Riduci il consumo di aria compressa

Nel settore Manifatturiero, i consumi energetici di produzione possono essere influenzati da diverse variabili. Una di queste, per esempio, è il consumo in eccesso e incontrollato di aria compressa utilizzato da alcuni impianti produttivi che comporta l’emissione di CO2 nell’ambiente. Infatt, in un tipico stabilimento industriale, l’aria compressa incide fino al 40% sui consumi energetici totali.

Il nostro cliente leader nel settore Automotive,  attento e sensibile al tema sostenibilità e, in questo momento storico, sensibile anche agli sprechi, ha richiesto il nostro intervento, poichè su alcune macchine di assemblaggio, in particolare confezionatrici, era necessario ottimizzare e ridurre i consumi di aria compressa intervenendo su alcune criticità:

• I compressori rimanevano in funzione anche in assenza di carichi, continuando ad assorbire energia elettrica
• I compressori restavano accesi anche al di fuori dell’orario lavorativo, dunque per tutta la notte. Il consumo di energia relativo ad un compressore quando l’impianto è fermo è pari al 25% del consumo quando la macchina lavora a pieno regime
• Sulla macchina erano presenti delle perdite d’aria non identificate. Era necessario Identificare quali fossero le perdite ed applicare delle azioni correttive.
• Emissione di CO2 nell’ambiente

Il fabbisogno di aria compressa in un impianto industriale, in genere, non è costante. Sfruttare queste variazioni di carico per ridurre il funzionamento a vuoto del sistema è il primo passo per ottimizzarne l’efficienza energetica. Se i compressori rimangono in funzione anche in assenza di carichi, continuano ad assorbire fino al 25% dell’energia consumata a pieno carico.

Per ovviare alla fuoriuscita di aria compressa quando la macchina non è in funzione per brevi o lunghi periodi, o quando è in assenza di carichi, sono state installate due valvole intelligenti, accompagnate da sensori e moduli di comunicazione bus di campo che, nella macchina in oggetto, controllano automaticamente il consumo di aria. In particolare, lo scopo principale della valvola è quello di interrompere, in determinate condizioni come lo stato di standby della confezionatrice, il flusso d’aria proveniente dal compressore, in modo da azzerarne il consumo.

All’occorrenza, se le perdite sull’impianto fanno scendere la pressione al di sotto di una soglia minima stabilita o se la macchina deve riprendere la produzione, l’apertura automatica della valvola permette di ripristinare il pieno flusso di aria alla confezionatrice.

La valvola è stata installata su una delle confezionatrici, utilizzata come prototipo, ma il progetto verrà replicato sulle altre macchine del cliente.

Poiché la confezionatrice ha due sistemi di fuoriuscita per l’aria compressa, sono state installate due valvole. Quindi, la macchina è stata “divisa” in due parti, tra loro indipendenti.

Le valvole, che possono essere gestite come se fossero delle valvole on/off, integrano un sensore di pressione e un sensore di flusso. Per ogni valvola si può abilitare/disabilitare il conteggio dei consumi dell’aria e per ogni turno è possibile visionare il consumo rilevato dell’aria. Questo si resetta automaticamente all’abilitazione del conteggio, all’inizio del turno o manualmente (riferito al turno attuale). Pertanto, è possibile consultare il cumulativo di aria consumata sui tre turni.

Quando la pressione raggiunge un valore minimo, la valvola automaticamente si apre e la pressione torna al livello massimo.

La valvola potrebbe riaprirsi anche perché l’operatore arriva vicino alla macchina e la sua presenza è intercettata da un sensore, stando a significare che la macchina sta per ripartire.

Grazie alla comunicazione tramite il protocollo Ethernet/IP delle valvole con un PLC ControlLogix Allen Bradley, dal pannello operatore è possibile attivare/disattivare la chiusura automatica, la pressione minima a cui la valvola si deve riaprire e i valori attuali.

Automatizzare la fuoriuscita di aria compressa in maniera intelligente non è sufficiente.

Infatti, spesso può capitare che sull’impianto sia presente un tubo rotto o mal inserito, una guarnizione usurata; oppure , cilindro non trafili, per farsì che la macchina disperda aria compressa anche in maniera del tutto inconsapevole.

Le perdite d’aria, costituiscono un enorme spreco di energia. Tipicamente, in un impianto industriale, dopo 5 anni, le perdite di aria superano il 20% del consumo di aria.

Nel caso del cliente, infatti, successivamente all’implementazione delle valvole, si è notato che l’impianto pneumatico della macchina tendeva a perdere velocemente pressione a causa delle perdite presenti nel suo circuito. Raggiungendo la pressione minima di mantenimento, la valvola si riapriva per rigenerare la pressione nominale dell’impianto. Nel caso ottimale di perdite nulle, la macchina sarebbe rimasta pronta con la valvola chiusa senza consumare aria.

Tuttavia, a causa delle microperdite, la pressione cominciava a diminuire e, dopo un certo tempo  la valvola si riapriva. Se le perdite fossero diventate più consistenti o fossero state la sommatoria di più microperdite, la valvola avrebbe continuato a chiudersi e a riaprirsi senza conseguenti benefici in termini di riduzione degli sprechi.

Dunque, è stato necessario individuare le perdite non evidenti sulla macchina, al fine di rendere efficiente il ruolo delle valvole intelligenti, intervenendo con operazioni di bonifica.

Inoltre, grazie agli ultrasuoni, è stato possibile non solo individuare le fuoriuscite dovute a guasti e rotture, ma eseguire anche un’analisi di tutte le micro- o macroperdite sulla macchina per poter definire una classificazione e quindi procedere a una loro correzione.

Dopo tale analisi, tutte le perdite sono state classificate e segnalate mediante cartellini sulla confezionatrice ed è stato possibile eseguire una stima dei consumi dovuti alle perdite stesse, individuando una serie di attività di recupero.

Oltre agli step principali descritti sopra, è stata sfruttata la capacità della valvola di comunicare attraverso protocolli fieldbus, per portare i dati raccolti su sistemi esterni e su cloud. In questo modo, sono state eseguite delle analisi accurate sui consumi d’aria compressa, determinando le perdite in tempo reale e analizzando l’efficienza energetica della confezionatrice.

Lo switch è automatico, quindi la valvola si accorge automaticamente quando la macchina è in standby perché vede un flusso di aria quasi costante per un determinato tempo, al di sotto del normale flusso di lavoro, quindi si chiude automaticamente. In più, grazie alla possibilità di analizzare in tempo reale i consumi, sarebbe possibile determinare a posteriori eventuali picchi di perdite di aria. Per esempio, se un cilindro che è in una determinata posizione durante uno step di lavorazione consuma troppa aria compressa perché si sta per rompere un raccordo e quindi si nota un picco di consumo di corrente, la valvola riuscirebbe a intercettarlo per un’eventuale diagnostica e allarmistica.

Circa il 70% del costo del life-cycle dei compressori del cliente, era rappresentato dall’energia, ma attraverso L’ intervento di ottimizzazione degli impianti, si è ottenuta una maggiore efficienza energetica, diminuendo  del 20% i costi nella prima bolletta.

I primi benefici ottenuti dopo l’intervento di ECSA si possono riassumere nella riduzione dei consumi di aria compressa, nel monitoraggio e determinazione dei costi relativi all’aria consumata, nella migliore manutenzione pneumatica in quanto si può intervenire prima se si verifica un allarme relativo ad un picco di perdita, e nel monitoraggio della qualità del processo produttivo.

É stato possibile analizzare che cosa è successo prima e dopo le riparazioni, apportando in questa fase un’analisi dei costi e le indicazioni di risparmio sia in termini economici che in termini di CO2 prodotta prima e dopo il nostro intervento