Gestione delle perdite negli impianti ad aria compressa mediante ultrasuoni

Maggiore efficienza grazie alla tecnologia a ultrasuoni

Perdite negli impianti ad aria compressa

L'aria compressa viene utilizzata come fonte di energia in molti settori industriali. Ciò è dovuto non da ultimo al fatto che l'aria compressa è relativamente facile da produrre e trasportare, ma la sua distribuzione comporta spesso perdite considerevoli.

Maggiore efficienza grazie alla tecnologia a ultrasuoni

Perché individuare le perdite?

Negli impianti ad aria compressa, gran parte dell’energia utilizzata va persa a causa di punti non a tenuta (perdite) presenti nell’impianto. Le perdite si verificano in genere su raccordi, valvole, collegamenti a vite e flangiati, nonché su tubi flessibili danneggiati o tubazioni corrose. I compressori devono essere in grado di compensare la perdita di pressione permanente per garantire l’erogazione dell’aria compressa. Ciò comporta a sua volta un aumento dei costi di esercizio, poiché i compressori consumano più energia e le parti delle macchine si usurano più rapidamente.

Risparmio energetico e aumento dell’efficienza

Con una quota dell’80%, sono i costi energetici a rappresentare la parte maggiore dei costi del ciclo di vita dei compressori. Le misure volte a prevenire le perdite di aria compressa contribuiscono quindi in modo significativo a

risparmio energetico e aumento dell’efficienza. La tecnologia di controllo a ultrasuoni viene impiegata in applicazioni pratiche per l’individuazione delle perdite. L’aria che fuoriesce dai punti di perdita crea turbolenze e, di conseguenza, ultrasuoni. Il picco massimo di ultrasuoni viene emesso nelle immediate vicinanze della perdita. Gli ultrasuoni si propagano inoltre con un elevato grado di direzionalità. Per la classificazione e la valutazione della perdita totale si utilizzano metodi di analisi a banda larga basati su tecniche di acustica dei flussi.

La produzione di aria compressa rappresenta circa il 10% del consumo energetico industriale globale
Nessun sistema è completamente a tenuta stagna: la perdita media si aggira intorno al 30%

D'individuazione alla segnalazione

Rilevamento

Accendere il dispositivo di analisi a ultrasuoni a banda larga e selezionare un accessorio
Visualizzazione dell’ambiente tramite livello a banda larga e spettrogramma nella gamma di frequenza compresa tra 20 e 100 kHz
Rilevamento possibile anche in ambienti industriali molto rumorosi

Valutazione

Attenersi alle procedure di collaudo definite!
Individuare il livello sonoro massimo e avviare la valutazione della perdita con la semplice pressione di un pulsante
Priorità delle misure di intervento in base alla classificazione delle perdite (classi 1-5) e alla valutazione delle perdite (in l/min)

Documentazione

Aggiungi informazioni sulla posizione
Aggiungi foto, memo vocali e commenti
Tieni traccia dello stato della riparazione
Salva la documentazione come file CSV, PDF o ZIP in conformità alla norma DIN EN ISO 50001 con pochi clic

Rilevamento

I nuovi sensori a banda larga, dotati di microfoni ultrasuonici sensibili, facilitano l’individuazione delle perdite in ambienti rumorosi e difficili. Lo spettrogramma visualizzato sul display mostra immediatamente all’utente se sono presenti ultrasuoni interferenti e, in tal caso, in quale intervallo di frequenza rientrano. L’utente può utilizzare il touchscreen per spostare la frequenza portante udibile al di fuori dell’intervallo dei segnali ultrasonici interferenti.

Rilevamento delle perdite in ambienti industriali rumorosi

Una delle principali sfide nell’individuazione delle perdite è l’elevato livello di rumore proveniente da macchinari e impianti, spesso presente negli ambienti industriali. Il livello di rumore è presente non solo nella gamma udibile (frequenze udibili fino a 16 kHz), ma anche nello spettro ultrasonico inferiore sotto forma di segnale di interferenza (intervallo di frequenza compreso tra 20 e 40 kHz, cfr. esempio di spettrogramma 1). La tecnologia di prova consolidata opera in una banda stretta intorno ai 40 kHz, il che può rendere difficile individuare in modo affidabile eventuali perdite.

Ambiente tipico in cui vengono utilizzate le ultrasuoni in un'acciaieria, con emissioni ultrasoniche provenienti dai macchinari in una gamma di frequenze che arriva fino a circa 40 kHz.

Visualizzazione dei livelli e spettrogramma

Da un lato, l’intensità dei segnali ultrasonici è rappresentata dai livelli. Per i segnali ultrasonici a banda larga rilevati nell’intervallo di frequenza compreso tra 20 e 100 kHz vengono calcolati diversi livelli a banda larga, ad esempio il livello istantaneo L(t) o il livello sonoro continuo equivalente Leq. Sulla base del livello sonoro continuo equivalente Leq, della pressione del sistema e del tipo di gas, le perdite per fughe vengono calcolate in l/min. D’altro canto, nello spettrogramma vengono visualizzate le informazioni spettrali nel tempo. L’intensità dei segnali ultrasonici è rappresentata dalla codifica a colori. La codifica a colori può essere adattata alle esigenze individuali.

Soppressione dei segnali di interferenza

Per eliminare i segnali di interferenza durante la ricerca delle perdite, il SONAPHONE sfrutta uno dei vantaggi dei sistemi ad aria compressa, ovvero il fatto che gli ultrasuoni generati si disperdono su un’ampia banda di frequenza. Il dispositivo di controllo a banda larga SONAPHONE registra i segnali ultrasonici fino a 100 kHz, una frequenza significativamente superiore al livello di interferenza (vedi esempio di spettrogramma 2). Poiché le informazioni vengono visualizzate sul display del dispositivo sotto forma di spettrogramma, è facile distinguere tra perdite e fonti di interferenza.

Perdita sulla linea dell'aria compressa nella stessa acciaieria. La perdita è stata rilevata nonostante il rumore di fondo proveniente dai macchinari nell'area di produzione.

Ascolto in una banda stretta compresa tra 20 ... 100 kHz

Oltre alla visualizzazione grafica, è possibile individuare le perdite anche tramite cuffie utilizzando il segnale acustico trasformato. Durante l’“ascolto a banda stretta” del segnale a 40 kHz, alcune perdite potrebbero non essere rilevate durante la scansione dell’impianto ad aria compressa a causa della stretta vicinanza tra il livello di interferenza e il segnale di perdita. L’utilizzo del metodo di ascolto eterodina nella banda larga consente al SONAPHONE di rilevare in modo affidabile le perdite anche con metodi acustici. Per la localizzazione acustica delle perdite, è possibile impostare la banda stretta desiderata, ad esempio, su una frequenza portante di 70 kHz. Una volta individuata una perdita, verrà emesso un segnale nella gamma udibile esclusivamente per questa banda stretta (vedi esempio). Le perdite possono quindi essere facilmente localizzate utilizzando le cuffie.

Regolazione della frequenza portante da 40 a 70 kHz al fine di sopprimere il rumore di interferenza nel segnale udibile.

«Mentre con
i dispositivi standard per i controlli a ultrasuoni è possibile udire un solo suono, la tecnologia di controllo a ultrasuoni a banda larga
offre un’intera
sinfonia di flussi e suoni aerei».

- Prof. Dr. Peter Holstein (Sviluppo strategico, SONOTEC GmbH)

Valutazione

Una volta individuata una perdita, il tecnico addetto all'assistenza avvia la misurazione. La perdita viene calcolata e valutata automaticamente in base al livello di banda larga e alla pressione del sistema.

Procedure di collaudo definite ai fini della valutazione

Il rispetto delle procedure di prova definite è fondamentale per garantire che le perdite vengano valutate con un elevato livello di affidabilità. Il primo passo consiste nell’utilizzare una tromba acustica di grandi dimensioni da una distanza maggiore, al fine di effettuare una ricerca approssimativa dei punti di perdita all’interno dell’impianto di aria compressa. Una volta identificata e isolata una fonte ultrasonica, si utilizza un localizzatore di precisione per individuare e registrare il livello sonoro massimo della perdita a una distanza di 5 cm. La perdita viene quindi valutata (l/min) e classificata (1-5) utilizzando l’app speciale LeakExpert®.

La radiazione acustica dipende in larga misura dalle dimensioni e dalla forma della perdita, dalle proprietà superficiali del materiale, dal differenziale di pressione, dalla velocità e dal profilo del flusso in uscita, nonché dalla temperatura. Anche la distanza di misurazione riveste un ruolo importante, così come l’angolo di misurazione. Una quantificazione riproducibile del volume perso è quindi possibile solo ricorrendo a procedure di prova ben definite.

Classificazione delle perdite

Le perdite presentano una grande varietà di firme spettrali. A seconda delle loro caratteristiche, possono presentare una dispersione stocastica nell’intervallo ultrasonico compreso tra 20 e 100 kHz. Con una valutazione a banda stretta, ad esempio a 40 kHz, sussiste il rischio di una valutazione errata a causa dei valori di livello localmente elevati (ampiezze) o delle interruzioni del segnale (vedi diagramma). Le valutazioni quantitative basate su una frequenza a banda stretta possono portare a risultati errati. Si raccomanda pertanto di analizzare e valutare una perdita utilizzando il livello a banda larga.

Dati spettrali relativi a 2 perdite circolari esemplificative e loro variazione in funzione dei diversi angoli di misurazione e diametri (a sinistra: D=0,25 mm, L=12,7 mm, q~0,5 Nl/min; a destra: D=0,58 mm, L=38,1)

Il dispositivo digitale SONAPHONE® non solo sfrutta al meglio i vantaggi dell’analisi a banda larga, ma dispone anche di un’app appositamente sviluppata per la valutazione delle perdite. L’app LeakExpert® guida l’utente attraverso il processo di collaudo. Sulla base del livello sonoro equivalente continuo Leq, della pressione del sistema e del tipo di gas, vengono determinate le singole perdite in l/min. L’obiettivo è classificare le perdite in base alla loro entità (classi 1-5) al fine di stabilire e dare priorità alle misure di manutenzione necessarie. Il potenziale di risparmio più significativo si ottiene riparando le perdite di grandi dimensioni; in determinate circostanze, la riparazione delle perdite di piccole dimensioni potrebbe non essere economicamente conveniente.

Documentazione

SONAPHONE consente di creare in modo semplice e veloce dei rapporti, che vengono poi utilizzati come importanti strumenti decisionali per eventuali misure di intervento, nonché per la verifica dell’efficacia della gestione energetica. La documentazione relativa ai risultati può essere generata con un solo clic, fornendo alla direzione aziendale tutte le informazioni necessarie sulla localizzazione delle perdite e sulle dispersioni energetiche, oltre alla documentazione fotografica e al livello di priorità degli interventi di riparazione. Grazie alla sistematizzazione delle attività di rilevamento e valutazione delle perdite, il dispositivo contribuisce inoltre a garantire un notevole risparmio di tempo e una riduzione dei costi durante gli interventi di manutenzione.

Aggiunta di informazioni sulla posizione
Foto e memo vocali
Priorità e stato della riparazione

Dati in formato PDF, ZIP o CSV
Conforme alla norma ISO 50001
Report comparabili che consentono di risparmiare tempo

Relazioni conformi alla norma ISO 50001

Le aziende dotate di un sistema di gestione dell’energia conforme alla norma DIN EN ISO 50001 sono tenute a registrare i dati relativi al consumo energetico e a utilizzare tali informazioni per definire obiettivi di gestione energetica. Gli impianti ad aria compressa presentano solitamente livelli elevati di consumo energetico e offrono un notevole potenziale per il miglioramento sistematico e a lungo termine delle prestazioni energetiche.

Le perdite di aria compressa sono sostanzialmente inevitabili, ma le aziende dovrebbero comunque puntare a creare condizioni ottimali dell’impianto e a mantenerle attraverso interventi di manutenzione regolari. Perdite residue pari al 10% sono considerate economicamente sostenibili.

Il rapporto generato dall’app LeakExpert® soddisfa i requisiti di documentazione previsti dalla norma DIN EN ISO 50001 e fornisce informazioni affidabili sulle perdite individuali e totali che sono state eliminate nell’impianto di aria compressa. Oltre all’analisi a ultrasuoni, il dispositivo SONAPHONE® può essere utilizzato anche per memorizzare ulteriori informazioni rilevanti, quali foto e note di manutenzione. Oltre a fornire supporto nelle attività di manutenzione, il rapporto viene utilizzato anche come prova della corretta gestione energetica nell’ambito di audit interni ed esterni.

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