I compressori a velocità variabile sono in genere considerati una scelta ottimale dal punto di vista energetico, poiché sono in grado di modulare la portata prodotta, adattandola alle variazioni della domanda di aria compressa istante dopo istante.
Tuttavia, un compressore a velocità variabile è sempre la scelta più efficiente? Per rispondere a questa domanda occorre analizzare differenti caratteristiche e aspetti specifici, che affronteremo insieme di seguito.
I compressori rotativi a vite possono essere distinti in base al sistema di azionamento di cui sono dotati, ovvero a velocità fissa o variabile.
Nei compressori a velocità variabile, l’inverter è in grado di modulare la velocità del motore elettrico, dunque la velocità dei rotori, regolando così la portata prodotta in funzione all'effettiva domanda di aria compressa, istante dopo istante. Infatti, l'inverter è in grado di modificare la frequenza della corrente di alimentazione del motore: un processo che permette di variare la portata, ma che comporta tuttavia delle perdite energetiche.
I compressori a velocità fissa sono, per l'appunto, dotati di un motore a giri fissi, il quale imprime una velocità fissa ai rotori e la portata di aria compressa prodotta rimane costante nel tempo. Utilizzando direttamente la corrente che ricevono dalla rete senza mutarne la frequenza, le perdite energetiche sono inferiori rispetto ai compressori a velocità variabili.
Inoltre, se per un compressore a velocità fissa la potenza specifica è un valore costante per ogni determinata pressione operativa, in un compressore a velocità variabile la potenza specifica non è costante, poiché ad ogni pressione operativa il motore può girare i rotori al di sopra o al di sotto della velocità ottimale corrispondente al punto di massima efficienza, comportando così ulteriori perdite energetiche.
Ovviamente, i compressori a giri variabili risultano più efficienti rispetto ai compressori a giri fissi in caso di picchi ed oscillazioni improvvise della domanda di aria compressa, poiché sono in grado di mantenere costante la pressione operando in un ampio range di portate. Infatti, se i compressori non sono stati adeguatamente dimensionati, in tali situazioni i compressori a velocità fissa oscillano tra funzionamento a carico e a vuoto, oppure si è costretti a ricorrere ad un funzionamento a carico parziale (modulating).
Inoltre, i compressori a velocità variabile garantiscono una pressione estremamente costante e vicina al valore impostato, con notevoli benefici per i componenti a valle del compressore, mentre i compressori a velocità fissa operano in una banda di pressione più estesa.
Infine, i motori a velocità variabile presentano una corrente di spunto inferiore rispetto ai motori a velocità fissa e sono caratterizzati da un minor numero di accensioni e spegnimenti.
Nonostante riescano ad adattarsi ad un ampio range di portate, i compressori a giri variabili sono in grado di garantire la massima efficienza esclusivamente quando il range della domanda coincide con il range di portate e velocità corrispondenti alla potenza specifica ottimale.
Infatti, al di fuori di questo campo le perdite aumentano notevolmente, sommandosi alle perdite intrinseche dovute alla presenza dell’inverter. Inoltre, gli inverter sono sensibili al calore e all’umidità, così come alla presenza di polvere e particelle: occorre dunque prestare cura ed attenzione all’ambiente in cui vengono installati i compressori.
I compressori a velocità variabile presentano dunque notevoli vantaggi, ma anche alcune caratteristiche che se non correttamente valutate durante la progettazione della sala compressori possono portare ad un funzionamento poco efficiente ed a consumi energetici indesiderati.
È infatti essenziale selezionare le taglie di compressori a giri fissi e variabili che sono in grado di adattarsi efficacemente alla reale domanda di aria compressa, frazionandola in compressori di carico di base, medio e di picco, evitando così il verificarsi di control gap.
Tuttavia, per assicurarsi che ogni compressore entri in gioco nel momento giusto ed operi seguendo il principio con cui è stata progettata la sala, è di grande importanza integrare un master controller in grado di regolare le transizioni tra le varie modalità operative dei compressori ed assicurarne un funzionamento nel loro punto di maggiore efficienza.
Kaeser presenta un vasto portfolio di compressori a velocità variabile, e grazie alla partnership di lunga data con Siemens, è in grado di fornire una qualità elevata ed una efficienza superiore in un ampio range di portate e pressioni. I compressori a velocità variabile Kaeser sono denotati dalla sigla SFC, ovvero Sigma Frequency Converter, e sono caratterizzati da motori sincroni a riluttanza dalla massima efficienza di sistema IES2.
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Un ottimo prodotto, però, non basta: le esigenze e la domanda di aria compressa di ciascun cliente sono uniche ed è dunque necessario eseguire analisi ed indagini accurate prima di procedere alla progettazione dell’impianto. Gli specialisti Kaeser sono in grado di assistervi in questa fase critica, grazie alla loro esperienza e all’esecuzione di una Air Demand Analysis (ADA) per determinare l’esatto profilo della domanda di aria compressa ed il comportamento effettivo della stazione esistente, in modo da intervenire nel modo più efficace.
Infatti, sulla base della situazione attuale rappresentata dall’ADA viene elaborato il Kaeser Energy Saving System (KESS), in cui vengono esplorati possibili scenari e simulazioni, per selezionare così la configurazione di macchine più efficienti, la quale può prevedere una sapiente combinazione di compressori a velocità fissa e variabile efficacemente controllati e governati dal Sigma Air Manager 4.0, il master controller Kaeser adattivo e predittivo.
Non vi è dunque una risposta univoca alla domanda “Un compressore a giri variabili è la scelta più efficiente?” poiché dipende dalle esigenze specifiche di ogni applicazione.
Sia i compressori a velocità variabile che quelli a velocità fissa presentano caratteristiche specifiche di prodotto che, solamente se integrati in modo efficace tra loro per operare in sinergia, potranno garantire la massima efficienza energetica.
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