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Distribuzione dell'aria compressa

Compressor Installations Compressed Air Wiki Air Distribution Compressors

I sistemi di distribuzione dell'aria compressa inadeguati danno luogo a spese energetiche elevate, bassa produttività e prestazioni scadenti degli utensili pneumatici. I sistemi di distribuzione dell'aria compressa devono soddisfare tre requisiti, vale a dire una bassa caduta di pressione fra il compressore e il punto di consumo, un livello minimo di perdite dalle tubazioni di distribuzione e, se non è presente un essiccatore dell'aria compressa, una separazione efficiente della condensa.

Come mantenere bassa la caduta di pressione fra il compressore e il punto di consumo?

I tre requisiti indicati valgono soprattutto per i tubi principali e sul consumo previsto di aria compressa per le esigenze attuali e per il futuro. Il costo di installazione di tubi e raccordi di dimensioni maggiori di quelle inizialmente richiesto è basso rispetto a quello di ricostruzione del sistema di distribuzione in un momento successivo. Il progetto, il dimensionamento e la disposizione della rete delle linee dell'aria sono importanti per l'efficienza, l'affidabilità e i costi di produzione dell'aria compressa. Una caduta di pressione elevata nelle tubazioni viene a volte compensata aumentando la pressione di esercizio del compressore, ad esempio da 7 a 8 bar(e). Tale soluzione comporta una minore economia di aria compressa. Al ridursi del consumo di aria compressa diminuisce inoltre anche la caduta di pressione, e di conseguenza la pressione nel punto di consumo supera il livello consentito.

I tre requisiti indicati valgono soprattutto per i tubi principali e sul consumo previsto di aria compressa per le esigenze attuali e per il futuro. Il costo di installazione di tubi e raccordi di dimensioni maggiori di quelle inizialmente richiesto è basso rispetto a quello di ricostruzione del sistema di distribuzione in un momento successivo. Il progetto, il dimensionamento e la disposizione della rete delle linee dell'aria sono importanti per l'efficienza, l'affidabilità e i costi di produzione dell'aria compressa. Una caduta di pressione elevata nelle tubazioni viene a volte compensata aumentando la pressione di esercizio del compressore, ad esempio da 7 a 8 bar(e). Tale soluzione comporta una minore economia di aria compressa. Al ridursi del consumo di aria compressa diminuisce inoltre anche la caduta di pressione, e di conseguenza la pressione nel punto di consumo supera il livello consentito.

Le reti fisse di distribuzione dell'aria compressa devono essere dimensionate in modo che la caduta di pressione all'interno dei tubi tra il compressore e il punto di consumo più distante non sia superiore a 0,1 bar. A questa caduta di pressione si deve aggiungere quella che si verifica nei tubi flessibili di collegamento, nei loro innesti e negli altri attacchi. È particolarmente importante dimensionare correttamente tali componenti, in quanto la caduta di pressione più consistente si verifica spesso in corrispondenza di tali collegamenti.

La lunghezza massima della rete di tubi per una determinata caduta di pressione può essere calcolata utilizzando la seguente equazione:

l = lunghezza complessiva dei tubi (m)
∆p = caduta di pressione consentita nella rete (bar)
p = pressione assoluta di ingresso (bar(a))
qc = portata in aria libera del compressore, FAD (l/s)
d = diametro interno dei tubi (mm)

La soluzione migliore consiste nel progettare un sistema di tubi configurato come un anello chiuso intorno all'area in cui verrà utilizzata l'aria compressa, con diramazioni dirette dall'anello ai vari punti di consumo. Tale configurazione assicura un'alimentazione uniforme dell'aria compressa anche in presenza di un utilizzo a forte intermittenza, in quanto l'aria raggiunge il punto effettivo di consumo da due direzioni. È opportuno utilizzare questo sistema per tutte le installazioni, salvo qualora alcuni punti con un consumo di aria elevato siano situati a grande distanza dall'installazione del compressore. In tal caso occorre raggiungere tali punti con un tubo principale separato.

Che cos'è un serbatoio dell'aria?

Tutte le installazioni di compressori includono uno o più serbatoi dell'aria. Le dimensioni di questi ultimi dipendono dalla capacità del compressore, dal sistema di regolazione e dallo schema del fabbisogno d'aria delle utenze. Il serbatoio dell'aria costituisce un punto di accumulo dell'aria compressa, bilancia le pulsazioni provenienti dal compressore, raffredda l'aria e raccoglie la condensa. I serbatoi dell'aria devono pertanto essere dotati di un dispositivo di scarico della condensa. Per il dimensionamento del volume del serbatoio vale la relazione indicata di seguito. Occorre notare che tale relazione vale soltanto per i compressori dotati di regolazione della messa a carico/vuoto.

V = volume del serbatoio dell'aria (l) qC = portata FAD del compressore (l/s)
p1 = pressione di ingresso del compressore (bar(a))
T1 = temperatura massima di ingresso del compressore (K)
T0 = temperatura dell'aria del compressore nel serbatoio (K)
(pU - pL) = differenza di pressione impostata tra funzionamento a carico e a vuoto
fmax = frequenza massima di messa a carico (1 ciclo ogni 30 secondi per i compressori Atlas Copco)

Tutte le installazioni di compressori includono uno o più serbatoi dell'aria. Le dimensioni di questi ultimi dipendono dalla capacità del compressore, dal sistema di regolazione e dallo schema del fabbisogno d'aria delle utenze. Il serbatoio dell'aria costituisce un punto di accumulo dell'aria compressa, bilancia le pulsazioni provenienti dal compressore, raffredda l'aria e raccoglie la condensa. I serbatoi dell'aria devono pertanto essere dotati di un dispositivo di scarico della condensa. Per il dimensionamento del volume del serbatoio vale la relazione indicata di seguito. Occorre notare che tale relazione vale soltanto per i compressori dotati di regolazione della messa a carico/vuoto.

Nozioni di base sui serbatoi dell'aria

Per i compressori con controllo a velocità variabile (VSD), il volume richiesto del serbatoio dell'aria si riduce notevolmente. Quando si utilizza la formula di cui sopra, occorre considerare qc la portata FAD alla velocità minima. Quando sono richieste grandi quantità di aria compressa per brevi periodi di tempo, non è economicamente sostenibile dimensionare il compressore o la rete dei tubi esclusivamente in funzione di tale schema estremo di consumo dell'aria. In tali casi occorre collocare vicino al punto di consumo un serbatoio dell'aria separato e dimensionato in base alla portata massima di aria. Nei casi più estremi si utilizza un compressore ad alta pressione più piccolo con un grande serbatoio per soddisfare il fabbisogno di grandi volumi di aria per brevi periodi separati da intervalli prolungati. In questo caso il compressore è dimensionato per soddisfare il consumo medio.

V = volume del serbatoio dell'aria (l)
q = portata d'aria durante la fase di svuotamento (l/s)
t = durata della fase di svuotamento (s)
p1 = pressione di esercizio normale della rete (bar)
p2 = pressione minima per il funzionamento dell'utenza (bar)
L = fabbisogno di aria durante la fase di riempimento (1/ciclo di lavoro)

La formula non tiene conto del fatto che il compressore è in grado di fornire aria durante la fase di svuotamento. Un'applicazione diffusa è costituita dall'avviamento dei grandi motori navali; in questi casi la pressione di riempimento del serbatoio è pari a 30 bar.

Scopri ulteriori informazioni sui serbatoi dell'aria e sul loro dimensionamento.

Progettazione delle reti dell'aria compressa

Il punto di partenza della progettazione e del dimensionamento di una rete dell'aria compressa è costituito da un elenco dettagliato di tutte le utenze dell'aria compressa e da uno schema che indica l'ubicazione di ciascuna di esse. Le utenze vengono raggruppate in unità logiche alimentate dallo stesso tubo di distribuzione. Il tubo di distribuzione è a sua volta alimentato da colonne montanti provenienti dall'impianto dei compressori. È possibile suddividere le reti dell'aria compressa più grandi in quattro parti principali:
- Colonne montanti
- Tubi di distribuzione
- Tubi di servizio
- Attacchi per aria compressa
Le colonne montanti trasportano l'aria compressa dall'impianto dei compressori all'area di consumo.
I tubi di distribuzione ripartiscono l'aria in tutta l'area di distribuzione. I tubi di servizio inoltrano l'aria dai tubi di distribuzione ai punti di impiego.

Dimensionamento delle reti dell'aria compressa

Sistemi di tubazioni delle reti dell'aria e distribuzione della stessa

In generale, è possibile che la pressione presente immediatamente a valle del compressore non venga mai utilizzata pienamente, in quanto la distribuzione dell'aria compressa dà origine a riduzioni della pressione dovute principalmente alle perdite per attrito all'interno dei tubi. Nelle valvole e nelle curve dei tubi si verificano inoltre effetti di strozzamento e variazioni della direzione del flusso. Le relative perdite, convertite in calore, causano cadute di pressione.


Viene quindi determinata la lunghezza dei tratti di tubo richiesti per le varie parti della rete (colonne montanti e tubi di distribuzione e di servizio). Un disegno in scala del probabile schema della rete è una base adeguata a tale scopo. La lunghezza dei tubi viene corretta tramite l'aggiunta di tratti di tubo equivalenti per valvole, curve dei tubi, raccordi e così via, come illustrato di seguito.

Viene quindi determinata la lunghezza dei tratti di tubo richiesti per le varie parti della rete (colonne montanti e tubi di distribuzione e di servizio). Un disegno in scala del probabile schema della rete è una base adeguata a tale scopo. La lunghezza dei tubi viene corretta tramite l'aggiunta di tratti di tubo equivalenti per valvole, curve dei tubi, raccordi e così via, come illustrato di seguito.

In alternativa alla formula indicata sopra per il calcolo del diametro dei tubi, per individuare il valore più indicato del medesimo è possibile utilizzare un nomogramma (mostrato di seguito). Per eseguire tale calcolo occorre conoscere la portata, la pressione, la caduta di pressione consentita e la lunghezza del tubo. Per l'installazione viene quindi selezionato il tubo standard del diametro massimo più prossimo al valore calcolato.

Il calcolo della lunghezza dei tratti di tubo equivalenti per tutti i componenti dell'installazione viene eseguito utilizzando un elenco di attacchi e componenti dei tubi, nonché i valori di resistenza al flusso espressi in lunghezze di tubo equivalenti. Questi tratti di tubo "extra" vengono aggiunti alla lunghezza iniziale dei tubi diritti. Le dimensioni selezionate per la rete vengono quindi ricalcolate per garantire che la caduta di pressione non sia eccessiva. Per le installazioni di grandi dimensioni occorre effettuare il calcolo separatamente per le singole sezioni (tubi di servizio, tubi di distribuzione e colonne montanti).

Misurazione dei flussi nelle installazioni di compressori

Opportuni misuratori della portata d'aria disposti in punti strategici agevolano l'addebito interno e l'assegnazione economica dell'uso dell'aria compressa all'interno dell'azienda. L'aria compressa è un supporto di produzione da inserire nei costi di produzione dei singoli reparti all'interno aziendali. Da questo punto di vista tutte le parti coinvolte possono trarre vantaggio dalle iniziative di riduzione dei consumi in seno ai vari reparti.

I misuratori della portata d'aria attualmente disponibili sul mercato forniscono ogni sorta di informazioni, dai valori numerici per la lettura manuale ai dati di misurazione inviati direttamente a computer o moduli di addebito. Tali misuratori della portata d'aria sono generalmente montati vicino alle valvole di arresto. Le misurazioni nelle configurazioni ad anello richiedono particolare attenzione, in quanto i misuratori devono essere in grado di misurare sia il flusso diretto, sia quello inverso.

Scopri di seguito ulteriori informazioni sul processo di installazione dei sistemi di compressione.

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