Compressore a vite bistadio: circa il 10 % di energia in meno rispetto a una vite standard
Il compressore a vite bistadio comprime l'aria in due fasi con raffreddamento intermedio, vicino al ciclo isotermo teorico. Circa il 10 % di energia in meno rispetto a una vite standard a carico costante; con un inverter a magneti permanenti, su un carico variabile, i due guadagni si cumulano.
Perché comprimere in due fasi
La compressione di un gas è esotermica: più si comprime, più la temperatura sale. Senza alcun raffreddamento, una compressione adiabatica ideale da 1 a 8 bar assoluti porterebbe l'aria da 20 °C a circa 260 °C. In una vite lubrificata, l'olio iniettato assorbe la maggior parte di questo calore nel corso della compressione, cosicché l'aria esce dal gruppo pompante ben al di sotto di questo valore. Più l'aria si scalda durante la compressione, più lavoro la compressione richiede: è ciò che il raffreddamento tra due stadi viene a ridurre.
Il bistadio comprime in due fasi: lo stadio 1 sale a 3-4 bar, l'aria viene raffreddata tra i due stadi (da uno scambiatore intermedio o, su una vite lubrificata, dall'olio iniettato nel canale che collega i due stadi), poi lo stadio 2 termina a 8 bar. Il secondo stadio lavora su aria raffreddata, quindi più densa, il che fa risparmiare energia. Ci si avvicina alla compressione isoterma teorica (la più efficiente ma impossibile in pratica).
Le cifre concrete
Per viti lubrificate a 100 psig (6,9 bar), il Sourcebook del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti indica da 16 a 19 kW per 100 cfm per una vite standard e da 15 a 17 kW per una vite bistadio. Limite inferiore contro limite inferiore, limite superiore contro limite superiore, lo scarto va dal 6 all'11 %: dell'ordine del 10 %. Con un inverter, i due guadagni si cumulano, l'uno sul consumo già ridotto dall'altro: su un carico variabile, rispetto a una vite a carico-vuoto, il totale va da circa il 18 al 27 %; rispetto a una vite a modulazione, in cui l'inverter toglie quasi un terzo, si avvicina al 40 %.
| Vite standard a velocità fissa | Riferimento 100 % |
|---|---|
| Vite standard VSD a magneti perm. | da −9 a −19 % rispetto a una vite a carico-vuoto, al 60 % di domanda (Sourcebook del DOE) |
| Bistadio a velocità fissa | ≈ −10 % (dal 6 all'11 %, carico costante) |
| Bistadio PM VSD | I due guadagni si cumulano: circa dal 18 al 27 % rispetto a una vite a carico-vuoto |
Dove il bistadio guadagna di più
- Industria 24/7: petrolchimica, siderurgia, cementifici, cartiere
- Materie plastiche in continuo: estrusione, soffiaggio PET ad alta cadenza
- Siti con carico stabile al 70-100 % per la maggior parte del tempo
- Applicazioni ad alta pressione, fino a 13 bar: in teoria, il risparmio dovuto al raffreddamento tra gli stadi cresce con il rapporto di pressione
- Siti energivori: l'elettricità pesa già il 76 % del costo di un compressore su dieci anni con due turni cinque giorni su sette (Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, 2000), e questo peso cresce con le ore di funzionamento
Sovraccosto iniziale e guadagno annuo
Un compressore bistadio costa di più all'acquisto di una vite standard di potenza equivalente: l'intercooler aggiunge peso e ingombro, e la meccanica è più complessa. L'importo esatto figura nel preventivo, perché dipende dalla configurazione.
Ciò che si calcola senza preventivo è il guadagno. Su un 75 kW che lavora 8.000 ore all'anno a pieno carico, ossia dell'ordine di 600.000 kilowattora assorbiti, uno scarto di potenza specifica dal 6 all'11 % rappresenta circa da 36.000 a 66.000 kilowattora risparmiati ogni anno. Moltiplicate per il vostro prezzo del kWh: l'ordine di grandezza del guadagno annuo appare immediatamente. L'importo dell'investimento, invece, figura nel preventivo.
Lo stadio in più fa guadagnare in ogni ora a carico, non solo nel funzionamento continuo; il guadagno cresce con le ore. È la tecnologia di riferimento nei siti energivori.
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