste variabili e l’impiego di un circuito ad anello sono altre due strategie che permettono di avere meno oscillazioni di pressione all’interno del circuito, con conseguenti minori accensioni-spegnimenti del/dei compressori. Inoltre, l’utilizzo di aria il più possibile fredda in fase di compressione può trasformarsi in un aumento dell’efficienza energetica: uno studio ha dimostrato che l’aumento di 5°C della temperatura dell’aria in ingresso al compressore aumenta di circa il 2% i consumi di energia elettrica (EC, 2009). È quindi bene porre molta attenzione a dove collocare il condotto di aspirazione del compressore. Infine, anche in questo caso la manutenzione ordinaria risulta fondamentale: si pensi che la mancata sostituzione-pulizia dei filtri del circuito dell’aria compressa porta a perdite di pressione, ossia a perdite di energia, che devono essere recuperate mediante l’accensione per più tempo dei compressori, ossia mediante consumi energetici maggiori.

 

ANALISI DEI DATI

Di seguito sono riportati i dati emersi dall’analisi di un campione di 125 siti produttivi (scopri di più sull’analisi). Gli interventi sui compressori includono:

  • Installazione di inverter
  • Logiche di funzionamento
  • Recupero termico

Gli interventi sui compressori sono stati proposti in 65 casi. Nella tabella viene indicata, per ciascun settore merceologico, la frequenza con cui sono stati suggeriti questi interventi:

Compressori - frequenza di intervento

Il valore medio del tempo di pay-back semplice degli interventi sui compressori, ponderato sul campione, è pari a 2,3 anni. Di seguito il tempo di pay-back distinto per comparto:

Compressori - tempo di pay-back

Infine riportiamo i dati sul risparmio economico potenziale:

Compressori - risparmio potenziale

 

PER MAGGIORI INFORMAZIONI

Se vuoi scoprire tutte le possibili tecnologie di intervento a disposizione delle imprese per migliorare la gestione energetica leggi l’articolo dedicato oppure scarica il report completo.

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