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I compressori, analogamente ad altri apparecchi complicati, hanno una serie di caratteristiche che variano notevolmente. Ciò nonostante si possono individuare alcuni parametri principali per l’apparecchio. Essi determinano il campo d’impiego del compressore, il calcolo e la selezione dell’apparecchio per ogni determinato uso. Altre caratteristiche vengono considerate secondarie ed esse stesse, nella maggior parte dei casi, dipendono dai parametri principali. Anche le caratteristiche secondarie incidono sulla costruzione, il funzionamento e l’efficacia generale del compressori, però in misura inferiore.

I parametri principali determinano le condizioni d’uso del compressore nonché le caratteristiche del gas compresso che possono essere ottenute tramite tale compressore. La comodità consiste nel fatto che a seconda del numero limitato di parametri, si può definire il campo d’impiego del compressore, oppure al contrario identificare gli apparecchi adatti al compito posto. La selezione può essere fatta usando un solo parametro oppure una serie di essi a seconda delle esigenze.

Le caratteristiche che incidono maggiormente sul campo di impiego del compressore sono le seguenti:

• pressione d’esercizio;
• capacità di produzione/portata;
• potenza.

Indubbiamente altre caratteristiche come ingombri, peso, temperatura del gas alla mandata, rumorosità ecc. possono incidere sul calcolo e sulla scelta definitiva del compressore, ma la scelta principale del dispositivo adatto si basa sulla portata e sulla pressione d’esercizio. Ad esempio, se per uno scopo particolare bisogna mandare aria ad alta pressione, ma con consumo contenuto, tale rapporto di parametri esclude immediatamente il gruppo di compressori alla pressione bassa come i compressori centrifughi e ad anello liquido. I tentativi di raggiungere la pressione richiesta con tali apparecchiature o risulteranno impossibili, oppure economicamente poco efficaci. Allo stesso tempo i compressori ad alta pressione per definizione sono più adatti a tali condizioni. La scelta più precisa dell’apparecchio può essere fatta usando varie caratteristiche secondarie e basandosi sui risultati dell’analisi tecnico-economica. I compressori a stantuffo saranno più economici dal punto di vista dei costi d’investimento, i compressori a vite possono garantire il livello maggiore della purezza d’aria, ma ambedue i tipi corrispondono alle richieste dal punto di vista dei parametri principali.

Solitamente il consumatore non ha, e spesso non può avere tutte le informazioni sulle caratteristiche del compressore che gli serve. Ha solamente le esigenze principali che deve soddisfare il compressore: quanto gas e a quale pressione dovrà aspirare e quanto limitata sarà la potenza assorbita. In altri termini la pressione d’esercizio, la portata e la potenza assorbita. A questo elenco base di caratteristiche senza alcun dubbio si possono aggiungere altre caratteristiche come la resistenza alla corrosione e agli agenti chimici dei componenti, la rumorosità, l’uniformità della mandata. In base a questi parametri possono essere scelti o costruiti diversi compressori che potranno svolgere il compito posto. Le differenze si presentano nei dettagli in base a cui il consumatore potrà scegliere la soluzione migliore, e il criterio della soluzione migliore può essere ciascuna delle caratteristiche secondarie, ad esempio la quantità di energia assorbita (nel caso di compressore col motore elettrico) oppure il costo di manutenzione dell’apparecchio. Nonostante le caratteristiche suindicate siano considerate le più importanti, esistono altri parametri che incidono sulla scelta del consumatore. Così la composizione fisica e chimica del gas può assumere l’importanza primaria, perché dalla capacità del compressore di muovere questo tipo di fluido non dipenderà solo la sua efficacia ma il suo funzionamento vero e proprio. Va aggiunto che il cambiamento dei componenti a quelli resistenti alle sostanze chimiche può aumentare il costo dell’apparecchio più volte. In altri casi possono rivelarsi determinanti le caratteristiche del gas alla mandata del compressore, la sua purezza, l’uniformità della mandata e la temperatura e non soltanto le caratteristiche del consumo e della pressione. Ad esempio, nell’industria alimentare ci sono esigenze più rigorose della purezza di fluidi e sostanze, per cui è inaccettabile l’uso dell’olio lubrificante per le viti nel compressore a vite se c’è possibilità di entrata del lubrificante nella mandata del gas. In questo caso altre caratteristiche non saranno prese in considerazione nella scelta finale del compressore. La differenza di queste caratteristiche pur importanti ma secondarie consiste nel fatto che il livello della loro importanza varia a seconda del caso, mentre la pressione d’esercizio, la portata e la potenza sono sempre importanti.

Principio di funzionamento

La classificazione più generica dei compressori viene fatta basandosi sul modo della compressione del gas. Qui si dividono due famiglie:

• compressori volumetrici;
• compressori dinamici.

I compressori volumetrici agiscono riempendo gradualmente la camera di gas e comprimendolo tramite riduzione del volume della camera. Per contrastare l’uscita del gas si usa un sistema di valvole che vengono aperte e chiuse nelle fasi del riempimento e dello svuotamento della camera. Nei compressori dinamici il fluido viene compresso sfruttando l’energia cinetica che poi viene parzialmente trasformata nell’energia della pressione. Lo stesso modo di compressione del gas può essere ottenuto tramite sistemi diversi che si differenziano per le caratteristiche del gas ottenuto, per le condizioni della compressione ecc. Questo permette di adattare nel miglior modo l’apparecchio al compito posto. 

Compressori volumetrici

I compressori volumetrici si dividono in seguenti categorie:

• a pistoni;
• a vite;
• ad ingranaggi;
• a palette;
• a membrana;
• ad anello liquido.

I compressori a pistoni apparvero tra i primi e mostrano benissimo il principio d’azione dei compressori volumetrici. Il meccanismo biella-manovella (manovellismo), azionato dall’albero, crea un moto alternativo del pistone nel cilindro. In questo modo la camera di compressione, limitata dal pistone e dal cilindro, cambia di volume a seconda della posizione del pistone. Il sistema di valvole unidirezionali esclude la perdita di gas all’inverso.

Anche le particolarità di costruzione permettono di suddividere queste apparecchiature in vari gruppi. Per la costruzione della camera di compressione i compressori possono essere monostadio e a doppio effetto. Questi ultimi hanno un pistone di spessore inferiore che divide la camera di compressione in due parti. Al suo funzionamento in una parte della camera di pressione il gas viene compresso e mandato nell’albero di mandata, e l’altra parte viene riempita di gas dall’albero di aspirazione. In questo modo in un ciclo di rotazione dell’albero vengono fatti due cicli di compressione. Per la quantità dei cilindri il compressore a pistone può essere ad un cilindro, a doppio cilindro, ecc. Se il gas viene compresso gradualmente in vari cilindri del compressore, questo tipo di apparecchiatura viene chiamato compressore multistadio, e la quantità di stadi viene determinata dalla quantità di cilindri. Per la posizione dei cilindri i compressori si dividono in orizzontali, verticali, ad angolo, a V e a cilindri contrapposti.

Per quanto riguarda il campo di applicazione i compressori si dividono in 4 categorie:

• Compressori ad uso domestico
  Questo tipo di apparecchiatura è caratterizzato da ingombri sostenuti, possibilità di trasporto, necessità di piccole quantità di liquido compresso, uso limitato nel tempo, rumorosità bassa. Non necessitano quasi del servizio di manutenzione. I compressori ad uso domestico di solito creano la pressione fino a 8 Ba. Un ciclo di funzionamento lungo ed intenso di questo tipo di compressori può causare un guasto notevole. I costi di riparazione possono essere paragonabili all’acquisto di un nuovo dispositivo. Questa categoria di compressori viene usata solitamente presso officine di riparazione, autofficine, nel settore edile.
• Compressori ad uso semi-professionale
  Sviluppando la pressione fino a 16 Ba, sono adatti a muovere fino a 2 metri cubi/min. Hanno un funzionamento sicuro. Possibili difetti sono rumorosità e necessità della regolare manutenzione. In questo tipo di compressori la quantità di olio nell’aria compressa è alta, per cui non hanno un consumo sostenuto. Consumatori sono persone private e piccole imprese
• Compressori ad uso industriale
  I compressori di questo tipo si utilizzano in vari settori in varie fasi del processo tecnologico. Consumatori sono imprese dell’industria leggera e pesante, autofficine, grandi produttori
  Sono muniti del deumidificatore assorbente e della cassa antirumore. Il collettore ha subito un trattamento anticorrosivo. Sono compressori ad alta pressione. La massima pressione d’esercizio alla mandata arriva a 60 Ba e viene creata tramite un motore elettrico potente
• Compressori che non richiedono lubrificazione dei cilindri
  Comprimono i fluidi diversi e vengono utilizzati nelle industrie in cui alla mandata viene un fluido puro senza olio. Come tenute vengono utilizzati anelli di tenuta del pistone fatti di un materiale composito. Le tenute a labirinto non sono stati molto efficienti ad uso pratico. I compressori che non richiedono lubrificazione dei cilindri lavorano senza manutenzione più a lungo.

Rappresentazione schematica del compressore a pistoni

I compressori a vite sono uno, due o più rotori accoppiati contenuti nella cassa del compressore. I compressori possono essere a un rotore, a due rotori ecc. All’azionamento dei rotori vengono creati degli spazi limitati dai rotori e dalle pareti del corpo del compressore. Questi compressori hanno un ingombro più sostenuto rispetto ai compressori a pistoni, sono molto più resistenti e hanno un rendimento superiore. Al funzionamento tra i rotori viene creata una frizione notevole, per cui per ridurre il consumo dei componenti si usano sostanze lubrificanti, solitamente l’olio di lubrificazione. Allo stesso tempo l’uso dei materiali antifrizione può escludere lubrificazione aggiuntiva, per cui si distinguono i compressori a vite a olio o senza olio (oil free). Gli ultimi vengono utilizzati nei casi in cui il contatto tra il fluido compresso e la sostanza lubrificante è inammissibile.

I compressori ad ingranaggi utilizzano come elemento operativo un paio di ingranaggi accoppiati giranti nelle direzioni opposte. Gli ingranaggi variano a seconda del modello e possono essere costituiti da ruote dentate. La camera di compressione in questo tipo di compressori viene creata riducendo lo spazio tra i denti dell’ingranaggio e il corpo del dispositivo. Quando i denti di ingranaggi si toccano, il volume della camera di compressione si riduce e il gas sotto pressione viene spinto verso mandata. Questo tipo di compressori viene usato quando è necessaria l’erogazione del gas a pressione bassa.

I compressori a palette hanno come particolarità un rotore con degli speciali incavi in cui sono inserite palette mobili. Il rotore è messo dentro un corpo cilindrico (statore), l’asse del rotore è disassato rispetto all’asse del corpo del compressore. Alla rotazione del rotore la forza centrifuga spinge le palette dal centro del rotore verso le pareti della carcassa del compressore, creando così camere a volume variabile limitate da palette vicine, dalla carcassa del compressore e dal rotore. Il cambiamento del volume delle camere di compressione è creato dal disassamento degli assi. Per aumentare la spinta delle palette verso le pareti del compressore, dentro gli incavi possono essere inserite delle molle di contatto. Analogamente ai compressori a pistoni, i compressori a palette possono creare una pressione notevole di gas alla mandata, ma hanno come vantaggio ingombri sostenuti e rumorosità inferiore.

I compressori a membrana hanno nella propria costruzione come caratteristica principale una membrana elastica polimerica. Dal punto di vista del principio di funzionamento sono simili ai compressori a pistoni, ma la funzione del pistone è svolta dalla membrana. La variazione del volume nella camera di compressione è creata dall’oscillazione della membrana. La valvole funzionano in modo analogo. Il comando della membrana può essere meccanico, pneumatico, elettrico o a pistone-membrana. Tutti questi tipi di comando hanno in comune in fatto che il gas compresso non viene in contatto con niente oltre alla membrana e la camera di lavoro. Questo rende i compressori a membrana particolarmente richiesti nei casi in cui è necessario il livello alto di purezza del gas compresso.

I compressori ad anello liquido usano al proprio funzionamento il liquido ausiliario. Il rotore con palette è messo dentro un corpo cilindrico (statore), l’asse del rotore è disassato rispetto all’asse del corpo del compressore. Dentro il compressore viene messo il liquido che, alla rotazione del rotore, viene spinto verso le pareti del compressore assumendo la forma dell’anello. Lo spazio della compressione è limitato dalle palette del rotore, dal corpo del compressore e dalla superficie del liquido. Analogamente al compressore a palette, il cambiamento del volume delle camere di compressione è creato dal disassamento degli assi. Il gas compresso in questo tipo di compressori inevitabilmente viene in contatto con il fluido, che parzialmente viene scaricato con il gas compresso, per questo è previsto il separatore del flusso di mandata e anche il costante reintegro del liquido ausiliario. Questo tipo di apparecchiatura viene usato quando il gas compresso ha già nella propria consistenza gocce del fluido ausiliario.

Rappresentazione schematica del compressore ad anello liquido

I compressori dinamici si dividono in seguenti categorie principali:

• radiali (centrifughi);
• assiali;
• a getto.

I compressori radiali devono il loro nome alla direzione del movimento del gas nell’apparecchio. Il compressore più semplice di questo tipo è costituito da una cassa dentro la quale è inserito una girante fissata su un albero. Le palette della girante alla rotazione spingono il gas dall’asse nelle direzioni radiali imprimendogli l’energia cinetica che poi viene parzialmente convertita in energia di pressione. Il gas arriva alla girante tramite una bocca assiale, poi arriva sulle palette, viene spinto in direzioni radiali, arriva nel collettore a spirale e poi viene mandato attraverso il diffusore di mandata. Le giranti di questi diffusori differiscono sia per la forma delle palette che per la costruzione generale, ad esempio possono essere chiuse o aperte. Inoltre i compressori centrifughi possono essere a più stadi avendo più giranti su un albero e creando il passaggio del gas attraverso queste giranti. Le apparecchiature di questo tipo hanno ingombri limitati, basse rumorosità e vibrazione al funzionamento. Sono adatti ai casi in cui è necessaria l’erogazione del gas pulito in grandi volumi.

Nei compressori assiali il fluido scorre parallelamente all’asse di rotazione. I principali elementi di tali apparecchiature sono il rotore fissato su un albero e statore (corpo). Il rotore è munito di una serie di palette, attraversando le quali il gas riceve l’aggiuntiva energia cinetica e assume un movimento vorticoso. Per raddrizzare il movimento del gas tra la palette del  rotore vengono introdotte le palette direttrici dello statore. La zona dove avviene il cambiamento delle caratteristiche del flusso del gas è limitata dal dispositivo direttorio di aspirazione e il dispositivo raddrizzatore di mandata. Queste apparecchiature sono notevolmente più complicate nella costruzione e nella manutenzione rispetto ai compressori radiali più semplici, però hanno una portata superiore con il livello identico della pressione.

Rappresentazione schematica del compressore assiale

I compressori a getto sono eiettori che utilizzano energia di un gas (attivo) o vapore per aumentare la pressione dell’altro gas (passivo) o vapore. Cioè in questo tipo di apparecchi vengono immessi due flussi di gas - di pressione alta e di pressione bassa, e alla mandata esce un flusso con la pressione superiore al flusso del gas passivo ma inferiore a quella del gas attivo. I compressori a getto sono caratterizzati da una costruzione semplice e, di conseguente, da grande affidabilità di funzionamento. Sono particolarmente preferibili nei casi in cui c’è già gas di alta pressione, la cui energia è utilizzabile. Questi compressori vengono usati ad esempio nel settore dell’estrazione del gas quando in un giacimento ci sono pozzi sia di alta che di bassa pressione. L’utilizzo del compressore a getto permette di ricevere un flusso unico con delle caratteristiche accettabili.

Rappresentazione schematica del compressore a getto

Campo di impiego

per quanto riguarda il campo di impiego e il settore industriale, i compressori si possono dividere in apparecchiature ad uso generico e quelle da utilizzare nel settore energetico, chimico, ecc.

Questa caratteristica in generale viene considerata la più importante, in quanto riflette la funzione principale del compressore - comprimere il gas, il che crea l’aumento della sua pressione. La pressione creata dal compressore di solito è misurata in Pascal (Pa), in bar (Ba) o in atmosfere (atm), possono essere usati anche millimetri di mercurio (mmHg), chilogrammo forza per centimetro quadrato (kgf/cm²) e libbre per pollice quadrato (PSI). Le unità di misura più diffuse sono i Pa e i Ba, che hanno la seguente correlazione 1 Ba = 0,1 MPa. Inoltre la pressione di esercizio può essere suddivisa in sovrapressione (P_изб) e pressione assoluta (P_абс). I loro parametri si differenziano per la pressione atmosferica (P_атм) con seguente relazione: Р_изб = Р_абс - Р_атм.

Nella scelta del compressione bisogna tenere conto del fatto che la pressione creata va diminuendo verso lo strumento di lavoro o l’apparecchio. La diminuzione della pressione può avvenire sia lungo tutta la tubatura che nei cosiddetti punti di perdite concentrate: valvole, curvature della tubatura, paletti, ecc. La pressione di esercizio del compressore deve coprire tutte le perdite quando viene inviata all’utenza e alla mandata deve corrispondere ai requisiti richiesti.

In certi casi possono essere importanti le condizioni dell’erogazione del gas compresso. Così i compressori a pistoni per la propria costruzione creano il flusso pulsante del gas compresso, mentre nei compressori a vite la compressione avviene uniformemente senza variazioni nel tempo. Nei casi come, ad esempio, l’applicazione a spruzzo di vernici e lacche l’uniformità della mandata è una condizione di lavoro importante. La riduzione delle pulsazioni della pressione del compressore può essere ottenuta in modi differenti. Così i compressori a pistoni possono avere camere di compressione diverse, i cui cicli di lavoro sono sfasati, il che permette di rendere il flusso finale più omogeneo. Però più spesso viene utilizzato il ricevitore - un contenitore in cui viene raccolto il gas compresso immesso dal compressore, il che permette di escludere quasi completamente la pulsazione del flusso del gas alla mandata.

In base alla pressione raggiunta i compressori si dividono in:

• a vuoto (rarefazione più di 0,05 MPa);
• a bassa pressione (da 0,15 a 1,2 MPa);
• a media pressione (da 1,2 a 10 MPa);
• di alta pressione (da 10 a 100 MPa);
• a pressione ultra elevata (più di 100 MPa).

Con la portata del compressore si intende la quantità del gas compresso nell’unità di tempo. Di solito si misura in m³/min, l/min, m³/ora ecc. La portata del compressore può essere indicata dal lato dell’aspirazione e dal lato della mandata, perché non equivalgono, dato che durante il processo di compressione il gas cambia il suo volume. Per la portata all’aspirazione si utilizzano condizioni standard, cioè con la pressione atmosferica e la temperatura di 20°C. La scelta di indicare la portata del compressore può dipendere dalla comodità di percezione a seconda del campo di impiego del compressore. Il calcolo del consumo del gas dalle condizioni all’aspirazione alle condizioni alla mandata può essere fatto usando formule speciali. Inoltre il calcolo aggiuntivo può essere fatto nel caso in cui il gas abbia una temperatura diversa.

In base alla portata i compressori si dividono in:

• apparecchiature di grande portata (più di 100 m³/min);
• di media portata (da 10 a 100 m³/min);
• di piccola portata (fino a 10 m³/min).

Generalmente la potenza, secondo una definizione standard, è la quantità di lavoro svolto nell’unità di tempo in relazione alla lunghezza di questa unità di tempo. Relativamente ai compressori è prodotto tra la portata del gas e il lavoro della compressione. Questa potenza viene chiamata teorica e si calcola con la seguente formula:

N_т = (Q∙ρ∙A)/1000

dove:

N_т - potenza teorica, kW;
Q - portata, m³/min;
p - densità del gas, kg/m³;
A - lavoro teorico della compressione, J/kg.

Tuttavia bisogna notare che la potenza teorica non equivale né alla potenza necessaria al compressore per il suo funzionamento, né alla potenza del motore collegato al compressore. Questo ha a che fare col fenomeno della perdita di potenza e si descrive con una serie di coefficienti di rendimento. Il processo della compressione che avviene nel compressore ha il proprio coefficiente di rendimento (a seconda del tipo di compressione), in più una parte della potenza si perde alla trasmissione meccanica. Per cui la potenza che va mandata all’asse di aspirazione si chiama la potenza sull’asse o la potenza effettiva, la cui correlazione con la potenza teorica si esprime con la seguente formula:

N_э = N_т/(η_м∙η_пр)

dove:

N_э - potenza effettiva, kW;
η_м - coefficiente di rendimento meccanico del compressore;
η_пр - coefficiente di rendimento della compressione del gas.

Se si prende in esame un compressore dotato del motore e della trasmissione, si hanno perdite di potenza aggiuntive che si esprimono corrispettivamente con i due coefficienti di rendimento - η_д e η_пер. In questo caso la potenza che va mandata al motore del compressore per il suo funzionamento equivale a:

N_д = N_э/(η_д∙η_пер)

dove:

N_д – potenza del motore del compressore, kW;
η_д – coefficiente di rendimento del motore;
η_пер – coefficiente di rendimento della trasmissione meccanica.

La presa in considerazione dei coefficienti di rendimento di tutti gli elementi del compressore è estremamente importante. Lo stesso motore può risultare inadatto per lo stesso compito della compressione del gas se sarà effettuata dai compressori di tipi diversi, dato che i loro coefficienti di rendimento possono essere differenti. La potenza che si usa per la compressione del gas può risultare insufficiente in conseguenza di grandi perdite. Ad esempio, in media il coefficiente di rendimento dei compressori a vite è il 95 per cento, mentre per i compressori a pistoni si aggira sull’80 per cento, per cui la differenza dell’efficacia dell’uso della potenza nell’apparecchio a vite rispetto a quello a pistoni può essere il 10-15 per cento.

Campo di impiego delle apparecchiature oil free include tutti i processi tecnologici sensibili alle impurità nell’ambiente di lavoro oppure là dove l’olio di lubrificazione può essere inquinato dall’ambiente di lavoro. Possono essere utilizzate in tanti particolari campi di impiego per butadiene, gas di riciclo dello stirolo monomero, soda calcinata, alchilbenzolo lineare, ecc. In tanti casi viene usata l’iniezione d’acqua per il raffreddamento del processo di compressione.

I compressori a vite ad olio possono sviluppare un coefficiente di rendimento leggermente superiore a quello dei compressori oil free e possono usare l’olio per il raffreddamento.

Con l’aumento dell’uso dei separatori per gli oli sintetici negli ultimi 20 anni è aumentato l’uso dei compressori a vite ad olio in molti campi. La maggior parte delle apparecchiature a vite per la compressione dei gas iniettano olio nella camera di lavoro per la lubrificazione, la condensazione e il raffreddamento nella quantità pari a 10-20 gal/min per 100 l. L’uso di questa elevata quantità di olio permette di trasmettere il calore, prodotto nel processo della compressione, all’olio e rende possibili le temperature basse alla mandata anche con alta percentuale di compressione.

I compressori centrifughi, detti anche compressori radiali, sono apparecchiature indispensabili per molti usi in molti campi industriali.

Questo tipo di apparecchi è in grado di ottenere la compressione sicura con ingombri molto limitati. I compressori centrifughi differiscono per tipo di costruzione (orizzontali e verticali), per profilo di palette sulla girante di lavoro, per lo spessore delle pareti dei componenti a seconda della pressione di lavoro.

Il loro uso principale consiste nella compressione del fluido, del gas o del composto di gas e fluido in un piccolo volume contemporaneamente all’aumento della pressione e della temperatura del fluido compresso.

I compressori centrifughi fanno parte dei compressori dinamici o turbocompressori. Il progresso tecnologico nei metodi produttivi è stato il fattore principale nello sviluppo delle turbomacchine moderne ad alto contenuto tecnologico. I principali componenti dinamici nel compressore centrifugo sono palette direttrici, girante, diffusore, camera a spirale e bocca laterale. Girante è responsabile di tutto il lavoro svolto col flusso di fluido, per cui non è possibile ottenere l’efficacia in tutto il compressore o in uno stadio di lavoro senza una girante progettata in modo corretto.

I compressori centrifughi si usano in tanti campi in cui occorre la compressione:

• impianti di frazionamento dell’aria
• settore metallurgico
• industria estrattiva

I compressori centrifughi si usano:

• nella lavorazione del gas naturale negli impianti per la liquefazione del gas e negli impianti della lavorazione del gas;
• per la compressione meccanica del vapore (per il condensamento del vapore creato dal liquido madre aumentando sia la pressione che la temperatura) nella dissalazione dell’acqua marina e nella produzione di carta e cellulosa;
• nella cattura e stoccaggio dell’anidride carbonica: CO2 viene catturata direttamente vicino alla fonte per evitare la fuoriuscita in atmosfera e poi viene trasportata nei siti indicati;
• nel settore energetico per la mandata dei gas combustibili, per la desolforazione dei gas combustibili, per il filtraggio della fuliggine, per la mandata dell’aria di servizio, come compressori ad aria dell’atomizzazione a pressione per turbine a gas.

I compressori centrifughi vengono utilizzati nei sistemi di recupero del gas dove il gas dei giacimenti gassiferi viene compresso oppure viene mandato nelle stazioni di rifornimento di gas o gasdotti. Il gas solitamente viene dai giacimenti diversi con pressioni differenti. Il gas viene compresso fino a 70-100 Ba. Di solito i compressori poco ingombranti vengono installati nella vicinanza del pozzo che fornisce il gas alla centrale a gas. In alcuni giacimenti di gas il livello della pressione all’aspirazione viene abbassato per separare il gas dal liquido.

Nella stazioni di rifornimento di gas che producono il gas secco e i prodotti del gas i compressori centrifughi partecipano ai seguenti processi di compressione:

• compressione ausiliare - (all’aspirazione) per adattare la pressione del gas all’aspirazione alla pressione dell’impianto;
• ricompressione - quando la pressione del gas naturale dall’impianto viene adattata alla pressione del gasdotto.

I compressori centrifughi di gas vengono utilizzati per l’iniezione del gas dai gasdotti nei serbatoi sotterranei di gas e viceversa. Il gas naturale contenente H2S e CO2 (gas acido) in alcuni casi viene compresso senza essere lavorato.

I compressori centrifughi stanno sostituendo i compressori a pistoni per fornire CO2 nella produzione di fertilizzanti (per esempio urea).

I compressori di questo tipo si utilizzano nei piccoli motori delle turbine a gas delle fonti di energia ausiliarie e nelle piccole turbine a gas aeronautiche.

I compressori ad aria centrifughi

Molti processi chimici richiedono aria compressa. Tipico esempio sono gli impianti di ammoniaca e gli impianti di frazionamento dell’aria. L’aria compressa viene usata per il funzionamento degli impianti meccanici, nonché per l’aerazione delle miniere.

I compressori centrifughi aumentano la pressione dell’aria grazie alle giranti - dischi rotanti - e  al diffusore per convertire l’energia della velocità in energia della pressione. Gli stadi di compressione servono per adattare una pressione eccessiva dell’aria al livello desiderato con la trasmissione dal motore elettrico, turbina a gas o a vapore. In altre parole, la compressione nel compressore centrifugo avviene a stadi, per cui l’aria rimane più fredda e il compressore ad aria risulta più efficiente sia dal punto di vista meccanico che dal punto di vista del consumo d’energia.

In alcuni impianti gassiferi integrati a ciclo combinato si utilizzano i compressori con ingombri grandi. Molto spesso qui vengono usati i compressori multistadio con trasmissione dal motore elettrico.

Inoltre, i compressori centrifughi vengono utilizzati negli impianti di frazionamento dell’aria. L’aria si compone di diversi componenti e il processo di frazionamento inizia dalla compressione dell’aria.

Tra gli altri vantaggi dei compressori ad aria centrifughi c’è la possibilità di fornire l’aria senza olio per l’industria alimentare, nonché la possibilità di produrre grandi volumi d’aria.

Negli ultimi anni molti produttori puntano sulla riduzione delle spese di impianto e di manutenzione. Così molti produttori recentemente offrono i compressori centrifughi che consistono di una serie di moduli tipologici precedentemente assemblati. L’uso di questi componenti modulari riduce la quantità dei componenti, le spese e, di conseguenza, velocizza il montaggio successivo dell’apparecchiatura. E per gli utenti diventa più facile fare la manutenzione.

L’utilizzo dei compressori a pistoni nell’industria è cominciato già agli inizi del secolo scorso. E’ uno dei primi tipi di compressori inventati che ha contribuito al progresso e allo sviluppo delle potenze produttive con cui abbiamo a che fare oggi. Il campo di impiego dei compressori che utilizzano la forza del movimento del pistone nella compressione del fluido attivo è abbastanza vasto.

Nei compressori a pistoni la compressione del fluido attivo avviene in seguito al movimento del pistone. Al funzionamento del compressore il pistone si muove su e giù nel cilindro. Le valvole vengono utilizzate per immettere il fluido attivo nell’apparecchio e emettere il fluido compresso dopo.

Il campo di impiego è determinato dalla presenza di notevoli vantaggi dei compressori di questo tipo.

I vantaggi dei compressori a pistoni:

• alto grado di compressione (il livello minimo della portata è illimitato);
• alto coefficiente di rendimento di lavoro;
• costi relativamente moderati;
• manutenzione comoda (meccanismo interno è semplice);
• possibilità di usarlo come compressore booster.

Grazie a questi vantaggi si può supporre che il compressore a pistoni per aria o gas venga utilizzato ancora a lungo in tanti processi tecnologici in vari stabilimenti.

I compressori industriali a pistoni vengono utilizzati nei processi tecnologici che richiedono alta sicurezza e efficienza ad uso lungo e continuo.

Sotto sono elencati i principali campi di impiego dei compressori industriali a pistoni:

• impianti per il frazionamento dell’aria
• biogas
• industria chimica
• macchinari criogenici
• tutela dell’ambiente e iniziative di protezione e ricostruzione ecologica
• ossido di etilene (glicole etilenico)
• produzione fertilizzanti
• industria alimentare
• riempimento bombole per aria compressa
• iniezione gas
• idrodesolforazione
• idroraffinazione
• lavorazione del gas ad uso industriale
• serbatoio per gas naturale
• industria del gas
• industria chimica
• stabilimento di produzione di polietilene
• produzione polietilene di bassa densità
• produzione polimeri
• produzione polipropilene
• produzione polisilicio
• pipelines
• settore metallurgico
• produzione carburante sintetico
• serbatoio del gas interrato
• processi di ossidazione
• impianti di reforming catalitico
• altro.

I compressori a pistoni si usano per la compressione dei seguenti fluidi attivi:

• aria e diversi gas anticorrosivi e miscele di gas
• ammoniaca
• argon
• benzolo
• gas secco
• toluene, xilolo
• biossido di carbonio
• ossido di carbonio
• cloro
• gas criogenico
• gas contenente polvere
• etilene
• etilene vinil acetato
• gas sotto pressione alta
• gas altamente corrosivi
• idrocarburi gassosi
• idrogeno
• cloruro di idrogeno
• idrogeno solforato
• gas naturale liquefatto
• idrocarburo gassoso liquefatto
• gas misti
• gas naturale
• azoto
• ossigeno
• aria di servizio
• refrigeranti
• gas tossici
• sostanze combustibili volatili
• altro.

L’avvento dell’autolubrificazione del cilindro ha aperto nuove prospettive nell’uso dei compressori a pistoni. In questo caso avviene il cambiamento delle tenute e delle guarnizioni a quelle autolubrificanti, con l’uso dei materiali compositi, il che previene l’usura dei cilindri e delle aste e successivamente assicura un processo tecnologico produttivo ben funzionante.

I compressori a pistoni sono stati molto efficienti nella lavorazione dell’aria compressa - fonte principale in tante industrie. ll rifornimento continuo dell’aria compressa è la condizione principale per il normale funzionamento dello stabilimento in generale.

Quando c’è necessità moderata dell’aria compressa, diventa ragionevole l’uso dei compressori ad uso semiprofessionale e ad uso domestico. I compressori ad uso domestico di solito vengono utilizzati nelle officine per riparazioni, nelle autofficine e nei lavori edili.

Le loro caratteristiche sono design con ingombri limitati, costo moderato, funzionamento nelle condizioni di piccoli e grandi carichi. I compressori monostadio si usano per la pressione solitamente fino a 8 Ba, mentre quelli multistadio creano la pressione fino a 16 Ba. Il funzionamento deve essere a intervalli. Il livello di funzionamento di un compressore con raffreddamento ad aria non deve superare il 60/70 per cento. Alcuni produttori consigliano il tempo massimo di funzionamento giornaliero fino a 4 ore, e dopo 2 minuti di lavoro è consigliabile una pausa di 1,5 minuti.

Tipico impiego

• essiccazione
• pompaggio
• verniciatura
• spruzzo d’acqua
• serraggio dadi
• schiodamento
• lavaggi ad alta pressione
• lavorazione a getto di sabbia
• chiodatura e staffatura
• soffiaggio professionale
• avvitamento professionale
• rivestimenti a polvere
• chiavi pneumatiche a percussione e a cricchetto
• pompaggio pneumatici autocarri

Alcuni modelli dei compressori a pistoni con basso livello di rumorosità vengono installati negli interni, vicino alle postazioni di lavoro.

Tipici campi di impiego possono essere:

• spruzzamento liquidi a scopo industriale
• martelli pneumatici e chiavi a percussione
• chiavi professionali a cricchetto e lavaggi ad alta pressione
• mestica prima della verniciatura.

I compressori a pistoni come parte integrante dei sistemi ad aria compressa si utilizzano nella produzione di generi alimentari e bibite, per esempio per pulire i contenitori (prima di riempirli di generi alimentari), per smistamento automatico della produzione e confezioni. Qui l’aria compressa viene utilizzata anche nel processo produttivo, per esempio per imbottigliamento.

Per alcuni usi la presenza d’olio nell’aria compressa non crea problemi. In altri invece occorre l’aria senza contenuto d’olio.

I compressori a pistoni oil free hanno una serie di vantaggi, come compatibilità ecologica - non ci sono perdite e fuoriuscite dell’olio. L’alto livello di sicurezza di questi compressori è dato anche dall’assenza del rischio di infiammazione, collegato alla fuoriuscita dell’olio vicino ai conduttori elettrici. L’olio non viene accumulato nel collettore d’aria. In questo tipo di compressori la quantità di componenti è inferiore, il che significa che ci vorranno meno pezzi di ricambio e meno servizio di manutenzione. La durata di funzionamento sarà più lunga. Per mettere in azione un compressore a pistoni oil free ci vuole meno energia, il che rende l’uso di questi compressori più economico per lo stabilimento. Tutti questi vantaggi fanno sì che il consumatore scelga questo tipo di compressori.

Tipici esempi sono industria alimentare e produzione di bibite, stampa digitale, cernita di riso, medicina, settore ferroviario.

Alcune compagnie hanno bisogno dell’aria compressa priva d’olio per usarla nella pulizia dei circuiti stampati sensibili. L’aria compressa può essere utilizzata per la pulizia dei macchinari usati nel processo tecnologico che è collegato con gli schemi elettrici.

Anche le compagnie farmaceutiche prestano una grande attenzione all’aria pulita nel processo della produzione dei farmaci. I compressori a pistoni oil free si utilizzano tanto in questi casi.

Nell’industria tessile l’aria compressa viene utilizzata per i macchinari tessili con spruzzatori d’aria.

Questi compressori a pistoni oil free si possono trovare nell’industria medica. Di solito hanno ingombri e peso moderati, il che permette di spostarli a ogni distanza in ogni posizione.

I compressori oil free si utilizzano nella produzione dei mobili imbottiti e mobili contenitori, piccoli lavori di verniciatura, per alimentazione di apparecchi stomatologici.

Compressori e ventilatori

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