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L'aria compressa è un vettore energetico che a fronte di una relativa "difficoltà" di generazione, consente in ambito industriale un utilizzo flessibile e sicuro. Il suo impiego all'interno di una linea produttiva, infatti, consente aggiornamenti della linea di distribuzione, stoccaggi e utilizzi flessibili e sicuri.L'aria compressa, infatti, possiede bassi costi di manutenzione, è facile da immagazzinare e da trasportare ed è possibile gestire carichi di lavoro di notevoli dimensioni e per lungo tempo senza surriscaldamento.
Per la produzione dell'aria compressa si utilizza l'elettricità e una buona parte dell'energia utilizzata, circa il 90%, viene convertita in calore che può essere recuperato per circa il 75%.
Con questo sistema un compressore della potenza nominale di 30 kWe consente un recupero di circa 22,5 kWth ma si tratta di cifre che possono variare notevolmente a seconda delle condizioni specifiche dell'impianto e della tipologia di recupero che s’effettua.
Il 90% delle industrie utilizzano l'aria compressa nei propri processi. L'aria compressa serve da vettore d’energia per utensili e macchinari ed è una parte importante e ben integrata di molti processi produttivi.
Per quanto riguarda i settori industriali nei quali è utilizzata l’aria compressa, bisogna dire che sono i più svariati.
Nel trattamento dei metalli l'aria compressa viene utilizzata per soffiare via la polvere e i residui dai metalli durante la lavorazione, mentre nel Food and Beverage la si usa per il confezionamento sottovuoto, la pulizia degli utensili, delle attrezzature e l'azionamento di valvole e cilindri.
Nel farmaceutico l'aria compressa è utilizzata per la sterilizzazione, la pulizia e il trasporto dei materiali, mentre nell’Oil and Gas la si usa per l’azionamento d’attrezzature e strumenti utilizzati nelle operazioni di estrazione del petrolio e del gas. E l’elenco potrebbe continuare.
Un sistema per la produzione e l’utilizzo di aria compressa industriale è di solito composto da cinque macro-elementi:
I compressori per la produzione di aria compressa industriale si possono classificare in due categorie: i compressori volumetrici e i compressori dinamici.
Quelli volumetrici sono i più utilizzati nei settori industriali e si dividono in diverse sottocategorie: compressori alternativi, come quelli a pistone), i compressori orbitali, scroll e i vari tipi di compressori rotativi, come quelli a vite, a camme e a palette.
Tra quelli a vite ci sono i compressori rotativi a vite lubrificati, dove l'olio lubrifica il gruppo vite, e i compressori a vite "oil free", dove la particolare conformazione dei rotori che non sono a contatto tra di loro consente loro di lavorare a “secco”.
Il serbatoio per l’aria compressa ha la funzione di stabilizzare la pressione nella rete, agendo come una sorta di polmone, ma consente anche all'aria di stabilizzarsi a livello di massa attraverso la rimozione e lo scarico di eventuali impurità.
Oltre a ciò rende asincrono il prelievo d’aria dalla produzione diretta da parte delle macchine, funzionando come elemento di sottodimensionamento del sistema in quanto le punta di richiesta di aria vengono attutite dalla presenza dei serbatoi.
Il trattamento dell'aria è importante. L'aria contiene sempre una quantità di polveri e vapore acqueo, e nei compressori lubrificati bisogna considerare anche la presenza d’olio per la lubrificazione.
Per questo, sono necessari filtri per catturare le polveri e l'olio presenti nell'aria compressa e un essiccatore per ridurre il contenuto di vapore acqueo. Gli essiccatori utilizzati sono di due tipi: gli essiccatori a refrigerazione e quelli ad assorbimento.
Trattandosi di un sistema che gestisce un vettore complesso, la cui generazione avviene all’interno degli stabilimenti stessi, quello dell’aria compressa è un sistema che deve essere manutenuto con attenzione.
La questione principale è quella del controllo dell'umidità presente nell'aria compressa che è importante monitorare e controllare, per prevenire problemi come la corrosione e il congelamento di utensili e attrezzature.
Immediatamente dopo c’è la pulizia dell’aria stessa per preservare la quale è necessario pulire regolarmente i filtri e gli scambiatori di calore al fine di rimuovere impurità e polveri dall'aria compressa.
Altra questione cruciale è il controllo delle perdite per non far perdere d’efficienza al sistema. Perciò è importante verificare che non vi siano falle nell'impianto e ripararle immediatamente quando vengono rilevate, specialmente quelle di piccole dimensioni che magari non bloccano il sistema, ma ne inficiano l’efficienza.
Rispetto ai sistemi esclusivamente elettrici i sistemi ad aria compressa necessitano di una lubrificazione regolare di utensili e delle attrezzature pneumatiche per garantire una lunga durata e un funzionamento efficiente. L’attività preventiva è importante per questi sistemi.
Ispezioni con verifiche periodiche, manutenzione programmata del compressore e raccolta di dati circa la manutenzione sono tutte attività che sul lungo/medio periodo portano a risparmi di tutto rispetto, evitando specialmente dei fermi impianti che possono provocare danni economici importanti sulla filiera produttiva aziendale.
Per quanto riguarda la normativa in Europa, l'aria compressa industriale deve soddisfare i requisiti della “Nuova direttiva macchine 2006/42/CE” che stabilisce i requisiti di sicurezza anche per gli impianti di aria compressa e le relative attrezzature.
Un’apposita direttiva, la PED (Pressure Equipment Directive 2014/68/EU che sostituisce la precedente 97/23/CE, riguarda i costruttori e fabbricanti di attrezzature in pressione. Per l’Italia il DM 37/08 prevede la certificazione dell’installazione e dell’impianto da parte dell’installatore.
Il DM 11/4/2011, inoltre prevede verifiche periodiche obbligatorie, mentre il DM 329/04 che deriva dalla direttiva suddetta invece riguarda l’utilizzatore finale del sistema e prevede, tra le altre cose anche una verifica di primo impianto e la relativa denuncia agli enti preposti.
Il consumo energetico dell'aria compressa industriale è un fattore importante da considerare nella gestione degli impianti delle imprese.
La produzione di 1 kW di aria compressa ha un costo equivalente a quello di 8 kW di energia elettrica, rendendo l'impianto di produzione dell'aria compressa una delle principali fonti di consumo energetico per molte aziende, con casi nei quali può rappresentare fino al 40% dei costi complessivi d’energia elettrica.
Per aumentare l'efficienza energetica generale dei sistemi ad aria compressa si può valutare l'acquisto o la sostituzione di singole macchine o di un intero impianto, ma bisogna tenere conto che il fabbisogno d’aria compressa all'interno di un impianto industriale non è sempre costante, quindi è anche importante sfruttare le variazioni di carico per ridurre il funzionamento a vuoto del sistema.
In molti casi, i compressori vengono mantenuti in funzione anche in assenza di carichi, causando un consumo, a vuoto, del 25% di energia rispetto al pieno carico.
Si tratta di un dato importante che spesso è sottovalutato. Per ridurre questo spreco, è possibile utilizzare sistemi di controllo che spengono e accendono il compressore in base alle variazioni di carico, in modo automatico, riducendo il tempo di funzionamento a vuoto e quindi il consumo di energia.
La presenza di perdite nella distribuzione dell’aria compressa, poi, fanno funzionare i compressori, facendo sprecare ancora di più energia.
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Luca Tosi è Responsabile dell'Ufficio Commerciale, sviluppa le strategie commerciali di Manni Energy promuovendo processi virtuosi di transizione energetica rivolti alla soddisfazione del cliente.
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