Sostenibilità ed efficienza sono indispensabili nel settore industriale. Oggi si annoverano senza dubbio tra le sfide più importanti che affrontano costruttori e operatori di sistemi. Per sua natura, tuttavia, la generazione di aria di processo richiede una quantità di energia elevata. Nel processo viene rilasciata una grande quantità di energia termica, nota come calore di processo. Non deriva solo dal flusso di aria generato ma anche dalla cabina fonoassorbente in seguito alla dissipazione di calore del motore, del silenziatore e del compressore. In passato era spesso inutilizzata.
Come produttore di compressori a performance elevata, AERZEN sviluppa da tempo soluzioni innovative per utilizzare in modo pratico l’energia termica. Di conseguenza, la società offre agli operatori degli impianti una tecnologia all'avanguardia per l'aria compressa e sistemi di dimensioni adeguate per il recupero di calore da un'unica fonte
I potenziali risparmi derivati dall’installazione di un sistema di recupero di calore sono immensi: fino all’85 % dell’energia termica può essere facilmente utilizzato per altre operazioni, come ad esempio il riscaldamento dell’acqua, i processi di asciugatura e o il preriscaldamento dell’aria della caldaia. Si evitano le perdite energetiche come quelle causate dall'aerazione verso l’esterno dell’aria riscaldata. Il recupero di calore si traduce pertanto in conservazione energetica mirata con risparmio di risorse.
I costi di investimento per il sistema di recupero di calore sono relativamente bassi e rapidamente compensati dai risparmi energetici. È possibile ammodernare anche gli impianti più vecchi senza investire tempo e denaro in eccesso. AERZEN è lieta di aiutarti ad implementare soluzioni personalizzate. Il recupero di calore può essere implementato per un’ampia gamma di processi e utilizzi:
L’obiettivo di ogni progettista di impianti consiste nel ridurre i costi utilizzando nel modo più efficiente possibile l’energia introdotta in un processo. Nell’area di produzione dell’aria compressa, il recupero di calore è semplicemente un modo per affrontare questa sfida. Per capire il motivo per cui un compressore in funzione genera energia termica e come quell’energia può essere utilizzata, è utile analizzare il principio di funzionamento di un compressore d'aria:
La grande quantità di calore residuo prodotto quando viene generata aria compressa non dà nessuna informazione sull’efficienza della macchina. È un prodotto secondario che deriva dalla generazione dell’aria di processo. Per lungo tempo gli operatori dell’impianto non sono stati a conoscenza del massiccio potenziale energetico contenuto nell’impianto. Di norma, il calore viene generato in due modi diversi: da un lato, dalla compressione del gas, dall’altra dal calore residuo (aria raffreddamento) del motore, dello stadio e del silenziatore e dall'aria di scarico del radiatore dell'olio.
Macchine come i compressori a vite e le soffianti a lobi comprimono l’aria circostante aspirata attraverso rotori a lobi o a vite. Questa forma di compressione dell’aria è un processo termodinamico che riscalda il mezzo aspirato, per esempio, aria o gas. Dal punto di vista fisico, il processo converte l’energia elettrica in energia termica. Quando vengono usati i compressori, i gas di processo possono raggiungere temperature fino a 280 °C.
L’approccio logico per recuperare calore dall’aria di processo consiste nell’utilizzare scambiatori di calore. Una volta integrati nel flusso d’aria, un elemento come l’acqua può passare attraverso gli scambiatori ed essere riscaldato alla temperatura prestabilita, rimuovendo contemporaneamente il calore dal flusso d’aria. L'acqua, così riscaldata, può essere riutilizzata come acqua di processo o alimentata nel sistema di riscaldamento centrale. AERZEN offre scambiatori di calore progettati per rispondere a questo scopo, che convertono la quantità massima di calore trasferibile con una perdita di carico minima.
All'interno della cabina fonoassorbente viene creata energia termica aggiuntiva dalla radiazione del motore, dal radiatore olio, dallo stadio del compressore, dallo stadio del rotore a lobi, dalle tubazioni e dal silenziatore. Anche questa aria di raffreddamento fortemente riscaldata può essere utilizzata. Il calore può essere convogliatonei condotti dell'aria di scarico nel gruppo e trasportato come aria di riscaldamento alle sale o ai laboratori adiacenti. Un’uscita a temperatura controllata può regolare il flusso dell’aria al fine di raggiungere una temperatura ambiente uniforme. Se in estate non serve riscaldamento, ad esempio, il calore in eccesso può essere condotto all’esterno.
Il trattamento delle acque è un settore fondamentale di Aerzener Maschinenfabrik. La società a conduzione famigliare è leader mondiale in quest’area e sviluppa continuamente soluzioni all-in-one ecologiche e a ridotto consumo di risorse per i clienti di tutto il mondo. Tra queste non troviamo solo la selezione di tecnologie di macchine personalizzate su misura ma anche idee per il recupero del calore. Negli impianti di depurazione, i gruppi vengono utilizzati generalmente per fornire ossigeno alle vasche di ossidazione. Nel processo, le soffianti a lobi, i turbo e i compressori di AERZEN lavorano insieme o singolarmente per generare un flusso di aria con una pressione di circa 1 bar. Il flusso dell’aria viene pompato nelle vasche di ossidazione (il comparto biologico dell’impianto). L’ossigeno contenuto nell’aria gioca un ruolo decisivo in una fase importante del processo: il trattamento delle acque reflue.
La generazione del flusso d'ara necessario alle vasche rappresenta la percentuale più grande del consumo energetico totale dell'impianto. Il potenziale di risparmio in quest’area è quindi molto elevato. Le possibilità sono innumerevoli: un solo compressore con una potenza di 22 kW può soddisfare le esigenze di riscaldamento di un’abitazione unifamiliare.
Le numerose storie di successo di Aerzener Maschinenfabrik mostrano come l’equilibrio energetico di un impianto di depurazione possa essere migliorato adottando soluzioni di recupero di calore e scegliendo la tecnologia di macchine ottimale per ciascuna applicazione. Puoi trovare diversi esempi qui:
Un altro esempio di recupero di calore altamente efficiente implementato in collaborazione con AERZEN si trova nell’impianto di depurazione di Kupferdreh, Essen. L’impianto utilizza quattro soffianti a lobi per alimentare l'aria alle vasche di aerazione. Grazie all’installazione di uno scambiatore di calore a fascio tubiero, l’impianto utilizza ora in modo pratico ed efficiente calore residuo dei soffiatori. L’energia convertita dal componente ora fornisce energia termica al sistema di riscaldamento e alla vasca tampone per l'acqua calda. I conseguenti risparmi sono colossali: il recupero di calore da solo permette all’impianto di Kupferdreh, Essens, di risparmiare oltre 30.000 euro ogni anno.
Nell’impianto di depurazione di Wertach, in Baviera, è stato possibile evitare l’installazione di un nuovo bruciatore per riscaldare l'acqua della caldaia, grazie all’uso di uno scambiatore di calore. A Wertach, vengono utilizzati due soffiatori a lobi a velocità fissa per il carico di lavoro di base. Quando i requisiti aumentano, ad esempio durante la stagione dell’escursionismo e dello sci, viene attivato un terzo soffiatore a velocità variabile.
L’aria calda a 68°C generata dal processo di compressione viene raffreddata sotto i 30°C da uno scambiatore di calore a piastra aria/acqua. La differenza risultante di circa 40°C può dunque essere utilizzato per immagazzinare l’acqua del sistema di riscaldamento. Lo scambiatore di calore integrato nel sistema è dotato di profili ottimizzati per la portata e non provoca quasi alcuna perdita di pressione nell’aria di processo.
Se non occorre calore (ad esempio, in estate) può essere spento in tutta semplicità. Una valvola meccanica nelle tubature permette di dirigere tutta l’aria o parte di essa direttamente nelle vasche di aerazione anziché attraverso lo scambiatore di calore, rendendo così possibile in ogni momento il controllo della domanda e il recupero di calore. A Wertach, il recupero di calore ha permesso di risparmiare circa 1850 litri di combustibile all’anno. Puoi trovare maggiori informazioni sull’argomento nell’articolo “Riscaldamento efficiente con il calore perduto” nella nostra rivista dedicata ai clienti.
Per rispettare i rigidi requisiti ambientali nell’impianto di depurazione Filderstadt-Bonlanden, costruito negli anni '60 nella regione Baden-Württemberg, quattro compressori ibridi Delta Hybrid sono stati dotati di un sistema di recupero di calore in occasione di un progetto di ammodernamento e ristrutturazione in collaborazione con AERZEN.
La combinazione dei gruppi offre aria compressa 100% oil-free e priva di materiale assorbente per l’aerazione delle vasche di aerazione in un modo altamente efficiente. Il funzionamento oil-free e privo di materiale assorbente non si traduce solo in risparmi sull’assistenza e la manutenzione, bensì anche in una maggior affidabilità del processo per l’impianto. Una volta completate le misure di ammodernamento, il sistema ha iniziato a far circolare l'aria ambiente riscaldata a macchina attraverso un sistema di estrazione e ad utilizzarla per riscaldare altre sale macchine.
Ma i risparmi maggiori sono stati ottenuti con l’installazione di uno scambiatore di calore a fascio tubiero nella condotta principale del sistema. Nello scambiatore di calore, il calore viene rimosso dall’aria di processo e utilizzato per scaldare l’acqua. Ciò che ne consegue è l’eliminazione completa dei costi per il riscaldamento dell’acqua. Per maggiori informazioni sul recupero di calore a Filderstadt-Bonlanden, consulta l’articolo “Utilizzo ottimale di ogni kilowatt” pubblicato sulla nostra rivista..
Il trasporto pneumatico comporta il trasporto di materiali granulari quale farina, polvere, sabbia o cemento con il contributo dell’aria. Viene utilizzato in numerosi settori, come il settore alimentare della plastica, prodotti chimici e i materiali. Per creare il flusso di aria necessario si utilizzano spesso i compressori AERZEN. Nel processo è possibile raggiungere temperature di mandata dell’aria molto alte.
L’aria dell’ambiente, che generalmente ha una temperatura di circa 20°C, viene aspirata e può raggiungere temperature fino a 280°C a valle del processo di compressione, ad esempio, in un’applicazione che comprende compressori a vite. Per prevenire danni da alte temperature ai materiali granulari è spesso necessario raffreddare l’aria di processo. Il calore può essere rimosso dall’aria compressa con l’aiuto di uno scambiatore di calore e utilizzato per il riscaldamento del locale, per il riscaldamento dell’acqua o come calore di processo. A seconda del design, la perdita di carico provocata dall’installazione di uno scambiatore di calore è dell’1-3% rispetto alla pressione di aspirazione assoluta nel post-raffreddamento. Il conseguente aumento della potenza di azionamento del motore è minore rispetto alla quantità di energia risparmiata utilizzando lo scambiatore di calore.
Prima di decidere di adottare una soluzione per il recupero di calore occorre considerare diversi fattori.
In rimo luogo, il controllo delle condizioni strutturali. È importante che la fonte di calore residuo e il dissipatore siano posizionati vicini. Se sono troppo lontani, gli impianti devono calcolare perdite energetiche dovute al trasporto e costi più elevati per le tubazioni. Se occorre molto tempo per trasportare o immagazzinare il calore, è necessario calcolare costi di investimento superiori. Inoltre, deve esserci un Δ T di almeno 5-10 k tra la fonte di calore residuo e il dissipatore per ottenere vantaggi dall’impianto di recupero di calore.
In generale, si potrebbe dire che il recupero di calore è vantaggioso soprattutto se utilizzato con grandi gruppi e processi di produzione costantemente in funzione. Ma un sistema di recupero di calore può dare benefici anche nei casi in cui il calore residuo è inferiore, ma il carico di lavoro è maggiore. In linea di principio, il recupero di calore è tanto più vantaggioso quanto più i gruppi rimangono in funzione.
La grande quantità di energia necessaria per generare aria compressa può essere recuperata e utilizzata in modi diversi. Con le tecnologie e l’esperienza di AERZEN è possibile pianificare nuovi progetti nell’ambito del trattamento delle acque reflue e del trasporto pneumatico per sfruttare l’energia termica per riscaldare sale, padiglioni o acqua (acqua di servizio o di processo) o per le fasi del processo di produzione. Sono possibili numerose applicazioni diverse.
Gli impianti esistenti possono essere ammodernati usando mezzi semplici che ne aumentano l’efficienza. In questo campo, AERZEN offre ai propri clienti un ampio portafoglio di servizi, per esempio, un’assistenza telefonica per informazioni 24 ore su 24, una diagnosi macchine e AERaudit, in cui i tecnici di assistenza sviluppano un progetto per ammodernare l’impianto.
Con l’aiuto del calcolatore dell'aria di ventilazione dell'ambiente di AERZEN, i tecnici e i gestori dell’impianto di depurazione possono trovare uno scambiatore di calore appositamente progettato per il loro impianto.
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