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IMPRESE X INNOVAZIONE

Questa guida è stata realizzata in collaborazione con AIMB - Associazione Industriali Monza e Brianza e ABB Sace.

Suggerimenti per migliorare l’utilità di queste guide e per indicare altri argomenti da approfondire sono più che benvenuti:toolkit@confindustria.it

Motori elettrici più efficienti:un’opportunità di risparmio

È noto che, nell’industria, il 70-80% circadei consumi di energia elettrica è da adde-bitarsi ai motori elettrici. Una voce di co-sto indispensabile, per l’attività di molteaziende, ma che grava sui bilanci delle at-tività stesse.C’è, giustamente, una sensibilità crescente

verso le problematiche di tutela dell’am-biente e di sviluppo sostenibile; ma, spes-so, sfugge il fatto che molti dei provvedi-menti utili e necessari per raggiungere im-portanti obiettivi in questi campi compor-tano anche significativi vantaggi per le sin-gole aziende, oltre che per la collettività.Proprio i motori elettrici sono, in questosenso, un caso emblematico: un loro più

efficiente utilizzoconsente di ottenere,in tempi brevi, inatte-si benefici economi-ci, grazie ai risparmisulle bollette energe-tiche, anche quandociò debba richiederedelle sostituzioni.Basta considerare unsemplice fatto: il co-sto totale legato al ci-clo di vita del motore(tipicamente superio-re a 10 anni) è com-posto per il 98% dalsuo consumo di ener-gia elettrica, mentre

solo il 2% è dato dal costo iniziale (acqui-sto più installazione) e dalla manutenzio-ne. È evidente che, alla luce di queste con-siderazioni, nella maggior parte dei casi ri-sulterà più proficuo adottare motori e si-stemi di controllo tecnologicamente evo-luti piuttosto che concentrarsi unicamentesull’incidenza dei costi d’acquisto o di so-stituzione dell’esistente.

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GUADAGNARE RISPARMIANDO ENERGIA

Il rimodernamento del parco motori elettrici,per quanto riguarda sia le macchine che il loro controllo, è uno degli interventi più efficaci per ridurre i costi aziendali dovuti ai consumi energetici, con tempi di ritorno sugli investimenti generalmente compresi tra uno e due anni.

finita una classificazione dei motori intre diverse classi di efficienza: Eff1, Eff2,Eff3. Come si può notare dalla figura 1, imotori a più alta efficienza sono quelliin classe Eff1 (Figura 2), e su questi do-vrebbe concentrarsi l’attenzione da par-te degli utenti in caso di acquisto, ricor-dando quanto già precedentemente sot-tolineato che, pur essendo il costo di unmotore Eff1 ancora superiore di circa il

20-30% rispetto a un Eff2equivalente (gli Eff3 si pos-sono ormai considerarescomparsi dalle nuove for-niture), il costo preponde-rante nella vita utile di unmotore tradizionale è quel-lo legato ai consumi dienergia, che si attesta intor-no a circa il 98%, ed èquello che è più importan-te e vantaggioso abbattere.

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MOTORI ELETTRICI PIÙ EFFICIENTI

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I modi per ridurre i consumi legati ai mo-tori elettrici sono essenzialmente due: au-mentarne l’efficienza intrinseca e ottimiz-zarne il funzionamento.Per quanto riguarda il primo caso, la mag-giore attenzione va rivolta ai motori di bas-sa tensione; i motori di media tensione, in-fatti, hanno normalmente un rendimentointorno al 94-96%, mentre quelli di bassatensione hanno un’efficienza media beninferiore, intorno all’80-85%. Con l’utiliz-zo di motori a maggiore efficienza, i ri-sparmi ottenibili consentono un ritornod’investimento in tempi assolutamente ra-gionevoli e interessanti, variabili tipica-mente tra 12 e 24 mesi.Questo vale sia quando si tratta di nuoveinstallazioni, dove il costo aggiuntivo ècalcolato in base alla differenza tra il co-sto del motore ad alta efficienza e il costodel motore tradizionale, sia nella revisionedi vecchi impianti, dove il costo aggiunti-vo del nuovo motore, che sostituisce ilvecchio, è compensato da un più impor-tante beneficio energetico, considerandoche i vecchi motori possono avere rendi-menti spesso inferiori all’80% e che, adogni intervento di riavvolgimento effettua-to durante la vita del motore, si ha un calodi rendimento di almeno un 3% del valoreprecedente.Un secondo modo per risparmiare energiaelettrica consiste nell’ottimizzazione delfunzionamento dei motori, in particolarequando si tratta di pompe e ventilatori. Inquesti casi la tradizionale regolazione di

portata, mediante sistemi meccanici forte-mente dissipativi (valvole, serrande, by-pass), può essere sostituita dalla regolazio-ne mediante convertitori di frequenza. I ri-sparmi ottenibili, in questo caso, possonoraggiungere un ordine di grandezza del50% e oltre, con rientri di investimentomedi spesso inferiori ad un anno.

I motori più moderni, costruiti con ma-teriali tecnologicamente evoluti e secon-do criteri progettuali che ne ottimizzanole parti attive, presentano valori di effi-cienza molto più elevati che in passato.In base ad un accordo volontario tra iprincipali produttori europei è stata de-

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COME RIDURRE I CONSUMI ELETTRICI I MOTORI AD ALTA EFFICIENZA

L’utilizzo combinato di motori ad alta efficienzaEff1 e di convertitori di frequenza per regolarne la velocità e controllare altri parametri dell’impianto, comporta una riduzione dei consumi che può arrivare fino al 60% rispetto alle installazionitradizionali.

FIGURA 1 - CATEGORIE DEI MOTORI IN FUNZIONE DEL LORO RENDIMENTO

FIGURA 2 - MOTORI AD ALTA EFFICIENZA EFF1

Il produttore certifica il rendimento dei propri motori e offre sugli stessi una garanzia di 36 mesi.

100% -

95% -

90% -

85% -

80% -

75% -

EFF 1 ALTA EFFICIENZA

EFF 3 BASSA EFFICIENZA

EFF 2 MEDIA EFFICIENZA

1,1 1,5 2,2 3 4 5,5 7,5 11 15 18,5 22 30 37 45 55 75 90

Negli esempi che seguono si può con-cretamente rilevare, in termini numeri-ci, l’entità dei possibili risparmi che siottengono con i motori a più alta effi-cienza.

I CONVERTITORI DI FREQUENZAOltre che con l’applicazione di motoriad alta efficienza, notevoli risparmi suicosti energetici si ottengono con gliazionamenti a velocità variabile, in cuiil funzionamento dei motori viene con-trollato dai convertitori di frequenza,noti anche come inverter, che ne varia-no il numero di giri secondo le reali esi-genze di ogni applicazione, evitando ilfunzionamento alla massima potenza

quando non è richiesto. In particolare,si ottengono risparmi energetici moltorilevanti quando si utilizzano gli inver-ter per controllare pompe e ventilatori.Se, per esempio, in alcuni periodi difunzionamento un impianto richiede lametà della portata nominale, l’invertercomanderà al motore di dimezzare lasua velocità e, siccome la potenza ri-chiesta dal carico varia con il cubo del-la velocità, l’assorbimento energetico

scenderà dal 100% a solo un ottavo diquello nominale.Nella figura 3 si evidenzia la differenzadi energia elettrica necessaria a montedel trasformatore per fornire pari lavoroutile a una pompa centrifuga, valutandola soluzione con regolazione a valvola(a sinistra) rispetto quella ad inverter (adestra). Tenendo conto delle efficienze di tutti icomponenti e delle relative perdite dicarico, risulta che, fatto 100% il lavoroche in entrambi i casi la pompa deveerogare, con la soluzione a valvola saràimpiegata un’energia pari al 285% con-tro il 160% necessario nel caso della so-

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FIGURA 3 - DIFFERENZA DI ENERGIA NECESSARIA, A PARITÀ DI POTENZA UTILE, PER IL FUNZIONAMENTO DI UNA POMPA NELLE DUE SOLUZIONI DI CONTROLLO: MEDIANTE VALVOLA E MEDIANTE CONVERTITORE DI FREQUENZA.

Esempio 1: nuova installazione

VANTAGGI DI UN MOTORE EFF1 DA 3 KW RISPETTO AD UN MOTORE EFF2

Prezzo medio motore Eff1 = 280 €efficienza (Eff1) = 87,6%Prezzo medio motore Eff2 = 220 €efficienza (Eff2) = 85%Numero annuo di ore di funzionamento = 3.840h/annoCosto medio del kWh = 0,10 €/kWh (valoreminimo attuale, previsto in aumento)

Risultato:

Risparmio annuo = 40 €Payback = 1,5 anni

Esempio 2: sostituzione di un vecchio motore

VANTAGGI NELLA SOSTITUZIONE IN CONDIZIONI DI CARICO GRAVOSO (7.680 H/ANNO)

Motore esistente:efficienza = 81% (stima conservativa)Motore nuovo: Prezzo medio Eff1 = 280 €efficienza (Eff1) = 87,6%Numero annuo di ore di funzionamento = 7.680 h/annoCosto medio del kWh = 0,10 €/kWh(valore minimo attuale, previsto in aumento)

Risultato:

Risparmio annuo = 214 €Payback = 1,3 anni

Potenza Necessaria 285%

285%

M

M

~~

281%

265%

160% 142%

152%

158%

160%

Perdite del Trasformatore

Perdite del Motore

Perdite della Pompa

Perdite della Valvota

Perdite del Trasformatore

Perdite dell’Inverter

Perdite del Motore

Perdite della Pompa

Potenza Necessaria 160%Pompa con InverterPompa con controllo a Valvola

100% 100%

Potenza Utile Potenza Utile

RIASSUMENDO: COSA FARE PER RISPARMIARESUI CONSUMI DI ELETTRICITÀ• Verificare l’incidenza dei motori sui

consumi totali di energia elettrica nel-l’azienda, ricordando che, in genera-le, nelle applicazioni industriali taleincidenza può raggiungere il 70-80%di questi consumi. Un censimento delparco motori installato, che ne consi-deri potenza, rendimento, numeromedio annuo delle ore di funziona-mento, può rivelarsi molto utile: è piùche probabile che si scoprano interes-

santi opportunità di risparmio energe-tico.

• Un motore elettrico vecchio presentacomunque rendimenti scadenti, spes-so inferiori all’80%, anche senza esse-re già stato riavvolto: sostituire un mo-tore obsoleto, benché ancora funzio-nante, con uno ad alta efficienza tec-nologicamente più evoluto comportarisparmi energetici che consentono direcuperare il costo dell’investimentoin tempi molto brevi, compresi tra unoe due anni; successivamente si ottiene

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luzione con inverter; si tratta, quindi, diuna differenza del 44%, tutt’altro chetrascurabile.I convertitori di frequenza permettonodi ridurre anche i costi di manutenzio-ne, abbattere la rumorosità dell’impian-to e rifasare il carico ad un valore dicos prossimo a 1 (tipicamente 0,98),aggiungendo in tal modo un ulteriorefattore di efficienza energetica. Anche per quanto riguarda l’applicazio-ne degli inverter, un esempio numericopuò indicare, in concreto, l’entità dei ri-sparmi che si ottengono utilizzando lenuove soluzioni tecnologiche. Le ipotesisu cui si basano i conteggi dell’esempio3 sono le seguenti:• 6.000 h/annue di funzionamento;• costo dell’energia elettrica 0,10 €/kWh;• ciclo di carico come da Studio della

Comunità Europea;

• confronto con regolazione a serrandaper il ventilatore;

• confronto con regolazione on/off perla pompa.

I tempi di ritorno sugli investimenti così cal-colati sarebbero ulteriormente ridotti se si va-lorizzasse anche la riduzione delle emissionidi anidride carbonica nell’ambiente.

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Esempio 3: utilizzo di inverter

Applicazione Potenza Riduzione consumi Riduzione emissioni CO2 Tempo di payback(senza valorizzazionedella riduzione di CO2)

Ventilatore 7,5 kW -9.997 kWh/anno (-44%) -4.999 kg/anno 0,8 anni

Pompa 11 kW -18.974 kWh/anno (-36%) -9.487 kg/anno 0,6 anni

FIGURA 4

Per agevolare gli utenti nel rimodernamento degli impianti, è possibile richiedere convertitori di frequenza già completi

di filtri EMC primo ambiente, induttanze a saturazione variabile, pannello di controllo multilingue.

un importante risparmio annuo per tut-ta la durata di vita utile di ogni moto-re installato (normalmente ben supe-riore ai dieci anni).

• Le considerazioni sui risparmi ottenibi-

li, grazie alla maggiore efficienza, so-no fondamentali anche nell’acquisto dimotori per nuove installazioni: il mag-gior costo iniziale di un motore di clas-se Eff1 ad alta efficienza rispetto aduno di efficienza inferiore è irrisorio ri-spetto ai risparmi energetici che si ot-

tengono già dal primo anno di utilizzo.

• Fare funzionare i motori a pieno regimeanche quando non sarebbe necessario, co-me nel caso tipico degli impianti in cui laportata dei fluidi viene variata con mezzi

meccanici quali le valvole e altri compo-nenti similari, genera elevati consumi dienergia che si possono evitare utilizzandoi moderni inverter. Regolando la velocitàdel motore, questi apparecchi permettonodi controllare efficacemente le altre varia-bili d’impianto come, appunto, la portata.

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