Riduzione dei costi nell'utilizzo dei gas di schermatura

Far fronte al difficile scenario economico attuale può rivelarsi una sfida molto impegnativa. Quando si lavora in un settore in cui anche il minimo risparmio è importante, sia i manager che i tecnici devono esaminare tutti i processi del proprio business per individuare le possibili aree di criticità, in cui massimizzare l’efficienza ed adottare tutti i provvedimenti necessari per metterla in pratica nel minor tempo possibile. Scegliere la migliore attrezzatura per il controllo del gas nelle applicazioni di saldatura può rappresentare una scelta in grado di generare il massimo risparmio con un investimento davvero ridotto. Inoltre, una scelta oculata dell'attrezzatura per gas di schermatura può produrre risultati molto interessanti.

Innanzitutto si deve conoscere a fondo il processo. Quanto gas è richiesto per ottenere una saldatura ben fatta? Molti processi di saldatura sono estremamente dispendiosi in termini di portata, poiché il gas di schermatura rappresenta uno degli elementi più costosi. La maggior parte dei produttori fornisce attrezzature o accessori di controllo della portata del gas dei quali è possibile impostare il limite massimo, affinché non vengano utilizzate portate eccessive.

Inoltre, pressioni e portate troppo elevate rendono turbolento il gas di schermatura, aspirando ossidi e nitruri. La maggior parte dei saldatori ancora non ha sufficiente dimestichezza con i dispositivi di risparmio dei gas nobili disponibili sul mercato, quali gli Economizzatori di consumi per gas protettivi Harris, che riducono il picco di gas al momento dell’attivazione della torcia. Questi dispositivi sono sul mercato da almeno 20 anni, ma hanno iniziato a suscitare interesse solo a seguito della crisi economica, che ha portato ad una maggiore attenzione agli sprechi.

Il principio con cui opera un economizzatore Harris è molto semplice: esso elimina il tipico picco di pressione in saldatura MIG/TIG all’accensione, mantenendo costanti portata e pressione, con un risparmio di gas di oltre il 60%. La maggior parte delle attrezzature di controllo della portata utilizzate con i gas di schermatura, da un cilindro o da un serbatoio, è progettata per funzionare a una pressione di ingresso nominale di circa 20-30 psig. Le applicazioni che utilizzano anidride carbonica pura possono operare a pressioni massime di 50 psig. Ciò significa che ad ogni attivazione del cannello per saldatura è presente una pressione iniziale di 20-30 o 50 psig in corrispondenza dell'ugello. Questa elevata pressione statica causa la fuoriuscita di una grande quantità di gas dall'ugello quando si aziona il dispositivo di attivazione del cannello.

Per avere un’idea più dettagliata delle quantità, si ipotizzi quanto segue: 1) il processo di saldatura richiede 35 scfh di argon, 2) il flussometro installato a monte e collegato alla saldatrice ha una pressione di taratura di 20 psig. Attraverso un diffusore di gas standard, in queste condizioni, le portate iniziali possono facilmente raggiungere, e persino superare, 180 scfh di argon. Nonostante la rapida diminuzione contestuale al decadimento della pressione della linea verso le condizioni atmosferiche, la portata rimane ancora 5 volte superiore rispetto a quella necessaria all'applicazione di saldatura. Ciò avviene ad ogni attivazione. Non è raro che alcune applicazioni richiedano 200 - 300 attivazioni, aumentando esponenzialmente la quantità di gas sprecato.

Sono richiesti calcoli precisi per quantificare il potenziale risparmio di gas possibile. The Harris Products Group ha ideato un programma per fornire un supporto nel calcolo dello spreco di gas di schermatura.

Gli utenti dovranno inserire alcuni dati obbligatori prima di cominciare, ovvero:

  1. Diametro interno e lunghezza del tubo flessibile che si estende dal flussometro al guidafilo
  2. Accumulo della pressione statica; si tratta in genere della pressione stampata sulla sfera e sul flussometro del tubo. Di norma non supererà i 50 psig (per i regolatori che controllano il flusso potrebbe essere necessario eseguire una misurazione fisica)
  3. La pressione nella linea mentre il gas fluisce; si deve presupporre che tale pressione sia molto bassa, 3 o 4 psig
  4. Il numero approssimativo delle attivazioni per ora
  5. Il costo di 100 piedi cubi di gas di schermatura (al momento della stesura di questo documento, l'argon era venduto al dettaglio da un distributore locale a 21,33 dollari per 100 piedi cubi)

Il programma di Harris fornisce all'utente una stima della quantità di gas sprecato per una stazione di saldatura. Il calcolo può essere fatto per tutte le stazioni, attenendo un quadro chiaro della quantità di gas perso nell'intera struttura. A titolo di esempio, si esaminino le seguenti variabili con le stime dei risparmi annuali realizzabili con l'ausilio di un dispositivo di risparmio gas.

  • Lunghezza del tubo flessibile – 12 ft
  • Diametro interno del tubo flessibile – 3/16”
  • Pressione linea statica – 20 psig
  • Pressione di linea dinamica – 3 psig
  • Numero di attivazioni all'ora - 175
  • Costo di 100 piedi cubi di gas - 21,33 dollari
  • Risparmio annuale = 218,76 dollari

 
Installazione standard con un regolatore Harris con flussometro ed un economizzatore di consumi per gas protettivi in corrispondenza dell'uscita.

Il prezzo al dettaglio dell’economizzatore Harris è notevolmente inferiore rispetto al risparmio annuale stimato e, per questi parametri, si otterrà un tasso medio di rendimento di circa il 115% per stazione di saldatura per tre anni. Le fuoriuscite di gas in una struttura vasta e con molti condotti possono essere numerose e, nella maggior parte dei casi, non vengono rilevate o vengono ignorate fino a quando si stimano i costi del gas e si cercano soluzioni atte a contenerli.

Si deve sempre prestare attenzione ai produttori che immettono sul mercato dispositivi con piccoli e ristretti orifizi di ingresso, perché generano solo una riduzione della pressione lungo l'orifizio stesso. In condizioni statiche, le pressioni supereranno ancora il limite richiesto e si otterrà solo un risparmio di gas minimo. Inoltre, se questi dispositivi non sono installati nel luogo corretto, potrebbe non essere registrato alcun risparmio apprezzabile. L'unico modo per eliminare efficacemente il picco di pressione del gas di schermatura è di introdurre un dispositivo di regolazione della pressione nel sistema di distribuzione del gas.

Dopo aver massimizzato il risparmio di gas di schermatura ad ogni stazione di saldatura, i manager e gli ingegneri devono valutare le carenze nell'intera struttura. Le attrezzature per il controllo dei gas compressi, come i flussometri, i regolatori, i tubi flessibili, gli attacchi rapidi ecc., in assenza di una manutenzione periodica ed una eventuale sostituzione dei componenti deteriorati, possono dar origine a fuoriuscite di gas. Deve inoltre essere effettuata una manutenzione preventiva, per impedirne l'utilizzo oltre la durata stimata. Contattare il produttore per sapere con quale frequenza l'attrezzatura deve essere controllata e/o sostituita.

Per quanto tempo l'attrezzatura dovrebbe funzionare regolarmente in normali condizioni di impiego? Cosa si intende per ambiente rigido di utilizzo? Quali test dovrebbero essere inclusi nei processi di manutenzione preventiva? Queste domande sono spesso rivolte dagli utilizzatori finali dell’attrezzatura per il controllo del gas ai produttori. Sfortunatamente le risposte sono varie e, talvolta, complesse.

Si prenda in considerazione il cliente “A”. Questo cliente utilizza solo una bombola di argon al mese, pressurizzando il flussometro una volta a settimana per eseguire un'operazione di saldatura di circa 20 minuti all'interno di un edificio in cui temperatura, umidità ed altri fattori ambientali sono costanti. Questo regolatore può durare oltre 10 anni senza la necessità di rinnovo o sostituzione dei componenti principali. Alcuni clienti Harris hanno utilizzato lo stesso regolatore in queste condizioni di lavoro dagli anni '40 senza problemi, ma si tratta di casi estremi. Si confronti ora quanto precedentemente descritto con il cliente “B”, che utilizza un regolatore con flussometro per argon/anidride carbonica per diverse ore al giorno su una piattaforma petrolifera al largo della costa del golfo del Mississippi. A causa dell'aria salina e delle rigide condizioni ambientali tipiche di una piattaforma e della zona circostante, questo regolatore potrebbe richiedere una revisione totale o una sostituzione dopo appena tre mesi. Alla luce della varietà delle applicazioni, la speranza di vita per l'attrezzatura per gas compressi cambia molto a seconda dell’uso che se ne fa e dell'ambiente di utilizzo.

Tutti i componenti che rientrano nel sistema di controllo dei gas, come i regolatori, i tubi flessibili e tutti i raccordi, dovrebbero essere regolarmente controllati per escludere la presenza di infiltrazioni, preservando così l'integrità del sistema. Per rilevare eventuali fughe di gas nei flussometri, nei regolatori, nei tubi e nei raccordi, si possono utilizzare i vari rilevatori liquidi disponibili in commercio. Per le tubature potrebbe risultare più utile un test della linea statica con un indicatore di pressione in corrispondenza di vari punti per stabilire la presenza di fughe. L'aspetto fondamentale è che questi dispositivi non possono essere ignorati, in quanto sono spesso la causa di sprechi eccessivi correlati ai gas di schermatura. È necessario eseguire il test per individuare possibili perdite dai regolatori e dai tubi flessibili ad ogni installazione o almeno due volte alla settimana

Il risparmio sui gas di schermatura può essere ottenuto se si mettono in pratica questi accorgimenti e se vengono attuati programmi di manutenzione preventiva.

David Gailey è il responsabile del settore Specialty Products della Harris Products Group, A Lincoln Electric Co.  Ha lavorato in Harris per 27 anni ed è stato presidente del CGA Industrial Gas Apparatus Committee.