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Torna Elenco News   I Costi Dell'ARIA COMPRESSA - Parte IV
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 I COSTI DELL'ARIA COMPRESSA

Parte IV, Regolazione e Controllo
Il sonno della ragione genera mostri (W.Blake)
 
Abbiamo oramai compreso dalle precedenti newletter che oscillazioni di pressione troppo ampie
equivalgono a sprecare denaro poiché aumentano il consumo specifico e la quantità di aria
utilizzata, che risulta maggiore di quella necessaria.
La bolletta (mesi dopo) diventa più salata e la tua azienda ci rimette.
Eppure solitamente i sistemi di aria compressa sono dotati di almeno due tipologie di controllo:
il pressostato di controllo del compressore
il regolatore di pressione lungo la linea di distribuzione
Come è possibile che la pressione non sia stabilizzata?
Il motivo è che questi controllori non sono progettati per una
regolazione efficiente del sistema aria compressa.
(e i grafici lo dimostrano!)
E' assolutamente indispensabile capire perché!
Il controllore del compressore:
ha lo scopo di azionare e fermare il compressore (nei modelli con regolazione vuoto/carico) e
di regolazione del numero di giri (modelli con inverter) utilizzando come pressione di
comando quella della sala compressori o comunque una pressione vicina al compressore
stesso e a monte dei riduttori di pressione delle utenze (altrimenti sarebbe sempre acceso)
. Perciò non rileva direttamente quello che succede lato demand (ovvero in prossimità
delle utenze), ma essendo lontana introduce un certo ritardo nella risposta, che amplifica
l'instabilità .
ha una funzione di protezione del compressore, garantendo che la pressione non salga
troppo o che il compressore non esegua cicli di accensione spegnimento troppo brevi, dannosi
soprattutto per il motore elettrico.
nei compressori con regolazione on-off il compressore si attiva quando la pressione scende al
di sotto di un certo valore (Pmin) e si arresta quando la pressione sale al di sopra del secondo
valore di set (Pmax): quindi non è nemmeno possibile scegliere un singolo valore di set
point, ma una coppia di valori massimo e minimo, che definiscono una banda entro cui la
pressione è considerata accettabile. La pressione quindi può assumere qualsiasi valore in
questo intervallo, tipicamente di circa 0,5 bar, senza che il sistema risponda. Tale valore,
molto ampio dal punto di vista di una regolazione fine ma necessario per proteggere il motore,
evitando continui "attacca/stacca", viene ulteriormente ampliato dai ritardi introdotti dagli
azionamenti elettromeccanici: anche pochi secondi possono risultare in una diminuzione di
pressioni di 100mbar. La pressione quindi "nasce" già instabile.
nei compressori con inverter è possibile settare un valore di set point. il compressore varierà
con continuità il numero di giri per mantenere la pressione a quel valore. Sebbene sia più fine
della regolazione on-off, per via delle inerzie del compressore la velocità risposta è limitata
dalle rampe di variazione dei giri. Per variazioni dell'ordine dei minuti tipicamente si ottiene
una buona risposta, mentre il compressore si dimostra troppo lento per variazioni dell'ordine
dei secondi . Purtroppo le "scivolate" di pressione hanno proprio questa caratteristica.
In figura l'andamento oscillante della pressione dovuta ad un classico sistema di regolazione on-off, sia lato compressori (linea scura) che
lato utenze (linea verde). Si nota la banda di 0,4 bar entro cui la pressione è, se così si può dire, stabilizzata!
Il riduttore o regolatore di pressione:
ha lo scopo di ridurre la pressione a valle, in
modo che non superi un determinato valore,
e svolge quindi una funzione di protezione
delle apparecchiature a valle, garantendo che
la pressione non ecceda i valori massimi
ammissibili.
nella configurazione più comune è composto da
una otturatore regolato da una molla di
contrasto. L'equilibrio fra le pressioni di monte
e valle agenti sull'otturatore e la forza della
molla (settabile) lo rende autoregolante.
la presenza della molla lo rende un controllo proporzionale, quindi oscillante per natura! Le
fluttuazioni di pressione a monte non vengono generalmente smorzate e "passano" a
valle", soprattutto se le oscillazioni sono rapide (come la maggioranza delle oscillazioni
industriali)
la presenza della molla garantisce una risposta efficace solo in determinati rapporti fra la
pressione di monte e valle; tipicamente i riduttori sono progettati per lavorare con pressione a
valle della metà circa della pressione di monte, il cosiddetto criterio del 53%. Più ci allontana da
questi valori più il funzionamento diventa critico e instabile.
nei punti di posizionamento tipici dei riduttori di pressione "di rete" la pressione di valle è tuttavia
circa 85-90% della pressione a monte, rendendo già in partenza problematico il
funzionamento del riduttore.
nei riduttori "di fine linea" invece la pressione di utilizzo tipicamente rispetta il criterio del 53% (si
pensi al classico settaggio a 3 barg associato al valore tipico di 6 barg della pressione di rete):
tuttavia in questi casi a valle del riduttore c'è solamente un utenza, con scarico in atmosfera, e
non una rete da stabilizzare.
se la richiesta di aria a valle del riduttore è troppo misura si incorrere nel fenomeno del
bloccaggio (in inglese conosciuto come "lock up"), in cui la pressione a valle rimane minore
della pressione di set, mentre se la portata è troppo elevata si ha il fenomeno del droop
(dall'inglese crollare) in cui la pressone a valle crolla al di sotto della pressione di set.
In figura l'andamento oscillante della pressione a valle di riduttori di pressione, anche quando la pressione di monte è
abbastanza stabile come nella figura a destra. Si nota anche come il criterio del 53% non venga rispettato, essendo la
pressione a valle settata a valori maggiori del 75%.
I serbatoi sono un altro elemento, sempre presente nelle reti di aria compressa, dal
comportamento ingannevole: è abbastanza diffuso infatti che il serbatoio permetta di
stabilizzare la rete, e che aumentandone la taglia aumenti la stabilità della rete: FALSO!
Il serbatoio non è uno stabilizzatore di rete
E' vero che il serbatoio aumenta l'inerzia della rete aria compressa, ma poiché è la capacità di
bilanciare il più rapidamente possibile la portata richiesta dagli utilizzatori l'unico metodo per
controllare le oscillazioni di rete, l'aumento della capacità dei serbatoi ha poco effetto a valle
dei serbatoi stessi! ovvero sul lato demand, proprio dove serve!
Poiché il diametro delle tubazioni in uscita dai serbatoi non viene modificato e la pressione di
esercizio solo leggermente (il serbatoio si svuota più lentamente) , la capacità di risposta alle
variazioni del sistema, lato utilizzatore, rimane pressoché invariata.
Eppure l'esperienza ci dice che qualcosa cambia: l'aumento della capacità dei serbatoi ha effetto sul
lato generazione ovvero sui compressori, attenuando l'intensità e rallentando la frequenza delle
oscillazioni di pressione in sala compressori. Il serbatoio di accumulo svolge, dal punto di vista
progettuale, una funzione protettiva per il compressore. I l n u m e r o d i c i c l i d i
accensione/spegnimento (nelle regolazioni load/no-load) e il valore delle rampe di salita/discesa (nei
compressori regolati a inverter) sono infatti parametri fondamentali per la verifica del corretto
dimensionamento del sistema utenza/accumulo/compressore.
In figura le oscillazioni di pressione della stessa rete prima e dopo l'aumento di capacità dei serbatoi: l'ampiezza delle oscillazioni rimane
identica, mentre cambia la frequenza, rendendo più agevole il lavoro dei compressori.
In conclusione, i controllori tradizionali come il pressostato, il regolatore di pressione (dal nome
assolutamente ingannevole) e il serbatoio sono elementi fondamentali nel sistema aria compressa
ma sono progettati per garantire principalmente l'affidabilità dei compressori e delle utenze.
La loro capacità di regolazione è molto grossolana e quasi sempre maggiore di ±0,5 bar,
valore assolutamente troppo elevato per l'azienda moderna, efficiente e rispettosa
dell'ambiente.
Conseguire oscillazioni di ±0,1 bar è un investimento assolutamente fattibile, a costi
ragionevoli, utilizzando le tecnologie adeguate: vedremo insieme quali nei prossimi
capitoli.
Grazie dell’attenzione,
IFC team, FlowProfile
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