Nella progettazione di un impianto ad aria compressa, il dimensionamento e, in particolare, il diametro corretto delle tubazioni, sono fondamentali per garantire non solo l’efficienza, ma anche l’economia dell’intero sistema.
La rete di distribuzione dell’aria compressa deve quindi essere realizzata per garantire a tutti gli utilizzi condizioni operative ottimali riducendo al minimo la caduta di pressione tra il compressore e i punti di utilizzo.
Con un sistema in cui il dimensionamento delle tubazioni è adeguato si evita inoltre un inutile utilizzo del compressore, garantendo il risparmio energetico.
In questo articolo esaminiamo nel dettaglio gli aspetti da tenere in considerazione per la scelta del corretto dimensionamento, gli errori da evitare e i vantaggi di un impianto ben dimensionato in esercizio.
Quali sono i fattori da considerare per il corretto dimensionamento?
Gli elementi da valutare per garantire un sistema pneumatico efficiente e affidabile sono molteplici e vanno considerati attentamente nella configurazione dell’impianto ad aria compressa.
In particolare, gli aspetti che è opportuno analizzare per dimensionare correttamente le tubazioni sono quattro:
- la portata d’aria richiesta;
- la pressione di esercizio;
- la lunghezza del circuito e il numero di curve e diramazioni presenti;
- i materiali con cui sono realizzate le tubazioni stesse.
Vediamo più dettagliatamente ciascuno di questi elementi.
Portata d’aria necessaria per l’impianto
Sono le utenze, cioè macchinari, utensili pneumatici e più in generale i processi, a determinare il fabbisogno di aria compressa richiesto dal sistema.
Le specifiche tecniche fornite dai produttori permettono di conoscere questo fabbisogno per ciascun componente e a partire da ciò si stima la portata d’aria. Si tratta di un calcolo che si ottiene sommando il consumo di aria di ogni elemento, immaginandone l’utilizzo in contemporanea e prevedendo i picchi di richiesta.
In questa fase è importante tenere in considerazione possibili fughe e perdite oltre alle fluttuazioni del fabbisogno dell’aria anticipando anche scenari futuri di aumento della domanda.
Pressione di esercizio
Anche per quanto riguarda la pressione di esercizio, ogni apparecchiatura e utensile ha un requisito minimo che viene specificato dal produttore.
Nella progettazione di un sistema ad aria compressa e nella valutazione del dimensionamento delle tubazioni va assicurata in ogni punto la pressione minima di esercizio, considerando le cadute lungo la linea: infatti è la resistenza che incontra l’aria compressa nelle tubazioni che comporta perdite di pressione.
Assicurare prestazioni ottimali significa quindi garantire che la pressione di esercizio richiesta sia soddisfatta nei diversi punti di utilizzo, per farlo è necessario impostare la pressione prodotta dal compressore ad un valore superiore in modo da compensare le cadute di pressione.
L’inconveniente maggiore dato dalla sottostima delle perdite di pressione comporta inefficienze sotto il profilo energetico e problemi legati alle attività e performance dell’intero impianto.
Caratteristiche del circuito: lunghezza e numero di curve e diramazioni
Un altro elemento cruciale è dato dal percorso che l’aria compressa deve seguire, intendendo la distanza e la complessità. Come accennato, queste variabili influiscono sull’attrito e sono quindi dirette responsabili della perdita di pressione.
Intuitivamente si può capire che a una lunghezza e complessità in termini di curve, raccordi e diramazioni maggiore, corrisponde una maggior resistenza e quindi una caduta di pressione complessiva.
Per contenere le cadute di pressione, quindi, è utile ridurre al minimo gli elementi che possono ostacolare il flusso dell’aria, semplificando il percorso e contenendo la lunghezza.
Materiali delle tubazioni
Le prestazioni delle tubazioni sono vincolate al materiale in cui sono realizzate sia da un punto di vista della fluidodinamica che sotto l’aspetto dell’usura e quindi della durata dell’impianto.
All’interno delle tubazioni in cui scorre l’aria compressa si genera il fenomeno dell’attrito che dipende dalla rugosità delle pareti e cambia a seconda del materiale dei tubi, che può risultare più o meno esposto a corrosione. Tra quelli impiegati con più frequenza ricordiamo l’acciaio zincato, la cui superficie interna, particolarmente ruvida se paragonata a quella dell’alluminio, del rame o di alcuni tecnopolimeri, provoca quindi notevoli perdite di carico.
Tuttavia, la scelta dei materiali impiegati per i tubi dell’impianto dipende anche da altri fattori, tra cui la facilità di installazione o le necessità legate a requisiti igienici e sanitari di settori come quello farmaceutico o alimentare.
Gli errori più comuni e come evitarli
Non solo dal punto di vista della progettazione, ma molto spesso anche sotto l’aspetto dell’installazione, si può ricorrere in errori che compromettono il regolare funzionamento, il consumo e la durata nel tempo della rete pneumatica.
Con l’intenzione di ridurre i costi ma anche per contenere l’ingombro, è possibile scegliere un diametro delle tubazioni più contenuto del necessario. Questo si traduce immediatamente in una perdita dal punto di vista del rendimento dell’impianto, le cui prestazioni diminuiscono e a cui corrisponde un aumento della spesa energetica.
Un altro errore frequente nella progettazione del sistema è la progettazione lineare, con l’alimentazione di tutte le utenze in una linea chiusa anziché predisporre un anello.
In questo secondo caso, infatti, il circuito e quindi ogni utenza ricevono aria da entrambe le direzioni e questo aiuta a migliorare l’equilibrio della fornitura, soprattutto nel caso di prelievi intermittenti.
Anche la gestione della condensa nell’aria compressa, inevitabile in un circuito pneumatico, è importante per garantire la sicurezza operativa del sistema.
Come calcolare il diametro ideale
Esaminati i fattori che condizionano la fase progettuale e considerati gli errori da evitare, per il calcolo del dimensionamento delle tubazioni di aria compressa è importante valutarne il diametro più appropriato.
Approfondiamo ora gli strumenti e i metodi per farlo.
Tabelle di riferimento e strumenti di calcolo disponibili
Una risorsa imprescindibile è quella offerta dalle tabelle di riferimento e dai diagrammi di dimensionamento: grazie alla correlazione della portata dell’aria, della pressione di esercizio, della caduta di pressione ammissibile e della lunghezza complessiva della tubazione è possibile individuare il diametro raccomandato.
Inoltre, queste tabelle sono differenziate a seconda dei materiali, prevedendo per ciascuno una valutazione dell’attrito diversa.
Il ruolo e l’importanza del fornitore tecnico
Per garantire una progettazione e la successiva realizzazione di un sistema ad alto rendimento e in conformità alle normative per gli impianti ad aria compressa, la collaborazione con un fornitore tecnico specializzato si rivela fondamentale.
L’esperienza nel settore maturata da Airex, ci rende interlocutori preparati e affidabili per valutare le configurazioni ottimali della rete pneumatica a seconda delle necessità specifiche di ogni realtà.
Normativa tecnica applicabile
Dal punto di vista delle norme UNI/ISO, è bene ricordare che non è presente un riferimento dedicato esclusivamente al dimensionamento delle tubazioni per l’aria compressa.
Tuttavia, vanno rispettati gli standard applicabili agli impianti pneumatici, in particolare per quanto riguarda la sicurezza.
I benefici di un impianto ad aria compressa ben dimensionato
Una rete di aria compressa realizzata su misura per la quale è stato previsto il dimensionamento corretto delle tubazioni offre molteplici vantaggi, dalla riduzione delle interruzioni dovute a cali di pressione alla garanzia di continuità operativa, dal contenimento dei consumi legati all’approvvigionamento energetico fino al mantenimento dell’affidabilità dell’intero circuito pneumatico nel tempo.
Vediamo più da vicino i diversi benefici.
Pressione costante su tutte le postazioni
Progettando un impianto ad anello in cui il dimensionamento delle tubazioni risulta appropriato alle necessità, è possibile assicurare una pressione costante ed eliminare i cali. In questo modo, il rendimento degli utensili è più uniforme e il lavoro degli operatori migliora in termini qualitativi.
In generale, il mantenimento di una pressione costante all’interno dell’impianto aumenta la sua stabilità complessiva.
Sotto l’aspetto produttivo, inoltre, questo si traduce in un andamento più costante che diventa assicurazione di continuità.
Minori consumi energetici e ridotte perdite di carico
Il fatto di lavorare alla pressione minima permette al sistema pneumatico di non richiedere sovralimentazione energetica, riducendo gli sprechi e ottimizzando i consumi nel lungo periodo.
Piccole variazioni nella pressione, infatti, gravano pesantemente sui costi energetici e un sistema in cui la rete dell’aria è ben distribuita evita la sostituzione di un compressore con uno più grande che necessariamente consuma più energia.
A livello di manutenzione ordinaria, quando gli impianti sono progettati in modo corretto, subiscono meno stress dovuti alle variazioni e i componenti stessi lavorano alle condizioni ideali senza incorrere in guasti imprevisti.
Maggiore efficienza e affidabilità dell’impianto ad aria compressa nel tempo
La scelta appropriata dei materiali delle tubazioni e del loro diametro si rivela fondamentale per garantire prestazioni elevate da parte di tutta la rete nel lungo periodo.
Infatti, è sempre opportuno considerare che, quando ogni utensile opera entro i range ottimali, si riducono le sostituzioni e le riparazioni dovute a pressioni eccessive.
Soluzioni Airex per un dimensionamento efficiente delle tubazioni di aria compressa
Airex ha maturato nel settore dell’aria compressa un’alta specializzazione: il nostro supporto nei confronti delle aziende ci consente di mettere a disposizione competenze e prodotti di qualità, anche nella progettazione e nella realizzazione di reti pneumatiche su misura.
Per quanto riguarda il dimensionamento delle tubazioni, con la nostra consulenza è possibile accrescere il rendimento dei sistemi pneumatici nel rispetto delle norme che tutelano la sicurezza delle persone sul posto di lavoro.
I nostri tecnici affiancano le aziende nella valutazione di tutte le variabili coinvolte per assicurare soluzioni altamente personalizzate per ogni stabilimento in cui ciascun elemento contribuisce a ridurre le manutenzioni, migliorare l’efficienza operativa e prevedere una maggior durata nel tempo.
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