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SOSTENIBILITÀ E AFFIDABILITÀ GUIDANO LO SVILUPPO DELLE SERVOPOMPE

Il mercato delle servopompe e dei compressori resiste alla flessione congiunturale grazie a soluzioni innovative, performanti e sostenibili.

SOSTENIBILITÀ E AFFIDABILITÀ GUIDANO LO SVILUPPO DELLE SERVOPOMPE

I nuovi sistemi di pompaggio sono sviluppati con l'obiettivo di massimizzare il risparmio energetico in tutte le applicazioni, mentre modelli di manutenzione alternativi allungano la vita dei macchinari e ne aumentano l'affidabilità. Proprio alle servo-pompe per i macchinari di dosaggio e iniezione plastica sono in prevalenza destinati i giunti EK di R+W, disponibili anche nella versione AIC con sensoristica integrata.

L’efficienza energetica dei macchinari si deve adeguare agli obiettivi europei che impongono il risparmio delle risorse e il progressivo abbattimento delle emissioni di C02 entro il 2030.

In questo scenario, Assopompe (l'Associazione di categoria aderente ad ANIMA-Confindustria), collabora con enti e università per un progetto di ricerca che riguarda le nuove tecnologie dei sistemi di pompaggio, con l'obiettivo di massimizzare il risparmio energetico in tutte le applicazioni.

E l'industria italiana sta già facendo la sua parte sviluppando e realizzando soluzioni idrauliche più efficienti e sistemi di controllo di ultima generazione.

Sistemi di pompaggio più performanti e più sostenibili

La superiore controllabilità e un più elevato livello di performance sono i due fattori che fanno la differenza tra le pompe tradizionali e le servo-pompe, gestite mediante motori elettrici a basso consumo. Oltre a garantire una maggiore accelerazione, si distinguono per il fatto di essere sempre controllate da un'intelligenza, un azionamento che ne governa l'attività ottimizzandone il funzionamento. Le prestazioni migliorano, a fronte di un minore fabbisogno energetico. Azionata da un servomotore, la servo-pompa assicura un'adeguata spinta solo quando serve effettivamente: oltre a un risparmio in doppia cifra dei costi legati all'energia, si ottiene una migliore qualità delle lavorazioni. La sostenibilità è un ulteriore valore aggiunto del quale non beneficiano solamente le industrie ma l'intera collettività, grazie al taglio delle emissioni di C02.

Il funzionamento dei sistemi di compressione e pompaggio

Impiegati nella maggior parte dei settori della meccanica, pompe e compressori sono in continua evoluzione; operano su una vasta gamma di pressioni, flussi, fluidi di lavoro e condizioni ambientali.

Queste macchine, una volta installate, richiedono aggiornamenti periodici, manutenzioni ordinarie e ispezioni per mantenere il funzionamento sicuro ed efficiente ma, poiché i tassi di corrosione e l'integrità strutturale dipendono strettamente dalle condizioni di funzionamento e dalla progettazione, in termini di soluzioni tecniche adottate e materiali utilizzati, non è sempre facile capire quando effettuare questi interventi.

Affidabilità e prestazioni costanti sono i due principali requisiti

Dato che un guasto alle pompe o ai compressori può portare a costosi fermi impianto, chi acquista tali macchine richiede un'affidabilità sempre più alta e prestazioni costanti nel tempo. Tuttavia, gran parte delle informazioni relative alla reale affidabilità di questi apparecchi dipendono dalle condizioni d'esercizio.

Per rispondere alle richieste dei clienti, i costruttori possono operare in due modi:
  • Creando macro-classi in base alle condizioni di utilizzo e incrementando le manutenzioni preventive, in modo da sottostimare il ciclo di vita dei componenti evitando così l'insorgenza di guasti imprevisti; tuttavia, questo metodo comporta una gran quantità di fermi macchina, spesso per sostituire pezzi ancora perfettamente funzionanti.
  • Creando modelli dedicati per micro-classi in base alle condizioni di utilizzo. Questa scelta porta però ad ingigantire il catalogo dell'azienda produttrice che si trova così ad affrontare costi elevati e macchine pressoché personalizzate per ogni cliente.
  • Si tratta di due modi di operare opposti l'uno all'altro; anche un loro impiego sinergico risulta poco efficiente poiché il primo comporta uno svantaggio per l'azienda che acquista e il secondo per l'azienda che produce.
Sapere quando e dove agire

Negli ultimi anni, grazie all'avvento dell'Internet of Things e dell'industria 4.0, la tecnologia ha aperto nuove possibilità. Compressori, pompe e l'intera catena cinematica che li connette al sistema che li ospita sono stati resi smart, ovvero capaci di raccogliere dati durante le condizioni di esercizio e di trasmetterli ad altri sistemi loT di monitoraggio ed analisi.

Questa interconnessione tra gli organi produttivi dell'azienda si rispecchia anche nei dati raccolti che, una volta analizzati, riescono a rivelare precocemente i guasti e ad identificarne la catena delle concause che li hanno generati.

A questo scopo, sono stati sviluppati modelli che esaminano le informazioni provenienti da tutta la linea e li confrontano con altri dati storici in condizioni di perfetto funzionamento, in modo da segnalare ogni deviazione dalle misurazioni previste e, tramite uno storico sui fallimenti e una conoscenza approfondita delle macchine, prevedere le condizioni di salute di ciascun componente. Tutto ciò permette, in primo luogo di evitare guasti inaspettati e, in secondo luogo, di fornire una conoscenza più approfondita delle macchine, utile soprattutto al reparto R&D per il miglioramento dei prodotti.

La manutenzione preventiva, che per queste macchine era poco efficace, si trasforma così in manutenzione predittiva, grazie alla conoscenza del reale RUL (Remaining Useful Lifetime o vita utile rimanente) delle parti che compongono il sistema produttivo.

I metodi proposti dalla ricerca scientifica

Sull'argomento sono stati realizzati diversi casi di studio, alcuni dei quali sono stati presentati in letteratura in modo da fungere da guida per le future applicazioni. Tra i più interessanti vi è quello condotto dall'università di Leicester in collaborazione con l'università di Nanjing (Xiaochuan Li e Xiaoyu Yang et al., 2019). In questo lavoro viene proposto un nuovo modello diagnostico e prognostico per la rilevazione dei guasti incipienti e per la stima del RUL delle macchine rotanti.

Utilizzando un indice di monitoraggio basato sull'analisi canonica della variata (CVA), che tiene conto delle distinzioni tra le variabili canoniche passate e future, viene effettuata una diagnosi di errore iniziale alla quale poi segue, tramite un nuovo approccio basato sull'analisi di correlazione di Pearson e la tecnica della media mobile esponenziale, l'identificazione delle variabili più influenti associabili al guasto.

Questo approccio risolve due problemi molto comuni in questo campo: la gestione di una scarsa quantità di dati e la quantificazione dell'incertezza della vita residua dei componenti in forma probabilistica.

Fra gli esempi analizzati vi è quello di una pompa centrifuga ad alta pressione utilizzata in una raffineria in Europa. Analizzando per 580 ore 13 variabili (tra cui la velocità, la pressione in ingresso e in uscita, la temperatura del fluido, le vibrazioni e le temperature dei cuscinetti) il modello è stato in grado di rilevare l'incedere delle condizioni che lentamente stavano conducendo al verificarsi dei guasti che hanno in seguito determinato la rottura della pompa, distinguendoli accuratamente dalle normali condizioni operative.

Lo stesso metodo è stato applicato per analizzare le condizioni di guasto di un compressore centrifugo, identificando con successo la causa dei guasti, che in questo caso erano da imputare alle vibrazioni radiali della macchina.

Un modello analogo è stato messo a punto nello studio presentato da Tayaba Abbasi et al. nell'undicesima conferenza Curtin University Technotogy, Science and Engineering (CUTSE) del 2018, nel quale è stato utilizzato un algoritmo di apprendimento automatico basato su una rete neurale ricorrente utilizzando memoria a lungo termine per effettuare la manutenzione predittiva di un air booster compressor (compressore ausiliario per l'innalzamento della pressione dell'aria) di un gasdotto.

Rispetto al precedente, questo metodo presenta il vantaggio di non necessitare di uno specifico know-how del mac­chinario su cui è implementato e lo svantaggio di aver bisogno di una maggiore quantità di dati e di tempo per addestrare la rete neurale prima di essere utilizzabile.

Il ruolo del fornitore di giunti

Fra motore e pompa si trova un giunto la cui qualità non farebbe la differenza in una motopompa tradizionale, ma che si rivela decisiva nel caso delle servo-pompe, che richiedono componenti eccellenti, dall'ottima rigidità torsionale, che contribuiscono a innalzare il livello prestazionale del gruppo servo-pompa. Queste sono le caratteristiche dei giunti di precisione a elastomero R+W della serie EK che si distinguono per l'alta rigidità torsionale e l'assenza di gioco angolare.

Questi giunti portano con sé un surplus di efficienza; di pari passo supportano l'incremento della produttività ed è facile immaginare che presso aziende di stampaggio a iniezione dotate di decine di macchine sulle quali sono presenti set di più servo-pompe siano garanzia di un calo della spesa energetica. Proprio alle servo-pompe per i macchinari di dosaggio e iniezione plastica sono in prevalenza destinati i giunti EK di R+W; e in questo settore si ritrova la maggior parte dei clienti dell'azienda.

Poiché il filo conduttore che lega pompe e compressori è l'analisi e la raccolta di dati da questi macchinari e dagli organi collegati ad essi, l'apporto di componenti in grado di misurare diverse tipologie di dati può rivelarsi fondamentale.

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