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Recupero calore con i compressori a vite

Recupero calore con i compressori a vite 1

Perché optare per un sistema di recupero del calore?

A dire il vero, la domanda dovrebbe essere: perché non optare per un sistema di recupero del calore? In sostanza, benché a molti potrà sembrare incredibile, circa il 100% di energia associata a un compressore viene in realtà trasformata in calore.

Con la compressione, l’aria contenuta nel compressore si carica di un potenziale di energia, che è possibile sfruttare nella sua fase di espansione.

Quasi tutta questa energia (96%) può essere, ad esempio, recuperata per il riscaldamento o per produrre aqua calda, riducendo così non solo il consumo di energia primaria, ma migliorando anche significativamente il bilancio energetico complessivo.

compressori a vite generano in primo luogo calore

La parte del leone, ovvero il 72 % dell’energia impiegata e utilizzabile sotto forma di calore, la ritroviamo nell’agente di raffreddamento all’interno dei compressori (olio o altro fluido), il restante 13% è racchiusa nell’aria compressa e fino al 9% nella perdita di calore del motore elettrico.

Nei compressori a vite con raffreddamento a olio o a fluido è possibile addirittura recuperare anche queste perdite di energia del motore elettrico con un sistema di raffreddamento opportuno.

Complessivamente è possibile un recupero termico fino al 94 % dell’energia impiegata per il compressore. Solo il 2% dell’energia si perde per effetto della dispersione termica per irraggiamento, mentre il restante 4% rimane nell’aria compressa.

Compressori a vite: analizziamo la possibilità di recupero del calore

Gli Utenti interessati ad uno sfruttamento ancora più efficiente dell’aria compressa, possono optare per diverse varianti di recupero termico.

 

sistema di recupero calore

 

 a) Riscaldamento dell’aria

La possibilità più semplice per recuperare il calore dai compressori a vite, raffreddati ad aria ed olio, consiste nell’utilizzare direttamente l’aria calda usata per il raffreddamento del compressore.

In questo caso il calore espulso viene convogliato mediante un sistema di canali e rilasciato negli ambienti destinati ad essere riscaldati.

È possibile ovviamente sfruttare l’aria calda anche per altri scopi: quali i processi di essiccazione negli impianti di apertura con barriere a getto d’aria calda o per il preriscaldamento.

Quando il calore non occorre, l’aria viene rilasciata nell’atmosfera mediante azionamento meccanico o automatico di un diaframma orientabile o di una chiusura a serranda che devia il flusso dal condotto.

Un controllo a regolazione termostatica della serranda rende possibile dosare esattamente l’aria calda in maniera tale da raggiungere temperature sempre costanti negli ambienti. Grazie a questa variante è possibile sfruttare fino al 94% dell’assorbimento di corrente di un compressore a vite.

Il vantaggio è già visibile nei piccoli compressori, infatti un compressore da 18,5 kW è già in grado di fornire energia termica sufficiente a riscaldare una casa monofamiliare.

a.1) Sistema recupero calore per…aria calda

L’Aftercooler raffreddato ad aria (ACA) è uno scambiatore di calore aria/aria.

L’aria viene raffreddata in un processo a flusso incrociato in cui l’aria ambiente viene riscaldata attraverso lo scambiatore di calore. Al fine di alimentare il fluido di raffreddamento, si rende necessario solo un collegamento elettrico per il ventilatore.

Ad una temperatura ambiente di 20 °C, ad esempio, l’aria di processo in ingresso al radiatore può essere raffreddata portando la temperatura da 150 °C a 30 °C.

sistema di recupero calore

L’ACA offre vantaggi soprattutto nel trasporto pneumatico di merci sfuse sensibili alla temperatura. Inoltre, se un se risultasse necessario riscaldare un capannonedi produzione durante il periodo invernale, l’ACA può farlo. Il flusso d’aria di scarico dal radiatore contiene fino al 75% della potenza elettrica sotto forma di calore.

Al fine di massimizzare il guadagno energetico o l’efficienza di raffreddamento, la perdita di carico massima è di soli 35 mbar.

Infine, un termostato integrato consente di tenere monitorato il funzionamento dell’unità, rilevando la temperatura dell’aria di processo in uscita e commutando un contatto a potenziale zero tramite un punto di attivazione regolabile.

b) Riscaldamento dell’acqua

Installando uno scambiatore di calore nel circuito dell’olio (sia con compressori a vite raffreddati ad aria che raffreddati ad acqua), è possibile ottenere acqua calda per diversi impieghi.

Qui trovano impiego gli scambiatori di calore a piastre o gli scambiatori di sicurezza – a seconda che l’acqua sia impiegata per uso domestico (riscaldamento, doccia) o nei processi produttivi e detergenti.

Con questi scambiatori di calore l’acqua può raggiungere temperature massime di 70 °C.

L’esperienza ci conferma che i costi extra per questa variante di recupero del calore, nei compressori da 18,5 kW in poi, si ammortizzano nell’arco di due anni, a condizione che sia stata eseguita una corretta pianificazione.

b.1) Sistema di recupero calore per…acqua calda

sistemi di recupero calore

Il radiatore finale ad acqua WRN è uno scambiatore di calore a fascio tubiero.

L’aria di processo scorre attraverso diversi tubi di raffreddamento circondati da acqua utilizzata come fluido di raffreddamento e vettore di calore.

Questo tipo di scambiatore di calore è dimensionato individualmente per ogni progetto in modo che il gradiente di temperatura dell’aria di processo o l’aumento di temperatura dell’acqua corrisponda esattamente alle esigenze.

Per mantenere bassa la perdita di carico, associata ad un maggior consumo energetico sul lato soffiante, e per ottenere il massimo trasferimento di calore, vengono utilizzate diverse geometrie di tubi.

Inoltre, a seconda della qualità dell’acqua, sono disponibili diversi materiali per i tubi di raffreddamento. È possibile ottenere una temperatura di ritorno dell’acqua al massimo di circa 5 K al di sotto della temperatura di ingresso dell’aria di processo nello scambiatore di calore.

Recupero del calore: la sicurezza in primo luogo

Normalmente il sistema di raffreddamento primario del compressore non dovrebbe mai essere usato come sistema per il recupero del calore, poiché in caso di avaria del sistema per il recupero del calore anche il raffreddamento del compressore ne risulterebbe compromesso e con esso la produzione di aria compressa.

A tal fine, per il recupero del calore, è sempre prudente installare nei compressori degli speciali scambiatori di calore supplementari.

In tal modo infatti, in caso di avaria, il compressore è in grado di garantire la propria sicurezza: qualora il sistema di recupero del calore non riuscisse a smaltire il calore attraverso lo scambiatore di calore acqua-olio, il compressore si commuta internamente al sistema primario di raffreddamento ad aria o ad acqua.

In questo modo l’approvvigionamento di aria rimane comunque garantito.

Conclusioni in merito ai sistemi di recupero del calore

Il recupero del calore rappresenta una seria opportunità di accrescere l’efficacia di un impianto di aria compressa e allo stesso tempo rispetta l’ambiente. In rapporto i costi sono minimi.

L’ammontare degli investimenti è determinato dalle condizioni locali dell’utente, dalla finalità di utilizzo e dal tipo di procedura adottata per il recupero del calore.

 

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