Negli impianti e nelle strutture industriali, i sistemi d'aria compressa, gas e vuoto sono una fonte vitale di energia convertita. Più semplici di altre risorse quali l'energia elettrica, oggi i compressori sono presenti in qualsiasi fabbrica. Azionano macchine, utensili, robot, laser, sistemi di movimentazione e molto altro.
Rilevatore acustico di perdite d'aria Fluke
Ciò nonostante, molti di questi sistemi sono compromessi dall'usura e da pratiche di manutenzione inadeguate, che contribuiscono al massimo fra gli sprechi: le onnipresenti perdite. Le perdite possono nascondersi dietro le macchine, nei punti di connessione, in alto nelle tubazioni fisse, o ancora possono avere origine da una crepa in un tubo o da un flessibile usurato. Gli sprechi si accumulano rapidamente e possono anche portare a tempi di inattività.
Aria sprecata a caro prezzo
Secondo il Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti d'America, una singola perdita da 1/8" (da 3 mm) in una tubazione dell'aria compressa può costare fino a $2.500 all'anno. Il Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti d'America stima che un impianto non sottoposto ad adeguata manutenzione, a causa delle perdite possa sprecare il 20% dell'aria compressa prodotta. Il governo neozelandese, nell'ambito del progetto Target Sustainability, stima che le perdite possano rappresentare dal 30% al 50% della capacità di un sistema d'aria compressa. Il rilevamento rapido delle perdite di aria compressa, gas e vuoto è uno dei fattori che consentono di individuare i profitti nascosti. Le perdite d'aria possono comportare anche spese di capitale, rilavorazioni, tempi di inattività o problemi di qualità e maggiori costi di manutenzione.
Per compensare il calo di pressione dovuto alle perdite, le aziende spesso optano per l'acquisto di un compressore sovradimensionato, il che comporta un notevole investimento iniziale oltre che un aumento dei costi energetici. Le perdite di un sistema possono anche ridurre la pressione nel sistema e causare il guasto delle apparecchiature pneumatiche. Le conseguenze sono ritardi di produzione, tempi di inattività non pianificati, problemi di qualità, riduzione della durata di servizio e un maggior numero di interventi di manutenzione dovuti al superlavoro dei compressori.
Il responsabile della manutenzione di un produttore statunitense, ad esempio, afferma che la bassa pressione in un utensile di serraggio pneumatico può portare a difetti del prodotto. "Le unità serrate con una coppia troppo alta o troppo bassa possono dar luogo a campagne di richiamo. Questo significa anche più ore di manodopera assorbite da quello che avrebbe dovuto essere un processo standardizzato", afferma. "È denaro sprecato in termini di profitti e di produzione. Nel peggiore dei casi ci potremmo ritrovare con un calo della domanda perché non siamo in grado di evadere gli ordini."
Non c'è da sorprendersi se i servizi di pubblica utilità, l'industria e il governo puntano ai sistemi d'aria compressa come potenziali fonti di risparmio sui costi. Le perdite comportano sprechi. Ripararle può far risparmiare denaro e evitare alle aziende la necessità di potenziare la forza produttiva.
Individuare e risolvere le perdite non è facile
Molti impianti e strutture non hanno un programma di rilevamento adeguato. Individuare e risolvere le perdite non è facile. Quantificare gli sprechi e determinarne il costo richiede consulenti o esperti energetici che utilizzano analizzatori e registratori di energia per controllare i sistemi d'aria compressa. Calcolando in modo sistematico i risparmi annui legati all'eliminazione delle perdite, possono offrire una valida motivazione aziendale per procedere in tale direzione.
Le verifiche energetiche dei sistemi d'aria compressa sono spesso condotte grazie alla partnership tra industria, governo e organizzazioni non governative (ONG). Una di queste è costituita dall'organizzazione di volontari Compressed Air Challenge (CAC). Il suo unico obiettivo è fornire materiale didattico e informazioni imparziali sui prodotti per aiutare le industrie a generare e utilizzare aria compressa alla massima efficienza sostenibile.
Perché il rilevamento delle perdite a ultrasuoni è inefficiente
Le tradizionali pratiche di rilevamento delle perdite sono, purtroppo, alquanto obsolete. Un vecchio metodo consiste nell'ascoltare i sibili, che sono praticamente impossibili da percepire in molti ambienti, e spruzzare acqua saponata nell'area sospetta. Si tratta di un metodo approssimativo che può creare rischi di scivolamento.
L'attuale strumento per la ricerca di perdite dei compressori è un dispositivo elettronico portatile, o rilevatore acustico ad ultrasuoni, che riconosce i suoni ad alta frequenza associati alle perdite d'aria. I classici rilevatori a ultrasuoni aiutano a individuare le perdite, ma richiedono tempi operativi lunghi e gli addetti alle riparazioni in genere li utilizzano solo durante i periodi di inattività pianificati, quando la manutenzione di altre macchine critiche consente di sfruttare al meglio il tempo a disposizione. Queste unità richiedono inoltre che l'operatore si trovi vicino all'apparecchiatura per poter localizzare le perdite, il che ne rende difficile l'uso in punti difficili da raggiungere come soffitti o dietro altre apparecchiature.
Oltre al tempo necessario per individuare le perdite utilizzando acqua saponata o rilevatori a ultrasuoni, possono verificarsi problemi di sicurezza quando tali tecniche vengono utilizzate per la ricerca di perdite sopra o sotto un'apparecchiatura. Arrampicarsi su una scaletta o strisciare intorno a una macchina può rappresentare un pericolo.
Una rivoluzione nella localizzazione delle perdite di aria compressa
Cosa accadrebbe se esistesse una tecnologia di rilevamento in grado di individuare la posizione precisa di una perdita da una distanza di 50 metri, in un ambiente rumoroso, senza dover spegnere i macchinari? Fluke ha sviluppato una telecamera industriale che fa proprio questo. I responsabili della manutenzione industriale definiscono la telecamera acustica industriale ii900 Fluke come una "rivoluzione" nell'attività di ricerca delle perdite di aria compressa.
Questa nuova telecamera acustica industriale, in grado di rilevare un range più ampio di frequenze rispetto ai dispositivi a ultrasuoni tradizionali, utilizza la nuova tecnologia SoundSight™ per offrire scansioni visive avanzate delle perdite d'aria, con la stessa modalità con cui le termocamere rilevano i punti caldi.
La ii900 include una serie di minuscoli microfoni ultrasensibili, in grado di rilevare le onde sonore e ultrasoniche. La ii900 riconosce una sorgente sonora in un potenziale punto di perdita, quindi applica algoritmi brevettati che interpretano il suono come una perdita. I risultati producono un'immagine SoundMap™, una mappa a colori sovrapposta all'immagine visiva, che mostra esattamente dove si trova la perdita. I risultati vengono visualizzati sullo schermo LCD da 7" come un'immagine fissa o un video in tempo reale. La ii900 può salvare fino a 999 file di immagine o 20 file video a scopo di documentazione o conformità.
Le aree di grandi dimensioni possono essere analizzate rapidamente, il che aiuta a localizzare le perdite molto più velocemente rispetto ad altri metodi. Lo strumento consente inoltre di filtrare intervalli di intensità e frequenza. Un team di un grande impianto di produzione ha di recente individuato 80 perdite d'aria in un solo giorno utilizzando due prototipi ii900. Il responsabile della manutenzione ha affermato che ci sarebbero volute settimane per trovare un numero di perdite così alto utilizzando i metodi tradizionali. Grazie all'individuazione e alla risoluzione rapida delle perdite, il team ha anche evitato potenziali tempi di inattività, che in questo impianto possono portare a circa $100.000 all'ora in termini di perdita di produttività.
Dove si nascondono le perdite:
- Attacchi
- Tubi flessibili
- Tubi
- Raccordi
- Giunti filettati
- Sganci rapidi
- FRL (gruppi filtro, regolatore e lubrificatore)
- Separatori di condensa
- Valvole
- Flange
- Guarnizioni
- Serbatoi di contenimento pneumatici
Quanta aria stai sprecando?
Il primo passo per controllare le perdite in sistemi d'aria compressa, gas e vuoto è stimare il carico di perdite. Qualche perdita (meno del 10%) è prevedibile. Ma oltre questo limite risulta dispendiosa. Il primo passo è determinare il carico di perdite esistente in modo da poterlo utilizzare come base di partenza per un confronto con i miglioramenti ottenuti.
Il metodo migliore per stimare il carico di perdite si basa sul sistema di controllo. Se l'impianto dispone di comandi di avvio/arresto, è sufficiente avviare il compressore quando non vi è alcuna richiesta sul sistema, dopo l'orario di lavoro o fuori turno. Quindi, prendere diverse misure dei cicli di funzionamento del compressore per determinare il tempo medio di scarico del sistema. Senza apparecchiature in funzione, lo scarico del sistema è dovuto a perdite.
Perdita (%) = (T x 100) ÷ (T + t)T = tempo di carico (secondi), t = tempo di scarico (secondi)
Per stimare il carico di perdite in sistemi con strategie di controllo più complesse, posizionare un manometro a valle del volume (V, in litri), inclusi tutti i ricevitori secondari, la rete e le tubazioni. Senza alcuna richiesta sul sistema, ad eccezione della perdita, portare il sistema alla normale pressione di esercizio (P1, in Pascal). Selezionare una seconda pressione (P2, circa la metà del valore di P1) e misurare il tempo T (in secondi) impiegato dal sistema per raggiungere P2.
Perdita (l/s aria libera) = [(V x ( P1 - P2) ÷ (T x 101325)] x 1,25
Il moltiplicatore di 1,25 corregge la perdita alla normale pressione del sistema, contribuendo così a una riduzione della perdita con la diminuzione della pressione del sistema.
Una localizzazione e una riparazione efficienti delle perdite possono comportare una sostanziale riduzione dei costi per le aziende che utilizzano sistemi d'aria compressa. Queste aziende non solo possono risparmiare energia riparando le perdite, ma possono anche migliorare i livelli di produzione e prolungare la durata delle apparecchiature.