Molte installazioni per la produzione di aria compressa offrono notevoli possibilità di risparmio energetico, spesso inutilizzate, sotto forma di recupero dell'energia di scarto. Nelle grandi industrie, i costi per l'energia possono raggiungere l'80% del costo totale di produzione di aria compressa. È tuttavia possibile recuperare una frazione considerevole di tale energia, con notevoli risparmi di denaro.
In una grande industria, un impianto centrale di compressione che consuma 500 kW per 8.000 ore di funzionamento all'anno dà origine a un consumo energetico annuo pari a 4 milioni di kWh. Le possibilità di recuperare quantità sostanziali di calore di scarto tramite aria calda o acqua calda sono consistenti. Nel caso dei compressori a vite oil-free, è ad esempio possibile recuperare sotto forma di acqua calda a 90 °C fino al 94% dell'energia fornita al compressore. Ciò dimostra che i metodi di risparmio energetico forniscono un rendimento sostanziale in modo rapido. Solitamente, il capitale investito per il recupero di energia viene a sua volta riacquisito in un periodo di soli 1 - 3 anni. Inoltre il recupero di energia mediante un sistema di raffreddamento chiuso migliora le condizioni operative, l'affidabilità e la vita di esercizio dei compressori grazie al mantenimento di un livello uniforme della temperatura e all'elevata qualità dell'acqua di raffreddamento. In questo ambito i Paesi scandinavi sono in qualche modo dei precursori e il recupero energetico è ormai prassi standard da molto tempo per le installazioni di compressori. La maggior parte dei compressori di dimensioni medio-grandi dei principali fornitori è oggi predisposta per il montaggio di attrezzature di recupero del calore di scarto.
Le leggi della fisica impongono che quasi tutta l'energia fornita a un'installazione di compressori venga convertita in calore. L'efficienza complessiva del sistema aumenta al crescere dell'energia recuperata e utilizzata in altri processi.
Se è possibile riutilizzare in modo efficiente l'energia ottenuta raffreddando un impianto d'aria compressa, in molti casi il recupero del calore può arrivare al 90%. Sono fattori decisivi il funzionamento del sistema di raffreddamento e la distanza dal punto di consumo, nonché il livello e la continuità del fabbisogno di calore. In presenza di grandi flussi termici, la vendita dell'energia termica recuperata è una possibilità da valutare. Un potenziale cliente è il fornitore stesso dell'energia elettrica, ed è possibile negoziare rapidamente un investimento, un sub-ordine e una fornitura. Ulteriori opportunità di risparmio derivano inoltre dal coordinamento del recupero di energia da più processi.
Il recupero di energia dalle installazioni d'aria compressa non sempre produce calore quando richiesto e in quantità sufficienti. Se i compressori sono soggetti a un carico variabile, la quantità di energia recuperata varia nel tempo. Affinché il recupero sia fattibile, deve esservi un fabbisogno relativamente stabile di energia termica. L'impiego migliore dell'energia termica di scarto recuperata consiste nell'integrare l'energia fornita al sistema. In questo modo l'energia disponibile viene sempre utilizzata quando il compressore è in funzione. Nel caso dei compressori raffreddati ad aria, che producono un flusso di aria calda con una portata elevata e una temperatura relativamente bassa, le opzioni consistono nel riscaldamento diretto degli edifici o nello scambio di calore con una batteria che necessita di preriscaldamento. L'aria di raffreddamento riscaldata viene quindi distribuita utilizzando una ventola.Quando gli edifici non richiedono ulteriore calore, l'aria calda viene rilasciata nell'atmosfera, sia mediante un controllo termostatico automatico, sia controllando manualmente la valvola a saracinesca dell'aria. Un fattore limitante è costituito dalla distanza fra i compressori e gli edifici da riscaldare, che deve essere limitata (selezionando preferibilmente edifici adiacenti). Le possibilità di recupero possono inoltre risultare limitate ai periodi più freddi dell'anno. Il recupero dell'energia contenuta nell'aria è più comune nel caso dei compressori medio-piccoli. Il recupero del calore di scarto dai sistemi di raffreddamento ad aria dei compressori dà luogo soltanto a perdite modeste a livello di distribuzione e richiede un investimento contenuto.
L'acqua con temperature fino a 90 °C proveniente dai compressori raffreddati ad acqua è in grado di fungere da integrazione per i sistemi di riscaldamento ad acqua calda. Se quest'ultima viene invece utilizzata per impieghi sanitari come lavabo o docce, oppure per attività di pulizia, è comunque necessaria una normale caldaia dimensionata per il carico di acqua calda. L'energia recuperata dal sistema di compressione dell'aria rappresenta una fonte di calore supplementare che riduce il carico sulla caldaia, consentendo di risparmiare carburante ed eventualmente di adottare una caldaia più piccola. I prerequisiti per il recupero di energia dai compressori d'aria differiscono in una certa misura a seconda del tipo di compressore. I normali compressori oil-free risultano agevoli da modificare per il recupero di energia. Questo tipo di compressori è ideale per l'integrazione nei sistemi di riscaldamento ad acqua calda, in quanto fornisce la temperatura dell'acqua (90 °C) richiesta per un recupero di energia efficiente. Nei compressori lubrificati a olio, quest'ultimo prende parte al processo di compressione, ed è un fattore che limita le possibilità di raggiungere temperature elevate dell'acqua di raffreddamento. Nei compressori centrifughi, i livelli di temperatura sono generalmente inferiori a causa del minore rapporto di pressione per ciascuno stadio di compressione, limitando di conseguenza il livello di recupero. Il recupero dell'energia di scarto contenuta nell'acqua è ideale per i compressori con motori elettrici di potenza superiore a 10 kW. Il recupero dell'energia termica di scarto contenuta nell'acqua richiede installazioni più complesse di quelle per il recupero del calore di scarto contenuto nell'aria. Le attrezzature di base consistono in pompe, scambiatori di calore e valvole di regolazione dei fluidi. Il recupero dell'energia contenuta nell'acqua consente inoltre di distribuire il calore a edifici distanti utilizzando tubi di diametro relativamente piccolo (40 - 80 mm), senza perdite di calore di rilievo. L'alta temperatura iniziale dell'acqua permette di utilizzare l'energia di scarto per innalzare la temperatura dell'acqua di ritorno dalle caldaie ad acqua calda. Ciò consente pertanto di disattivare periodicamente la normale fonte di riscaldamento, sostituendola con il sistema di recupero del calore di scarto dei compressori. Il calore dissipato dai compressori delle industrie di processo può essere impiegato anche per aumentare la temperatura dei processi stessi. È inoltre possibile recuperare energia di scarto dai compressori a vite lubrificati con olio e raffreddati ad aria. Ciò richiede l'installazione di uno scambiatore di calore nel circuito dell'olio; il sistema fornisce in tal caso acqua a temperature inferiori (50 °C - 60 °C) rispetto ai compressori oil-free.
Oltre a elettricità, acqua e gas, l'aria compressa è fondamentale nel nostro mondo. Forse non sempre ce ne rendiamo conto, ma l'aria compressa è dappertutto intorno a noi. Considerando che esistono così tanti impieghi per l'aria compressa e tanta richiesta, i compressori sono disponibili in tutti i modelli e dimensioni. In questa guida viene descritto cosa fanno i compressori, i motivi per cui sono necessari e i tipi di opzioni disponibili.
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