1

LA FILTRAZIONE CON IL

SISTEMA SYN RM

A CURA DI : SIRO ALZETTA – MARIO SCHWARZ

2

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

3

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

4

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 :

5

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

6

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.

7

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

8

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

9

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.

10

Fig 1 . impianto di filtrazione con doppia aspirazione eseguito da Filtersystem

11

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.

12

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 = 2 π f = 2 π / 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.

13

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.

14

Se si costruisce lo stesso triangolo visto in figura il risultato è il seguente :

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.

δ 3

δ 2

δ 1

15

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.

16

ΔP1 ΔP2

17

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.

18

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.

19

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

20

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.

21

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

22

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 :

23

Dati motore Potenza di targa del motore P 18,5 kW

Ore di funzionamento al giorno H 24 ore

Giorni lavorativi all'anno G 362 gg

Fattore di carico Cc 0,75

Rendimento vecchio motore Eff. vecchio 90,0% %

Rendimento nuovo motore Eff.nuovo 93,3% %

Dati economici Costo dell'Energia Elettrica €/kWh t 0,18 €/kWh

Costo del motore- Differenza di costo *** € 3884,00 €

Costo del capitale c 5% %

Vita Utile dell'impianto v 20 anni

Risultati energetici kWh Risparmiati / anno 4.737 kWh

Riduzione di CO2 kg / anno (media 0,5 kg/kWh) 2.369 Kg

Risultati economici € Risparmiati / Anno € 853 Euro

Payback Time 4,6 anni

Net present value investimento € 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.

24

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

25

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

26

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:

27

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

28

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.

29

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.

30

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