Come rendere più efficiente il compressore d’aria

L’aria compressa è una delle forme di energia più utilizzate in molti settori, con circa il 70% dei produttori che utilizzano un sistema di aria compressa.

L’aria compressa può essere una delle forme di energia più costose per gli impianti di produzione, spesso utilizzando più energia di altre apparecchiature. Una potenza di aria compressa richiede otto cavalli di elettricità. Con molti compressori d’aria in esecuzione a efficienze a partire da 10 per cento, c’è spesso un sacco di spazio per migliorare. Fortunatamente, il 50% dei sistemi ad aria compressa negli impianti industriali di piccole e medie dimensioni offre opportunità di risparmio energetico a basso costo.

Che cosa influenza l’efficienza energetica del compressore d’aria? Tali fattori includono il tipo, il modello, le dimensioni, la potenza del motore, la progettazione del sistema, i meccanismi di controllo, gli usi e il programma di manutenzione. La ragione principale per la compressione dell’aria inefficiente è la perdita di calore generata dall’aumento della temperatura dell’aria pressurizzata e dall’attrito causato dalle molte parti mobili del sistema.

Quando si tratta di efficienza del compressore d’aria, è importante esaminare l’intero sistema, che include non solo il compressore d’aria stesso, ma le linee di alimentazione, i serbatoi di stoccaggio dell’aria, gli essiccatori d’aria, i ricevitori e i post-refrigeratori. Apportando le giuste regolazioni al sistema di aria compressa, è possibile risparmiare notevoli quantità di energia e denaro.

Migliorare la vostra efficienza del sistema con i seguenti approcci:

Migliorare la Qualità dell’Aria di Aspirazione

Ci sono tre componenti del sistema di compressione dell’aria, che influenza le prestazioni:

1. di Temperatura. La temperatura dell’aria di aspirazione determina la densità dell’aria. L’aria fredda richiede meno energia per comprimere.
2. Composizione. L’aria di aspirazione pulita assicura che l’aria compressa possa muoversi più agevolmente attraverso il sistema. L’aria sporca contiene contaminanti che si accumulano e causano usura e ridotta capacità di stoccaggio.
3. Umidità. L’umidità può essere dannosa per un sistema di compressione dell’aria poiché si accumula all’interno del sistema, causando la ruggine dei componenti. Ciò può portare a usura, perdite e ridotta capacità di stoccaggio. L’aria secca ha meno probabilità di danneggiare il sistema di compressione dell’aria e gli strumenti che eseguono lavori nel punto di utilizzo.

Abbinare i comandi del compressore d’aria

I comandi del compressore d’aria abbinare l’uscita del compressore con le esigenze del sistema del compressore, che può consistere di un singolo compressore o compressori multipli. Tali controlli sono essenziali per l’efficienza del sistema di compressori d’aria e per le alte prestazioni.

I sistemi ad aria compressa sono progettati per mantenere un certo intervallo di pressione e fornire un volume d’aria che varia con le richieste dell’utente finale. Il sistema di controllo diminuisce l’uscita del compressore quando la pressione raggiunge un certo livello. Se la pressione scende, d’altra parte, l’uscita del compressore viene aumentata.

I sistemi di controllo più precisi possono mantenere una pressione media bassa senza scendere al di sotto dei requisiti di sistema. La riduzione al di sotto dei requisiti di sistema può causare il funzionamento improprio delle apparecchiature. Questo è il motivo per cui è così importante abbinare i controlli di sistema con la capacità di archiviazione.

I seguenti controlli possono contribuire ad aumentare l’efficienza dei singoli compressori:

• I comandi Start/stop accendono e spengono i compressori a seconda della pressione.
• Funzioni di carico e scarico scaricare il compressore per scaricare la pressione.
• I controlli modulanti gestiscono le necessità di flusso, mentre i controlli multistep consentono ai compressori di funzionare in condizioni di carico parziale.
• I controlli Dual-Control/Auto-Dual consentono la selezione di avvio / arresto o carico / scarico.
• Lo spostamento variabile può funzionare in due o più condizioni parzialmente caricate.
• Azionamenti a velocità variabile regolare continuamente la velocità del motore di azionamento per soddisfare i requisiti di domanda variabile.
• I sistemi con compressori multipli utilizzano i comandi master del sistema per coordinare tutte le funzioni necessarie per ottimizzare l’aria compressa.
• I controlli master di sistema possono coordinare i sistemi ad aria compressa quando la complessità supera le capacità dei controlli locali e di rete. Tali controlli possono monitorare i componenti del sistema e anche i dati di tendenza per migliorare le funzioni di manutenzione.
• I regolatori di pressione/flusso immagazzinano aria a pressione più elevata, che può essere successivamente utilizzata per soddisfare le fluttuazioni della domanda.

Un sistema ben progettato dovrebbe utilizzare quanto segue: controllo della domanda, stoccaggio, controlli del compressore, buone posizioni del segnale e strategia di controllo globale. L’obiettivo principale di tale sistema è quello di fornire aria compressa alla pressione stabile più bassa, supportando la fluttuazione con aria compressa a pressione più elevata.

Per compressori multipli, i controlli di sequenziamento possono soddisfare la domanda eseguendo compressori per soddisfare i carichi del sistema, mentre li prendono offline quando non necessario. I controlli di rete aiutano anche a gestire i carichi per l’intero sistema.

Migliorare la progettazione del sistema

Ci sono cinque modi per migliorare la progettazione del vostro sistema di compressore d’aria.

1. Raddrizza il percorso. Linee di mandata strette o curve strette in quelle linee di mandata possono causare un aumento dell’attrito e perdite di carico nel sistema, il che significa meno pressione che raggiunge il punto di utilizzo. Un design migliore senza così tante curve e loop dovrebbe produrre più pressione usando la stessa energia.
2. Risparmiare energia quando necessario. Un serbatoio di stoccaggio, o un ricevitore, può tamponare i cambiamenti della domanda a breve termine e ridurre il ciclo on/off. Un serbatoio può anche impedire che la pressione del sistema scenda al di sotto dei requisiti minimi di pressione quando la domanda è al massimo. Una caduta di pressione può causare un aumento della pressione del sistema, che può causare uno spreco di pressione dell’aria. I serbatoi sono dimensionati in base alla potenza del compressore. Un compressore d’aria da 50 HP, ad esempio, ha bisogno di un serbatoio ricevitore aria da 50 galloni.
3. Raffreddare l’aria di aspirazione. Poiché l’energia necessaria per comprimere l’aria fredda è inferiore a quella necessaria per comprimere l’aria più calda, è possibile ridurre l’energia necessaria per la compressione spostando l’aspirazione del compressore in un’area ombreggiata all’esterno. Una riduzione di 20 gradi Fahrenheit, ad esempio, può ridurre i costi operativi di quasi il 3,8%.
4. Utilizzare diversi piccoli compressori. I compressori d’aria sovradimensionati possono essere molto inefficienti perché utilizzano più energia per unità mentre operano con un carico parziale. Tali sistemi possono beneficiare dell’uso di molti compressori più piccoli con controlli di sequenziamento, consentendo parti del sistema per essere spento semplicemente spegnendo alcuni dei compressori.
5. Recuperare il calore residuo. Il calore di scarto può essere utilizzato per l’acqua bollente per il riscaldamento degli ambienti e l’acqua di riscaldamento. Un’unità di recupero del calore progettata correttamente può recuperare il 50-90% dell’energia elettrica utilizzata nella compressione dell’aria.
6. Trova vicino alle aree di forte domanda. Localizzando i ricevitori d’aria vicino a fonti di forte domanda, è più facile soddisfare la domanda con una ridotta capacità complessiva del compressore.

Considerare le esigenze di aria compressa

1. Esaminare il profilo di carico. Un sistema di aria compressa correttamente progettato dovrebbe considerare il profilo di carico. Se ci sono ampie variazioni nella domanda di aria, il sistema dovrà funzionare in modo efficiente quando è sotto carico parziale. I compressori multipli forniranno un uso energetico più economico quando ci sono grandi fluttuazioni della domanda.
2. Ridurre al minimo la domanda artificiale. La domanda artificiale è il volume d’aria in eccesso richiesto per l’uso non regolamentato quando si utilizza una pressione superiore a quella necessaria per le applicazioni. Se un’applicazione richiede 50 psi e riceve 90 psi, il sistema sta producendo aria inutilizzata. I regolatori di pressione all’uso finale possono minimizzare la domanda artificiale.
3. Determinare la pressione corretta necessaria. I livelli di pressione richiesti devono considerare le perdite del sistema da filtri, tubazioni, separatori e essiccatori. Aumentare la pressione di scarico aumenterà la domanda di utilizzo non regolamentato come perdite. In altre parole, l’aumento della pressione genererà una maggiore inefficienza. Ad esempio, un aumento di 2 psi della pressione di intestazione aumenterà il consumo di energia di ben l ‘ 1% a causa del consumo di aria non regolamentata. Per risparmiare energia, è necessario considerare come ottenere prestazioni elevate riducendo la pressione del sistema.
4. Esaminare la corretta domanda e offerta. Verificare che i compressori d’aria non siano troppo grandi per l’uso finale. Considerare tutti gli usi finali, quantificando il volume d’aria necessario per ogni applicazione. Una valutazione generale dell’intero sistema di aria compressa dovrebbe aiutare a indagare il sistema di distribuzione per problemi e ridurre al minimo gli usi inappropriati dell’aria.
5. Utilizzare diagrammi a blocchi e profili di pressione. I diagrammi a blocchi aiuteranno a identificare tutti i componenti in un sistema di compressione dell’aria. Un profilo di pressione rivela le cadute di pressione nel sistema, che dovrebbe fornire un feedback per la regolazione dei controlli. Per completare un profilo di pressione, è necessario effettuare misurazioni dell’ingresso al compressore, del differenziale tra separatore aria/lubrificante e dell’interstadio su compressori multistadio. Registrando i dati sulle pressioni del sistema e sul flusso d’aria, è possibile determinare le interruzioni del sistema, i carichi intermittenti, le modifiche del sistema e le condizioni generali. Le variazioni della pressione e del flusso d’aria possono essere gestite con controlli di sistema per ridurre al minimo l’impatto sulla produzione.
6. Utilizzare stoccaggio di aria compressa. Lo storage può controllare gli eventi di domanda durante i picchi di domanda riducendo il tasso di decadimento e la quantità di caduta di pressione. Può anche proteggere le operazioni critiche da altri eventi nel sistema spegnendo un compressore, se necessario.

Ridurre al minimo la caduta di pressione

Le cadute di pressione si verificano quando l’aria compressa viaggia attraverso il sistema di distribuzione. Eccessive cadute di pressione possono causare prestazioni scadenti e un elevato consumo di energia. Le cadute di pressione a monte del segnale del compressore determinano una pressione di esercizio inferiore per l’utente finale. Ciò richiede pressioni più elevate per soddisfare le impostazioni di controllo del compressore. Prima di aggiungere capacità o aumentare la pressione del sistema, assicurarsi di ridurre le perdite di carico nel sistema. Le apparecchiature ad aria compressa devono essere azionate alla minima pressione di esercizio efficiente per ottenere i migliori risultati.

I seguenti sono modi per ridurre le perdite di carico:

• Mantenere la corretta progettazione del sistema. Il motivo più comune per un’eccessiva caduta di pressione è l’uso di dimensioni del tubo inadeguate tra l’intestazione di distribuzione e l’attrezzatura di produzione. Ciò può accadere se si sceglie la tubazione in base alla richiesta media di aria compressa prevista senza considerare la portata massima.
• Mantenere l’impianto di filtraggio e asciugatura dell’aria per ridurre al minimo l’umidità.
• Assicurarsi che i filtri siano privi di sporco che limita il flusso d’aria e provoca perdite di carico. La manutenzione tempestiva e la sostituzione degli elementi filtranti sono fondamentali per ridurre la caduta di pressione.
• Scegliere separatori, essiccatori, filtri e aftercooler con la minore caduta di pressione possibile. Un tipico differenziale di pressione per un filtro, tubo e regolatore di pressione è 7 libbre per pollice quadrato differenziale (psid).
• Scegli regolatori, tubi flessibili, lubrificatori e connessioni che offrono le migliori prestazioni al differenziale di pressione più basso.
• Ridurre la distanza percorsa dall’aria attraverso il sistema ad aria compressa.

Molti strumenti possono funzionare efficacemente con alimentazione d’aria di 80 libbre per pollice quadrato gauge (psig) o meno. Riducendo la pressione di scarico del compressore d’aria, è possibile ridurre i tassi di perdita, migliorare la capacità e risparmiare denaro. Le riduzioni della pressione di esercizio, tuttavia, possono richiedere modifiche ai regolatori di pressione, ai filtri e alle dimensioni di stoccaggio. Tieni presente che se la pressione del sistema scende al di sotto dei requisiti minimi, l’apparecchiatura potrebbe non funzionare più correttamente.

La riduzione delle perdite di carico consente a un sistema di operare in modo più efficiente a pressioni inferiori. Per le macchine che utilizzano grandi quantità di aria compressa, il funzionamento dell’apparecchiatura a livelli di pressione più bassi può fornire un notevole risparmio energetico. Componenti come cilindri pneumatici più grandi possono essere necessari per mantenere la corretta funzionalità a livelli di pressione più bassi, ma il risparmio energetico dovrebbe superare il costo delle apparecchiature aggiuntive.

Mantenere il compressore

Sistemi di compressione dell’aria mal mantenuti possono causare sprechi di energia e denaro. Questo rende importante controllare costantemente i sistemi per perdite, usura prematura e l’accumulo di contaminanti.

1. Correggere le perdite. L’aria sprecata è la principale causa di perdita di energia nei sistemi di compressione dell’aria, sprecando fino al 20-30% della produzione di un compressore. Anche piccole perdite possono essere molto costose, perdite di grandi quantità di aria nel tempo se lasciate non corrette. Tenere presente che la perdita di aria è proporzionale alla dimensione della perdita e alla quantità di pressione di alimentazione nel sistema.

Le perdite non solo sprecano energia, ma causano anche cadute di pressione del sistema che rendono gli utensili pneumatici meno efficienti. Questa mancanza di pressione significa che le apparecchiature funzioneranno più a lungo per ottenere gli stessi risultati. L’aumento del tempo di funzionamento significa anche manutenzione aggiuntiva e persino tempi di inattività.

La rilevazione e la riparazione delle perdite possono ridurre la perdita di energia a meno del 10% dell’uscita del compressore. Le perdite possono essere trovate ovunque nel sistema di aria compressa, ma la maggior parte delle perdite si verificano in regolatori di pressione, trappole di condensa aperte e valvole di intercettazione, disconnessioni, giunti di tubi, sigillanti filettati, giunti, tubi flessibili, tubi e raccordi.

Per stimare la perdita nel sistema di aria compressa, effettuare misurazioni che determineranno il tempo necessario per il carico e lo scarico del compressore. Le perdite d’aria renderanno il ciclo del compressore acceso e spento a causa di cadute di pressione causate da perdite. Calcolare la percentuale di perdita totale utilizzando il seguente modulo: Perdita ( % )=. In un sistema ben mantenuto, la percentuale dovrebbe essere inferiore al 10%. Un sistema mal mantenuto rivelerà perdite del 20% o più.

• Rilevamento perdite. Un rilevatore acustico ad ultrasuoni offre le migliori possibilità di localizzare le perdite riconoscendo i suoni sibilanti. I rivelatori ad ultrasuoni offrono il vantaggio di velocità, precisione, facilità d’uso, versatilità e la possibilità di eseguire test mentre l’apparecchiatura è in funzione.

Se non si dispone di un rilevatore di perdite ad ultrasuoni, è possibile applicare acqua saponata con pennelli a probabili punti di difficoltà.

• Riparazione perdite. Una volta individuata una perdita, la riparazione potrebbe essere semplicemente una questione di stringere le connessioni. Tuttavia, può anche richiedere la sostituzione di giunti, sezioni di tubi, tubi flessibili, giunti, trappole, raccordi e scarichi. Assicurati di adattarli con il sigillante filettato corretto.

Fino a quando non è possibile riparare una perdita, è possibile ridurre le perdite abbassando la pressione nel sistema di aria compressa. Stabilizzare la pressione dell’intestazione del sistema all’intervallo più basso per ridurre al minimo il tasso di perdita.

• Prevenzione. Un adeguato programma di prevenzione delle perdite può aiutare a identificare e affrontare le perdite future. Aiuterà anche a mantenere un sistema di compressione dell’aria efficiente, stabile e conveniente. Un programma di prevenzione delle perdite può essere utile facendo quanto segue:
  • Determinare il costo delle perdite d’aria. Questo servirà come base per determinare l’efficacia delle riparazioni.
  • Identificare le perdite. Sebbene un rilevatore di perdite acustico ad ultrasuoni sia più efficace, un misuratore portatile può anche aiutare a identificare le perdite.
  • Documenta le perdite. Documentare la dimensione, la posizione, il tipo e il costo stimato di una perdita in modo da poter tenere traccia di dove e come si verificano le perdite.
  • Priorità alle perdite più grandi.
  • Regola i controlli per massimizzare il consumo di energia.
  • Riparazioni di documenti. Tale documentazione può indicare l’apparecchiatura che potrebbe causare problemi ricorrenti.
  • Revisioni periodiche. Controlli periodici contribuirà a mantenere il sistema efficiente.

1. Cambiare i filtri. I filtri vengono utilizzati per garantire che l’aria pulita raggiunga gli utenti finali. Polvere, sporco e grasso possono ostruire i filtri, causando un calo della pressione dell’aria del sistema. Se i filtri non vengono puliti, le cadute di pressione possono richiedere più energia per mantenere la stessa pressione. Inoltre, assicurarsi di utilizzare bassa caduta di pressione, filtri a lunga durata e anche filtri di dimensioni in base alla velocità massima di flusso.
2. Manutenzione. Assicurarsi che siano in atto procedure per la manutenzione del sistema di aria compressa e che i dipendenti siano adeguatamente formati in queste procedure. Questo dovrebbe mantenere il sistema in esecuzione in modo efficiente per gli anni a venire.

Fortunatamente, ci sono molti approcci per migliorare l’efficienza del vostro sistema di aria compressa. Con una corretta manutenzione, non c’è motivo per cui il sistema non possa fornire risparmi sui costi e prestazioni elevate.

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