COMPRESSORI ROTATIVI A PALETTE PER BIOGAS, GAS NATURALE, GAS COMBUSTIBILI, GAS DI PROCESSO

 

BACK

Principio di funzionamento

Un rotore cilindrico gira eccentrico in uno statore anch'esso cilindrico di diametro più grande: ne risulta uno spazio libero a forma di mezzaluna.
Il rotore ha delle cave nelle quali scorrono liberamente le lamelle in materiale plastico stratificato; queste, quando il rotore gira, aderiscono per forza centrifuga alla superficie interna dello statore, formando dei vani il cui volume passa, con la rotazione, da un massimo ad un minimo.
L'aspirazione avviene attraverso delle luci aperte nello statore nella zona dei volumi crescenti; la mandata avviene attraverso delle luci aperte nello statore, nella zona dei volumi decrescenti.

Vantaggi

I maggiori vantaggi nell’utilizzo dei compressori rotativi a palette MAPRO® per la compressione di gas biologico o gas naturale sono:

Rendimenti elevati ed invariabili

Il compressore a palette MAPRO® è di tipo volumetrico. La compressione avviene cioè per progressiva riduzione, durante la rotazione, del “volume” di gas trasferito dalla bocca di aspirazione a quella di mandata.
Le luci di mandata vengono aperte nello statore, di volta in volta, ad un’altezza determinata dalla pressione di esercizio prevista, in modo da utilizzare solo la potenza necessaria per l’effettiva “compressione” del gas. Ne risulta un rendimento di compressione adiabatica sempre elevato e, in generale, compreso tra il 70 e l’80% se riferito alla cilindrata del compressore.
I ristretti giochi interni consentono un rendimento volumetrico anch’esso elevato e praticamente invariabile in quanto l’usura nel tempo delle lamelle si compensa automaticamente.
La potenza necessaria per la compressione risulta quindi, in generale, inferiore a quella richiesta da altri tipi di compressori, con conseguente economicità di gestione.

Manutenzione semplice ed economica

Il numero ridotto di parti in movimento semplifica le operazioni di smontaggio e rimontaggio rendendole quindi molto più economiche rispetto ad altri tipi di compressori volumetrici.
Un rapido sistema di misura dall’esterno permette di valutare, a intervalli di tempo prestabiliti, lo stato di usura delle lamelle senza dover smontare, neppure parzialmente, il corpo macchina per accedere alla camera di compressione. La sostituzione delle lamelle può quindi essere programmata in anticipo, in funzione delle esigenze di lavoro dell’impianto o delle necessità di manutenzione di altre parti, semplificando la gestione dell’impianto stesso e migliorandone l’economicità.

Flusso di gas continuo e senza pulsazioni

Il flusso di gas è continuo (non pulsante) sia in aspirazione che in mandata, rendendo quindi non necessari serbatoi di accumulo o smorzatori.
I compressori rotativi a palette MAPRO® sono macchine compatte, nelle quali il leggero squilibrio dovuto alla diversa posizione radiale delle lamelle rispetto all’asse di rotazione, non genera vibrazioni apprezzabili durante la marcia, e non rende quindi necessarie particolari fondazioni.
Già di principio meno rumorosi di altri tipi di compressori, ove richiesto, possono essere insonorizzati.

Protezione interna nella compressione di biogas

L’olio utilizzato per scopi strettamente meccanici, e cioè per la lubrificazione di cuscinetti, lamelle, tenuta meccanica, segmenti, svolge anche altri due ruoli importanti nei compressori per gas biologico. La sottile pellicola di lubrificante, continuamente rinnovata, protegge innanzitutto le superfici interne dagli acidi contenuti nel biogas e tende inoltre a inglobare le impurità in esso presenti sotto forma di particelle solide o liquide, svolgendo così anche un’azione di pulizia interna della camera di compressione.
La “lubrificazione con olio a perdere” rende quindi il rotativo a palette MAPRO® un compressore, pur se realizzato con materiali ordinari come ghisa e acciaio al carbonio, particolarmente adatto a trattare gas potenzialmente corrosivi, contenenti impurità e saturi in vapor d’acqua, caratteristiche tutte proprie del gas biologico.

Soluzioni costruttive in conformità alla Direttiva 2014/34/UE (ATEX)

I compressori rotativi a palette MAPRO® destinati alla compressione di gas combustibili, quali gas biologico o gas naturale, sono apparecchi rientranti nel Gruppo II così come definito dalla Direttiva 2014/34/UE (ATEX), di Categoria 2 sia per l'ambiente circostante che per il loro interno. Le loro principali peculiarità costruttive sono le seguenti:

  • carcassa (statore e fondi) in ghisa, rotore in acciaio, palette in laminato plastico stratificato antiscintilla;
  • sigillatura tra statore, fondi e coperchi costituenti il corpo macchina tramite guarnizioni piane e/o anelli torici;
  • tenuta meccanica sull'albero che, in funzione della pressione di esercizio, può essere singola oppure doppia a sbarramento d'olio;
  • giunto d'accoppiamento tra compressore e motore elettrico che, in caso di rottura dei tamponi elastici, non fa entrare in contatto le parti motrice e condotta; carter di protezione della trasmissione in materiale antiscintilla;
  • motori elettrici in esecuzione antideflagrante, modo di protezione "d", con marcatura specifica Ex II 2 G, marcatura complementare minima Ex-d IIB T3.

Nel caso in cui l'ambiente circostante venga classificato come Zona 2, per la quale sono quindi ammesse, per il Gruppo II, apparecchiature di Categoria 3, il motore elettrico del compressore potrà essere in esecuzione antiscintilla, modo di protezione "n", con marcatura specifica Ex II 3 G, marcatura complementare Ex-nA II T3.

Il corpo compressore vero e proprio può essere proposto con raffreddamento tramite aria ambiente che, aspirata da un ventilatore assiale montato sul giunto d'accoppiamento al motore, viene convogliata tra la superficie esterna alettata dello statore e un carter di convogliamento avvolgente il corpo stesso del compressore. Oppure, con raffreddamento tramite circolazione di acqua nella camicia avvolgente il corpo.

Il calore si trasferisce dal metallo all'acqua più efficacemente che non dal metallo all'aria. La riduzione di temperatura del gas compresso è quindi maggiore nei compressori raffreddati ad acqua. Essi possono dunque comprimere il gas a pressioni più elevate e coprono una gamma di portate aspirate notevolmente superiore a quella dei compressori raffreddati ad aria.

Tipiche composizioni di fornitura per la compressione di biogas

Tipiche composizioni di fornitura per la compressione di biogas

Riportiamo, di seguito, alcune note riguardanti l’alimentazione dei motori a gas. Questi necessitano di una portata variabile nel tempo, in funzione del carico energetico richiesto a valle. Il compressore rotativo a palette è di tipo volumetrico e quindi la sua portata, a giri fissi, è praticamente costante. Per soddisfare la variabilità richiesta, la soluzione più semplice ed economica è quella di installare un’opportuna valvola di sovrappressione lungo una tubazione di “by-pass” che collega, in derivazione, la linea di mandata con quella d’aspirazione.
Allorchè la portata di gas richiesta dal motore diminuisce, la pressione alla mandata del compressore tende ad aumentare. Al raggiungimento della pressione di taratura, la valvola di sovrappressione inizia ad aprirsi e a ricircolare la portata di gas in esubero.
Il gas in uscita dal compressore deve essere, di solito, raffreddato, sia per le esigenze del motore, sia per evitare surriscaldamenti nelle fasi di ricircolo attraverso la valvola di sovrappressione.
A questo scopo viene installato, direttamente alla mandata del compressore, un raffreddatore di tipo a fascio tubiero, a grande superficie di scambio e minima perdita di carico, adatto a ridurre la temperatura del gas compresso alla mandata ad un valore anche solo di pochi gradi superiore alla temperatura dell’acqua disponibile.
Il raffreddatore, la valvola di sovrappressione e il circuito di “by-pass” sono normalmente dimensionati per il ricircolo dell’intera portata e il compressore può quindi marciare anche se il motore non richiede gas.
A valle del raffreddatore, e prima del distacco, in derivazione, della linea di “by-pass”, vengono normalmente installati un separatore ciclonico destinato a raccogliere i condensati e, per perfezionare il disoleamento, già parzialmente avvenuto nel separatore ciclonico, uno o più disoliatori a candela ad alta efficienza che riducono i residui di olio nel gas a poche ppm.

Per ridurre il consumo energetico del compressore allorchè il motore a gas richiede una portata ridotta, è possibile alimentare il motore elettrico del compressore tramite inverter. In generale la variazione di velocità di rotazione (e quindi di portata) ammessa dal compressore va dal 100% a poco più del 65% della velocità nominale. Se la portata richiesta dal motore a gas diminuisce ancora di più, il compressore continuerà a marciare alla minima velocità di rotazione ammessa e la portata in eccesso sarà ricircolata attraverso la valvola di sovrappressione.

Gruppi package completi

Su richiesta possono essere proposti gruppi-package via via più complessi, comprendenti, ad esempio, oltre alla componentistica elencata sui diagrammi schematici sopra riportati:

  • sistemi di scarico automatico dei condensati;
  • valvole di avviamento a vuoto a comando pneumatico o motorizzate;
  • circuiti chiusi completi per l’acqua di raffreddamento con serbatoio di compensazione e pompa di circolazione acqua, batteria di scambio termico acqua-aria e tutti i relativi dispositivi di controllo e sicurezza;
  • pannelli locali di azionamento.

Possono inoltre essere forniti tutti i necessari quadri remoti di potenza e controllo con relativo PLC incorporato.
Il Servizio Commerciale MAPRO®, in sinergia con il proprio Servizio Tecnico, è in grado di studiare e proporre, sulla base delle richieste dei clienti, i “Gruppi package completi” meglio rispondenti alle esigenze specifiche e alle peculiarità dell’impianto.