Vista di un compressore collegato a un impianto produttivo.
Il mercato delle servopompe e dei compressori resiste alla flessione congiunturale grazie a soluzioni innovative. La ricerca sviluppa modelli di manutenzione alternativi che allungano la vita ai macchinari e ne aumentano l’affidabilità.
di Alberto Buffon
Il settore delle servopompe e dei compressori ha saputo resistere alla difficile situazione economica di questi mesi, ma la complessità dei mercati e la diversità dei competitor richiede la massima attenzione all’innovazione e alla sostenibilità. La quota del mercato globale conquistata dalle imprese italiane nel 2019 è del 7,3%, per un fatturato complessivo di 2,5 miliardi di euro: i dati del 2020 hanno comprensibilmente mostrato una flessione, ma il Made in Italy continua ad avere successo e le esportazioni – specie in Germania, USA e Cina – tengono.
Ottime prestazioni anche per i mercati emergenti come Indonesia, Russia e Arabia Saudita, il che lascia ben sperare per l’andamento futuro del settore che, secondo le previsioni, dovrebbe riprendere la sua corsa e tornare a crescere entro il 2022.
Le sfide per le aziende nazionali del comparto restano alte, oltre che per la crescita di competitor internazionali, anche perché la domanda sui mercati di sbocco sta diventando sempre più sofisticata. Grandi Paesi come Cina e Canada sono alla costante ricerca di prodotti di alta qualità, mentre Germania e USA sono piazze di grandi dimensioni, ma meno concentrate sull’aspetto qualitativo dei macchinari.
La grande scommessa delle aziende italiane del settore sarà quindi quella di non puntare più solo sui volumi per crescere, come hanno fatto finora, ma anche di riorganizzare la produzione per realizzare macchinari con un buon equilibrio tra qualità e prezzo in breve tempo, puntando sempre di più sul servizio pre- e post-vendita alla clientela. E in questo, Industria 4.0 può dare una mano.
EFFICIENZA ENERGETICA IN PRIMO PIANO
Un altro aspetto importante del settore è la sostenibilità: l’efficienza energetica dei macchinari prodotti si deve adeguare agli obiettivi europei che impongono il risparmio delle risorse e il progressivo abbattimento delle emissioni di CO2 entro il 2030.
In questa direzione, Assopompe, l’Associazione di categoria aderente ad ANIMA-Confindustria, sta lavorando con Enti e Università per un progetto di ricerca, analisi e diffusione della consapevolezza sulle 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 prodotti finalizzati a questo cambiamento, progettando e realizzando idrauliche più efficienti e sistemi di controllo di ultima generazione.
PIÙ PERFORMANTI, PIÙ SOSTENIBILI
La superiore controllabilità e un più elevato livello di performance segnano le diversità più evidenti fra le pompe tradizionali e le servopompe, gestite mediante motori elettrici a più basso consumo. Garantiscono una maggiore accelerazione e si distinguono poi per una caratteristica importante: essere sempre guidate da un’intelligenza, un azionamento che ne governa l’attività ottimizzandone il funzionamento. Le prestazioni migliorano, a fronte di un minore fabbisogno energetico.
Mossa da un servomotore, la servopompa assicura un’adeguata spinta solo quando e se ne ha effettivamente bisogno: il risultato, oltre a un risparmio in doppia cifra della spesa per l’energia, è una migliore qualità delle lavorazioni, data da un processo più funzionale. La sostenibilità del tutto è un ulteriore valore aggiunto del quale non beneficiano solamente le industrie, ma l’intera collettività, grazie al taglio delle emissioni di CO2.
I SISTEMI DI COMPRESSIONE E POMPAGGIO
Pompe e compressori sono infrastrutture in continua evoluzione, grazie al loro impiego in quasi tutti i settori della meccanica: 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, intesa come soluzioni tecniche impiegate e come materiali utilizzati, non è banale capire quando effettuare questi interventi.
Alle servopompe per i macchinari di dosaggio e iniezione plastica sono in prevalenza destinati i giunti EK di R+W.
L’AFFIDABILITÀ È LA SFIDA ATTUALE
Dato che un guasto alle pompe o ai compressori di un impianto obbliga a interrompere la produzione, chi acquista tali macchine richiede un’affidabilità sempre più alta e delle prestazioni costanti nel tempo ai loro costruttori, i quali si trovano così a contendersi la leadership dei settori su questi due aspetti. Tuttavia, come detto poc’anzi, in gran parte le informazioni relative alla reale affidabilità di questi apparecchi dipendono dalle condizioni d’esercizio, le quali risultano solo stimabili dai produttori che per fronteggiare le richieste dei clienti opereranno in due modi.
Primo: 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.
Secondo: creando modelli dedicati per micro-classi in base alle condizioni di utilizzo. Questa scelta porta però a ingigantire il catalogo dell’azienda produttrice che si trova così ad affrontare costi elevati e macchine pressoché personalizzate per ogni cliente.
Le precedenti sono ovviamente due soluzioni opposte e semplificate al problema dell’affidabilità, ma anche un loro impiego sinergico risulta essere poco efficiente, poiché la prima comporta uno svantaggio per l’azienda che acquista e la seconda per l’azienda che produce.
SAPERE QUANDO E DOVE AGIRE
Fortunatamente 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 in cui sono inseriti sono stati resi smart, ovvero capaci di raccogliere dati durante le condizioni di esercizio e di trasmetterli ad altri sistemi IoT di monitoraggio e 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 a identificarne la catena delle concause che li hanno generati.
Per far ciò, 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 primis di scongiurare ogni causa di guasto inaspettato e, in secondo luogo, di fornire anche una conoscenza più approfondita delle macchine, utile soprattutto al reparto R&D per il miglioramento dei prodotti in commercio.
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 DELLA 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 sicuramente 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. L’approccio utilizzato 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 il caso 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 Technology, 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 COMPONENTI
Fra motore e pompa si trova un giunto la cui qualità non farebbe la differenza in una motopompa tradizionale, ma che è invece decisiva nel caso delle servopompe, che richiedono prodotti eccellenti, dall’ottima rigidità torsionale, che contribuiscono a innalzare il livello prestazionale del gruppo servopompa. Queste sono le caratteristiche dei giunti di precisione a elastomero R+W della serie EK, contraddistinti dall’alta rigidità torsionale e privi di gioco angolare.
Portano con sé un surplus di efficienza e, di pari passo, supportano l’incremento della produttività: è dunque facile immaginare che presso aziende di stampaggio a iniezione, dotate di decine di macchine sulle quali sono presenti set di più servopompe, siano garanzia di un calo della spesa energetica. Proprio alle servopompe per i macchinari di dosaggio e iniezione plastica sono in prevalenza destinati i giunti EK di R+W, ed è in questo settore che 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 a essi, l’apporto di componenti in grado di misurare diverse tipologie di dati può rivelarsi fondamentale. Per questo R+W fornisce i giunti EK anche nella versione AIC con sensoristica integrata. ©TECNeLaB
I giunti di precisione a elastomero R+W della serie EK sono contraddistinti dall’alta rigidità torsionale e privi di gioco angolare.