Produzione di aria compressa

Impianto per la produzione di aria compressa

Se la pressione nel serbatoio sotto pressione diminuisce al di sotto di un valore minimo, il compressore si mette in moto. L'aria esterna aspirata vie- ne filtrata, compressa ed essiccata. Il procedimento di compressione viene interrotto non appena la pressione nel contenitore raggiunge il valore desi- derato. La parte maggiore della corrente elettrica viene trasformata in calore residuo, ciò che costituisce un grande potenziale per l'utilizzazione del calore residuo, ad esempio per il riscaldamento di capannoni oppure per il riscaldamento dell'acqua. L'aria compressa come vettore energetico è cir- ca 20 volte più costosa della corrente elettrica.

Nuova istallazione di compressori, ottimale sotto l'aspetto energetico

• Grandezza: per il compressore occorre perseguire il grado di utilizzazio- ne più elevato possibile. Per la determinazione della potenza è quindi necessario calcolare in modo preciso il consumo di aria compressa oppure, nel caso di sostituzione, misurarlo nel vecchio impianto. Occorre evitare l'esecuzione di ampliamenti dettati dall'apprensione. Nel caso di un con- sumo fortemente variabile, ad esempio durante il funzionamento di gior- no e quello di notte, occorre prevedere due compressori: un piccolo grup- po per la copertura del carico di base ed uno grosso per la copertura del carico di punta.

• Pressioni d'inserimento e di disinserimento: non appena possibile occor- re evitare le pressioni elevate, poiché il dispendio energetico aumenta for- temente con l'aumentare delle pressioni.

• Tipo di compressore: il gruppo dovrebbe essere adeguato all'impiego cor- rispondente. I criteri per la scelta del compressore sono la potenza ed il limite della pressione, nonché la qualità dell'aria compressa (ad es. aria compressa priva di olio).

Utilizzazione dell'energia nell'azienda - Tecniche fondamentali dell'energia 4.2 / 9

Aria esterna

Filtro Rete dell'energia

elettrica Motore elettrico, comando, giunto

Compressore Essiccatore Serbatoio a pressione Rete dell'aria compressa Perdite per trasmissione 6 kW Calore residuo (raffreddamento) 28 kW Calore residuo aria compressa 2 kW 40 kW 100% 15% 70% 5% 4 kW 10%

Macchine frigorifere Salamoia Funzionamento durante la compressione

Pompe di calore

Le pompe di calore sono macchine frigorifere che sfruttano le fonti di calore a bassa temperatura per generare un flusso di calore utile a temperatura più elevata.

Tipi di costruzione delle pompe di calore

• Pompa di calore acqua/acqua • Pompe di calore aria/acqua • Pompa di calore aria/aria • Pompe di calore acqua/aria

Al posto dell'acqua viene utilizzata anche salamoia, ossia una miscela di acqua e di glicole, per poter sottrarre calore dal terreno.

Ciclo termodinamico di una pompa di calore a compressione

La fonte di calore porta ad ebollizione il mezzo di lavoro liquido (mezzo refrigerante) nell'evaporatore (1) a bassa temperatura. Il vapore che si svi- luppa viene compresso nel compressore (2). In tal modo la temperatura aumenta fortemente ed il calore può ora – ad un livello di temperatura più elevato – essere ceduto nel condensatore (3) all'acqua per il riscaldamento. Così facendo il mezzo refrigerante ritorna nuovamente allo stato liquido. Nella valvola d'espansione (4) il mezzo refrigerante si espande alla pres- sione di uscita ed in tal modo si raffredda, cosicché il ciclo termodinamico può ricominciare...

Utilizzazione dell'energia nell'azienda - Tecniche fondamentali dell'energia 4.2 / 11

Calore per il r iscald . Compressore meccanico Elettricità Calore ambiente

4.2 / 12 Utilizzazione dell'energia nell'azienda - Tecniche fondamentali dell'energia

Ciclo termodinamico di una pompa di calore ad assorbimento

Nell'assorbitore (1) il mezzo refrigerante viene assorbito dal mezzo assor- bente. In questo modo viene ceduto per una prima volta calore al riscalda- mento. La pompa del solvente (2) trasporta ora la miscela sotto pressione fino all'espulsore (3), dove – mediante apporto di caldo – il mezzo refrige- rante viene nuovamente espulso. Il mezzo assorbente ha quindi eseguito il proprio compito quale «compressore termico» e scorre nuovamente verso l'assorbitore (1) passando attraverso una valvola a farfalla (4). Il ciclo ulteriore del mezzo refrigerante corrisponde ora ampiamente a quello della pompa di calore a compressione (p. 4.2/8): passaggio di calore al riscalda- mento nel condensatore (5), espansione nella valvola di espansione (6) ed assorbimento di calore di scarso valore nell'evaporatore (7).

Durante la compressione del vapore di scarico, quest'ultimo, come si forma ad esempio durante un processo di evaporazione, viene portato a tempera- tura ed a pressione elevate per mezzo del compressore. Il vapore di scarico può in tal modo essere nuovamente utilizzato per il riscaldamento dello stes- so processo. L'aumento di temperatura necessario è spesso solo di alcuni Kelvin; esso corrisponde approssimativamente alla differenza di tempera- tura tra lo scambiatore di calore ed il mezzo che deve evaporare. Con questa piccola differenza di temperatura di meno di 10 Kelvin vengono raggiunti proporzionatamente elevati coefficienti di rendimento, superiori a 15.

Funzionamento durante l'assorbimento

Compressione del vapore di scarico

Calore per il riscald.

Calore ambiente

Elettricità

Calore a temperatura ele

v

ata

Fonti di calore Funzionamento monovalente Coefficiente di rendimento Funzionamento a caldo Coefficiente di rendimento Funzionamento a freddo Coefficiente di lavoro annuo Ulteriori informazioni: Pubblicazione RAVEL «Pompe di calore» N. ordinazione 724.356 i UCFSM, 3000 Berna

Le fonti di calore possibili per le pompe di calore sono: • calore residuo

• aria esterna • calore del suolo • laghi, fiumi • falda freatica

Durante il funzionamento monovalente la pompa di calore viene utilizzata senza un secondo produttore di calore; durante il funzionamento bivalente, invece, viene utilizzata con un secondo produttore di calore.

Q

E

=

P

EWP: coefficiente di rendimento nel funzionamento a caldo

(in inglese: Coefficient of Performance COP) QWP: potenzialità calorifica

P_WP: assorbimento effettivo di potenza

Q

E

=

P

EKM: coefficiente di rendimento nel funzionamento a freddo

(in inglese: Energy Efficiency Ratio EER) UKM: potenza di raffreddamento

P_KM: assorbimento effettivo di potenza

E

= E

–1

Il coefficiente di lavoro annuo (detto anche coefficiente annuo di efficien- za media, CAEM) è il calore erogato per il riscaldamento diviso per l'energia addotta e soggetta a pagamento durante un anno.

Coefficienti di rendimento praticamente raggiungibili dalle moderne pom- pe di calore azionate elettricamente

Tipo di costruzione Coefficiente Coefficiente di di rendimento * lavoro annuo Acqua-acqua 3.5…4.0 3.0…3.5 (monovalente) Salamoia-acqua 3.0…3.5 2.5…3.0 (monovalente) Aria-acqua 2.9…3.4 2.4…2.9 (bivalente)

* Riferito ad una temperatura di andata di 35˚C ed a temperature delle fonti di calore variabili da circa 2 a 10˚C (acqua) e da –5 a 5˚C (salamoia), nonché da 0 a 10˚C (aria)

Per le pompe di calore con motore a gas, oggi sono realistici coefficienti di lavoro annuo di circa 1.5 e per le pompe di calore ad assorbimento coeffi- cienti di 1.3.