-
Redazione Watergas.it
- Aziende e settori industriali
L’elettronica di potenza apporta enormi vantaggi in questo senso.
La possibilità di variare la frequenza di alimentazione, con controlli precisi di velocità e coppia motrice, è un’importante chiave di svolta per migliorare la qualità dei prodotti e della produttività e ridurre il consumo di energia. Il ruolo dell’inverter è fondamentale per le finalità appena citate.
L’inverter è un dispositivo elettronico che converte la tensione alternata della rete in tensione e frequenza variabili per controllare la velocità di rotazione di un motore asincrono standard. I vantaggi derivanti dall’utilizzo di tale tecnologia possono essere racchiusi nei seguenti punti:
• la velocità di rotazione del motore, e quindi la sua potenza erogata, si adattano alle richieste del sistema;
• un controllo sulla velocità comporta minori consumi di potenza;
• viene eliminata o fortemente ridotta la presenza di organi meccanici di riduzione e conseguentemente la necessità di interventi manutentivi.
I processi industriali in cui l’uso del controllo della velocità con inverter produce i più considerevoli risparmi energetici sono quelli in cui vi è la necessità di controllare la portata dei fluidi, sia liquidi sia aeriformi, come ad esempio pompe centrifughe e ventilatori.
Queste applicazioni sono caratterizzate dalle seguenti relazioni per il controllo della portata:
• Portata: relazione lineare con il numero di giri del motore;
• Coppia: relazione quadratica con il numero di giri del motore;
• Potenza: relazione cubica con il numero di giri del motore (legge di affinità).
Tradizionalmente la portata in pompe e ventilatori viene modulata introducendo nel sistema organi di regolazione meccanici come valvole, serrande, pale a geometria variabile che modificano la geometria delle condotte introducendo perdite per effetti dissipativi.
Nei grafici delle fig. 1 e 2 sono messe a confronto le potenze richieste per muovere diverse portate (dal 10 al 100% della portata nominale) con diverse metodologie di controllo per pompe centrifughe (figura 1) e ventilatori (figura2)
Si può notare dai due grafici come l’utilizzo dell’inverter consenta di rispettare la legge di affinità tra potenza e numero di giri (e quindi portata) consentendo di ottenere i risparmi maggiori alle richieste di portata più basse.
A titolo di esempio si vuole riportare il calcolo di consumo energetico di un sistema di pompaggio confrontando i kWh spesi controllando la portata con variazione del numero di giri del motore anziché con valvola di strozzatura per un determinato duty cycle.
I dati del sistema sono riportati di seguito:
Caratteristiche della pompa:
• Portata nominale: 300 m3/h
• Prevalenza nominale: 40 m
• Prevalenza massima: 45 m
• Prevalenza statica: 5 m
• Rendimento: 0,8
Caratteristiche del motore:
• Potenza: 45 kW
• Rendimento: 0,9
• Tensione di alimentazione: 400 V
Il sistema è caratterizzato da un ciclo di funzionamento riportato di seguito:
• 90% della portata nominale per il 60% delle ore totali
• 50% della portata nominale per il 40% delle ore totali
• Ore di esercizio all’anno: 5500h
Calcolo dell’energy saving annuale
Potenza consumata con velocità fissa e controllo della portata con valvola di strozzatura 204.000 kWh/anno
Potenza consumata con velocità variabile e controllo della portata con inverter: 134.000 kWh/anno
Energy saving:
70.000 kWh/anno
La finanziaria 2007, circa le agevolazioni per l’acquisto e l’installazione di variatori di velocità, prevedeva un tetto di spesa massima ammissibile, per la potenza installata in questione (45 kW), di 5.000€ (installazione).
Considerando:
• detrazione del 20% sulla spesa per l’acquisto e l’installazione dell’inverter;
• risparmio annuo con inverter di 70.000kWh/anno*0,12€/kWh=8.400€;
il periodo di payback, per l’investimento di 5.000€, è di circa 6 mesi
Nonostante i non indifferenti risparmi energetici ottenibili adottando la variazione di velocità come metodo di controllo, meno del 10%, del totale delle pompe presenti nel sistema industriale in Italia sono azionate da inverter.
Se si aggiungono i vantaggi applicativi quali totale controllo, flessibilità e adattabilità derivanti dall’adozione di moderne tecnologie d’automazione (non solo inverter ma anche PLC, supervisore, moderni sensori ed attuatori, ecc…) nei sistemi esistenti, è certamente ipotizzabile uno scenario futuro del mercato industriale in cui questi dispositivi troveranno largo spazio d’impiego.
