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LA FILTRAZIONE CON IL
SISTEMA SYN RM
A CURA DI : SIRO ALZETTA – MARIO SCHWARZ
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PREFAZIONE
Com’è noto negli ultimi anni c’è stata una continua ricerca di nuove soluzioni legate
ai motori elettrici, un po’ per effettive esigenze di efficienza energetica, ma anche e
soprattutto per riconoscere ad attori importanti del mercato di introdurre effettive
innovazioni in grado di garantire miglioramenti nei processi produttivi e nei costi di
manutenzione.
Quest’ultima voce per esempio, rappresenta un capitolo non trascurabile,
soprattutto alla luce di un’esigenza sempre più stringente di rinnovare impianti
ormai obsoleti, alcuni di questi composti da macchine sincrone in corrente continua,
estremamente suscettibili al degrado meccanico e quindi, in ultima analisi, al
corrispettivo elettrico. Si consideri inoltre come, negli ultimi decenni, ci sia stata una
variazione legata anche al capitale umano, dove l’investimento per la formazione di
nuovi addetti preparati anche alle macchine di una certa datazione storica, non sia
stata presa in considerazione. L’enorme crescita in termini di volume di fatturato ha
consentito alle aziende di poter procedere, in caso di necessità, a soluzioni estreme
quale la sostituzione intera di linee di macchine. Opzione che non richiedeva un
livello di preparazione alla riparazione degli addetti alla manutenzione più giovani
così accurato e meticoloso.
In aggiunta a questo, la crisi ha portato le aziende a modificare le scelte
precedentemente prese. Riconsiderando la manutenzione, le aziende hanno
cominciato ad optare per soluzioni che nel tempo avessero un basso impatto
manutentivo e quindi preparativo, ma anche corroborato da performance più
elevate.
La norma nel tempo si è modificata allineando l’Italia all’intero spazio economico
europeo richiedendo come standard di efficienza minimo l’IE2, corrispondente all’ex
EFF1. Ma oggi la tecnologia può offrire in alcune soluzioni con gradi di efficienza
molto elevati, (IE3 – IE4) ma anche prestazioni simili al motore in corrente
continua senza la necessità di incorporare spazzole e magneti permanenti. Queste
due opzioni rappresentano il cruccio di manutentori e amministratori, per i costi e
per la difficoltà tecnica delle operazioni correlate.
Anche se motori con queste caratteristiche erano già stati brevettati negli anni, il
sistema SYN RM rappresenta un’innovazione perché l’estrema precisione con la
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quale operano oggi gli inverter li rende assolutamente diversi da ciò che in passato
era stato proposto.
Il sistema SYN RM è un pacchetto composto da un motore elettrico particolare al
quale è associato un inverter particolare, in grado di garantire in “quasi“ tutte le
situazioni un’ottima alternativa, sia al tradizionale motore asincrono, sia al meno
“mondano“ motore a magneti permanenti.
Affronteremo un breve viaggio nel mondo SYN RM conoscendone i principi e le
caratteristiche tecniche, per poi suggerire qualche interessante esempio applicativo.
In tutta onestà crediamo sia una valida alternativa tecnologica, che possa consentire
a chi lo utilizza di proporre qualcosa che per le sue proprietà garantisca veramente
un passo di modernità e di pregio alle macchine piuttosto che agli impianti.
LUGLIO 2015
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1.
MACCHINE ELETTRICHE A RILUTTANZA MAGNETICA
Considerando la seguente trattazione riferita al motore a riluttanza magnetica, per
semplicità si cercherà di tralasciare buona parte della letteratura riferita ai motori
sincroni e asincroni considerando che il lettore, se già non li conosce, potrà
adoperarsi presso testi specifici. In questo contesto si considereranno solo quei
fenomeni che in stretta misura sono legati alla suddetta macchina.
Dunque, procedendo con ordine, sappiamo che il motore asincrono è una macchina
estremamente versatile: copre circa il 70 % del fabbisogno di movimentazione, è
poco ingombrante, richiede poca manutenzione ed è quasi perfetto.
Tuttavia sappiamo anche quali sono i suoi limiti e cioè: variabilità del numero di giri,
richiede grandi quantità di corrente allo spunto, ha un deciso valore di perdite.
Gran parte dei motori asincroni oggi sono in gabbia di scoiattolo, non si utilizzano
più motori a rotore avvolto e l’uso su larga scala degli inverter ha prodotto notevoli
miglioramenti anche sulle performance.
Entrando nel merito sappiamo che il campo magnetico concatenato dalle matasse
statoriche genera per “induzione“ un campo rotante relativo rispetto al verso del
campo stesso. Questa circostanza di inseguimento viene definita scorrimento ed è la
particolarità che garantisce al motore di ruotare. Considerando semplicemente una
condizione a vuoto all’atto dell’avviamento si avrà un carico di corrente pari a
soddisfare le coppie che si opporranno alla rotazione sommate alle correnti
necessarie a vincere le perdite. Si avrà quindi un valore di scorrimento S nel
seguente modo :
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Nel momento in cui la velocità avrà assunto il suo valore nominale, il motore sarà
prossimo alla velocità di sincronismo, quindi il suo campo magnetico sarà al
massimo.
Infatti i motori asincroni in funzione di generatore, nella condizione in cui le coppie
meccaniche non si oppongono alla rotazione, bensì la accompagnano, ai valori
efficaci di frequenza inizia a restituire campo magnetico alla rete. Nel nostro paese i
generatori asincroni operano in frequenze comprese tra i 49,5 e i 51,5 Hz.
Abbiamo scoperto quindi quali sono i limiti del motore asincrono tradizionale,
possiamo ora affrontare le differenze con il motore SYN RM.
La macchina in questione si presenta quindi con una cassa statorica uguale ad un
motore asincrono, quindi sempre con 3 matasse sfasate tra loro di 120° e identiche
dimensioni meccaniche. Ciò che cambia completamente è il rotore.
Fig.2.2
Nella figura 2.2 si evince com’è costituito il rotore, ossia da un insieme (per tutta la
lunghezza dell’albero ) di circonferenze dalla conformazione cava pressofuse
sull’albero.
Fig 2.3
Lo spessore di tali “cerchi“ è di pochi decimi di millimetro che conferiscono al rotore
completo una configurazione compatta. Essendo che, come si può notare nella
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visione di sezione ( FIG.2.3 ), si tratta di forma cava, a differenza di una gabbia di
scoiattolo tradizionale, si avrà un traferro presente tra le parti del rotore che
conferirà al campo magnetico una configurazione in linea con l’equazione di cui
sotto :
Ove, “B“ è la componente di flusso sulla superficie (che rimane stabile) mentre H
verrà moltiplicato per un fattore pari alla permeabilità magnetica.
In sostanza, il motore in questione avrà un campo magnetico estremamente indotto
dalle linee di forza, ma potrà operare con tensioni inferiori, data l’assenza della
gabbia di scoiattolo, rendendolo anche estremamente leggero.
Da un punto di vista assolutamente elettrico, il motore può funzionare anche in
avviamento diretto, ma a causa dei comportamenti fisici sopra descritti non sarà
particolarmente performante.
Come sappiamo, essendo che il cosF tende verso il basso all’aumentare del flusso
magnetico, in funzionamento diretto si avranno cosF decisamente bassi. Ciò è vero
in linea assoluta (vedere appendice dimostrativa), ma l’utilizzo del drive dedicato
renderà il sistema assolutamente vantaggioso per i motivi che descriveremo nel
paragrafo successivo.
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Nella figura sopra, si possono notare le differenze di perdite tra un tradizionale
motore asincrono e l’equivalente in SYN RM nelle versioni IE4 o HY OUTPUT,
assumendo come fattore 100 % il valore delle perdite dell’asincrono.
La limitazione delle perdite deriva da una riduzione sostanziale dell’effetto joule
causato da un surriscaldamento del rotore nella fase di cortocircuitazione rotorica e
da un abbattimento delle componenti di corrente all’avviamento derivate dalle
coppie oppositrici alla rotazione. Non si dimentichi che il rotore diventa
estremamente leggero e quindi ha ancora più valore quando si tratta di potenze
notevoli.
 MOTORE SYN RM
 MOTORE ASINCRONO TRADIZIONALE IE3 CLASS ACCORDING
Si ricorda che la normativa attuale prevede l’obbligo di installazione di motori
elettrici con grado di efficienza IE3 oltre i Kw7,5 non controllati da inverter
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Nelle 2 schede di cui sopra, il lettore potrà notare come a parità di grandezza di
cassa e di potenza, vari in modo sensibile la corrente “In“ di targa, ma anche la
coppia. Tale risultante è stata più volte associata in modo inappropriato ad un
assorbimento superiore di corrente a parità di potenza. In realtà la corrente
espressa ai dati di targa suggerisce un assorbimento maggiore determinato a parità
di grandezza di potenza, ma poi se si allarga l’esame alle coppie meccaniche
trasmesse all’asse dell’albero, si noterà che anch’esse variano garantendo una
performance superiore rispetto ad una macchina elettrica asincrona di pari
grandezza con grado di efficienza IE2.
Si deve aggiungere che questo motore per le sue qualità non è un asincrono bensì
un sincrono dove si possono raggiungere, com’è noto e per i motivi detti
precedentemente, delle qualità decisamente superiori.
Le versioni di questo particolare motore possono essere configurate come HY
OUTPUT oppure come IE4. Dato che il motore è sempre un 4 poli gestito in modo
differente dal drive, l’applicazione può essere discriminata in funzione dell’ambito di
applicazione.
Vengono intese come applicazioni HY OUTPUT tipicamente tutte le calettature che
avvengono su macchine a coppia costante, ove a parità di grandezza è possibile il
declassamento di taglia. Risulta inoltre estremamente vantaggioso in questo caso,
perché si possono utilizzare spazi ridotti di ingombro e soprattutto pesi inferiori. In
un mercato come quello italiano dove l’export è particolarmente fiorente, poter
proporre macchine con peso inferiore ed ingombro inferiore, risulta anche
vantaggioso per i costi accessori di trasporto e movimentazione.
Quando si parla invece di IE4 l’ambito di applicazione è quello delle applicazioni
industriali quadratiche su upgrade energetici. Come riportato nell’esempio in
appendice è possibile, a parità di taglia di potenza e di grandezza motore, usufruire
di una potenza meccanica maggiore, e di conseguenza abbattere notevolmente le
perdite e rendere il sistema con grado di efficienza IE4.
Dato che le applicazioni in coppia quadratica hanno un andamento iperbolico
secondo la nota relazione :
Q > HZ ( rpm ) > P ² > Pe³
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Ove la portata è lineare alla frequenza e al numero di giri, mentre la pressione
idraulica si sposta con andamento quadratico e la potenza elettrica in andamento
cubico. Si possono “centrare“ i valori richiesti in funzione della curva caratteristica
determinando una riduzione dei consumi e di conseguenza delle perdite.
La differenza tra le 2 applicazioni è significativa in quanto mentre nel caso HY
OUTPUT si utilizza un motore di grandezza inferiore per ottenere una potenza “x
“, nel caso IE4 la potenza “x” viene garantita dal motore di taglia uguale, che però
ha prestazione superiore ed è quindi in derating.
Nell’immagine di cui sopra, si possono notare le variazioni di prestazione in funzione
della tipologia di motore.
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Fig 1 . impianto di filtrazione con doppia aspirazione eseguito da Filtersystem
10
2.
L’INVERTER
Come accennato precedentemente il motore SYN RM in realtà potrebbe funzionare
anche in DOL, ma le sue alte prestazioni sono garantite dall’inverter. Anche qui
bisogna distinguere se si tratta di inverter di tipo industriale evoluti oppure di
macchine di dubbia provenienza.
Il sistema migliore, dimostrato sul campo, è rappresentato da inverter che hanno la
qualità di controllare direttamente la coppia meccanica resistente all’asse
dell’albero, ed in funzione di essa adattare l’iniezione di corrente. In tal modo
l’effetto del sincronismo viene corretto e rende il motore elettrico estremamente
efficace.
Ma cominciamo ad entrare nel merito del drive. I motori a riluttanza sono tutti
costruttivamente a 4 poli, quindi con una rotazione nominale di 1500 rpm a 50 Hz.
L’inverter trasferisce attraverso la linea una tensione di 370V indipendentemente
dalla rete (si veda targa sotto), ad una frequenza di 100 Hz.
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Tale innalzamento della frequenza a valori elevati produrrà un successivo
innalzamento del flusso magnetico generato nel motore.
Si noti che tutto il sistema rimane in accordo con le leggi fisiche ove:
ω=2πf=2π/T
le pulsazioni sono comunque in alternata, anche se in realtà il motore assume un
aspetto sincrono.
Nel momento di avviamento ci sarà quindi una tensione circolante a 370 V con una
frequenza (che ricordiamo è una grandezza scalare nel rispetto della tensione) con
una corrente che viaggia in ritardo di 90 °.
L’enorme flusso generato produce un abbassamento dei valori di cosF, essendo per
natura sua tendente verso il basso quando si è in presenza di campi fortemente
induttivi.
Dove il concatenamento dei flussi del tempo ∆t è l’espressione dell’energia (E) in
corrispondenza del vettore di corrente (I). Nella 4.a. equazione di Maxwell, di cui
sopra, viene immaginato un flusso aperto dove C rappresenta la circuitazione e H il
campo magnetico. “E” è la risultante dei valori di tensione.
La capacità dell’inverter risulta indubbia perché controlla attraverso l’alta frequenza
il flusso del campo e il suo sincronismo.
Dato che il traferro cavo del rotore è cavo deve essere fortemente magnetizzato,
allinea le linee di flusso rendendole omogenee al campo.
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FIG. 3.1
L’immagine dimostra come la coppia sia il risultato dell’orientamento del campo
magnetico rispetto al flusso circolante dallo statore verso il rotore. Il pacco lamellare
cavo del motore a riluttanza è perpendicolare rendendo l’angolo di magnetizzazione
estremamente stretto e lineare. ( δ ).
Si noti come nella figura sopra l’angolo di magnetizzazione (δ) viene deflesso in un
motore asincrono tradizionale.
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Se si costruisce lo stesso triangolo visto in figura il risultato è il seguente :
δ1
δ2
δ3
Quindi con l’angolo di forza del flusso estremamente flesso.
Il risultato visto da una termo camera dimostra in modo inequivocabile la riduzione
delle perdite per effetto Joule generate dal campo a riluttanza.
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3.
ARCHITETTURA DI SISTEMA
In un impianto di filtrazione industriale costituito da più bocchette di ripresa inserite
in un canale, che solitamente può essere sia articolato che lungo, le perdite di carico
del suddetto circuito possano inficiare il risparmio energetico garantito dalla
funzione PID, come visto nei capitoli precedenti.
Per risolvere in modo adeguato tale situazione, può essere sensato (dipende dai
casi) prevedere un’applicazione costituita da un controllo ibrido PID – VELOCITA’
COSTANTI, ove la prima funzione fornisce il feedback necessario a valutare
l’incremento della velocità in funzione della perdita di carico derivata
dall’intasamento del filtro stesso, mentre la seconda funzione consente una
rotazione di default a gradini calcolata in modo deterministico sulla posizione della
bocchetta aperta nel dato punto preciso del circuito.
Tale soluzione necessita quindi dell’inserimento nel quadro di controllo di un PLC in
grado di accogliere l’algoritmo calcolato opportunamente per quel dato circuito.
La FILTERSYSTEM in collaborazione con la PICCOLI S & C ha messo a punto la
funzione matematica per questo utilizzo, adattando in modo customizzato i valori in
funzione delle esigenze dei clienti.
La funzione matematica tiene conto delle curve prestazionali del ventilatore e delle
somma delle perdite di carico del circuito e le inserisce nel contesto del software.
Le sorgenti del software in CODESYS rimarranno di proprietà del cliente, il quale
potrà, se lo ritiene opportuno, adattarselo per nuove esigenze.
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ΔP1
ΔP2
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il comportamento idraulico ed elettrico è dominato dalla legge della similitudine
meccanica che lega in modo quadratico i legami tra le grandezze in gioco. Si avrà
quindi al variare della pressione un andamento pari ad esponenete 2 per eventuali
aumenti di pressione da garantire e ad esponente 3 al variare della potenza.
Il segreto quindi dell’agoritmo studiato da FILTERSYSTEM è di garantire il corretto
apporto di pressione al variare dell’apertura delle bocchette.
Questo sistema consentirà quindi un ulteriore ottimizzazione dei consumi energetici.
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4.
IL DECRETO 102
L’importanza del risparmio energetico, peraltro normata dal nuovo decreto 102 (di
cui in allegato si riporta la pubblicazione della gazzetta ufficiale), impone dei criteri
di valutazione dell’impatto sui consumi energetici e introduce il concetto per le
grandi imprese di provvedere entro il 5 dicembre 2015 ad eseguire degli audit
finalizzati ad analizzare i consumi energetici. Tale operazione, che deve essere
eseguita da soggetti certificati, impone un follow up ogni 4 anni.
Dato che questa voce risulta molto importante ai fini della certificazione ambientale,
alcuni grandi utenti hanno utilizzato questa leva per provvedere ad intervenire sul
miglioramento energetico dei propri macchinari, finalizzandolo all’ottenimento del
certificato stesso. Peraltro molto apprezzato di clienti comunitari.
Al fine di incoraggiare gli investimenti in questo senso, l’articolo 15 del medesimo
decreto prevede l’istituzione del FONDO NAZIONALE PER L’EFFICIENZA
ENERGETICA, destinato a sostenere il finanziamento di tali interventi, mediante
intermediari bancari compresa la banca Europea e terzi soggetti quali le ESCO.
Oggi dunque, per un utente industriale, installare nel proprio impianto un sistema
SYN RM, gli permette di ottenere nell’immediato una certificazione IE4 che può
senz’altro incoraggiare i soggetti di cui sopra a finanziare la propria opera.
Il cliente dunque che utilizzerà tale pacchetto in IE4, riceverà direttamente alla
consegna le certificazioni di pacchetto.
Si ricorda inoltre che al momento della stesura di questo testo, l’unico costruttore
in grado di fornire motore e drive con unica certificazione è la multinazionale
svizzera ABB.
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IL PRESIDENTE DELLA REPUBBLICA
Visti gli articoli 76 e 87 della Costituzione;
Vista
la
direttiva
2012/27/UE
del
Parlamento
europeo
e
del
Consiglio, del
25
ottobre
2012,
sull'efficienza
energetica,
che
modifica le direttive 2009/125/CE e 2010/30/UE e abroga le
direttive
2004/8/CE e 2006/32/CE;
Vista la direttiva 2013/12/UE del Consiglio del 13 maggio 2013,
che
adatta la direttiva 2012/27/UE del Parlamento europeo e del
Consiglio
sull'efficienza
energetica,
in
conseguenza
dell'adesione
della
Repubblica di Croazia;
Vista la legge 6 agosto 2013, n. 96, recante la delega
al
Governo
per il recepimento delle direttive europee e
l'attuazione
di
altri
atti dell'Unione europea - Legge di delegazione europea 2013, ed
in
particolare l'articolo 4,
comma
1,
con
il
quale
sono
dettatati
criteri direttivi per l'attuazione della direttiva 2012/27/UE;
Vista la Comunicazione della Commissione al Parlamento europeo e
al
Consiglio n. COM (2013) 762 recante
Orientamenti
della
Commissione
sull'attuazione della direttiva sull'efficienza energetica;
Visto il decreto del Ministro dello sviluppo economico, di
concerto
con il Ministro dell'ambiente e della tutela del territorio e
del
mare, 8
marzo
2013,
pubblicato,
per
comunicato,
nella
Gazzetta
Ufficiale
n.
73
del
27
marzo
2013,
che
approva
la
Strategia
energetica nazionale;
Vista la delibera CIPE n. 17 dell'8 marzo 2013 che aggiorna
il
piano di azione nazionale per la riduzione dei livelli
di
emissione
di gas a effetto serra;
Vista la preliminare
deliberazione
del
Consiglio
dei
ministri,
adottata nella riunione del 4 aprile 2014;
Acquisito
il
parere
della
Conferenza
unificata,
di
cui
all'articolo
9, comma 2 del decreto legislativo 28 agosto 1997, n. 281, reso
nella
19
seduta del 29 maggio 2014;
Acquisiti i pareri
espressi
dalle
competenti
commissioni
della
Camera dei deputati e del Senato della Repubblica;
Vista la deliberazione del Consiglio dei ministri,
adottata
nella
riunione del 30 giugno 2014;
Sulla proposta del Presidente del Consiglio dei ministri,
del
Ministro dello sviluppo economico e del Ministro dell'ambiente
e
della tutela del territorio e del mare, di concerto
con
i
Ministri
dell'economia e delle finanze, delle infrastrutture e dei
trasporti,
della giustizia, degli affari esteri, per gli affari regionali e
le
autonomie e per la semplificazione e la pubblica amministrazione;
E m a n a
il seguente decreto legislativo:
Art. 1
Finalita'
1. Il presente decreto, in attuazione della direttiva 2012/27/UE
e
nel rispetto dei criteri fissati dalla legge 6 agosto 2013, n.
96,
stabilisce un quadro di misure per la promozione e
il
miglioramento
dell'efficienza
energetica
che
concorrono
al
conseguimento
dell'obiettivo
nazionale
di
risparmio
energetico
indicato
all'articolo 3. Il presente decreto, inoltre, detta norme
finalizzate
a rimuovere gli ostacoli sul mercato dell'energia e a superare
le
carenze del mercato che frenano l'efficienza nella fornitura e
negli
usi finali dell'energia.
20
5.
APPENDICE : CASO DI STUDIO APPLICAZIONE IN COPPIA QUADRATICA
Di seguito verrà analizzato un caso di studio dove si possono verificare
concretamente i calcoli che stanno alla base del sistema SYN RM.
QUESITO :
Si ha un plesso ventilante avente le caratteristiche idrauliche ed elettriche sotto indicate,
ove il funzionamento è di tipo continuo per un monte annuo pari a 8700 h ed un
assorbimento di 32,18 A. Il costo dell’energia si intende in € 0,18 kw/h.
L’installazione è antecedente alla norma IE2, quindi si tratta di un vecchio motore in
efficienza standard.
Si passerà quindi ora ad analizzare la convenienza nell’installare un nuovo manufatto di
tipo HY OUTPUT nella versione SYN RM a riluttanza magnetica
CARATTERISTICHE TECNICHE DELL’APPLICAZIONE
21
CONSIDERAZIONI
In funzione dei dati fornite dal cliente si evince che l’assorbimento corrisponde a 32,18 A
che in analogia con la tabella riportata dai data di targa significa che il motore ruota
costantemente a valori nominali.
Una prima considerazione può essere fatta, analizzando l’efficienza del vecchio motore
IE1 con l’alternativa in SYN RM nel seguente modo :
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Dati motore
Potenza di targa del motore
Ore di funzionamento al giorno
Giorni lavorativi all'anno
Fattore di carico
Rendimento vecchio motore
Rendimento nuovo motore
P
H
G
Cc
Eff. vecchio
Eff.nuovo
18,5
24
362
0,75
90,0%
93,3%
kW
ore
gg
t
0,18
€/kWh
€
c
v
3884,00
5%
20
€
%
anni
(media 0,5 kg/kWh)
4.737
2.369
kWh
Kg
%
%
Dati economici
Costo dell'Energia Elettrica €/kWh
Costo del motore- Differenza di costo
Costo del capitale
Vita Utile dell'impianto
***
Risultati energetici
kWh Risparmiati / anno
Riduzione di CO2 kg / anno
Risultati economici
€ Risparmiati / Anno
Payback Time
Net present value investimento
€ 853
Euro
4,6
anni
€ 6.742,99 Euro
Considerando tuttavia che l’investimento pari a € 3.884, 00 è relativo al pacchetto
composto da motore elettrico da Kw 15 e relativo drive di funzionamento.
Si tenga anche conto che l’algoritmo con il quale è calcolato l’indice di efficienza è il
seguente :
R = P x Cc x h x ( 1/e.st – 1/e.hem ) x 0,22 x 10 ¯³
Di cui :
R = risparmio energetico in TEP
P = Potenza del motore
Cc = fattore di carico
h = ore di funzionamento
e.st = rendimento del punto di lavoro di un motore standard
e.hem = rendimento del punto di lavoro di un motore in alto rendimento.
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SCELTA DEL MOTORE
La tabella di cui sotto illustra i valori nominali dei motori con classe di efficienza IE2,
quindi già soggetti ala nuova normativa. Si può notare anche, come nel caso analizzato il
motore da KW 18,5 a 2 poli assorbe 31,5 A ai valori nominali. Va da se che si otterrebbe
già un primo segmento di risparmio energetico sostituendo l’attuale motore con
l’equivalente in classe di efficienza IE2.
Il passaggio successivo consentirà di analizzare le potenzialità del motore SYN RM
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PACCHETTO SYN RM
Come si può notare dalla tabella di cui sopra la soluzione con motore SYN RM da Kw 15,
assorbe ai valori nominali 34,8 A, quindi un valore pari a + 2,62 A con un declassamento
di taglia di potenza.
Si consideri ora quanto segue :
La curva di intersezione dell’attuale ventilatore è di :
P = 480 Kgf/m²
Q = 5900 m³/h
Pe = Kw 18,5
I = 32,18 A
Quindi semplificando si avrà una potenza assorbita pari :
P = V x √3 x I x cosF
= 400 x √3 x 32,18 x 0,85
= Kw 18,92
Si ricavi ora la potenza meccanica attraverso la seguente relazione :
Pmecc = T x n/60 x 2π
= 60,30 x ( 2900:60 ) x 6,28
= Kw 18,29
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Le perdite totali saranno dunque :
= Kw 18,92 – Kw 18,29
= W 630
il rendimento complessivo dato dalla relazione :
n = Pr/pa
= 18,29/18,92 = 0,96
Si consideri ora l’ipotesi del motore SYn Rm con le seguenti caratteristiche :
P = Kw 15
In = 34,8 A
Cr = 48 Nm
Ne deriva che la potenza assorbita sarà :
Pa = P = V x √3 x I x cosF
= 400 x √3x34,8 x 0,62 (*)
= Kw 15,65
da cui il cosf è evincibile dalla formula P / V x I x √3
(si deve considerare tuttavia che il cosf basso derivato dalla potenza assorbita al motore
viene corretto dal drive aumentando il flusso di campo magnetico e la coppia verrà gestita
in controllo diretto di coppia monitorando le forze opponenti alla rotazione)
la potenza meccanica secondo la medesima relazione di cui sopra sarà :
Pmecc = T x n/60 x 2π
48 x 314 =
= Kw 15,07
Le perdite totali saranno dunque :
= KW15,65 – Kw 15,07
= W 580
Nettamente inferiori rispetto alla soluzione standard.
Il rendimento stazionario (inteso senza l’intervento del drive) sarebbe quindi:
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15,07/15,65
= 0,96
Cioè in linea con la vecchia soluzione, ma utilizzando un motore di taglia inferiore
Dobbiamo tuttavia eseguire un successivo passaggio, per dimostrare l’efficacia del
sistema utilizzando il drive.
Il passaggio matematico è il seguente :
I motore = P/ V x √3
= 15000/400 x 1,73 x 0,62
= A 34,96
Si deve considerare tuttavia che il motore viene controllato dal drive, il quale con il
controllo diretto di coppia lo trasforma in una macchina sincrona iniettando valori di
tensione e corrente in linea con la richiesta di coppia. Ne deriva quindi che :
P = V x I x √3 x cosf
Di cui :
370 x 34,96 x 1.73 x 0,99
= Kw 22,15
La potenza sviluppata dal motore Syn Rm sarà quindi di Kw 22,15 e quindi
ricongiungendo il valore delle perdite si avrà :
Kw 22,15 – W 580
= Kw 21,57
La coppia sarà quindi :
C = 21,57 / n x 2π : 60
= 21,57 / 3000 (*) x 6,20 : 60
= 70 Nm
Elevato dal lavoro del drive in DTC, contro i 48 Nm del solo motore.
(*) il valore di 3000 è derivato dal calcolo delle coppie delle macchine sincrone secondo
la relazione Ω = 120 x f / p
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CONCLUSIONI
Si è dimostrato in modo tangibile quanto è conveniente l’installazione di un plesso SYN
RM contro un applicazione in IE2 standard. A parità di condizione operativa valutata sulle
correnti (32,18 A per IE 2 e 34,96 A per SYN RM) si dimostra quanto in termini di potenza
si può risparmiare.
Tuttavia è bene sottolineare che da un punto di vista strettamente teorico il solo motore
SYN può funzionare anche se non propriamente performante.
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6.
APPENDICE : IL CASO DI SUCCESSO DELLA FONDERIA
Un caso concreto di successo di questo sistema è il nuovo impianto di aspirazione
della fonderia… dove ai ventilatori di aspirazione sono stati applicati dei motori a
riluttanza magnetica comandati da inverter. Questo sistema controllato da un
quadro generale, consente l’apertura dell’effettiva bocchetta sulla quale in carro
ponte di siviera viene a collocarsi e ne invia i riferimenti. Tali riferimenti
consentiranno alla paratia di aprirsi e di iniziare il processo di aspirazione. Le
grandezze di pressione sono controllate da idoneo PLC che invia i reali feedback
all’inverter che provvederà alla rotazione del motore.
Il vantaggio derivato da tale applicazione, oltre al favorire il risparmio energetico per
l’effettiva applicazione della legge della similitudine meccanica, è declinato dal
derating di taglia dei motori elettrici utilizzati consentendo un ulteriore voce di
risparmio.
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BIBLIOGRAFIA
Alzetta S. : “ INTRODUZIONE ALL’ELETTROMAGNETISMO ED INTERAZIONI CON
L’AMBIENTE “ università di Brescia ( 2012 )
Alzetta S. : “ EFFICIENZA ENERGETICA IN AMBITO IDRONICO ” M.I.T. Cambridge
u.s.a. ( 2010 ).
Alzetta S. “ IL SISTEMA SYN RM “ ordine ingegneri Verona ( 2014 )
Zonzin C. : “ ABB SYN RM VERSION “ ABB S.p.A. Milano ( 2013 )
AUTORI
 Siro Alzetta, classe 1969. Lavora presso la società PICCOLI S & C partner ABB per
l’automazione. Visiting professor in tecnologie industriali presso ITIS S. Zeno di
Verona, ha all’attivo numerose pubblicazioni in ambito elettrico. E’ co-autore di
alcuni libri sui consumi elettrici e l’efficienza energetica editi da Maggioli.
Riconoscimento del M.I.T di Boston per gli studi sull’efficienza energetica. Collabora
attivamente con il gruppo di lavoro sul risparmio energetico presso l’università di
Brescia, dove si occupa anche di formazione sulla misurazione dei consumi elettrici.
Nel 2012 ha depositato i diritti sull’ algoritmo “ MO “ in grado di determinare i
consumi nelle illuminazioni esterne, a cui è seguita una pubblicazione riconosciuta
all’università di Gottinga.
 Mario Schwarz
PROPRIETA’ DELL’OPERA :
RESP. TRATTAMENTO DATI :
EDITING :
Anno : 2015
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