Comprensione del costo totale dell'aria compressa

I costi di investimento sono fissi e comprendono il prezzo di acquisto, le spese per le infrastrutture, l'installazione e l'assicurazione. I costi d'investimento sono determinati sia dal livello della qualità dell'aria compressa sia dal periodo di ammortamento. Le spese per l'energia comprendono il tempo operativo annuale, il grado di utilizzo del carico/scarico e il costo unitario dell'energia.

Quando si investe in nuove apparecchiature, è meglio considerare sia le esigenze attuali sia le espansioni pianificate. È inoltre necessario considerare fattori che potrebbero influire sull'impianto di aria compressa, tra cui le normative ambientali, le opportunità di risparmio energetico, le esigenze di produzione e la crescita pianificata.

L'ottimizzazione del funzionamento dei compressori è importante per le aziende di grandi dimensioni che dipendono dall'aria compressa. Se lavori in un settore in via di sviluppo, la produzione cambierà nel tempo, e con questa anche le condizioni di funzionamento.

Sulla base della nostra esperienza, un'analisi approfondita e imparziale delle esigenze operative contribuirà a ridurre notevolmente i costi complessivi. Pertanto, è importante che la tua fornitura di aria compressa corrisponda alla domanda effettiva, lasciando al contempo spazio per una futura espansione.

Di seguito è riportato un elenco dei vari componenti che incontrerai e il modo in cui questi influiscono sul costo complessivo degli impianti di aria compressa.

• Compressori d'aria: questi sono le macchine vere e proprie. Come indicato in precedenza, il prezzo iniziale rappresenta solo una piccola parte del costo totale di proprietà. Poiché l'energia rappresenta la maggior parte del costo complessivo, investire nella macchina più efficiente ha senso.

• Essiccatori e filtri: questi componenti sono particolarmente importanti per le applicazioni sensibili, come alimenti e prodotti farmaceutici, per quanto riguarda la qualità dell'aria. Per garantire il rispetto degli standard, è necessario disporre della soluzione giusta per il proprio settore.

• Scarichi: gli scarichi intelligenti a perdita nulla scaricano la condensa accumulata nell'impianto di aria compressa quando necessario. In questo modo si risparmia energia, rispetto agli scarichi temporizzati, che scaricano a intervalli di tempo predefiniti, anche in assenza di condensa. 

• Tubazioni: un sistema di tubazioni adeguato elimina le ostruzioni al passaggio dell'aria, le cadute di pressione e può ridurre le perdite d'aria.

• Serbatoi dell'aria: un problema correlato è l'uso di serbatoi che immagazzinano l'aria compressa. Se le dimensioni sono corrette, è possibile eliminare richieste false all'impianto di aria compressa e la necessità di ulteriori compressori. Contribuiscono inoltre a ridurre le variazioni di pressione del sistema. 

• Perdite d'aria: sebbene molte inefficienze possano essere eliminate anche prima che un impianto inizi a funzionare, è essenziale monitorare costantemente le apparecchiature. Ciò include il rilevamento e l'eliminazione di costose perdite d'aria.

• Controller centrale: nei sistemi dotati di più di un compressore, i controller centrali svolgono un ruolo potenzialmente importante. Possono ridurre la fascia di pressione media, controllare la capacità del compressore e regolarne la velocità. 

• Recupero di energia: la maggior parte del calore di scarto di un compressore d'aria può essere recuperato e utilizzato in altre aree operative. Ad esempio, per riscaldare locali, acqua o processi di produzione.

Quando si effettuano i calcoli, è importante applicare il concetto di requisiti di potenza complessiva. Occorre prendere in considerazione tutti i componenti coinvolti in un impianto di compressori, tra cui i filtri di ingresso, le ventole, gli essiccatori, i separatori e il recupero di energia. Per confrontare le opzioni, è meglio utilizzare gli standard ISO (International Organization for Standardization).

La pressione di esercizio influenza direttamente i requisiti di potenza. Una pressione più elevata comporta un maggiore consumo di elettricità. Infatti, ogni incremento di 1 bar richiede circa l'8% di potenza. L'aumento della pressione di esercizio per compensare la caduta di pressione determina sempre una ridotta efficienza.

Generalmente, queste cadute di pressione si verificano a causa di un sistema di tubi inadeguato o di filtri ostruiti. Si consiglia di esaminare questi fattori prima di aumentare la pressione del compressore. Con installazioni dotate di diversi filtri, la caduta di pressione può essere significativa e costosa, se tali problemi di manutenzione non vengono risolti.

In molte installazioni non è possibile implementare riduzioni di pressione significative. Tuttavia, l'uso di moderne apparecchiature di regolazione consente di abbassare la pressione in modo realistico di 0,5 bar. Questo metodo genera un leggero risparmio energetico. Anche se apparentemente insignificante, questa riduzione influisce sulle spese annuali.

Come detto in precedenza, le spese per l'energia sono il fattore dominante del costo complessivo dell'aria compressa. Infatti, possono arrivare fino all'80% del costo di proprietà e gestione di un impianto di aria compressa. Pertanto, è importante concentrarsi sulle soluzioni più efficienti per soddisfare le proprie esigenze.

Sebbene le apparecchiature più avanzate presentino costi di investimento iniziali più elevati, solitamente consentono comunque di ottenere complessivamente un risparmio. Una situazione ideale è quella in cui la capacità di un compressore soddisfa la domanda di aria dell'applicazione. Sono inoltre disponibili dispositivi di azionamento a velocità variabile (VSD) per soddisfare le diverse esigenze di pressione.

La maggior parte dei compressori è dotata di comandi e sistemi di regolazione integrati. Se si gestisce più di una macchina, è possibile aggiungere anche il monitoraggio remoto e comandi centralizzati. Questo consentirà di ottimizzare l'intero sistema e garantire prestazioni ottimali. In questo modo la regolazione della velocità del motore rappresenta un metodo popolare di risparmio energetico grazie al suo notevole potenziale.

Alcuni strumenti di monitoraggio sono anche in grado di individuare aree di inefficienza. Queste informazioni sono utili per determinare perdite, attrezzature usurate, scarsa filtrazione e componenti non correttamente configurati. Come evidenziato in precedenza, questi problemi di manutenzione possono aumentare il costo complessivo degli impianti ad aria compressa.

Spesso, le perdite possono raggiungere il 20% del flusso d'aria compressa prodotto. Le perdite sono inoltre proporzionali alla pressione di esercizio, per questo motivo un metodo è quello di riparare le attrezzature che perdono e abbassare la pressione di esercizio. Una riduzione della pressione di soli 0,3 bar riduce le perdite del 4%. Se la perdita in un impianto da 100 m3/min è pari al 12%, questa riduzione rappresenta un risparmio di circa 3 kW.

Inoltre, è necessario considerare l'utilizzo effettivo delle apparecchiature. Se si utilizza una piccola quantità di aria compressa durante le ore notturne e i fine settimana, si consiglia di installare un compressore di piccole dimensioni. Questa segmentazione può essere ottenuta tramite valvole di arresto. 

Se un'applicazione specifica necessita di una pressione di esercizio diversa, sarà necessario determinare se ha senso una produzione centralizzata o separata. Il sezionamento dalla rete di aria compressa è utile anche per la segmentazione tra tempi di picco alti e bassi. Tale pianificazione deve basarsi sulle misurazioni del flusso d'aria.

Utilizzando un moderno sistema di controllo principale, come descritto in precedenza, l'impianto centrale del compressore può funzionare in modo ottimale per diverse situazioni. La scelta del metodo di regolazione corretto favorisce il risparmio energetico con una pressione complessiva del sistema inferiore e un utilizzo ottimale. Questi controlli possono inoltre ridurre i tempi di inattività, distribuendo uniformemente il carico di lavoro.

Inoltre, il controllo centrale consente di programmare le riduzioni automatiche della pressione durante i periodi non di picco, come le notti e i fine settimana. Poiché il consumo di aria compressa è raramente costante, l'installazione del compressore dovrebbe avere un design versatile. È necessario implementare una combinazione di compressori con diverse capacità e monitor a velocità controllata.

È possibile utilizzare l'energia recuperata da quella di scarto dei compressori d'aria per sostituire completamente o parzialmente l'elettricità esterna, il gas o l'olio per il riscaldamento. Tra i fattori decisivi figurano il costo dell'energia in €/kWh, il grado di utilizzo e l'importo degli investimenti aggiuntivi necessari.

Un sistema di recupero dell'energia di scarto ben pianificato spesso produce un recupero dell'investimento entro 1-3 anni. Oltre il 90% dell'alimentazione fornita al compressore può essere recuperata sotto forma di calore prezioso. Il livello di temperatura dell'energia recuperata determina le possibili aree di applicazione e, di conseguenza, il suo valore.

Il massimo grado di efficienza si ottiene generalmente dagli impianti raffreddati ad acqua. Ciò avviene quando l'uscita dell'acqua di raffreddamento calda dell'impianto del compressore è collegata ad apparecchiature che richiedono calore. Ad esempio, il circuito di ritorno della caldaia di riscaldamento esistente.

L'energia di scarto recuperata può essere utilizzata tutto l'anno. I vari modelli di compressori hanno prerequisiti diversi. In alcune situazioni che richiedono un flusso di calore ampio e con picco, lunghe distanze di trasporto del calore o requisiti variabili, è possibile anche vendere l'energia recuperata. Scopri di più sul recupero di energia negli impianti di compressori.