Best Practices di manutenzione per l’ottimizzazione energetica d’impianto

Un’adeguata gestione e manutenzione di tutti quegli impianti non coinvolti diretta­mente nel processo produttivo ma allo stesso tempo indispensabili per il corretto svolgimen­to dell’attività produttiva, specialmente nelle attività industriali ad alto consumo di energia, potrebbe offrire ottime possibilità di migliora­mento.

Oggi l’attività di monitoraggio è concentrata quasi esclusivamente sugli impianti di produzione; attivi­tà come la produzione di calore in centrale termica, la produzione di freddo in centrale frigorifera o la produzione e distribuzione di aria compressa negli stabilimenti non hanno ancora raggiunto livelli di controllo soddisfacenti.

Questo pensiero è alla base del progetto di tesi di laurea magistrale in Ingegneria Energetica e Nucleare, realizzato al Politecnico di Torino con il supporto del mio relatore, il professor Marco Carlo Masoero. Al fine di massimizzare la disponibilità e l’efficienza di un impianto diventa quindi necessa­rio controllare il suo tasso di deterioramento e co­noscere il suo stato di salute, garantendo al tempo stesso un funzionamento sicuro, il prolungamento della sua vita utile, una riduzione degli interven­ti manutentivi straordinari e dei periodi di fermo. Questo significa di conseguenza una riduzione dei costi, un aumento della produttività e soprattutto una riduzione dei consumi energetici.

Studio preliminare

Per prima cosa ho descritto lo scenario manuten­tivo attuale sia dal punto di vista tecnico e meto­dologico, a livello di equipments, e sia dal punto di vista normativo, con particolare attenzione verso la normativa inerente l’efficienza energetica.

Proprio nella norma ISO 50001 che specifica i requisiti per lo sviluppo e l’implementazione di un sistema di gestione dell’energia, come riportato al paragrafo 4.4.5. dedicato agli “Indicatori di performance energetica”, viene fatto riferimento al dovere dell’azienda di pianificare le operazioni di manutenzione degli impianti in modo da mantene­re elevati standard di prestazione energetica degli stessi: «L’impresa deve identificare e pianificare le operazioni e le attività di manutenzione che sono associate agli usi energetici significativi al fine di manutenere impianti, processi, sistemi ed apparec­chiature evitando significative deviazioni da efficaci prestazioni energetiche».

Indagine di mercato

Ho spostato successivamente l’attenzione sul mercato, sottoponendo insieme all’Unione Indu­striale di Torino e all’AMMA (Aziende Meccaniche Meccatroniche Associate) un questionario ad un centinaio di aziende del Piemonte, in modo da fo­tografare lo stato attuale delle cose.

Dall’indagine di mercato, svolta su un campione eterogeneo di aziende (70% energivore, 24% grande impresa) appartenenti in prevalenza al settore metalmeccanico, sono emersi alcuni dei seguenti risultati:

il 43% delle aziende intervistate possiede un sistema di gestione dell’energia o un piano di riqualificazione energetica che contempla il si­stema di conduzione e manutenzione impianti.

la manutenzione viene ormai gestita nella qua­si totalità dei casi (84%) da un manutentore interno e da un’azienda qualificata esterna, in grado di fornire a costi contenuti un importante valore aggiunto.

L’87% delle imprese pianifica gli interventi con lo scopo di evitare il sorgere di un’ano­malia o un guasto di un componente della macchina; questo dimostrerebbe un positi­vo avanzamento di una cultura preventiva a livello manutentivo.

Circa il 60% delle imprese assegna la giusta importanza al tema dell’ef­ficienza energetica, sottolineando il fatto che stia diventando sempre più rilevante all’interno dell’organizzazione aziendale.

Nel momento in cui la razionalizzazione dei consumi energetici viene diret­tamente associata all’attività manutentiva la propria importanza cala verso valori nettamente inferiori. A conferma del punto precedente solo il 45% del­le aziende afferma di ottenere un risparmio energetico dal proprio piano di manutenzione e, nel caso lo ottenga, si tratta di percentuali minime rispetto ai consumi attuali.

Nel 62% dei casi è presente in azienda un sistema di monitoraggio dei consu­mi (sistemi SCADA, sistemi di telecontrollo o la semplice ed inefficace lettura dei contatori); solo però per il 48% di questi il sistema interagisce con il piano di conduzione degli impianti e, ancora più significativo, l’attività di monitoraggio si concentra per lo più sugli impianti di produzione e generali, molto meno sugli ausiliari.

Ho infine raccolto le medie di valutazione (con scala decrescente di importan­za da 1 a 5 con le seguenti corrispondenze: 1. OTTIMO 2. BUONO 3. SUFFI­CIENTE 4. SCARSO 5. PESSIMO) date ad una serie di items collegati al piano di manutenzione delle aziende e, grazie alla realizzazione di una matrice di correlazione, ho pesato l’incidenza di ogni singolo aspetto su quello che, tra gli altri, considero cruciale per chi decide di fare impresa; ovvero il grado di soddisfazione generale rispetto al proprio programma di manutenzione.

I risultati sono rappresentati sulla mappatura in figura 2.

La tempestività, la qualità e l’affidabilità del piano di manutenzione e condu­zione impianti in essere nella maggior parte delle aziende rappresentano gli elementi migliori. Per quanto riguarda il costo, il bilanciamento del suddetto piano con gli altri piani di settore (progettazione, esercizio, …) e soprattutto l’efficienza energetica sono aspetti su cui esiste un ampio margine di crescita.

Tenendo presente la volontà espressa dalla maggior parte delle aziende in­tervistate di conferire alla questione energetica un ruolo ed un’importanza maggiore all’interno del proprio sito industriale, questi risultati comunicano il fatto che si parla più per “tendenza” di efficienza energetica senza che si siano ancora realmente ottenuti risultati tangibili.

In linea con la recente diffusione di paradigmi come manutenzione predittiva, condition monitoring e manutenzione 4.0, un’ottima soluzione sarebbe quella di estendere il raggio d’azione di un Energy Management System all’attività di conduzione e manutenzione degli impianti.

Ecco che attraverso un sistema di controllo distribuito, composto da sensori posizionati in campo, da controllori a logica programmabile che fungono da interfaccia tra i dati misurati e il software dedicato all’acquisizione, alla visua­lizzazione e controllo degli stessi, l’azienda deve essere in grado di monitorare i parametri di funzionamento degli impianti ed identificare, grazie a modelli predittivi ed algoritmi, la presenza di eventuali anomalie, perdite o malfun­zionamenti, allo scopo di limitare al tempo stesso gli inutili sprechi di energia.

Business Case

Ho individuato, tra quelle intervistate, una delle aziende più virtuose e ho svi­luppato un caso studio relativo alla loro centrale di produzione e distribuzione dell’aria compressa.

L’intervento di ottimizzazione energetica ha riguardato i seguenti step:

1. Intervento di rilevamento perdite, grazie a tecniche di diagnostica ad ultra­suoni, sulla rete di distribuzione ad anello chiuso, concentrate sugli attacchi e sui collegamenti dei piping.

2. Campagna di misurazione, durante un periodo di 193 ore, dei valori di por­tata d’aria e consumi energetici ai compressori grazie a misuratori di portata e analizzatori di rete trifase. Da questi si è poi calcolato, lungo il periodo di riferimento, l’indice di prestazione energetica, ovvero il consumo specifico di sala (kWh/m3).

3. Sostituzione dei tre compressori rotativi a vite oil-free con altrettanti lu­brificati, due a giri fissi e uno a giri variabili, in grado di garantire maggiore affidabilità e maggiormente adatti al tipo di attività aziendale presa in esame.

4. In ultimo, il passo più importante è stato quello di implementare un sistema di monitoraggio continuo in modo da poter rilevare e controllare in tempo re­ale h24, in remoto, le portate d’ aria compressa, la pressione e la temperatura di esercizio, i consumi elettrici ai compressori, le perdite di carico e l’efficienza dei sistemi (kWh/Nm3).

Successivamente a questo percorso di ottimizzazione si sono raggiunti i se­guenti vantaggi:

Risparmi economici e in termini di efficienza di impianto grazie all’attività di leak detection e di riparazione delle perdite lungo le linee di distribuzione. 20% di risparmio energetico grazie al solo passaggio da compressori oil-free a compressori lubrificati. Dal punto di vista strettamente manutentivo si sono ridotti gli interventi a lungo termine grazie alla parzializzazione del carico su tutti i compressori, permettendo di distribuire il lavoro e non stressare eccessivamente le macchine, senza penalizzazioni di rendimento. Grazie al set­taggio e alla gestione degli allarmi, il personale manutentivo è in grado di intervenire preventi­vamente, individuando e risolvendo il problema prima del verificarsi della condizione di guasto funzionale (per esempio, un aumento eccessi­vo della temperatura dell’aria potrebbe signifi­care l’intasamento dei filtri sugli essiccatori).

Dal punto di vista strettamente energetico, a parità di domanda, la deriva del consumo spe­cifico rilevato è un indiscutibile segnale di inef­ficienza degli impianti. A seguito di questi inter­venti si è ottenuta una diminuzione del 18% sul consumo specifico di sala e, tradotto in termini economici, si è raggiunto un risparmio annuo pari a 67000 euro.

A fronte di un investimento iniziale oneroso, pari a 200000 euro, riguardante le spese di sostitu­zione dei compressori, gli interventi diagnostici, l’implementazione del sistema di monitoraggio e le risorse umane coinvolte, si stima facilmente un pay-back time di circa 3 anni, relativamente breve se si pensa all’importanza dell’ intervento effettuato.

Conclusioni

Grazie a questo lavoro ho potuto percepire come le due discipline sotto osservazione (la manuten­zione e l’efficienza energetica) siano ancora trop­po vissute separatamente. Il comparto industriale mostra inconsapevolezza verso quelli che potreb­bero essere i costi, i tempi di ritorno economico e l’effettiva entità dei benefici ottenibili in termini energetici ed economici nel caso si decidesse di coinvolgere nei modelli e nei programmi manuten­tivi efficaci soluzioni energetiche.

Alessandro Corradin, ingegnere energetico e nucleare, Politecnico di Torino