Compressori e sistemi di aria compressa per il settore navale

I compressori e più in generale, tutte le macchine connesse alla produzione e distribuzione dell'aria compressa per l'uso marittimo devono rispondere a specifici requisiti che vanno ben oltre quelli richiesti dagli impianti presenti in campo artigianale e industriale.

L'elemento essenziale è quello dell'affidabilità delle macchine e dei processi, dal momento che un'eventuale avaria comporterebbe ingenti costi ma anche costosi tempi di blocco forzato delle navi.

In ambito navale i compressori sono chiamati a svolgere una pluralità di funzioni: fornire aria di lavoro o aria di processo per speciali applicazioni, come ad esempio per la produzione di azoto oppure i sistemi SCR, ma anche per l’avviamento dei motori, per la creazione di bolle d’aria sotto lo scafo al fine di diminuire l’attrito dello scafo, in un'ottica di minori consumi di carburante e di abbassamento delle emissioni, fino alla movimentazione di merci sfuse e al supporto di vari tipi di attività presenti sulle navi come la lavanderia sulle navi da crociera.

Per far fronte a tutte queste necessità esistono molte tipologie di macchine, in relazione alla fornitura di aria compressa da erogare.

Approfondimento: "Compressori di ultima generazione per il settore navale"

Una prima macro-distinzione permette di dividere tra le macchine standard e macchine su misura, create, cioè, dai costruttori in base alle esigenze di spazio e potenze richieste per una determinata imbarcazione.

Quest'ultima è una peculiarità offerta dai maggiori produttori di macchine e sistemi di aria compressa.

Le macchine e gli accessori presenti sulle navi si suddividono principalmente tra le seguenti categorie:

Compressori per l'avviamento dei motori
Devono essere macchine potenti, bilanciate, dovendo provvedere a una funzione essenziale per l'imbarcazione

Compressori per aria di servizio, controllo e strumenti
Suddivisi per svariati modelli specifici, coprono una gamma di portate che solitamente vanno da 50 to 2800 m³/h

Serbatoi
Sono necessari per un'ampia gamma di applicazioni a bordo nave, rispondendo alla necessità di essere resistenti alla corrosione

Soffianti
Sono macchine orientate al risparmio energetico, in modo da ottimizzare pressione ed efficienza volumetrica

Essiccatori
Possono essere integrati al compressore o unità esterne, importanti al fine di eliminare l'umidità in eccesso

Turbosoffianti
Sono macchine che, grazie alla moderna tecnologia a cuscinetti magnetici, forniscono aria di processo offrendo numerosi vantaggi in termini di efficienza.

Alcune di queste macchine necessitano degli adeguati approfondimenti in relazione al contesto specifico.

Parliamo in questo caso di compressori a pistoni raffreddati ad aria oppure ad acqua - dolce o di mare - che generano l'aria di avviamento destinate ai motori delle imbarcazioni.

Alla base di questo sistema c'è un circuito che fornisce aria compressa per l’avviamento, il sistema di controllo e la sicurezza del motore.

I motori delle grandi navi si avviano attraverso l'iniezione di aria compressa a circa 30 bar all’interno dei cilindri, sia sui cilindri della bancata “A” nel motore a 12 cilindri che in tutti i cilindri per i motori a “V”.

Normalmente due compressori d’avviamento con motori elettrici vengono installati in parallelo (uno in funzione e l’altro in stand-by), mentre un singolo compressore con motore diesel rimane stand-by in casi d’emergenza oppure in caso una mancanza di corrente elettrica a bordo della nave.

L’avviamento del motore viene impedito quando il dispositivo di viraggio è ingranato. Per assicurare la corretta funzionalità del motore, l’aria compressa, a bassa e ad alta pressione, non deve mai essere chiusa durante il servizio.

A bordo delle navi si usano comunemente compressori volumetrici rotativi, in particolare attraverso la configurazione a doppia vite.

Macchine in grado di rispondere efficacemente all'esigenza di portate elevate in condizioni di pressione variabile, fornendo un flusso stabile di aria compressa.

I compressori volumetrici rotativi si compongono di una vite doppia che funziona attraverso un movimento a rotazione in opposizione.

Il rapporto di compressione dipende dalla lunghezza, dal passo della vite e dalla forma dello scarico. Il rapporto va adattato alla pressione di esercizio richiesta: in questo modo è possibile raggiungere la massima efficienza.

Esistono alcune caratteristiche comuni relativamente a queste macchine, tra cui l'assenza di valvole e di altre forze che potrebbero generare sbilanciamenti.

Questo va a vantaggio della velocità dell'albero, chiamato a fornire una portata significativa pur con dimensioni di macchina limitate.

Il raffreddamento di questo tipo di compressori, specifici per le navi, è quasi sempre ad acqua per compressori con motori oltre 30 kW per evitare una ventilazione forzata della sala macchine troppo onerosa allo scopo di rimuovere il calore emesso dal compressore.

Passiamo ai generatori di azoto, unità usate sempre più di frequente a bordo delle imbarcazioni, sia mercantili che passeggeri a seguito della crescente tendenza di applicare il GNL invece di olio combustibile pesante come carburante per ridurre le emissioni dei motori.

Queste macchine costituiscono il completamento ideale rispetto ai compressori per aria compressa di lavoro e quelli di avviamento.

Da dove nasce l'esigenza dei generatori di azoto? Dal presupposto che queste macchine hanno la capacità di fornire azoto di qualità sempre più elevata, con una percentuale di ossigeno residuo inferiore o uguale al 5% in volume.

Ma i requisiti sono ulteriori e riguardano anche e soprattutto il punto di rugiada che, per le esigenze moderne del contesto navale è pari a circa -70° gradi centigradi.

Naturalmente deve essere posta la massima attenzione anche al livello di purezza che si desidera ottenere. Questo va studiato e analizzato prima di passare alla fase di produzione autonoma dell'azoto, in relazione al contesto.

Ultimo aspetto, ma non meno importante, la scelta della tecnologia applicata per la generazione di azoto. Ci sono due processi per produrre azoto dall'aria compressa. Il primo processo applica le fibre cavo, unite in migliaia in cosiddetti moduli a membrana, ed è basato sulla diffusione di ossigeno presente nell'aria compressa tramite la parete delle fibre cavo. Il secondo processo PSA (Pressure Swing Adsorption) applica il principio di adsorbimento tramite un letto di setacci molecolari, il quale imprigiona l'ossigeno presente nel flusso di aria compressa mentre attraversa questo letto dal basso in alto. Un tipico impianto PSA consiste di almeno due serbatoi, contenenti entrambi il predetto materiale assorbente, che si alternano in fase di produzione, oppure in fase di rigenerazione. 

L'importanza di entrambe le tecnologie riguarda la capacità di garantire una purezza stabile richiesta per alcune specifiche applicazioni.

Le moderne soffianti a vite oil free per il contesto navale sono in grado di ridurre i costi energetici anche del 30% rispetto alla tradizionale tecnologia a lobi, migliorando anche il processo, grazie a un'erogazione che può essere costante o variabile a seconda delle necessità.

Ma non si tratta degli unici vantaggi delle soffianti di ultima generazione per le imbarcazioni.

Il mercato delle apparecchiature per l'aria compressa offre soluzioni sempre più innovative, partendo dalle dimensioni. Le moderne soffianti a vite nate per il contesto marine sono infatti estremamente compatte in modo da salvaguardare lo spazio a bordo.

Un ulteriore step, in termini di prestazioni è reso possibile attraverso l'applicazione dell'inverter.

Per un gran numero di applicazioni, oltre al contesto navale, queste macchine rappresentano un'alternativa sempre più valida rispetto alle soffianti a lobi.

Data la delicatezza del processo, le macchine di ultima generazione prevedono un sistema di monitoraggio sofisticato che permette agli operatori la consultazione di informazioni continue inerenti allo stato della macchina.

Alcuni modelli di soffianti oil free sono dotati del sistema ALS (automatic lubrication system) una tecnologia che consente un'erogazione costante del lubrificante mentre la macchina è in funzione, senza in alcun modo alterare la purezza dell'aria.

L'ALS offre il vantaggio di incrementare l'efficienza delle soffianti, dal momento che non è necessario fermare la macchina per la lubrificazione, inoltre, agendo mentre i cuscinetti sono in funzione, viene ottimizzata la distribuzione del lubrificante stesso.

In precedenza, abbiamo parlato dell'importanza nella scelta di un fornitore in grado di offrire macchine altamente affidabili e performanti.

Dal momento che qualunque tipo di macchina è soggetta - prima o poi - a interventi di manutenzione e di riparazione di qualsiasi tipo di guasto o inconveniente, è fondamentale che anche il servizio di assistenza rispetti determinati parametri, per evitare costi e tempi di fermo macchina che comportano grossi disagi.

Si parte dal presupposto essenziale di acquistare solo ricambi originali del fornitore delle macchine del sistema di aria compressa a bordo nave, anche al fine di mantenere efficace la garanzia sulla macchina stessa.

Al di là di questo aspetto esistono fattori chiave dell'assistenza da esaminare prima di effettuare un ordine di macchine al fornitore:

• Fornitura di ricambi e parti di consumo entro 48h in qualsiasi posto nel mondo
• Disponibilità di assistenza locale in tutto il mondo
• Tecnici certificati e adeguatamente formati
• Disponibilità 24/7/365
• Punto di contatto centrale per tutti i servizi post-vendita

Approfondimento: "Ricambi e assistenza compressori a bordo nave: errori da evitare"

Affidabilità, basso TCO, efficienza energetica sono tra le caratteristiche chiave dei compressori e delle altre macchine per la produzione e la distribuzione dell'aria compressa proposti da Kaeser, concepiti per l’uso in ambito navale.

Parliamo di prodotti certificati conformi ai requisiti richiesti dalle principali compagnie di classificazione internazionali (American Bureau of Shipping, Germanischer Lloyd, Bureau Veritas, Det Norske Veritas, Russian Maritime Register of Shipping, ecc.).

Vediamo più nel dettaglio le principali gamme che Kaeser ha predisposto per il contesto "Marine".

Quasi tutti i modelli della gamma di compressori a vite Kaeser sono disponibili anche per gli impieghi in ambito navale.

Sfruttando la migliore tecnologia del settore queste macchine possono essere equipaggiate sia con sistema di raffreddamento ad aria che con sistema che sfrutta l'acqua dolce oppure quella salata.

Oltre alle versioni con cappottatura vi sono anche modelli privi di rivestimento, un particolare che li rende più snelli rispetto agli impianti standard e quindi più idonei agli spazi ristretti a bordo delle navi.

In base a un'analisi complessiva, il prezzo di acquisto iniziale e i costi di servizio rappresentano solo una piccola parte dei costi totali del ciclo di vita di un compressore (TCO), dove i costi energetici rappresentano di gran lunga la parte più consistente.

Dal momento che ogni azienda (oltre naturalmente ai privati) è attenta ai costi energetici, i principi di risparmio ed efficientamento stanno diventando sempre più importanti in tutti i settori e quello navale non fa certo eccezione.

Kaeser lo sa e ha puntato fortemente sulla creazione di sistemi basati proprio sull'efficienza energetica, in ambito di produzione e distribuzione dell'aria compressa.  Al cuore di ogni compressore a vite si trova l'ormai celebre Sigma Profile di KAESER in grado di fornire più aria con un minor consumo di energia.

Gli essiccatori a ciclo frigorifero di ultima concezione ideati da Kaeser per le imbarcazioni sono stati realizzati al fine di garantire, oltre alle prestazioni, l'ottimizzazione degli spazi e un notevole risparmio energetico a parità di portata, rispetto ai modelli precedenti o all'offerta dei competitor.

Approfondimento: "Essiccatori a ciclo frigorifero per compressori navali"

Le novità offerte dalla multinazionale tedesca in termini di Ricerca e Sviluppo hanno permesso la definizione di una tecnologia incentrata sull’abbassamento della temperatura al fine di ottenere la condensa dell’acqua.

Questi essiccatori sono regolati su un ciclo frigorifero termodinamico in grado di trasferire calore da un ambiente freddo a uno caldo.

Il vantaggio principale consiste nel fatto che l’aria secca viene riscaldata nello scambiatore consentendo di ottenere un’aria temperata con bassa umidità relativa.

Gli ulteriori punti di forza, ottenuti grazie al sistema di controllo Sigma Control Smart, riguardano:

• costanti punti di rugiada,
• massima affidabilità
• costi complessivi del ciclo di vita molto bassi. 

Queste macchie, all'atto pratico, proteggono al massimo le tubazioni delle navi dal rischio di corrosione, mettendole al riparo da possibili guasti.

Approfondimento: "Come evitare la corrosione dei tubi e guasti alle valvole"