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Gli impianti di compressione al giorno d’oggi sono vastamente diffusi in molte sfere industriali e sono inoltre utilizzati in medicina e farmacia, nel settore automobilistico per la manutenzione dei veicoli, come fonte di aria compressa negli strumenti a funzionamento pneumatico ecc. L’aumento della domanda di gas compressi ha fatto sì che si sviluppassero numerosi tipi di compressori diversi per struttura, principio di funzionamento e caratteristiche tecniche. I compressori sono normalmente considerati apparecchiature di supporto, ossia non prendono parte attiva al processo produttivo, ma nonostante questo sono una parte necessaria e inalienabile della catena produttiva e dei sistemi tecnici.
In quanto spesso non c’è la necessità di integrare il compressore nella catena produttiva ed è sufficiente garantire il passaggio del gas compresso da esso prodotto, una soluzione logica consiste nell’unire il compressore e tutti i suoi apparecchi di supporto in un unico blocco che può essere acquistato, installato e avviato come un pezzo unico. Questo permette di semplificare le fasi di progettazione e di manutenzione. L’insieme degli apparecchi necessari alla produzione dei gas compressi è denominato impianto di compressione e include, oltre al compressore stesso, anche il motore, la trasmissione e altri elementi.
Struttura
Si osservano numerose varietà di composizione degli impianti di compressione, legate alle ampie possibilità di combinazione dei diversi elementi. L’insieme stesso degli elementi può variare di caso in caso, ma i principali sono i seguenti:
Naturalmente senza compressore l’impianto non è in grado di eseguire la sua funzione principale, ma il funzionamento è egualmente impossibile senza energia meccanica e quindi senza trasmissione. Il serbatoio è un contenitore intermediario dove si raccoglie il gas compresso e permette di attenuare la pulsazione del flusso uscente. In alcuni casi la sua presenza non è necessaria, e quindi questo elemento può non far parte dell’impianto. Sul basamento si collocano tutti i macchinari. A volte il serbatoio stesso può assumere il ruolo di basamento, se le dimensioni e il peso del compressore lo permettono.
La quantità delle componenti dell’impianto di compressione cambia in base alle esigenze legate al compito da eseguire. Se il gas compresso è fortemente inquinato oppure se il suo livello di inquinamento può crescere costantemente, è necessario installare dei filtri aggiuntivi che possono essere in funzione continua o essere avviati in base alla necessità.
In alcuni casi l’impianto si trova in continuo funzionamento per lungo tempo e non può essere fermato per manutenzione o riparazione. Per risolvere questo problema è necessario disporre di un compressore di riserva oltre a quello o a quelli principali. In questo modo quando un compressore deve essere riparato o ha bisogno di lavori di manutenzione viene escluso dalla catena di lavorazione del gas e al suo posto viene attivato il compressore di riserva. Così il funzionamento dell’impianto non viene interrotto, la produttività non è ridotta ed è allo stesso tempo possibile eseguire tutti i lavori necessari. Si possono in questo modo fermare a turno i diversi componenti dell’impianto così da garantire una ciclicità di periodi di funzionamento e riposo.
Oltre ai suoi elementi principali l’impianto può essere dotato se necessario di diversi sistemi e dispositivi di supporto. Per aumentare la durata del servizio dell’impianto ad esempio si installano dei sistemi di lubrificazione e refrigerazione (a olio o ad aria), come anche diversi filtri per il gas, collocati prima o dopo il compressore. Nel caso in cui invece l’impianto debba garantire la produzione di gas compresso con volume e pressione in continua variazione, viene aggiunto un sistema di strumenti e dispositivi di controllo e misurazione, oltre a un’interfaccia per la gestione. Quando l’impianto di compressione è un blocco a se stante utilizzato in condizioni climatiche difficili è anche dotato di sistemi di riscaldamento e ventilazione per garantire un ambiente di lavoro ottimale all’interno.
Classificazione
Per via della complessità della propria struttura gli impianti di compressione vantano una classificazione molto articolata che si basa sulla classificazione dei diversi elementi dell’impianto. Naturalmente la classificazione di base è operata in base al tipo di compressore utilizzato, secondo il quale gli impianti si dividono in:
Del primo gruppo fanno parte i compressori a pistone, a membrana, a palette, a vite ecc. In questi compressori è la riduzione del volume della camera di compressone che porta a un aumento della pressione interna e quindi a un aumento significativo della pressione del gas in uscita.
Nel secondo gruppo troviamo i compressori centrifughi, assiali e a getto, in cui l’aumento della pressione è raggiunto grazie all’aumento dell’energia cinetica del flusso del gas che in parte si trasforma in energia potenziale di pressione.
Inoltre per classificare gli impianti ci si può basare sulle caratteristiche principali del compressore. Le caratteristiche principali sono dunque:
Dipendentemente dalla pressione prodotta si distinguono i compressori ad altissima (più di 100 MPa), alta (da 10 a 100 MPa), media (da 1,2 a 10 MPa) e bassa (da 0,15 a 1,2 MPa) pressione. La produttività (il volume) invece si divide in piccola (fino a 10 m3/minuto), media (da 10 a 100 m3/minuto) e grande (più di 100 m3/minuto).
Il principio di azionamento è invece un fattore secondario per la classificazione del compressore e comprende sia il motore che la trasmissione meccanica che trasmette il movimento dall’albero del motore a quello del compressore. Sulla base di questo aspetto possiamo distinguere gli impianti di compressione con motore a diesel, a benzina, elettrico e altri, e con trasmissione a cinghia, a catena, a ruota dentata e altre. Questa classificazione è particolarmente importante nel caso dei compressori trasportabili perché nel luogo di utilizzo del compressore la disponibilità di alcuni tipi di energia può essere limitata. Ad esempio dove le linee elettriche sono lontane è più semplice e più logico utilizzare gli impianti di compressione a carburante liquido o gas: sarà infatti possibile organizzare separatamente il trasporto del carburante necessario.
Una qualità molto importante degli impianti di compressione consiste nella possibilità di essere trasportati. In base a questo distinguiamo:
Gli impianti trasportabili possono essere dotati di diversi tipi di basamento mobile, a cominciare da quelli con le rotelle per finire con i rimorchi chiusi per autovetture. La scelta dell’opzione più adatta in questo caso dipende dal luogo di utilizzo e dalla funzione dell’impianto. Se si tratta di una carrozzeria è sufficiente installare il compressore e tutti gli elementi necessari su una piattaforma mobile che si può facilmente muovere manualmente all’interno del locale di utilizzo. Nel caso di un compressore più potente e di grandi dimensioni utilizzato ad esempio per fornire aria compressa a uno strumento a uso edile la soluzione preferibile è quella di collocare l’impianto in un rimorchio o nel telaio stesso di un’autovettura.
In base al tipo di piattaforma sulla quale è disposta l’apparecchiatura gli impianti di compressione possono quindi essere installati su:
La collocazione del compressore, del motore e della trasmissione direttamente sul serbatoio è una soluzione molto diffusa in quanto l’impianto risulta compatto e garantisce un facile accesso alle diverse parti per il controllo e le riparazioni. Inoltre l’impianto può essere trasportabile se il serbatoio è dotato di ruote. Gli impianti più grandi e complessi sono invece installati su dei telai fissati su un basamento. Tutta la struttura può costituire un blocco a se stante completo di sistema di ventilazione e riscaldamento, il che permette di trasportare l’impianto e utilizzarlo in qualsiasi condizioni climatiche.
Sfere di utilizzo
Le numerose possibilità di utilizzo degli impianti di compressione possono essere divise in alcune sfere principali. Una di queste è la produzione di aria compressa da fornire a diversi strumenti a funzionamento pneumatico. In questo campo i macchinari più richiesti sono quelli mobili, spesso utilizzati dai servizi stradali ed edili, ma anche nel caso di aerografi per la verniciatura (fissi o mobili) e di impianti per la sabbiatura.
Un'altra sfera di utilizzo molto diffusa è quella della compressione di gas (tra cui anche l’aria) per garantire il funzionamento di diversi apparecchi in fabbriche e imprese. Si tratta di torchi pneumatici, motori a funzionamento pneumatico, gru, rubinetteria di regolazione ecc. Dato che queste attrezzature sono prevalentemente fisse e di grandi dimensioni, gli impianti di compressione a essi destinati sono fissi e adattati ai macchinari ai quali saranno connessi.
Nel settore chimico gli impianti di compressione sono utilizzati per fornire gas compressi agli apparati per la sintesi chimica e sono quindi soggetti a delle esigenze tecniche aggiuntive, riguardanti il livello di resistenza chimica al gas lavorato, la pressurizzazione e la sicurezza rispetto al rischio di esplosione. Inoltre quasi ovunque nelle aziende sono presenti tubature che contengono azoto, usato per la ventilazione dei macchinari e dei tubi. I maggiori vantaggi dell’azoto consistono nel fatto che questo gas è inerte ed è facilmente accessibile, in quanto lo si può ricavare dall’aria con una lavorazione a membrana o frazionamento. Anche l’aria atmosferica o l’ossigeno puro sotto pressione sono utilizzati come agenti ossidanti nelle reazioni chimiche. Questo accade spesso nel settore metallurgico, nel quale gli impianti di compressione sono ampiamente presenti.
L’estrazione di gas dai giacimenti è caratterizzata da una serie di particolarità che rendono necessarie esigenze molto specifiche nell’organizzazione del processo. Possiamo distinguere tre fasi: quella di estrazione in crescita, costante e in aumento. L’estrazione del gas inizia a essere effettuata già durante la trivellazione e la costruzione del pozzo: questa fase è definita di crescita. Successivamente si passa alla fase di estrazione costante, quando il pozzo è pronto e la sua attività è regolata in base a fattori tecnici ed economici. Durante questo periodo vengono estratti circa 2/3 di tutta la scorta del pozzo. Nella fase successiva, quella di calo, la quantità di gas estratto è ridotta per via di inondazioni o di un diminuimento delle risorse erogate con effetti negativi sul rendimento, che portano a una chiusura graduale del pozzo. In questa fase viene estratta una quantità di gas pari o inferiore al 10% della riserva. Se si tratta di un giacimento di dimensioni piccole o medie, le prime due fasi possono non verificarsi e si passa direttamente all’ultima.
Normalmente all’inizio dell’estrazione la pressione del giacimento stesso è abbastanza per fare emergere il gas dal pozzo e portarlo all’impianto di lavorazione, dal quale verrà poi trasportato al gasdotto, senza l’utilizzo di impianti di compressione. Tuttavia questa pressione diminuisce gradualmente e durante la fase di estrazione costante e quella successiva possono presentarsi delle difficoltà in quanto la pressione non è più sufficiente a spingere il gas nelle gasdotto. Per questo l’estrazione del gas dal giacimento dal punto di vista tecnico si suddivide in due fasi: quella senza uso di compressore e quella con uso di compressore a scopo di aumentare la pressione del gas estratto. Le principali funzioni di questi impianti di compressione sono le seguenti:
Nel processo di estrazione la fase di compressione è molto importante. Nella fase in cui non viene usato il compressore si estrae circa il 50-60% della riserva di gas del giacimento, mentre successivamente, utilizzando il compressore, viene estratto il 20-30%, quindi una quantità notevole. I macchinari per l’estrazione del gas sono programmati per funzionare con una certa pressione, come anche il gasdotto. Quando la pressione del giacimento stesso è in calo, l’impianto di compressione permette di mantenere il livello di pressione richiesto: il compressore è quindi uno degli elementi fondamentali di questo processo.
Oltre che nei pozzi gli impianti di compressione possono essere installati anche nei depositi sotterranei: in questo caso la loro principale funzione consisterà nell’estrarre il gas per poi farlo arrivare al gasdotto. Con l’ausilio del compressore viene eseguito anche il processo inverso, cioè il passaggio del gas dal gasdotto al deposito. Un impianto adatto a questi utilizzi deve essere in grado di creare un alto livello di pressione in uscita per evitare un utilizzo scorretto del volume dello spazio disponibile per deposito del gas. I depositi sotterranei sono collocati in ambienti caratterizzati da rocce solide e permettono di mantenere una pressione del gas da 0,8 a 1 MPa.
Struttura e funzionamento
Gli impianti di compressione possono essere molto diversi dal punto di vista della struttura e dei componenti, ma hanno in comune i seguenti elementi principali:
L’elemento centrale di un impianto di compressione sono uno o più compressori, la cui funzione è quella di aumentare la pressione del gas. Il compressore si attiva grazie al motore. L’attrezzatura ausiliare invece consiste in altro tipo di dispositivi necessari al corretto funzionamento dell’impianto. Si può trattare di un sistema di circolazione dell’olio lubrificante, di un sistema di refrigerazione, di strumenti di misurazione e controllo ecc. Se l’impianto di compressione è un modulo a se stante, tra le attrezzature ausiliarie possiamo trovare anche il sistema di riscaldamento, di illuminazione, di ventilazione ecc.
Classificazione
Gli impianti di compressione sono dei macchinari complessi che svolgono la funzione di spostare e comprimere il gas. Dato che l’elemento centrale di questi impianti è proprio il compressore, dipendentemente da quest’ultimo si distinguono i diversi tipi di impianti:
I compressori a pistoni fanno parte di quelli di tipo volumetrico e funzionano grazie alla riduzione intenzionale del volume della camera di compressione, composta da un cilindro e un pistone in movimento. I principali pregi di questi macchinari sono la sua affidabilità e la struttura piuttosto semplice che facilita significativamente i lavori di manutenzione e di riparazione. I compressori a pistoni permettono di aumentare notevolmente la pressione del gas e rispetto agli altri tipi di compressori hanno un prezzo più basso. Tuttavia questi vantaggi sono accompagnati da uno svantaggio, ossia l’irregolarità del flusso di gas in uscita legata al moto rotototraslatorio del pistone. Inoltre questi macchinari sono più rumorosi e soggetti a vibrazioni durante il loro funzionamento. Queste caratteristiche sono proprie anche degli impianti di compressione dotate di compressori a pistoni. Gli impianti hanno infatti un costo piuttosto economico e sono facilmente utilizzabili, pur essendo in grado di raggiungere pressioni molto alte. I compressori a pistoni di piccole dimensioni possono essere installati senza difficoltà anche sui serbatoi, mentre per quelli più grandi può essere necessario un basamento più stabile.
Anche il compressore a vite è di tipo volumetrico, ma nel suo caso le camere di compressione consistono nello spazio tra il corpo di contenimento del compressore e una o più viti disposte a ingranaggio. Questi apparecchi possono creare una pressione notevole, che con dei compressori a pistoni potrebbe essere raggiunta solo con l’ausilio di più macchine in un sistema di compressione multifase. I compressori a vite, come anche gli impianti di cui fanno parte, sono più complessi e costosi rispetto agli altri, ma sono caratterizzati da una grande affidabilità e dalla semplicità nell’utilizzo. Il basso livello di rumorosità e le dimensioni ridotte permettono di utilizzare i compressori a vite anche in impianti trasportabili. Allo stesso tempo questi compressori sono presenti in grandi impianti nelle industrie e in imprese attive nell’estrazione del gas, in quanto sono in grado di fornire un flusso di gas compresso regolare, libero dalle pulsazioni che invece creano i compressori a pistone.
Il compressore a forza centrifuga aumenta la pressione del gas trasmettendovi energia cinetica, che a sua volta diventa energia potenziale di pressione. L’energia cinetica è emessa da pale collocate su una ruota in movimento, mentre la sua trasformazione in energia potenziale avviene durante il passaggio dal compressore al diffusore. In questo casi si tratta di un principio di funzionamento dinamico. I compressori centrifughi in condizioni analoghe non sono in grado di raggiungere le pressioni create dai compressori a pistoni e a vite; spesso vengono usati in impianti multifase per garantire il raggiungimento del livello di pressione richiesto. Allo stesso tempo i compressori centrifughi e i relativi impianti di compressione sono in grado di lavorare una grande quantità di gas, e sono quindi richiesti nelle imprese attive nell’estrazione del gas e in altri settori nei quali è richiesto un grande volume di aria compressa. Inoltre anche questi impianti forniscono un flusso di gas regolare senza pulsazioni, rendendo più semplice il pompaggio.
Il secondo più importante principio di classificazione degli impianti di compressione si basa sul tipo di motore utilizzato. Da questo fattore dipende il carburante che sarà necessario al funzionamento dell’impianto. Considerando che questi macchinari sono spesso collocati lontano dalle infrastrutture stradali e in luoghi difficilmente accessibili, la possibilità di fornire i diversi tipi di carburante può essere fondamentale per la scelta del compressore. I tipi di trasmissione più diffusi sono:
L’elemento principale del motore a gas è un motore a combustione interna funzionante alimentato da un carburante gassoso, una fonte di energia abbastanza economica e facilmente accessibile. Queste macchine sono affidabili e semplici da utilizzare. L’azionamento avviene grazie all’aria compressa, mentre la regolazione dei giri del motore dipende dal cambiamento del gas introdotto nei cilindri.
Nelle turbine a gas l’energia meccanica è ricavata tramite una turbina nella quale avviene l’espansione del gas precedentemente surriscaldato nella camera di combustione, contenente carburante e aria atmosferica. L’aria è introdotta nella camera grazie al compressore, quindi per avviare la turbina è necessaria una fonte di energia esterna (starter). Il compressore, la camera di combustione e la turbina sono gli elementi principali del blocco. Questo tipo di trasmissione è notevolmente diffuso in quanto non dipende dalla fornitura esterna di carburante e funziona grazie allo stesso gas lavorato dall’impianto di compressione. L’energia in eccesso è utilizzata per il riscaldamento, altri elementi dell’impianto e altri impianti vicini.
Malgrado necessitino di una fornitura esterna di elettricità, gli impianti di compressione a trasmissione elettrica presentano una serie di vantaggi rispetto a quelli finora descritti. Prima di tutto l’utilizzo dell’energia elettrica permette di risparmiare carburante e rende l’impianto più ecologico diminuendo le emissioni dannose per l’ambiente. In secondo luogo il motore elettrico è molto più semplice da regolare e automatizzare, aspetto che facilita il controllo del funzionamento di tutto l’impianto e permette di ridurre la quantità del personale. Inoltre le condizioni di lavoro sono decisamente migliori che negli altri impianti grazie alla ridotta rumorosità, alle poche vibrazioni e al basso contenuto di polveri dell’aria.
Compressori e ventilatori
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Nel caso dello svolgimento di gare di appalto l’azienda raccoglie elabora tutti i documenti necessari per la partecipazione, stipula i contratti per la fornitura dei vostri macchinari provvede alla registrazione del contratto di fornitura e allo sdoganamento degli impianti di compressione, registra presso le banche russe la documentazione prevista dal controllo valutario e necessario per poter effettuare i pagamenti in valuta estera.
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