Con l’automazione della produzione del suo sistema di filtraggio Tri-Dust Plus™, Parker Hannifin, protagonista mondiale nel settore della filtrazione, dimostra che i vantaggi ambientali della produzione avanzata si estendono anche alla prossima generazione di filtri.
La produzione automatizzata contribuisce ad accelerare lo sviluppo dei prodotti e la loro successiva consegna, ma offre anche numerosi vantaggi ambientali ed economici. Investendo in una linea di produzione completamente automatizzata per il suo filtro Tri-Dust Plus™ di recente introduzione, Parker Hannifin sta dimostrando questi vantaggi chiave che l’automazione può offrire.
L’automazione della produzione migliora la produttività dello stabilimento e garantisce una qualità costante del prodotto durante il processo di produzione e, di conseguenza, un’elevata qualità al momento della consegna al cliente finale. Nel caso del filtro Tri-Dust Plus™, le celle robotizzate gestiscono la maggior parte dell’assemblaggio e della movimentazione del filtro, ad esempio erogando quantità precise di materiali come il poliuretano (PU), il che riduce gli sprechi e comporta un minor rilascio di componenti volatili nell’ambiente.
Inoltre, il sistema automatizzato è in grado di costruire più filtri contemporaneamente, riducendo drasticamente il numero di operatori necessari. Ciò ha diversi effetti: ad esempio, un numero ridotto di operatori diminuisce l’impatto ambientale associato all’uso di materiali di consumo e dispositivi di protezione individuale come guanti, mascherine, occhiali e salviette.
L’automazione non solo riduce la dipendenza dal lavoro manuale per le attività ripetitive in cui possono verificarsi errori, ma la linea completamente automatizzata può funzionare fino a 24 ore al giorno, riducendo lo spreco di energia quando la linea è inattiva in uno stabilimento riscaldato prima dell’inizio del turno successivo, con conseguente aumento della produttività e riduzione del tempo e dell’energia consumati per unità prodotta.
La linea automatizzata supporta anche una migliore progettazione dei prodotti con un numero ridotto di componenti nei filtri. Ciò consente di risparmiare tempo durante la produzione e la spedizione di questi componenti.
Maggiore precisione nell’applicazione dei materiali e maggiore accuratezza dimensionale, con conseguente riduzione dei difetti e del tasso di scarto. Inoltre, il sistema automatizzato, grazie alla sua qualità migliorata, riduce il tempo e l’energia necessari per l’ispezione dei prodotti e il controllo qualità. Ciò riduce anche il tempo e l’energia necessari per la rilavorazione e la rifabbricazione dei prodotti.
Le celle robotizzate sono posizionate in modo ottimale, il che significa una riduzione del tempo di ciclo e dello spazio necessario, con un risparmio sui costi dello spazio di lavoro e sull’impatto ambientale della sua manutenzione, compreso il consumo diretto di energia per il riscaldamento e l’illuminazione. Nel complesso, la linea completamente automatizzata impiega meno ore per produrre il filtro Tri-Dust Plus™ e offre quindi un significativo aumento della produttività.
Oltre agli evidenti vantaggi economici associati al processo di produzione automatizzato, la linea consente anche un risparmio quantificabile di CO2e. Ad esempio, la maggiore disponibilità e la linea di produzione più rapida e ad alta densità riducono la necessità di servizi di fabbrica come illuminazione, riscaldamento e spazio, e minimizzano l’utilizzo di materiali, consumabili e parti per unità. Anche la riduzione del tasso di scarti e di CO2e associati agli errori ha un impatto sulla carbon footprint, così come altri requisiti di interfaccia umana quali distributori automatici, sedute e così via.
Oltre ai vantaggi diretti durante il processo di produzione, la linea automatizzata offre anche vantaggi nell’uso del prodotto Tri-Dust Plus™.
Ottenere prestazioni ottimali
Lo scopo del sistema di filtrazione è quello di mantenere le prestazioni ottimali della turbina a gas in servizio. Uno dei principali vantaggi ambientali del design Tri-Dust Plus™ deriva dal suo ruolo nel mantenere una turbina a gas più efficiente che produce quindi emissioni specifiche inferiori per MWh generato. Il filtro garantisce che solo l’aria filtrata entri nella turbina, impedendo l’ingresso di particelle, acqua, sale e altri contaminanti che possono influire sull’efficienza aerodinamica della sezione del compressore di una turbina a gas. La contaminazione che entra in una turbina a gas può anche causare corrosione e guasti potenzialmente costosi. Tuttavia, il sistema di filtrazione deve raggiungere questo obiettivo mantenendo la caduta di pressione al minimo per garantire il funzionamento più efficiente possibile della turbina.
L’efficienza del design del filtro Tri-Dust Plus™ consente di ottenere queste caratteristiche utilizzando un alloggiamento del filtro più piccolo e compatto. Questo ingombro ridotto richiede circa il 30% in meno di materiali per la sua costruzione, il che rappresenta un ulteriore vantaggio significativo per l’ambiente, riducendo al minimo l’uso di materiali ricchi di CO2e come l’acciaio e il cemento. L’ingombro compatto supporta anche l’aggiornamento e la ristrutturazione delle turbine a gas nei siti esistenti, che sono difficili da realizzare e spesso soggetti a vincoli di spazio. Ciò rappresenta potenzialmente anche un vantaggio ambientale, poiché consente l’uso di turbine a gas più moderne e quindi più efficienti e avanzate.
Inoltre, il design del filtro Tri-Dust Plus™ è stato ottimizzato per la quantità di materiale filtrante utilizzato, che è circa la metà di quello utilizzato nei filtri convenzionali. Come per l’ingombro dell’involucro, si tratta di una significativa riduzione delle risorse associate al materiale filtrante.
Inoltre, grazie all’utilizzo dei più recenti strumenti di progettazione, Tri-Dust Plus™ offre un’ottimizzazione della funzione di autopulizia del filtro. Ciò si traduce in una riduzione dei cicli di pulizia a impulsi e quindi in un minor fabbisogno di aria compressa nel tempo. L’autopulizia migliorata, l’uso di vaschette terminali in PU resistenti alla corrosione e la riduzione dei cicli di pulizia a impulsi si traducono in una maggiore durata del filtro. Ciò significa che i filtri devono essere sostituiti meno spesso e, grazie al design ottimizzato dei media e dell’autopulizia, il filtro Tri-Dust Plus™ presenta una perdita di pressione media inferiore nel corso della sua vita utile. Le caratteristiche migliorate di perdita di pressione si traducono in una maggiore efficienza della turbina a gas e quindi in un minor consumo di combustibile per MWh e, di conseguenza, in minori emissioni di CO2e e NOx.
La geometria del filtro Tri-Dust Plus™ riduce anche il rischio di formazione di ghiaccio in ambienti freddi, garantendo una maggiore disponibilità della turbina a gas.
Risparmio complessivo
Un elemento importante dei vantaggi operativi associati al design migliorato e alla produzione automatizzata riguarda l’installazione e la sostituzione degli elementi filtranti. I filtri segmentati sono progettati per adattarsi perfettamente tra l’alloggiamento del filtro e il treppiede, garantendo facilità di installazione e riducendo la possibilità di errori di installazione. L’adattamento del filtro e la sua guarnizione integrata non solo facilitano un’installazione semplice e priva di errori, ma forniscono anche un feedback sulla coppia e quindi una maggiore sicurezza durante l’installazione. Ciò riduce il tempo di installazione e comporta una minore verifica dell’installazione, oltre a ridurre i tempi di fermo macchina. Il design della guarnizione consente inoltre una compressione controllata e una migliore tenuta. Ciò riduce la possibilità che l’aria in ingresso bypassi il sistema di filtrazione e si traduce in una turbina a gas più pulita, prolungandone la durata e il tempo tra i cicli di lavaggio del compressore della turbina.
I tappi terminali, dimensionalmente stabili e realizzati con precisione, sono anche riutilizzabili. Ciò garantisce una minore sostituzione dei componenti del filtro quando gli elementi filtranti raggiungono la fine della loro vita utile, con un risparmio sui nuovi materiali durante la produzione, nonché sui rifiuti prodotti e sulla necessità di smaltirli. L’uso di tappi terminali riutilizzabili riduce il costo del ciclo di vita del sistema di filtrazione e la sua impronta di carbonio, diminuendo le risorse necessarie per l’acquisto, la sostituzione o lo smaltimento.
Il numero ridotto di componenti del filtro Tri-Dust Plus™ rispetto a un filtro convenzionale non solo comporta un minor utilizzo di materiali e richiede un minor approvvigionamento di componenti con le relative risorse di produzione e logistica. L’eliminazione dei componenti metallici stampati e la riduzione del peso del filtro contribuiscono anche a migliorare la sicurezza dell’operatore durante la manipolazione dei filtri.
Investire nel futuro della filtrazione
Il filtro Tri-Dust Plus™ (TDP) è un nuovo sviluppo e il suo design ha reso necessario automatizzare il processo di produzione dei filtri. Il suo sviluppo ha richiesto un investimento considerevole, ad esempio attraverso una spesa in conto capitale di 5 milioni di dollari per banchi di prova mobili e un banco di prova Aramco a supporto del design Tri-Dust Plus™ (probabilmente il più grande al mondo). Inoltre, la produzione di nuovi beni strumentali ha comportato un ulteriore investimento di 4,5 milioni di dollari, oltre a circa 4,9 milioni di dollari di spese per manodopera e materiali di consumo per lo sviluppo. Tuttavia, con il processo di produzione ora in atto, il processo di preparazione alla produzione è stato abbreviato e l’immissione sul mercato è stata notevolmente accelerata.
Ad esempio, il processo automatizzato consente di produrre prototipi ripetibili senza le variazioni riscontrabili nei prototipi realizzati a mano e con tutte le variabili di produzione registrate, in modo che lo stesso identico progetto possa essere ripetuto esattamente in futuro, se necessario. Ciò consente anche di costruire prototipi con differenze note ma sottili, accelerando l’ottimizzazione di un nuovo progetto. I prototipi realizzati sulla linea automatizzata sono anche molto più vicini al livello di produzione, quindi è molto più facile e veloce ottenere l’approvazione per installarli su una turbina a gas per scopi di dispersione e test BETA, riducendo il tempo necessario per ottenere esperienza nel mondo reale e quindi il ciclo di sviluppo complessivo.
La realizzazione di prototipi direttamente sulla linea di produzione elimina anche qualsiasi potenziale problema di scalabilità rispetto alla costruzione manuale o a una linea di produzione pilota. Diventa anche molto più facile costruire grandi quantità di prototipi per programmi di test più ampi man mano che il processo di sviluppo del prodotto evolve. Questo approccio significa che molte delle lezioni apprese dall’attuale linea di automazione e dalle varie tecnologie utilizzate nella costruzione dei filtri saranno incorporate in qualsiasi progetto futuro. La natura modulare delle diverse celle di produzione significa anche che è possibile apportare miglioramenti individuali ad aree del prodotto o alla linea di lavorazione senza influire sull’intera linea.
Grazie alla maggiore durata del filtro, al ridotto impatto ambientale e ai molteplici vantaggi operativi, il filtro Tri-Dust Plus™ rappresenta un vantaggio significativo per i consumatori e un notevole beneficio ambientale in termini di risparmio di CO2e ottenibile grazie al design avanzato del sistema di filtrazione e alle tecniche automatizzate necessarie per la produzione moderna. Oggi il filtro Tri-Dust Plus™ è l’unico filtro per turbine a gas prodotto in uno stabilimento completamente automatizzato. Ciò è evidente, dati i suoi chiari vantaggi derivanti dalla sua filosofia di progettazione radicata di riduzione, riutilizzo e riciclaggio.