Ottimizzare i consumi di aria compressa

I costi relativi all’energia necessaria per far funzionare i dispositivi ad aria compressa di uno stabilimento rappresentano una quota compresa tra il 20% e il 40% dei costi generali. Safen, una società con la quale Stima sta sviluppando business con il marchio Aireka, realizza soluzioni innovative per il risparmio energetico nel campo dell’ingegneria fluidomeccatronica. Oltre a recuperare fino all’80% dell’energia utilizzata, viene abilitato lo smart monitoring nei processi industriali.

di Elena Magistretti

Aireka è il nuovo brand di Stima, “contenitore” di prodotti innovativi per l’automazione. Sono due i partner con cui l’azienda sta collaborando su più fronti: Simian Project, start-up nata nel 2007 nel cuore della Packaging Valley bolognese, in grado di offrire una gamma completa di prodotti e soluzioni per la refrigerazione ad aria compressa e Safen Fluid & Mechanical Engineering, start up nata nel 2011 nell’ambito dell’incubatore I3P del Politecnico di Torino per lo sviluppo di soluzioni energy saving innovative nel campo dell’ingegneria fluido-meccatronica. La filosofia di Safen, orientata al risparmio energetico, è declinata nei suoi prodotti industriali installabili nelle principali utenze pneumatiche. Infatti, per ottenere un risparmio nei consumi di aria compressa sostanziale e monetizzabile, occorre agire non solo sull’efficienza della produzione e del trasporto (sala compressori e rete di distribuzione), ma anche sul modo in cui l’aria viene utilizzata dalle utenze.

Una tecnologia brevettata che agisce direttamente sui consumi delle utenze
Le principali utenze che possono essere ottimizzate con le tecnologie Safen sono i cilindri pneumatici, i soffi e la produzione del vuoto.
La tecnologia con cui si riesce ad agire in modo incisivo sul consumo d’aria in queste utenze è la Pneumotrasformazione (brevettata), grazie alla quale parte dell’energia che verrebbe normalmente dissipata dal cilindro tramite gli scarichi, viene riutilizzata per generare altra energia utile all’attuazione dello stesso. Inoltre l’elettronica integrata permette di calibrare le portate in entrata e in uscita dal cilindro per migliorarne l’efficienza diminuendo ulteriormente il consumo di aria, ma mantenendone le prestazioni. La visione del futuro si concretizza con la raccolta e l’elaborazione dei dati generati: vengono raccolti dai sensori presenti al suo interno, trasmessi wireless al computer ed elaborati da un software che permette di effettuare un monitoraggio costante del sistema da parte dell’operatore, consentendogli inoltre di intervenire per risolvere eventuali malfunzionamenti e non pregiudicare quindi né il risparmio né il corretto funzionamento dell’applicazione. In questa cornice, il sostegno di I3P a Safen è risultato fondamentale; grazie al network dell’incubatore è stato possibile l’ingresso nella compagine societaria della Safen del gruppo CLN, il cui apporto di capitale ha permesso lo sviluppo industriale della filosofia della Pneumotrasformazione elaborata dalla start up.
Tale filosofia è stata racchiusa nel CROV_DS, un dispositivo fluido-meccatronico per l’energy saving, lo smart metering e la manutenzione predittiva rivolto alle industrie manifatturiere che utilizzano l’aria compressa come vettore energetico. Si consideri in tal senso che i costi relativi all’energia necessaria per far funzionare i dispositivi ad aria compressa di uno stabilimento rappresentano una quota compresa tra il 20% ed il 40% dei costi generali.

Un dispositivo plug & play che riduce fino all’80% il consumo di aria compressa
Il principio della pneumotrasformazione è alla base del dispositivo CROV_DS: sfruttando il riutilizzo dell’aria compressa, ancora energeticamente densa, messa a scarico di un cilindro pneumatico, e diminuendo la pressione con modalità non dissipative, il CROV permette di consumare molta meno aria compressa. In particolare la pressione viene ridotta controllando l’espansione di un quanto energetico di aria compressa, producendo quindi lavoro nel passare da un livello di pressione più alto verso un livello inferiore. All’interno del CROV si trovano 4 valvole di potenza gestite da elettropiloti che, a loro volta, ricevono i segnali da una scheda elettronica in grado di elaborare i segnali provenienti da 4 trasduttori di pressione che permettono il calcolo e la misura di tutte le variabili fisiche necessarie al controllo di forza e velocità del cilindro.
Si tratta di una soluzione plug & play installabile facilmente lungo il piping, fra la valvola di commutazione e il cilindro. È di semplice installazione e non comporta la ridefinizione delle fasi del processo produttivo in cui viene inserito.
La ricerca del massimo target di saving possibile è realizzata attraverso un’intelligenza artificiale di bordo sensorizzata.
La stessa elettronica necessaria per attuare la Pneumotrasformazione consente anche di monitorare in tempo reale i consumi, quantificare il risparmio e, soprattutto, ottenere un flusso informativo fondamentale sullo stato di salute della valvola e del cilindro, permettendo di implementare ciò che viene definita manutenzione predittiva. Un software dedicato, installato in ufficio manutenzione, comunica con i dispositivi e mantiene sotto controllo tutte le installazioni CROV, diagnosticando le prestazioni di cilindri e valvole asserviti, e rilevando anche le perdite interne che normalmente non vengono individuate. In caso di perdita, il CROV opera una compensazione riducendola al valore minimo necessario per garantire la funzionalità dell’utenza asservita oppure, se possibile, la elimina del tutto
In sintesi, il CROV consente un risparmio fino all’80% dell’energia per la produzione di aria compressa, oltre alla possibilità di verificare se i cilindri perdono o le valvole trafilano, e quindi di agire sulla manutenzione in maniera predittiva.

Gli altri prodotti che contribuiscono al risparmio energetico
Smart monitoring e manutenzione predittiva figurano tra gli obiettivi principali dell’Industria 4.0. Gli UGET, che ottimizzano i soffi, sono dispositivi meccanici progettati e realizzati per ottenere, a parità di prestazioni cinetiche in uscita, un consumo di aria compressa inferiore rispetto agli ugelli tradizionali.
A seconda delle applicazioni, è possibile anche ottenere un’ottimizzazione del sistema di alimentazione degli ugelli tramite la modulazione a larghezza di impulso (Pulse- Width-Modulation), con una riduzione dei consumi compresa tra il 40% e il 60%.
Questi dispositivi si installano generalmente nelle utenze pneumatiche impiegate in pulizia, raffreddamento, spostamento pezzi e, più in generale, laddove è necessario mantenere in sovrappressione un ambiente. La produzione di vuoto utilizzando aria compressa è una delle utenze pneumatiche più energivore. GEV è un sistema ottimizzato per il controllo della depressione negli azionamenti di ventose pneumatiche. Viene installato a monte delle ventose in sostituzione dei tradizionali ugelli di Venturi (eiettori), proponendo soluzioni su misura che prevedono l’impiego di cilindri semplice effetto o turbo pompe.
Un sofisticato sistema di controllo elettronico permette di gestire anche situazioni limite come, ad esempio, la fase di distacco che varia a seconda del materiale da movimentare con le ventose.
In questo caso i risparmi superano il 90%. Inoltre, il know-how Safen consente di incrementare le performance del proprio core product, apportando anche un vantaggio competitivo attraverso il revamping dei processi industriali.
In tale ottica, Microleak è uno strumento innovativo per verificare la tenuta in pressione e quantificare le perdite mediante tecnologia della caduta di pressione differenziale.