Portata volumetrica quale METRO CUBO? Identificare le condizioni di riferimento cui si riferisce il valore della portata volumetrica richiesta; rapportare i valori forniti dai costruttori alle stesse condizioni di riferimento. Questo occorre fare per dimensionare correttamente un impianto di distribuzione aria compressa, badando ai vari “tipi” di metro cubo: Normali, Iso-1217 (Fad), Standard e Attuali, con riferimento ai valori di umidità relativa, pressione e temperatura alle condizioni ambientali.
Abbiamo visto come il Consumo Specifico sia espresso in kWh/Nm3 , dove l’energia è quella elettrica e viene misurata ai morsetti dell’elemento esaminato; il Volume è espresso in metri Cubi Normali, ovvero alle condizioni di riferimento: a ) pressione ambiente: 1.013 Bar (101325 Pa); b) temperatura: 0 °C (273,15 K); c) umidità relativa: 0%.
Alcune incomprensioni
Da questa ultima definizione dipendono le scelte impiantistiche per il corretto dimensionamento di un impianto di distribuzione dell’Aria Compressa, ma questa stessa definizione ha creato – ecrea – alcune incomprensioni tra Costruttori di Macchine per il trattamento dell’Aria e utilizzatori. La motivazione risiede nel fatto che, pare assurdo, ma non tutti i “metri cubi” di aria sono uguali. Nel senso che, al variare delle condizioni di stato al quale un gas si trova a operare, varia la densità del gas stesso; ovvero, a parità della quantità di materia trattata, il gas stesso occupa un volume differente (un palloncino gonfio e sigillato, esposto al sole, esplode). Sappiamo come la Fisica ci prescriva la Conservazione della materia: quindi, una determinata quantità di massa del gas che transita nell’unità di tempo rappresenta la portata massica espressa in kg/s. Ma, nell’impiantistica, il dimensionamento dell’impianto stesso viene realizzato considerando il Volume di gas che transita al punto di misura nell’unità di tempo che, generalmente, è il minuto e non più il secondo: si ha, quindi, il valore di m3 /min. Ma quanto vale questo Volume? Consideriamo un kg di aria secca, cioè priva di qualsivoglia elemento che non sia “appartenente” alla formula Chimica dell’aria, ma, soprattutto, priva di qualsivoglia altra sostanza liquida in sospensione, quindi priva di Acqua (umidità relativa pari a zero) e di idrocarburi. Si può, quindi, considerare questo kg di Aria come gas perfetto e rispondente, quindi, alle leggi della Fisica di base.
Tre casi differenti
Vediamo, ora, quale volume occupa il kg di Aria in tre casi differenti, a temperatura costante oppure a pressione costante. Dunque, se consideriamo la quantità di massa (1 kg di aria) che transita nell’unità di tempo (min), abbiamo la portata massica espressa in kg/min, che, quindi, sarà sempre di 1 kg/min al variare di qualsivoglia condizione di operatività. Se ora, di quella stessa massa, ne consideriamo il volume, avremo il valore della portata volumetrica espressa in m3 / min. Ma, come abbiamo sopra calcolato, alle differenti condizioni, avremmo differenti valori di portata volumetrica, pur essendo costante la quantità di aria transitata (portata massica). Ipotizziamo, ora, di dover identificare un compressore per la produzione di aria compressa, il cui valore impiantistico richiesto è di 10 m3 /min. Da una ricerca di mercato, vengono identificati tre fornitori, i quali indicano come il loro compressore sia in grado di erogare la portata richiesta:
– Fornitore 1: 10 m3 /min Fad (Iso-1217); 75 kW (asse); cs: 7,5 kWh/min;
– Fornitore 2: 10 m3 /min Standard; 75 kW (asse); cs: 7,5 kWh/min;
– Fornitore 3: 10 m3 /min Normali; 75 kW (asse); cs: 7,5 kWh/min. Noteremo anche, in realtà, una disparità nel valore delle potenze assorbite dai tre compressori, che, quindi, porta a diversi valori di Consumo Specifico.
Risposta motivata
La risposta alla nostra indagine risiede in due passaggi fondamentali:
1) identificare le condizioni di riferimento alle quali si riferisce il valore di portata volumetrica da noi richiesta;
2) rapportare i valori dei tre Fornitori alle stesse condizioni di riferimento.
Si definiscono:
• Metri Cubi Normali, quando l’aria è secca (0% umidità relativa), la pressione di riferimento è 1,013 barg e la temperatura 0 °C;
• Metri cubi Iso-1217 (Fad), quando l’aria è secca (0% umidità relativa), la pressione di riferimento è 1,013 barg e la temperatura 20 °C;
• Metri cubi Standard, quando l’aria è secca (0% umidità relativa), la pressione di riferimento è 1,013 barg e la temperatura 14,7 °C;
• Metri cubi Attuali, quando si fa riferimento ai valori di Umidità Relativa, pressione e temperatura alle Condizione Ambientali.
Se la portata di cui necessitiamo fosse di 10 m3 /min “Normali”, allora avremmo il seguente scenario:
– Fornitore 1: 10 m3 /min Fad (Iso-1217) = 9,3 m3 /min Normali; cs = 8,06;
– Fornitore 2: 10 m3 /min Standard = 9,5 m3 /min Normali; cs = 7,89;
– Fornitore 3: 10 m3 /min Normali = 10 m3 /min Normali; cs = 7,5.
Ovvero, solo con il Fornitore 3 avremmo il Compressore adeguatamente dimensionato, mentre negli altri due casi ci troveremmo di fronte a un impianto sottodimensionato, con conseguente incapacità di mantenere costante la Pressione di esercizio, ovvero la necessità di introdurre altri apparati con un conseguente aumento della Energia necessaria. A conclusione di quanto esposto, si capisce come sia necessario riferirsi a condizioni di riferimento (pressione e temperatura) comuni, per poter confrontare e operare con la portata volumetrica.