Efficienza energetica e motori elettrici industriali

Mai come ora il settore industriale è in prima linea sulle problematiche energetiche, di cui temiamo le conseguenze negative in modo particolarmente pressante. Parlando di efficienza energetica e di riduzione in generale dei costi, è possibile immaginare quale sia l'impatto sul cliente finale, attento oltreché agli aspetti economici, sempre più anche a quelli ambientali.

Gli operatori dell'industria sono consapevoli delle nuove sfide e hanno talvolta già sviluppato strategie finalizzate alla drastica riduzione dell'uso dell'energia nella produzione con riflessi sulla sostenibilità aziendale. E ciò ha un forte impatto sui costruttori delle macchine di produzione.

In materia di progettazione, in particolare, i costruttori sono impegnati nella realizzazione di nuove macchine che si adattino a questo nuovo e complesso mercato.

Le soluzioni di automazione, ad esempio, hanno già dimostrato la loro efficienza e i loro vantaggi nella riduzione dell'uso dell'energia e del consumo di risorse nella produzione: in tal modo, gli utilizzatori aggiungono valore alle loro apparecchiature e si avvantaggiano rispetto alla concorrenza.

Ma per rendere effettivi questi obiettivi, è al livello della progettazione che è possibile implementare tutti i benefici di
una strategia mirata all'efficienza energetica. Di seguito si analizzano i punti salienti atti al raggiungimento degli obiettivi di efficienza energetica dei clienti e la realizzazione di macchine o apparecchiature migliori in base alle relative applicazioni.

Con la progettazione di macchine più efficienti dal punto di vista energetico, è possibile infatti risparmiare sui costi nell'intero
ciclo di vita dell'apparecchiatura e tale riduzione dei costi può riflettersi direttamente sull'utente finale, aumentando la competitività dell'azienda.

Sono già disponibili tecnologie frutto di una avanzata progettazione delle macchine, ed è possibile identificarne i temi principali, particolarmente dedicati agli aspetti elettrici di esse:

- scelta di motori elettrici correttamente dimensionati;
- utilizzo di motori elettrici ad alta efficienza;
- scelta di variatori di velocità adeguati;
- scelta di contattori e dispositivi di protezione appropriati;
- creazione di soluzioni più efficienti per il controllo movimenti;
- miglioramento dell'efficienza termica degli involucri;
- scelta delle tecnologie, degli strumenti e dei dispositivi di automazione (interfacce uomo macchina HMI -Human-Machine Interface, dimensionamento dei controllori ed altro)
- sviluppo della corretta architettura di automazione, ovvero l'impostazione delle logiche e della "filosofia" che sta alla base delle
successive scelte relative alla componentistica.

I motori elettrici

L'importanza dei motori elettrici in ogni tipo di industria è evidenziata dai numeri: il 60% (valore ovviamente indicativo) dei consumi nei settori dell'industria e delle infrastrutture è dovuto ai motori elettrici.

Nell'industria alimentare, ad esempio, pur essendo significativa la quota di investimenti sul processo (conta infatti più di un terzo degli investimenti totali), i consumi energetici correlati si dividono quasi equamente tra processo e altri servizi.

Ciò significa che il lavoro di efficientamento sui motori elettrici, che sono i principali assorbitori di energia elettrica dei servizi ausiliari, può incidere molto sul bilancio complessivo di una unità produttiva. Importante però è conoscere "quanto" lavorano in termini di carico e di ore di funzionamento (Figura 1).

In generale, inoltre, gli attuatori delle macchine (motori elettrici, attuatori pneumatici ecc.) troppo spesso sono sovradimensionati, innalzando inutilmente i consumi delle macchine che, invece, una attenta progettazione potrebbe facilmente ridurre.

Per di più, al fine di valutare il livello di solidità e affidabilità di una macchina è opportuno esaminare attentamente le applicazioni e le future evoluzioni che potrebbero rendersi necessarie; i motori più piccoli e più semplici sono comunque, in generale, da preferirsi.

La correttezza del dimensionamento può in effetti ridurre il costo stesso delle macchine, oltre, come detto, quello di gestione operativa (Figura 2). Dal punto di vista energetico, l'esperienza dimostra che l'uso di un motore dimensionato correttamente per l'applicazione che deve svolgere ottimizza i consumi energetici rispetto a un motore più potente.

Questa considerazione fondamentale può garantire un risparmio del 3-4%, riducendo al tempo stesso i requisiti dimensionali del sistema di controllo dell'energia (ovvero il dimensionamento degli inverter).

L'introduzione di nuove norme, in particolare a partire dal 2015, in materia di motori ad alta efficienza, ha consentito di ottenere risultati aggiuntivi incoraggianti, a fronte di un costo che generalmente si ripaga in appena 1-2 anni.

Il vantaggio supplementare della maggiore durata di un motore ad elevata efficienza contribuisce alla sostenibilità (ritardata sostituzione) e consente di preventivare un risparmio energetico di circa il 10% (Figura 3).

All'interno dell'articolo:

- Variatori di velocità
- Involucri
- Architettura di automazione
- Misurazione e monitoraggio
- Conclusioni

In allegato, è possibile scaricare il pdf completo dell'articolo.