Compressori industriali e
aria compressa per la Grande Industria

Il consumo di energia e il miglioramento dell'efficienza rappresentano un elemento cruciale all'interno delle politiche di tutela ambientale, oltre a costituire al contempo un fattore di estrema rilevanza per chi nel risparmio e nell'efficienza vede un modo per generare profitti per la propria azienda.

Questo vale ancora di più per gli stabilimenti industriali con impianti per l'aria compressa.

Con il termine risparmio energetico si identificano varie soluzioni tecniche e buone prassi che hanno come obiettivo la riduzione dei consumi energetici necessari allo svolgimento delle attività aziendali, compresa l'introduzione di nuove figure professionali come quella dell'Innovation Manager.

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Il risparmio può essere ottenuto sia modificando i processi, rendendoli maggiormente performanti, che aumentando l’efficienza nella trasformazione dell’energia da una forma all’altra.

Nel corso degli ultimi anni questi aspetti sono stati affrontati in modo sempre più incisivo dai governi nazionali e transnazionali, tra cui l’Unione Europea, attraverso provvedimenti e indirizzi che tendono a ridurre al minimo gli sprechi nei processi energetici.

Tra le misure adottate ci sono i certificati energetici per gli immobili e l’obbligo per le aziende di eseguire audit energetici con frequenza ravvicinata.  

Anche l’Italia, di recente, sta cercando di incentivare le imprese a perseguire comportamenti virtuosi e azioni concrete, come all'interno delle misure contenute nel Piano Nazionale Industria 4.0, offrendo alle realtà del nostro Paese strumenti per cogliere le opportunità dell’innovazione soprattutto in funzione del risparmio energetico e dell'ottimizzazione delle risorse.

È quanto mai opportuno approfondire gli aspetti che riguardano i compressori industriali e gli impianti di aria compressa, dal momento che quest'ultima rappresenta la terza spesa energetica in ambito industriale.

La conferma arriva dai rilievi statistici, con un numero di impianti installati in continua crescita dal 2012 a oggi, con un aumento medio annuo del 2-3% in termine di volumi, anche e soprattutto a seguito della diffusione dei sistemi a velocità variabile. 

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Il motivo di questa crescita è molto semplice: i compressori a velocità variabile regolano in modo automatizzato la velocità (e quindi la potenza) sulla base della domanda di aria compressa, riducendo al minimo il consumo di energia, in un'ottica di piena ottimizzazione degli impianti, soprattutto nei casi di flussi produttivi discontinui.

Il calcolo esatto della condensa è importante per l'efficienza e la longevità del vostro impianto.

E il nostro calcolatore per la quantità di calore utilizzabile permette di riconoscere il potenziale di risparmio.

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Sempre più spesso, come anticipato, si parla di risparmio e di efficientamento energetico delle aziende, con l'introduzione di diversi metodi per ridurre i consumi di energia.

In base a quanto riportato direttamente dalla FIRE (la Federazione italiana per l’uso Razionale dell’Energia) l’aria compressa ha pesi diversi all'interno delle varie tipologie di aziende, incidendo sui consumi di energia in modo variabile, da pochi punti percentuali a oltre il 20%.

Ampliando l'orizzonte e considerando l'intero ciclo di vita di un impianto, l’energia elettrica consumata ammonta, in media, a circa il 75% del costo complessivo, mentre l'acquisto dello stesso impianto si attesta sul 18% del totale.

Per quanto riguarda l'utilizzo, il panorama è decisamente ampio, all'interno dei diversi settori, i principali sono:

• Trasporto merci
• Cuscini ad aria per utensili ad alta precisione
• Asciugatura
• Controllo di processo
• Alimentazione di attrezzi
• Comandi
• Presse
• Spruzzatori
• Stampaggio
• Imbottigliamento

I principi indicati in precedenza sono adottati presso un gran numero di impianti industriali, tenendo presente un presupposto fondamentale: occorre molta energia per comprimere l’aria.

Veniamo ai numeri per essere più chiari. Produrre 1 kW di aria compressa ha un costo equivalente alla produzione di 8 kW di energia elettrica.

È per questi motivi che all'interno di molte aziende, l’impianto di produzione dell’aria compressa è una delle principali fonti di consumo energetico.

In alcuni casi la percentuale di incisività sui costi complessivi dell'energia elettrica raggiunge il 40% del totale.

Tutto ciò per dire che l'efficienza è un aspetto fondamentale per valutare l'acquisto o la sostituzione delle singole macchine o di un intero impianto.

Occorre, inoltre, considerare altri aspetti. Il fabbisogno di aria compressa all'interno un impianto industriale, il più delle volte non è costante.

Per raggiungere importanti risultati di efficienza energetica il primo passo è sfruttare le variazioni di carico per ridurre il funzionamento a vuoto del sistema. In molti casi i compressori vengono mantenuti in funzione pur in assenza di carichi.

In molti casi i responsabili dell'impianto pensano che si tratti un consumo marginale, ma i dati dimostrano che, seppure in assenza di carico, i compressori consumano comunque il 25% di energia rispetto al pieno carico.

Se moltiplichiamo questo dato per le ore di applicazione si arriva a stimare un dato (indicabile come spreco) in grado di incidere in modo consistente sui costi aziendali.

Nel caso in cui si verifichino perdite nell’impianto, i compressori passano al funzionamento sotto carico e il consumo di energia diventa ancora più consistente.

Più limitato è il tempo di produzione, maggiore è il risparmio, dal momento che i compressori possono essere spenti.

Ad oggi specifici sistemi di controllo possono ridurre, in modo automatizzato, il tempo di funzionamento a vuoto, provvedendo a spegnere e ad accendere il compressore in base alle variazioni di carico.

Gli ultimi dati di mercato sottolineano come nel segmento dei compressori e dei sistemi ad aria compressa le aziende tendano a concentrarsi su soluzioni in grado di aumentare la produttività puntando sull'incremento di efficienza delle macchine.

Le grandi case produttrici stanno quindi compiendo grossi sforzi per migliorare le prestazioni tramite nuovi inverter oltre ad apprestare sistemi di gestione e controllo avanzati.

Sono proprio i sistemi di monitoraggio e di analisi ad essere progressivamente più strategici nella gestione ottimale degli impianti ad aria compressa. Sempre più spesso il cuore del problema equivale a capire che cosa stia avvenendo, ed eventualmente come migliorare, all’intero del processo produttivo o, nello specifico, nella sala compressori.

Una buona ottimizzazione energetica complessiva passa attraverso l’analisi di:

• compressori
• generatori
• trattamento aria
• filtrazione
• dispositivi di regolazione di linea
• scaricatori della condensa

Nel corso degli ultimi anni, grazie all'introduzione delle logiche dell'Industry 4.0, non solo è possibile, ma anzi è auspicabile questo cambio di visione.

Tra le principali applicazioni in termini di monitoraggio ci sono i sistemi di interconnessione dei dati, all’interno del ciclo produttivo, grazie ai quali tutte le informazioni sul funzionamento di impianti e processi sono disponibili per il management tecnico delle aziende.

Situazione delle macchine e variazioni dei consumi al variare dei carichi produttivi possono essere osservati sotto la lente di appositi modelli predittivi, inoltre esistono metodologie innovative per arrivare a sfruttare appieno il proprio impianto ad aria compressa, ottimizzando i consumi.

In questo quadro occorre prendere in esame anche il processo di riorganizzazione aziendale nella direzione di un'economia sempre più circolare.

Parliamo di un approccio innovativo alla produzione e al consumo dei beni che si differenzia in misura sostanziale dalla precedente concezione lineare dell’economia, cercando di offrire le medesime soluzioni alle esigenze del consumatore, ma in un’ottica di pianificazione sostenibile, insieme al perseguimento di valori sociali e ambientali che accompagnano il raggiungimento del profitto economico.

Prendere in serio esame le nuove metodologie e i modelli produttivi industriali che seguono questi principi è una necessità che asseconda l'attuale scenario socioeconomico.

Fenomeni quali la globalizzazione, il progresso tecnologico e l’aumento della competitività stanno comportando una corsa alla produttività che in precedenza non aveva tenuto conto dell’impatto ambientale creando danni considerevoli in relazione all’inquinamento, alle inefficienze derivanti da sprechi, unitamente alla scarsità di materie prime a livello globale.

In tema di economia circolare il recupero di calore risulta uno dei passi su cui le aziende hanno puntato maggiormente nel corso dell'ultimo decennio, sfruttando anche gli opportuni incentivi pubblici.

L’energia termica che viene recuperata attraverso i moderni sistemi tecnologici, viene molto spesso sfruttata per provvedere al riscaldamento degli ambienti, ma anche - in assenza di utenze termiche alimentabili - per la produzione di energia elettrica grazie all’utilizzo dei cicli ORG (Organic Rankine Cycle).

Questa tipologia di sistema porta però con sé la necessità di approfondimenti tecnici complessi, dal momento che spesso necessita di modifiche importanti all’impianto esistente, con possibili perdite di carico aggiuntive nel caso di inserimento di scambiatori di recupero, portate di aria o di fumi, modifica dei profili di temperatura nei forni di cottura e di essiccamento.

Alcuni esempi virtuosi attengono ad impianti industriali in cui è presente una centrale ad aria compressa, una delle maggiori aree in cui è possibile implementare un sistema di recupero del calore.

A differenza di altri casi, il recupero del calore non può essere reimpiegato sull’impianto stesso ma deve essere destinato ad altre utenze e quasi sempre viene sfruttato per il riscaldamento invernale degli ambienti produttivi adiacenti alla centrale nel caso di compressori raffreddati ad aria.

Per le macchine raffreddate ad acqua, invece, i moderni sistemi consentono di utilizzare l’acqua di raffreddamento come fluido da destinare alle utenze termiche.

È bene ricordare che un compressore d'aria genera, oltre alla compressione della stessa, un quantitativo consistente di calore (che si attesta sull'80-90% dell’energia immessa, a seconda delle configurazioni). Questo può essere asportato attraverso sistemi di raffreddamento ad aria o ad acqua.

Il calore asportato dalla macchina solitamente non viene sfruttato ed è quindi perso, invece potrebbe essere pienamente recuperato per riscaldare ambienti tramite aria calda, con compressori ad aria, o per produrre acqua calda fino a 90°C, con compressori oil free raffreddati ad acqua, oppure utilizzato attraverso impianti di riscaldamento o di produzione di acqua sanitaria.

Gli eventuali limiti sono legati alle distanze delle sale compressori dai luoghi in cui l’aria calda può essere sfruttata con conseguente costo elevato di una eventuale diffusione tramite canali.

Prendendo in esame i vari settori, quello dell’industria alimentare è uno dei più funzionali in questo senso, al fine di attuare recuperi di calore attraverso forni di cottura e di essiccamento.

I principali interventi effettuati prevedono l’installazione di scambiatori aria/acqua (solitamente fumi caldi espulsi dalle cappe di estrazione) con circolazione forzata in circuito chiuso di acqua calda da destinare a preriscaldo aria comburente, riscaldamento ambienti, preriscaldo prodotti e altre forme differenti.

Al fine di ottenere il massimo dal punto di vista dell'efficienza e del risparmio energetico, può entrare in gioco anche il revamping dei compressori.

Tecnologie datate, macchine che subiscono le conseguenze di anni di lavoro, vecchia componentistica possono, di fatto, limitare gli impianti.

Il revamping in molti casi risolve buona parte dei problemi, purché la ristrutturazione dell'impianto sia globale, in modo da farlo tornare ai livelli di prestazione per cui era stato progettato.

Le funzioni e i benefici del revamping sono pertanto quelli di:

• Consentire di mantenere alta l’efficienza dei compressori e delle macchine collegate
• Provvedere a un’analisi preliminare dei costi-benefici in modo da valutare la soluzione più efficace
• Ripristinare l'efficienza tecnica dei compressori
• Comportare una buona efficienza energetica grazie agli aggiornamenti delle macchine
• Arrivare a un'efficienza manutentiva, in modo da far calare i fermi macchina e gli stand by di linea
• Ottenere un'efficienza operativa dopo che il compressore è stato posto in condizioni normative e produttive di massima sicurezza

Quanto analizzato nei capitoli precedenti trova perfetto riscontro all'interno delle soluzioni di Kaeser, azienda leader nel settore, che ha da poco superato i 100 anni di attività.

Dall'officina al grande stabilimento industriale, dalla miniera alla raffineria, non solo in Italia ma in tutto il mondo, sempre più clienti puntano sui sistemi ad aria compressa di Kaeser, grazie alla sua qualità "made in Germany", usufruendo di una disponibilità di aria compressa ottimale, con ridotti costi del ciclo di vita.

Le caratteristiche principali delle soluzioni Kaeser sono:

• Eccezionale bilancio energetico in linea con il principio "Più aria compressa con meno energia"
• Manutenzione e funzionamento in grado di fare risparmiare tempo
• Massima qualità dei materiali e conseguente maggiore longevità dei prodotti
• Garanzia di sicurezza di esercizio in tutte le situazioni grazie alla rete Kaeser Service che interviene con una logistica ultramoderna