Riduzione del consumo di aria compressa nelle applicazioni di essiccazione e di soffiaggio
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Nov 22
Probabilmente non dedicate molto tempo a riflettere su tutte le applicazioni del vostro impianto che richiedono aria compressa. Tuttavia, l’aria compressa è una risorsa costosa che può facilmente rappresentare 1/3 del consumo totale di energia elettrica di un impianto. Ciononostante, l’aria compressa viene spesso considerata un costo fisso e trascurata quando si valutano miglioramenti di processo. Se questo è il caso del vostro impianto, potrebbe essere il momento di riconsiderare tale approccio. Potreste riuscire a risparmiare decine di migliaia o addirittura centinaia di migliaia di dollari all’anno riducendo in modo significativo il consumo di aria compressa nelle vostre operazioni di essiccazione e di soffiaggio.
Oltre a ridurre drasticamente il consumo d’aria, apportare alcune modifiche può comportare altri effetti positivi:
• Riduzione del
rumore• Maggiore sicurezza dei lavoratori • Asciugatura e soffiaggio più precisi e ripetibili
Quindi, quali tipi di modifiche dovreste prendere in considerazione? Se per l’asciugatura e il soffiaggio utilizzate tubi aperti, tubi con fori o tubi con fessure, dovreste assolutamente prendere in considerazione l’uso di ugelli d’aria o sistemi a lama d’aria
. Sebbene i sistemi a tubi aperti siano veloci, facili ed economici da realizzare, gli svantaggi derivanti dal loro utilizzo sono numerosi:
• Consumo di aria ed energia elettrica molto elevato.
• Rumorosità elevata: il rispetto dei requisiti relativi ai livelli di rumore può rappresentare un problema.
• La sicurezza dei lavoratori può essere compromessa. L’elevato livello di rumore può causare perdita dell’udito e si possono verificare infortuni se un operatore blocca accidentalmente l’apertura del tubo.
I sistemi a lame d’aria alimentati da soffianti possono ridurre i costi operativi del 95% o più
Alcune operazioni di essiccazione e soffiaggio si prestano particolarmente all’uso di soffianti rigenerative e lame d’aria. L’utilizzo dell’aria delle soffianti al posto dell’aria compressa può comportare risparmi significativi e garantire un ritorno economico di migliaia di dollari all’anno. Oltre alla riduzione dei costi, i sistemi con lame d’aria e soffianti offrono:
• Aria pulita e riscaldata.
• Bassa rumorosità di funzionamento – non sono necessarie cabine insonorizzate.
• Facilità di installazione e funzionamento.
In generale, le seguenti applicazioni sono ideali per i sistemi con lame d’aria e soffianti:
• È richiesta la velocità piuttosto che l’impatto.
• L’olio presente nell’aria compressa causa problemi di qualità.
• Ampie aree di applicazione – oltre 60 cm.
• È necessaria aria riscaldata.
• Le lame d’aria possono essere posizionate vicino alla superficie di destinazione – 10 cm o meno.
I miglioramenti in termini di prestazioni ed efficienza dipendono dai singoli componenti utilizzati nel sistema
o pacchetto a lama d’aria/soffiante. Vi sono molti fattori da considerare, tra cui la lunghezza della lama d’aria, le dimensioni della fessura di uscita dell’aria, la potenza del soffiante e un’ampia gamma di componenti supplementari.
Integrità del flusso d’aria: un requisito imprescindibile nelle lame d’aria
La maggior parte delle lame d’aria presenta linee slanciate per facilitarne il posizionamento in un’ampia gamma di ambienti di produzione. Ma è qui che di solito finiscono le somiglianze di progettazione. Alcune lame d’aria presentano un bordo d’attacco sporgente che dirige il flusso d’aria fuori dalla lama in un getto rettilineo, producendo un flusso d’aria che mantiene la propria integrità meglio rispetto ad altre lame d’aria. Questo design sfrutta inoltre l’effetto Coanda e il trascinamento dell’aria per produrre in modo economico un flusso d’aria uniforme e costante.
Il design con bordo esteso migliora l’entrainment dell’aria e garantisce l’integrità del flusso d’aria.
L’effetto Coanda induce l’aria fornita ad aderire alla superficie della lama d’aria e contribuisce a mantenere l’integrità del flusso d’aria più a valle. Questo effetto crea inoltre una condizione favorevole all’entrainment dell’aria ambiente per aumentare il volume totale d’aria.
Il risultato di questo design del bordo d’attacco è un flusso d’aria uniforme, di elevato volume e costante lungo l’intera lunghezza della lama. I problemi di macchie e sbavature associati a molte lame d’aria vengono eliminati. Un altro vantaggio del design del bordo d’attacco è che fornisce una guida visiva per il posizionamento del flusso d’aria, indicando la direzione del flusso. Ciò consente un facile posizionamento della lama per garantire la massima copertura dell’area di destinazione.
Qualche informazione sui soffiatori
Analogamente alle lame d’aria, esistono diversi tipi di soffianti. Le prestazioni e i requisiti di manutenzione possono variare notevolmente, pertanto è importante valutare attentamente le alternative. I soffianti rigenerativi sono spesso consigliati per l’alimentazione delle lame d’aria per i seguenti motivi:
• Manutenzione minima
: a differenza di altri tipi di soffianti, quelle rigenerative sono robuste, affidabili e richiedono una manutenzione sporadica e minima.
•
Maggiore efficienza operativa: il principio di funzionamento dinamico ricicla una certa quantità d’aria, consentendo alle soffianti rigenerative di fornire prestazioni paragonabili a quelle di molte soffianti multistadio o a spostamento positivo.
IL PRINCIPIO REGENERATIVO
In un soffiante rigenerativo, lo spazio di compressione è costituito da un anello circolare cavo tra le estremità delle pale della girante e le pareti dell’alloggiamento. Durante il funzionamento, la girante rotante aspira aria dalla porta di ingresso nello spazio di compressione e la spinge radialmente verso l’esterno nell’alloggiamento curvo grazie alla forza centrifuga. L’azione è definita “rigenerativa” perché una certa quantità d’aria scivola oltre ciascuna pala della girante durante la rotazione e ritorna alla base della pala successiva per essere riaccelerata.
Lame d’aria a bassa portata: massima efficienza in spazi ridotti
Quando lo spazio è limitato e il processo non può tollerare alcun aumento di temperatura, le lame d’aria a bassa portata che utilizzano aria compressa rappresentano un’ottima opzione.
Questo tipo di lama d’aria eroga un flusso d’aria uniforme ad alta velocità su tutta la lunghezza della lama. L’asciugatura e la soffiatura sono rapide ed efficienti e il consumo d’aria è minimo. Rispetto a un tubo da 8 cm con tre fori, una lama d’aria a bassa portata da 8 cm consumerà circa il 92% in meno di aria. Un’altra caratteristica interessante delle lame d’aria a bassa portata è il livello di rumorosità. In molte applicazioni il rumore è inferiore a 70 dB(A), un valore inferiore rispetto a molte soluzioni ad aria compressa. Progettate per aree ridotte, le lame d’aria a bassa portata vengono in genere montate vicino al bersaglio. La lunghezza massima di una lama (o la lunghezza combinata di tutte le lame) è limitata a meno di 60 cm. Le applicazioni che richiedono solo una o due lame d’aria possono ottenere una significativa riduzione dei costi operativi utilizzando modelli a basso flusso.
I vantaggi delle lame d’aria a bassa portata includono:
• Flusso d’aria uniforme ad alta velocità.
• Basso livello di rumorosità.
• Profilo ribassato per facilitare il montaggio.
• Efficienza: consumo d’aria minimo.
Gli amplificatori d’aria aumentano l’intensità e l’efficienza
Un amplificatore d’aria a portata variabile rappresenta un’ulteriore opzione nell’utilizzo dell’aria compressa. Gli amplificatori d’aria producono un flusso d’aria costante e ad alta velocità per applicazioni di asciugatura e soffiaggio altamente mirate. L’efficienza è massimizzata poiché, insieme all’aria compressa, viene aspirata attraverso l’unità anche aria libera aggiuntiva.
Gli amplificatori d’aria variabili offrono in genere una copertura compresa tra 19 e 100 mm a una distanza di 150 mm. Comunemente utilizzati per operazioni di asciugatura localizzata, soffiaggio e scarico, gli amplificatori d’aria variabili sono ideali anche per le applicazioni robotizzate.
I vantaggi dell’utilizzo degli amplificatori d’aria variabili includono:
• Utilizzo estremamente efficiente dell’aria compressa: fino al 90% in meno rispetto ai tubi aperti e al 60% in meno rispetto agli ugelli d’aria.
• Erogazione di volumi d’aria maggiori e funzionamento a pressioni più elevate rispetto agli ugelli d’aria, per un’asciugatura e una soffiatura rapide.
• Bassa rumorosità.
Ugelli d’aria: una direzione migliore
Gli ugelli d’aria convertono un volume di aria compressa a bassa pressione in un getto d’aria concentrato ad alta velocità, in un ventaglio piatto o in una cortina d’aria ad alto impatto. Ideali per l’impiego in numerose applicazioni, gli ugelli d’aria sono disponibili in una varietà di tipi, portate, dimensioni e materiali.
Gli ugelli d’aria sono ampiamente utilizzati per la movimentazione dei materiali e per la pulizia, l’asciugatura e il raffreddamento dei componenti. L’elevato impatto fornito da questi ugelli garantisce un’asciugatura e una soffiatura efficaci anche per prodotti rotondi o di forma irregolare.
I vantaggi che gli ugelli d’aria apportano a ogni operazione includono:
• Una significativa riduzione del consumo di aria compressa rispetto ai tubi aperti.
• Una riduzione fino al 60% del livello di rumore percepito, a seconda della pressione iniziale dell’aria. A 7 bar, ad esempio, un tubo aperto produrrebbe un livello di rumore di 98 dB(A), mentre un ugello ad aria produrrebbe 85 dB(A), con una riduzione di 13 dB(A) e una riduzione del rumore percepito del 60%.
• Maggiore sicurezza. Il design di molti ugelli d’aria impedisce il blocco dell’aria qualora l’ugello venisse accidentalmente appoggiato contro una superficie piana.
• Il getto d’aria mirato erogato dagli ugelli può migliorare l’efficacia e l’efficienza delle operazioni di asciugatura e soffiaggio. Si ottiene comunemente un’asciugatura più completa, anche in fessure e interstizi.
Considerazioni sulla scelta degli ugelli ad aria
La maggior parte delle operazioni di asciugatura e soffiaggio può trarre vantaggio dall’uso degli ugelli d’aria. Tuttavia, prima di poter selezionare l’ugello più adatto alla propria applicazione, è necessario comprendere i seguenti termini.
Livello sonoro.
La portata, la pressione dell’aria e il posizionamento dell’ugello influiscono tutti sul
rumore• Portate e pressioni più elevate aumentano generalmente i livelli di rumore.
• Anche gli ostacoli nel percorso del getto o la spruzzatura contro oggetti aumentano i livelli sonori.
Copertura effettiva dello spruzzo.
La copertura dello spruzzo è la larghezza del cono di spruzzo per un ugello ad aria a ventaglio piatto. La copertura effettiva dello spruzzo è la larghezza del ventaglio, che comprende una misura minima della forza di spruzzo. Questa copertura può essere utilizzata come guida per la spaziatura degli ugelli. La copertura effettiva dello spruzzo varia a seconda dei diversi tipi di ugelli ad aria.
• La copertura effettiva generalmente aumenta all’aumentare della distanza dall’ugello.
Forza d’impatto lineare e specifica.
Esistono due tipi di impatto da considerare nella scelta degli ugelli ad aria: l’impatto lineare e l’impatto specifico massimo.
L’impatto lineare indica la forza relativa per unità di distanza lungo la larghezza del getto. I fasci di spruzzo piatti presentano una distribuzione dell’impatto abbastanza uniforme lungo l’intera copertura effettiva dello spruzzo. La spaziatura degli ugelli in una testata in base alla copertura effettiva dello spruzzo garantirà un impatto lineare uniforme su tutta la superficie di destinazione.
L’impatto specifico massimo è un’indicazione diretta dell’intensità di spruzzo applicata a una superficie. Fornisce informazioni sulla forza massima per unità di area, che possono essere utilizzate per confrontare l’efficacia dello spruzzo in varie condizioni.
• Sia l’impatto lineare che quello specifico aumentano con la pressione.
• A parità di portata, un ugello con una copertura più stretta avrà un impatto maggiore rispetto a uno con una copertura più ampia.
Ci sono molti altri fattori da valutare durante il processo di selezione:
• Per ridurre al minimo il consumo d’aria e il rumore, scegliere l’ugello con la portata più bassa.
• Per ridurre il rumore causato dall’impatto dell’aria sul bersaglio, aumentare la distanza tra l’ugello e il bersaglio, quando possibile.
• Per ridurre il numero di ugelli necessari, posizionarli in modo che investano lateralmente un bersaglio in movimento con un angolo relativamente basso.
• Quando si crea una cortina d’aria, posizionare gli ugelli a una distanza massima di 300 mm l’uno dall’altro.
• Quando si utilizzano ugelli d’aria per la pulizia, inclinarli da 15° a 45° per garantire la rimozione delle impurità.
Qualsiasi impianto che preveda operazioni di essiccazione o di soffiaggio può trarre vantaggio da una valutazione volta a determinare i potenziali risparmi e i guadagni in termini di efficienza derivanti dall’apportare modifiche ai propri sistemi. Certamente, se attualmente vengono utilizzati tubi a vista, è possibile ridurre il consumo di aria compressa, compensando rapidamente il costo di eventuali nuove attrezzature. Se gli ugelli d’aria sono già in uso, è consigliabile valutare alternative quali amplificatori d’aria a portata variabile, lame d’aria a bassa portata o pacchetti lama d’aria/soffiatore per verificare se sia possibile ottenere ulteriori risparmi.
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