Datwyler si affida ad Atlas Copco per il risparmio energetico

Altdorf/Uri, Studen, febbraio 2025: Damian Zgraggen conduce per primo il visitatore alla vecchia stazione di aria compressa, che si trova a pochi passi dalla reception. “Non siamo sempre tra i primi quando si tratta di ristrutturare vecchie macchine e impianti...”, dice sorridendo il project manager della Datwyler IT Infra AG di Altdorf, nel Canton Uri. Indica tre compressori Atlas Copco installati tra il 1999 e il 2007. Due macchine della serie ZR comprimono senza olio, una a velocità fissa e una con azionamento a velocità variabile (VSD). Il terzo compressore, il tipo GA VSD, è a iniezione di olio e anch'esso a velocità controllata. Lo ZR 160 VSD, entrato in funzione a metà degli anni 2000, è quello che ha accumulato il maggior numero di ore di funzionamento, attualmente 158.000. Secondo Zgraggen, tutte e tre le macchine hanno funzionato senza problemi negli ultimi due decenni.

Quando il vecchio GA 90 VSD ha avuto un guasto, Datwyler ha colto l'occasione per pensare a una nuova macchina. “Fino a quel momento, non c'era motivo di cambiare nulla”, dice Zgraggen. Questo perché uno dei tre compressori era solitamente sufficiente a generare tutta l'aria compressa dell'impianto, che ha più di 100 anni. Quando il vecchio GA si è rotto, i due compressori ZR oil-free hanno preso in carico il lavoro.

Il team ha deciso consapevolmente di non riparare il compressore vecchio di 20 anni, optando invece per un investimento di sostituzione. Il progetto è stato avviato nella primavera del 2023. Non essendoci una forte pressione temporale, hanno potuto esaminare attentamente le soluzioni disponibili sul mercato: “La direzione richiede un ritorno sull'investimento molto elevato per tutti gli investimenti, anche per gli acquisti di sostituzione”, spiega Damian Zgraggen.

Il risultato è stato la decisione a favore di un compressore a vite a iniezione di olio GA 132 VSD+ FF con una potenza del motore di 132 kW e l'ultima generazione di controllo della velocità (VSD+), la più moderna che Atlas Copco possa attualmente offrire. Secondo Damian Zgraggen, il GA VSD+ con il suo motore IE5 supera tutte le macchine offerte dalla concorrenza in termini di efficienza. L'elevata efficienza energetica ha anche permesso di ricevere un finanziamento dal programma di finanziamento svizzero ProEDA (“Programme for energy-efficient compressed air systems”).

Ad Altdorf, Datwyler IT Infra AG produce ogni anno circa 200.000 chilometri di cavi dati, di sicurezza e in fibra ottica in rame per progetti infrastrutturali. Oltre a questi prodotti principali, il portafoglio comprende anche mini data center, sistemi di cavi di sicurezza per gallerie e soluzioni IT/OT industriali per l'elaborazione dei dati nelle aziende. Datwyler persegue costantemente l'obiettivo di offrire soluzioni olistiche. I maggiori clienti di cavi in fibra ottica provengono dalla Svizzera. Altri clienti si trovano in Germania, Austria e sempre più spesso anche in Italia. “I nostri clienti apprezzano la nostra affidabilità e qualità. Soprattutto la conformità alle normative e alle certificazioni vigenti per i cavi di sicurezza è una sfida per alcuni dei nostri concorrenti”, sottolinea Damian Zgraggen.

Le linee di produzione richiedono grandi quantità di aria compressa, sia per controllare le valvole, sia per estrudere il materiale isolante sui fili conduttori, sia per soffiare e asciugare i cavi. Inoltre, diverse centinaia di finestre per tetti del vecchio edificio sono azionate pneumaticamente.

Tutte le utenze di aria compressa sono alimentate da una linea ad anello con numerose uscite a stella. “Si tratta di un sistema cresciuto storicamente che probabilmente è responsabile di alcune perdite di pressione e quindi di efficienza”, afferma il responsabile del progetto. Ha inoltre individuato delle perdite in molti punti della rete che, secondo lui, consumano tra il 5 e il 30% dell'aria compressa prodotta.

Damian Zgraggen si è prefissato il compito di ridurre al minimo le perdite e di ottimizzare gradualmente la rete di aria compressa. “Stiamo gradualmente digitalizzando tutti i sistemi di produzione, in modo da poter estrarre i dati di consumo direttamente sul mio computer”, spiega. “Le aree problematiche diventano rapidamente visibili. Inoltre, abbiamo installato due sensori di flusso, che ci aiutano a ottimizzare ulteriormente”.

La vecchia stazione di aria compressa non è ancora integrata digitalmente, ma si immette comunque nella rete da un lato diverso rispetto al nuovo compressore. Quest'ultimo si trova a circa 200 metri di distanza, in una stazione separata all'interno dello stabilimento. La nuova posizione presenta un vantaggio decisivo: “Qui possiamo recuperare il calore di compressione del compressore e utilizzarlo direttamente per i nostri processi”, spiega Damian Zgraggen.

Datwyler ha acquistato il GA VSD+ nella versione “Full Feature” (FF) per sfruttare questa possibilità. Per Atlas Copco, questa sigla indica la versione completamente equipaggiata con essiccatore a refrigerazione e scambiatore di calore integrati, il che significa che il compressore è progettato per recuperare il calore di compressione. L'implementazione è stata molto semplice: è stato necessario installare solo alcune pompe e tubazioni e il calore residuo viene utilizzato, tra l'altro, per alimentare un generatore di vapore elettrico. Datwyler lo utilizza per generare vapore saturo per la vulcanizzazione del materiale che isola i conduttori. Sebbene la temperatura del generatore di vapore non sia sufficiente, l'energia mancante viene integrata elettricamente. “Ma il recupero di calore è comunque utile”, sottolinea Zgraggen.

L'acqua di raffreddamento lascia il compressore a una temperatura di 70-80 °C e riscalda l'acqua in un serbatoio di stoccaggio da 5.000 litri, anch'esso di recente installazione. In futuro, questo serbatoio potrebbe fornire energia termica per altri progetti, ad esempio per riscaldare un complesso di uffici. “Le due vecchie caldaie a pompa di calore ora funzionano a malapena e il serbatoio di accumulo è sempre completamente carico”, riferisce Damian Zgraggen. “Questo significa che non siamo neanche lontanamente vicini all'utilizzo di tutto il calore generato nel processo di compressione!”.

Il responsabile del progetto sta quindi pensando di riscaldare due estrusori con l'acqua calda di raffreddamento in futuro. “Gli estrusori devono essere riscaldati o raffreddati a seconda del mix di materiali della guaina del cavo”, spiega. “Attualmente utilizziamo 16 unità di controllo della temperatura per due estrusori, ognuna delle quali richiede 6,6 kilowatt di energia per il riscaldamento”. In totale, un massimo di 32 x 6,6 kW di energia termica elettrica potrebbe essere risparmiato e sostituito dal calore di scarto del compressore. “L'acqua è un mezzo eccellente per trasferire il calore”, spiega Damian Zgraggen. “Abbiamo bisogno solo di circa 50 metri di tubo per trasportare l'acqua di raffreddamento dal compressore agli estrusori. È facilmente realizzabile!”. Secondo i suoi calcoli, circa il 20% dell'energia termica generata dal compressore potrebbe essere utilizzata in questo modo per i processi produttivi. Misure simili potrebbero essere prese in considerazione in futuro per gli estrusori, che sono ancora riscaldati elettricamente e raffreddati ad aria.

L'investimento totale per il progetto - comprese le tubature dell'acqua, le caldaie, le pompe e le condutture - ammonta a circa 300.000 franchi svizzeri. Di questi, circa 28.000 franchi svizzeri sono stati recuperati grazie alla sovvenzione ProEDA. Il calcolo di simulazione che Atlas Copco ha effettuato in anticipo prevedeva un risparmio di circa il 14% sui costi dell'elettricità attribuibili al compressore, escluso il recupero del calore, che sarà anch'esso incluso nella bolletta energetica.

Le cifre specifiche non sono ancora disponibili, poiché la stazione è stata messa in funzione solo nell'estate del 2024. “Non è possibile fare una previsione seria dei risparmi effettivi prima che siano trascorsi almeno dodici mesi”, afferma Damian Zgraggen. “Ma anche un dieci per cento in meno sarebbe un grande successo per noi!”. A titolo di confronto: solo due anni fa, i costi dell'elettricità per la produzione di aria compressa ammontavano a circa 136.000 franchi svizzeri.

Atlas Copco ha stimato in sette anni il periodo di ammortamento del nuovo compressore, senza considerare i costi accessori per l'installazione di tubi, serbatoi tampone e unità di recupero del calore. Includendo l'utilizzo del calore, tuttavia, l'investimento potrebbe ripagarsi in soli 3,7 anni, sottolinea Damian Zgraggen.

I risparmi a due cifre sui costi dell'elettricità del compressore GA-VSD+ sono dovuti a diversi progressi tecnologici di Atlas Copco. Ad esempio, la serie è dotata di speciali motori a magneti permanenti integrati, di moderni elementi di compressione e di un monitor di ingresso. Queste caratteristiche progettuali, da sole, aumentano l'efficienza rispetto alle macchine a velocità controllata della prima generazione, a tal punto che il fabbisogno energetico specifico, cioè l'energia necessaria per un determinato volume d'aria, è stato ridotto del 9%. Gli utenti possono quindi ottenere più aria dai nuovi compressori a parità di potenza rispetto alle macchine GA-VSD precedenti, come Datwyler ne gestiva una.

Per ragioni di efficienza, è stato chiaro fin dall'inizio che l'azienda di Altdorf voleva acquistare un altro compressore a velocità controllata. Il controllo della velocità, infatti, adegua automaticamente la velocità del motore e quindi il flusso di aria compressa alla domanda attuale della rete. Un compressore convenzionale, invece, funziona in modalità ciclo, ossia funziona alternativamente alla massima velocità e al minimo. Ciò comporta un enorme dispendio di energia, in quanto la richiesta di aria in fabbrica non corrisponde quasi mai al volume prodotto. Anche quando sono al minimo, le macchine continuano a consumare energia elettrica. Una macchina VSD, invece, funziona solo quando è effettivamente necessaria, e alla velocità richiesta. In questo modo si riduce il consumo di energia di almeno un terzo rispetto ai compressori a orologeria poco utilizzati.

Un altro contributo al risparmio energetico di Datwyler è la riduzione della pressione target del nuovo compressore. Mentre prima erano richiesti 6,8 bar, il nuovo compressore funziona ora a 6,5-6,6 bar. Non appena sarà installato il sistema di controllo di livello superiore previsto, Damian Zgraggen prevede un'ulteriore riduzione a 6,2-6,3 bar. Si può ipotizzare che una riduzione di 1 bar ridurrà il consumo energetico del 7%. L'obiettivo è quindi: meno pressione possibile, ma quanta ne serve. In Datwyler, ciò significa che alle macchine di produzione deve arrivare una pressione “sicura” di 6,0 bar. “Non appena la pressione nella rete scende sotto i 6,2 bar, uno dei due compressori ZR oil-free della vecchia stazione si attiva automaticamente”, spiega Zgraggen.

Il nuovo compressore GA a velocità controllata produce attualmente una media tra i 900 e i 1.300 m3 di aria compressa all'ora e viene quindi utilizzato al 60-90%; opera quindi in un range molto efficiente. In caso di guasto o di picchi di richiesta superiori a circa 1.400 m3 all'ora, viene attivato anche il compressore ZR a velocità controllata.

Secondo Damian Zgraggen, una specifica di Classe 3-4-3 in conformità alla norma ISO 8573-1 è sufficiente in termini di qualità dell'aria compressa - uno dei motivi per cui Datwyler ha scelto il più economico compressore GA a iniezione d'olio rispetto a un compressore di Classe 0 oil-free, che fornisce aria compressa di Classe “0” senza ulteriori trattamenti.

I numeri delle classi di qualità dell'aria compressa indicano

• il contenuto di solidi (prima cifra)
• il contenuto di umidità (seconda cifra) e
• il contenuto di olio residuo (terza cifra).

Più basso è il numero, più alta è la qualità dell'aria. Tuttavia, i sistemi di tintura delle fibre di vetro richiedono una qualità superiore di 1-4-2, ma Datwyler soddisfa facilmente anche questi valori; in primo luogo, l'aria compressa nel compressore viene deumidificata utilizzando un essiccatore a refrigerazione integrato e, in secondo luogo, viene trattata con un doppio filtro UD di Atlas Copco. “A monte di ogni sistema di produzione c'è anche un'unità di manutenzione, composta da almeno un filtro e un separatore d'acqua”, spiega Damian Zgraggen.

Nel complesso, il dipendente Datwyler è molto soddisfatto dell'intera soluzione, che descrive come semplice. “Abbiamo dovuto installare solo alcune pompe e linee, e il nuovo compressore funziona in modo estremamente affidabile con una manutenzione minima”. Può visualizzare tutti i dati rilevanti direttamente sul suo computer o sul suo cellulare, il che gli consente di monitorare rapidamente lo stato di funzionamento e di rilevare i guasti.

stato di funzionamento e rilevamento dei guasti. Anche la scelta dell'ubicazione del compressore è stata ideale: erano già presenti i collegamenti infrastrutturali per l'elettricità, l'acqua e l'aria, nonché le uscite predisposte per futuri ampliamenti.

Il finanziamento da parte di ProEDA ha reso più facile per il team di progetto argomentare a favore dell'investimento sul piano gestionale. “Il pacchetto di alta efficienza energetica, recupero del calore e sovvenzione ha convinto tutti i partecipanti”, riferisce Zgraggen. Volker Batt, l'ingegnere commerciale di Atlas Copco, ha fortunatamente sottolineato fin dall'inizio che Datwyler, in qualità di utente, avrebbe dovuto presentare la domanda di sovvenzione prima di ordinare il nuovo compressore. “Compilare il modulo non è stato più un problema”. Ora trova la nuova stazione “molto bella” e anche l'installazione è avvenuta senza problemi: “È una soluzione pulita e silenziosa: non si sente più il compressore nemmeno nella sala relax accanto”. E la possibilità di risparmiare ancora più energia in futuro grazie al recupero del calore rende il responsabile del progetto ancora più ottimista per il futuro.

(Autore: Thomas Preuß, giornalista freelance di Königswinter, Germania. www.turmpresse.de)