Come uscire dalla crisi energetica

L'uscita dalla crisi energetica deve essere accompagnata dalla realizzazione coerente di tutte le possibili fonti di risparmio. Ciò richiede molto impegno e collaborazione con le aziende che offrono soluzioni che consentono di mitigare gli aumenti estremi dei costi di fornitura di gas ed elettricità anche nel breve periodo.

Nella ricerca di potenziali risparmi, la fornitura di aria compressa, indispensabile per l'industria, spicca sempre perché, questa forma di energia, è prodotta dalle aziende stesse

Per realizzare questi risparmi sui costi, sono necessari specialisti a vari livelli, dalla generazione alla purificazione e distribuzione, fino alla qualità dell'aria compressa richiesta nel punto di utilizzo. Ad esempio, Donaldson, uno dei principali produttori di filtri, è riuscito a risparmiare 460.000 kWh di elettricità nell'anno fiscale 2021 attraverso azioni mirate nella fornitura di aria compressa nei suoi stabilimenti americani (fonte: Rapporto di sostenibilità di Donaldson, anno fiscale 2021). Tradizionalmente, gli sforzi per il risparmio energetico si sono concentrati sui compressori d'aria. Il loro consumo di elettricità è facile da monitorare e gli sviluppi tecnologici nei compressori e nei relativi sistemi di controllo sembrano aver raggiunto i loro limiti in termini di principi di progettazione significativi legati alla riduzione della domanda di energia elettrica.

Quindi, da dove si può partire quando la generazione di aria compressa è attuata a regola d’arte, i dati sono registrati digitalmente e anche la riduzione delle perdite ha successo in una rete di aria compressa ben progettata (Fig. 1)?

Evitare le perdite di pressione è un compito costante e una delle attività più efficaci per ottenere una maggiore efficienza energetica. E la tecnologia di filtrazione gioca un ruolo decisivo in questo senso. Anche un miglioramento della filtrazione dell'aria in ingresso (Fig. 2) influisce sui componenti del filtro a valle (Fig. 3) durante il processo di compressione e quindi anche sulla purificazione dell'aria compressa. Prima che il vettore energetico "aria compressa" raggiunga gli attuatori, gli elementi di controllo pneumatici e le molteplici utenze, il suo compito come aria di processo, si può ipotizzare che attraversi un minimo di circa sei fino a diverse centinaia di filtri specifici per le varie utenze. E ogni stadio di filtrazione comporta una perdita di pressione, che viene compensata da un maggiore consumo energetico dei compressori.

L'influenza della tecnologia di filtrazione sul fabbisogno energetico non deve quindi essere sottovalutata. La ricerca e lo sviluppo di Donaldson hanno riconosciuto molto presto che l'interazione tra le prestazioni di filtrazione e la pressione differenziale può essere progettata attraverso la struttura del mezzo filtrante in modo tale da ottenere un notevole potenziale di risparmio energetico.

I fattori di successo della tecnologia UltraPleat™ ...

La tecnologia di filtrazione UltraPleat (Fig. 4) utilizza una nuova struttura di fibre high-tech rivestite, che vengono trasformate in un mezzo filtrante plissettato con un'elevata efficienza di separazione delle particelle liquide e una grande capacità di assorbimento per le particelle solide. La struttura multistrato del nuovo materiale filtrante è stata progettata per fornire condizioni fluidiche ottimali e, allo stesso tempo, una superficie filtrante superiore di oltre il 400% rispetto a quella dei materiali filtranti avvolti.

Per la separazione degli aerosol di olio, si ottiene un'efficienza ≥ 99,9 % secondo la norma ISO 12500-1:2007. I dati sulle prestazioni dei filtri secondo le norme ISO 12500-1 e ISO 12500-3:2009 sono stati validati anche da un istituto indipendente per la ricerca energetica e ambientale. Il fatto che sia stato possibile raggiungere queste elevate prestazioni di filtrazione riducendo al contempo la pressione differenziale di un ulteriore 50% sottolinea il successo dello sviluppo di questa tecnologia di filtrazione per aumentare l'efficienza energetica e conservare le risorse (Fig. 5). Un semplice calcolo esemplificativo dimostra il grande vantaggio economico di questa tecnologia: Una pressione differenziale inferiore di soli 300 mbar per 8.000 ore di funzionamento consente un risparmio di circa 4.700 € per filtro UltraPleat all'anno (pressione di rete 7 bar, potenza del compressore installata 110 kW, 0,18 €/kWh).

... e alloggiamenti ottimizzati per la portata con economizzatore

L'elevata efficienza degli innovativi elementi filtranti viene sfruttata appieno negli alloggiamenti dei filtri ottimizzati per il flusso. Tuttavia, un prerequisito, è il monitoraggio continuo della pressione differenziale per l'intera durata di vita degli elementi filtranti a coalescenza o antiparticolato. Dovrebbero essere sostituiti quando i costi energetici della crescente pressione differenziale raggiungono i costi di investimento per un nuovo elemento filtrante. L'indicazione del momento di sostituzione più economico è fornita nella versione standard dall'economizzatore o dall'economizzatore (Fig. 6), che misura continuamente la pressione differenziale. Il microprocessore integrato valuta i dati misurati e confronta l'aumento dei costi energetici dovuti alla perdita di pressione con i costi di un nuovo elemento filtrante. L'indicazione del tempo di sostituzione più economico è fornita dall'economizzatore, che misura continuamente la pressione differenziale. Il microprocessore integrato valuta i dati misurati e confronta l'aumento dei costi energetici dovuti alla perdita di pressione con i costi di un nuovo elemento filtrante.

Elevate portate richiedono soluzioni ad hoc

Per portate di aria compressa maggiori, che richiedono soluzioni individuali con alloggiamenti adattati all'applicazione (Fig. 7), si pone il problema se i risultati delle misurazioni della serie standard DF-UltraPleat possano essere "estrapolati". Wolfgang Bongartz, Engineering Manager di Donaldson ad Haan/Germania, spiega: "Poiché i banchi di prova presso istituti indipendenti, sono disponibili anche per grandi portate, disponiamo di un database affidabile per confermarlo. La struttura dei filtri è stata ottimizzata per i diversi gradi di filtrazione. Con la convalida dei nuovi elementi secondo le norme ISO 12500-1 e 12500-3, si ottiene una completa comparabilità dei dati sulle prestazioni. Per l'utente, ciò si traduce in una lunga durata dell'elemento filtrante con una pressione differenziale costantemente bassa, parametro decisivo per il risparmio energetico.

Estrapolato ai milioni di filtri per aria compressa utilizzati in tutto il mondo, questo è un fattore per la riduzione dell'inquinamento da CO2  che non dovrebbe essere sottovalutato, e l'elettricità "verde" non è gratuita (Fig. 8).

Come gli essiccatori raggiungono prestazioni elevate risparmiando energia

Solo una sofisticata tecnologia di filtrazione può ottenere la necessaria essiccazione dell'aria compressa fino alla filtrazione sterile nel punto di utilizzo. I concetti di trattamento adattati all'applicazione, che soddisfano i requisiti della norma ISO 8573-1:2010 con classi di qualità 1-2:1-2:1-2 e 0, utilizzano sistemi di essiccazione dotati di filtri a risparmio energetico UltraPleat (Fig. 9).

Ai fini di un utilizzo economico degli essiccatori ad adsorbimento, la scelta del processo di rigenerazione, tenendo conto delle condizioni operative, riveste un'importanza decisiva. Se il calore del compressore è disponibile, può essere utilizzato economicamente per la rigenerazione nel cosiddetto processo Heat of Compression (HOC). La durata del ciclo è di 3,5 - 5,5 ore. Se è disponibile il calore di processo, è possibile migliorare ulteriormente il bilancio energetico.

Per un'elevata qualità dell'aria compressa al punto di utilizzo

Se, ad esempio, non è richiesta per tutte le utenze una qualità dell'aria compressa particolarmente elevata, corrispondente alle classi di qualità dell'aria compressa secondo la norma ISO 8573-1:2010, ciò ha un impatto sulla progettazione della centrale di trattamento e della rete di aria compressa. Livelli di qualità particolarmente elevati possono quindi essere raggiunti in modo più economico nel punto di consumo utilizzando il sistema di purificazione Ultrapac™ Smart (Fig. 10). Sono disponibili dieci taglie con portate nominali da 5 a 100 m³/h. Il prefiltro UltraPleat™ integrato trattiene le particelle solide e le sostanze in sospensione, nonché gli aerosol liquidi (olio/acqua). Lo stadio di essiccazione ad adsorbimento adsorbe l'umidità fino a un punto di rugiada in pressione di -70 °C, al 70 % di carico nominale (standard -40 °C). Nella fase finale, le particelle solide residue fino a 0,01 μm vengono trattenute nel post-filtro integrato UltraPleat.

Conclusione

Nel percorso verso una produzione neutrale dal punto di vista climatico, la filtrazione dell'aria e dei gas compressi è un fattore che può essere influenzato positivamente. Grazie ai materiali filtranti innovativi e agli alloggiamenti dei filtri ottimizzati per il flusso, è possibile realizzare elevati potenziali di risparmio energetico. Utilizzando un solo filtro a risparmio energetico di ultima generazione, i costi energetici possono essere ridotti di circa 4.700 euro all'anno con un prezzo dell'elettricità di 0,18 euro/kWh. A causa dell'elevata richiesta di aria compressa, ciò ha un effetto particolare nell'industria di processo. Centinaia di migliaia di filtri sono utilizzati in tutto il mondo per generare l'elevata qualità dell'aria compressa richiesta dalla norma ISO 8573-1:2010 con le classi di qualità 1-2:1-2 e 0. - Un fattore notevole nella riduzione dell'inquinamento da CO2 !