SERVIZIO ARIA COMPRESSALaria compressa va utilizzata come fluido vettore di energia, usata per trasferire a distanza energia meccanica in ambiti molto ristretti (rispetto allenergia elettrica anche essa trasferitrice di energia meccanica) anche perch il rendimento molto basso dovuto alle fughe e alle perdite di carico 20-30%. Per a differenza della elettrica ha numerosi vantaggi quali la sicurezza come nel caso di aziende a rischio di esplosione. Un altro vantaggio che il peso delle apparecchiature mobili molto ridotto rispetto alle elettriche e quindi lergonomia ne giova.Gli strumenti pneumatici possono essere dotati di apparecchiature per limitare la coppia massima adottando una valvola di massima pressione, mentre nel caso delle apparecchiature elettriche avremmo bisogno di frizioni meccaniche avendo non pi una coppia massima ma un range limite potendo avere la rottura ad esempio del bullone.Laria compressa molto indicata per realizzare moti lineari e ad alta frequenza ed inversione di moto( perch non abbiamo fenomeni ad inerzia elevata essendo la densit bassa) cosa che con lelettrica dobbiamo fare accoppiando rocchetto e cremagliera o usando un sistema con solenoidi con problemi di giochi. Quindi adatta per sistemi di automazione.Inoltre si usa nei sistemi di ventilazione accoppiata a compressori centrifughi cosi da non essere inquinata a causa di liquido lubrificante come nel compressore alternativoLaria un miscuglio di gas alcuni dei quali come azoto ossigeno possono essere assimilati a gas perfetti che rispondono alla famosa formula dei gas perfetti. Altri come il vapore dacqua e lanidride carbonica hanno un comportamento non assimilabile ai gas perfetti.Un parametro che ci dice il contenuto di vapore dacqua presente nellaria lumidit che deve essere abbassata radicalmente perch fenomeni di condensazione sono molto pericolosi perch condensandosi diventa liquida e quindi fluido incompressibile e cosi facendo possiamo arrivare a pressioni troppo elevate, inoltre abbiamo anche problemi di corrosione. Laria inoltre viene additivata per conferire potere lubrificante.Il parametro che ci dice a che livelli di vapore dacqua sono disciolti nellaria lumidit relativa funzione della pressione parziale a sua volta funzione della temperatura. Al crescere della temperatura cresce la quantit di acqua che pu essere contenuta nellaria. Lo strumento per misurare lumidit dellaria lo psicometro.Il parametro piu importante per lumidit assoluta cio i gr di vapore contenuti nel kg di aria secca che ci servir a dimensionare il separatore di condensa.Laria segue un ciclo composto da aspirazione compressione ed espansione.In una compressione isoterma Aumentando la p la umidit relativa aumenta tendendo ad 1 quindi posso raggiungere la condizione di rugiada ma nella realt la compressione non isoterma a cui compete il minor lavoro di compressione. Mettiamo una politropica o una adiabatica che rappresenta meglio la realta e perci arriviamo al punto B con una temperatura superiore. Ora non possiamo dire se lumidit aumenta o diminuisce perch la pressione parziale di saturazione aumenta con la temperatura. Landamento della UR con la pressione ha legge lineare ma con la temperatura no. UR infatti piu sensibile alla temperatura per cui con la politropica UR diminuisce.Bordello di calcoli boh

Supponiamo di avere un pistone che si muove in un cilindro e ne facciamo il diagramma del ciclo

B detto rapporto barico (pscarico/paspirazione)Dobbiamo cercare di limitare larea che corrisponde al lavoro di compressione e inoltre la temperatura nel punto finale elevata che comporta problemi di lubrificazione delle pareti del pistone con le pareti del cilindro. Questa temperatura porta a vaporizzare lolio di lubrificazione che porta a problemi di inceppamento di tenute delle valvole di scarico e del pistone.( compressori piccoli a 1 stadio sono soggetti a grippaggio) A livello industriale si usa un compressore a due stadi: si parte sempre da una pressione iniziale e arrivo alla pressione finale tramite uno stadio intermedio . Durante la face SD si ha un raffreddamento che inoltre serve a un risparmio di lavoro pari allarea tolta. Il raffreddamento affidato allintercooler ( aria-aria/aria-acqua). Si hanno quindi un minor lavoro per ciclo una minor potenza del motore elettrico e quindi un miglior rendimento. La UR diminuisce lungo le compressioni ma aumenta durante il raffreddamento ecco perch alla fine di questa fase va messo uno scaricatore di condensa che elimina la fase liquida possibilmente condensata. Dobbiamo mettere il giusto scaricatore di condensa (troppo piccolo passa acqua troppo grande costo troppo elevato):

Il 2 stadio costituito da un cilindro analogo al primo con cilindrata minore pech laria ha un minor volume specifico essendo compressa. Laria verr distribuita a temperatura ambiente perci dobbiamo raffreddarla attraverso un raffreddatore finale (scambiatore a superficie) e un ulteriore scaricatore di condensa cosi da prevenire fenomeni di erosione e corrosione che metterebbero fuori uso le valvole e le tubazioni. Prima della rete mettiamo un serbatoio per lo stoccaggio dellaria che ha un ulteriore funzione di raffreddamento dellaria con un abbassamento del contenuto di umidit. Il serbatoio dotato sul fondo i una valvola che fa uscire ulteriore condensa a pressione. Per questo motivo il prelievo dellaria compressa dal serbatoio avviene dalla sua parte superiore. Un'altra funzione del serbatoio quella di smorzatore di pulsazioni dovute al moto alternato del compressore. Infatti durante il giro del compressore laria non viene inviata costantemente ma ci sar una frazione a giro a cui corrisponde laspirazione una che corrisponde la compressione e una che corrisponde linvio dellaria. Se non ci fosse il serbatoio alle utenze allora arriverebbe aria in modo non costante quindi la portata sarebbe non costante cosi come la pressione in quanto nella fase di pompaggio(scarico) la pressione cresce e diminuisce poi nelle due fasi successive. Quindi avrei delle sollecitazioni alternate su tutte le apparecchiature successive al compressore che potrebbero cedere per fatica. Anche installando il serbatoio non posso annullare tale pulsazione ma questa pulsazione questo delta P sar funzione del volume del serbatoio quindi a un grande volume le oscillazioni delle pressioni si riducono. Altra funzione del serbatoio quella di Accumulo dellaria nel caso che le utenze richiedessero delle rese daria variabili. Si parla di resa daria e non portata daria perch questa comprimibile e perci la resa va riferita alle condizioni standard di 1 atm e 20C in normalm^3

Calcolo volume del serbatoio

Recentemente sono sviluppati dei compressori con macchine rotati che inviano aria alla rete in modo uniforme anche se vengono utilizzati solo per portate elevate. Per potenze inferiori si usano ancora gli alternativi. Il problema piu grosso quello della lubrificazione perch laria non ha potere lubrificante. Ho quindi problemi di tenuta perch non riesco a garantire la lubrificazione delle parti . Nei motori alternativi endotermici lapertura e la chiusura sono comandati meccanicamente mentre nei compressori pneumaticamente cio dal gioco di pressione che si realizza allinterno del cilindro. Il compressore costituito da un cilindro al cui interno c il pistone collegato alle condotte di aspirazione e di scarico.Il pistone si porta dal dpunto morto inferiore a quello superiore descrivendo il diagramma indicato;

Quando il pistone si sposta causa allinterno del cilindro una depressione, la pressione esterna fa si che la valvola si apra e faccia entrare laria. Quando avviene il movimento contrario la valvola si chiude e il fluido non appena raggiunge la pressione di scarico fuoriesce dalla condotta di mandata attraverso un'altra valvola che si apre non appena si supera un certo valore di pressione. In genere la portata di un compressore supera di 20 30% la portata media richiesta cosi da far fronte a picchi di domanda o a variazioni sulla linea. La portata di un compressore data dalla sua cilindrata per il n giri per il rendimento volumetrico causato dal gioco esistente tra cilindro e pistone. Per regolare la portata si agisce sul numero di giri del motore del compressore. Il motore generalmente di tipo asincrono dove data la frequenza per date coppie polari si ha un ben preciso numero di giri. Si potrebbe variare la frequenza tramite dei dispositivi elettronici detti inverter cosi da poter cambiare il numero di giri in modo continuo. Luso degli inverter per comporta dei grossi costi oltre che problemi di manutenzione. Si potrebbe anche usare un cambio continuo cosa che porta costi notevoli. Se non si vuole usare linverter si adotta una distribuzione del tipo o tutto o niente, dove nei periodi di fermata del compressore interviene il serbatoio. Il compressore funziona quindi in modo intermittente e si sfrutta un serbatoio di grosse capacit. Questo fatto comporta anche benefici nel raffreddamento del motore e la sua minore usura e quindi una vita utile maggiore. Esiste per il problema del ravviamento decompressore: infatti allinterno del serbatoio la pressione oscilla da un valore max a uno min. Ci sar un pressostato che comanda laccensione o lo speglimento del compressore tramite un contatto elettrico. Quando si ravvia il compressore la coppia meccanica richiesta quella massima a causa delle inerzie perci questo produce un affaticamento dal punto di vista elettrico (cresce la temperatura negli avvolgimenti). Si cerca di mantenere il motore sempre in funzione allora attraverso sistemi di messa a vuoto che lo scollegano dalla rete di distribuzione.Esistono vari tipi di messa a vuoto: Intercettazione della tubazione di aspirazione e aumento dello spazio mortoNel primo caso si usa una elettrovalvola collegata con il pressostato che chiude il condotto di aspirazione del cilindro quando la pressione del serbatoio raggiunge il valore max. Cosi facendo il pistone non potr comprimere aria. Se la durata della messa a vuoto si prolunga nel tempo a causa degli attriti si avr un innalzamento della temperatura degli organi meccanici.Il secondo sistema sfrutta laumento dello spazio morto che la quantit daria che resta sempre tra il cielo del pistone e la testata del cilindro. Si usa una elettrovalvola comandata dal pressostato in modo da aprirla cosi da mettere in comunicazione linterno del cilindro con un volume supplementare di pari cilindrata.Un terzo metodo fa uso di una valvola di aspirazione che tramite un sistema meccanico rimane aperta fino a quando non si raggiunge la pressione minima allinterno del serbatoio. Essendo la valvola aperta il pistone aspira aria e la rimanda nuovamente fuori cosi facendo la condotta di aspirazione funge anche da condotta di scarico. Il lavoro per fare ci il 10% del caso normale e inoltre si sopperisce il problema del raffreddamento degli organi interniAppena si ha che la pressione nel serbatoio si abbassa al valore minimo si disinserisce la messa a vuoto e il compressore riprende il suo normale funzionamento.Tutto ci valido se i periodi di sosta non sono molto grandi. Per questo motivo si inserisce un timer il quale superato un certo tempo (alcuni minuti) si stacca tutto il sistema. Il funzionamento riprende quando la pressione raggiunge il valore minimo. Il ravviamento del motore posto con la messa a vuoto cosi da comportare minori coppie meccaniche e quindi minori correnti elettriche.I compressori volumetrici sono realizzati anche con motori a palette. Costituiti da uno statore e da un rotore che rispetto al primo ha un eccentricit che quella che produce la portata. Allinterno ci sono delle palette e quando il rotore in movimento ci sono volumi di aria che vanno variando ogni 180. Nascono problemi perch laria non ha propriet lubrificanti e se la trattiamo la inquiniamo perci esistono turbocompressori che producono variazione di pressione grazie alla variazione di energia cinetica che fa assumere allaria e non ha bisogno di tenute meccaniche e ha minori problemi di lubrificazione in quanto laria non viene in contatto con il lubrificante.RETE DI DISTRIBUZIONEI dati del problema riguardano la distribuzione planimetrica delle macchine. In genere la pressione uguale per tutte le attrezzature e se ci sono differenze possiamo frazionare la rete in rete ad alta pressione o rete a bassa pressione.Ipotizziamo di voler realizzare una rete per aria compressa di tipo centralizzato.(quasi mai si usa un tipo decentralizzato come quello del servizio oleodinamico). Di solito la centrale di compressione posta nel perimetro del complesso industriale per poter aspirare aria dallesterno.La rete di distribuzione pu essere a semplice colletore a doppio collettore o ad anelloPer semplice collettore la rete parte dalla centrale di compressione e con un unico collettore distribuisce laria alle varie utenze.

Lutenza pi disagiata quella che pi distante dal compressore perch ha una maggiore caduta di pressione lungo la rete. La lunghezza della rete un dato del problema. Per il diametro se si usa lo stesso per tutti i tratti si ha un dispendio di materiale essendo la portata diversa tratto per tratto. Il diametro influenza la velocit media e quindi a parit di portata le perdite di carico. Bisogna procedere assicurandosi che lutenza piu disagiata abbia una caduta di pressione complessiva contenuta entro certi valori ( 8 bar es max 0.3 bar). Il diametro deve essere tale da avere una caduta di pressione relativa allutenza piu lontana che non superi i 0.3 bar. Usando uno stesso diametro per tutta la linea si consegue un risparmio sui pezzi di ricambio e sugli accessori presenti in magazzino ma si spreca del materiale. Adottando piu diametri si hanno costi di magazzino superiori (ricambi per ogni diametro) ma si risparmia sulla linea. Essendo le utenze in cascata la velocit di attraversamento del fluido va via via diminuend e questo per reti molto lunghe rende ladozione di un unico diametro sconveniente dal punto di vista economico. Se la rete corta invece vonviene realizzare la rete con un unico diametro. Supponiamo di avere una rete corta. In questo caso usiamo delle formule semiempiriche che esprimono la caduta di pressione in funzione del diametro:

Per n utenze imponendo il Delta P si trova il diametro:

Abbiamo per considerato solo le perdite distribuite. Se la rete presenta cuve valvole e diramazioni ci saranno delle perdite localizzate ce si pu tener conto valutando la lunghezza equivalente della linea.Per reti lunghe e avendo ad esempio 3 diametri usiamo la formula imponendo il delta P:Abbiamo una equazione in 3 incognite. Aggiungiamo la formula in cui parzializziamo il Delta P massimo:

dove il singolo delta P : (imponiamo forse i singoli delta P)

Dobbiamo infine considerare che lungo il suo percorso laria si va raffreddando dando luogo condensa e quindi occorre mettere degli scaricatori di condensa. Per lo spessore dobbiamo trovare lo spessore meccanicamente resistente che possa garantire una durata sufficientemente lunga.Per doppio collettore si hanno appunto due collettori che garantiscono la continuit del servizio anche nel caso di interventi di manutenzione, di presenza di nuove utenze di modifiche della linea ecc. Il contro che costa di piPer rete ad anello si ha un anello chiuso al quale sono collegate le varie utenze che viene alimentata da un compressore in un punto generico. Questa presenta una migliore distribuzione del fluido e si ha possibilit di intervento senza arrestare lerogazione purch si inseriscano delle valvole di intercettazzione a monte e a valle della nuova utenza. Presenta i vantaggi della rete a doppio collettore e quelli economici del semplice collettore.Il principio sempre lo stesso lutenza piu disagiata non deve subire una perdita di carico superiore a un determinato valore. Il problema qui che difficile stabilire qual lutenza piu disagiata, infatti la portata totale si divide in due parti a noi sconoscite. La sezione corrispondente allutenza piu disagiat detta sezione neutra. (possono capitare due sezione neutre e il tratto che le unisce non viene attraversato da fluido molto raro cmq). Trovata la sezione neutra si ottengono due reti a semplice collettore. Bisogna imporre che la caduta di pressione relativa al lato destro sia uguale a quella relativa al lato sinistro.Per una singola utenza si ha :Se ci fossero state altre utenze:Si preferisce usare uno stesso diametro perch la manutenzione sarebbe troppo difficoltosa.Si commette comunque un errore usando il principio di sovrapposizzione su un sistema che non lineare dovuto allerrore di non aver frazionato i valori delle portate di destra e di sinistra e non nel bilancio di portata . Ci porta ad avere due cadute di pressione diverse in ogni caso la percentuale di errore commesso pari alla seguente formula deve essere mantenuta entro una certa soglia: