h M : rendimento del motore (è minore che non con il convertitore statico

di frequenza inserito a monte; motivo: armoniche)

Rendimento di un convertitore statico di frequenza a dipendenza dai giri del motore a 100, 50 e 25% di carico

h

n: numero di giri del motore

Utilizzazione dell'energia nell'azienda - Tecniche fondamentali dell'energia 4.2 / 29

Entrata della regolazione Raddriz- zatore L1 L2 L3 Circuito intermedio Invertitore

4.2 / 30 Utilizzazione dell'energia nell'azienda - Tecniche fondamentali dell'energia

Il principio fondamentale di una progettazione efficiente sotto l'aspetto energetico è il seguente: analizzare ed ottimizzare sempre il sistema glo- bale e non soltanto il motore elettrico! In tal caso occorre rispettare le prio- rità seguenti:

1. adeguare la durata dell'esercizio al fabbisogno (evitare il funzionamen- to a vuoto)

2. ridurre a quanto è strettamente necessario sul piano pratico le presta- zioni fisiche (portata, pressione, velocità, numero di giri...)

3. migliorare il rendimento dei componenti

4. migliorare il processo di lavoro sotto l'aspetto energetico.

Una coppia determinata M [Nm] deve poter essere prodotta ad un numero determinato di giri n [min-1_{]. La potenza P viene calcolata in seguito secondo}

la formula seguente

P = 2π

M

n/60 [W]

Ogni azionamento elettrico deve azionare un carico ben determinato (mac- china operatrice) con una determinata e caratteristica coppia del carico M quale funzione del numero di giri n. La maggior parte degli azionamenti possono essere suddivisi nei seguenti quattro casi tipici di applicazione:

Nastri trasportatori, elevatori, gru, ascensori, macchine utensili

Freni elettrodinamici

Pompe, ventilatori, veicoli che si spostano rapidamente, applicazioni nelle quali occorre vincere

la resistenza dell'aria o dei liquidi

Torni ed avvolgitrici M P M P M P M = cost. P = cost. 1 M ~ n P ~ n P ~ n2 P ~ n3 M ~ n2 M ~ n Sistema di azionamento Potenza

Tipi di servizio

Rapporto d'inserzione

Potenza

di sovraccarico

Per la scelta di un motore elettrico oltre alla potenza ed alla coppia è im- portante anche il tipo di servizio. Il motore, ad esempio, dopo un carico bre- ve si riscalda meno che non con un carico permanente e può, di conse- guenza, essere dimensionato in modo minore. Per ogni tipo di sollecita- zione vengono definiti diversi tipi di servizio nominali:

S1 = servizio continuo S2 = servizio di breve durata S3, S4, S5 = servizio intermittente

S6 = servizio continuo con servizio intermittente

Utilizzazione dell'energia nell'azienda - Tecniche fondamentali dell'energia 4.2 / 31

q = temperatura delle macchine

Pv = dissipazione

ts = durata del ciclo

tB = durata del carico

tp = durata delle pause

TA = tempo di avviamento S1 S2 S3 S4 Rapporto d'inserzione ED [%]:

1

ED =

100

T

Conversione delle potenze di sovraccarico ammissibili (valori indicativi) per diversi tipi di servizio:

P

ED

= P

ED

servizio continuo servizio intermittente

senza influsso dell'avviamento con influsso dell'avviamento

4.2 / 32 Utilizzazione dell'energia nell'azienda - Tecniche fondamentali dell'energia

Nel caso dell'azionamento a gruppi un motore elettrico aziona parecchie macchine operatrici mediante meccanismi di trasmissione. Ciò può essere più efficiente sul piano energetico poiché il rendimento di un motore aumenta con l'aumento della potenza. In contrasto con questo principio gli azionamenti singoli presentano tuttavia vantaggi nel caso di un esercizio dinamico.

Nel caso di valori di funzionamento inferiori a 500 min-1 _{devono essere}

utilizzati meccanismi di trasmissione. I meccanismi di trasmissione ad uno stadio raggiungono rendimenti di circa 98%.

Rendimenti di trasmissioni a parecchi stadi

Tipo di trasmissione Trasmissione diretta

Meccanismi di trasmissione – trasmissione a ruota

dentata cilindrica

– trasmissione a ruota conica – ingranaggi a vite

Cinghie

– cinghia trapezoidale – nastri di materiale sintetico – elastici

– cinghie piane sottili – cinghie dentate Catene Fune metallica Rendimento 99% 94%-97% 94%-97% 30%-90% 88%-93% 81%-85% 81%-85% 97%-99% 97%-99% 90%-96% 91%-95% Osservazione a 3 stadi

(1-2% di perdite per stadio) a 3 stadi

(1-2% di perdite per stadio) a dipendenza dal rapporto di trasmissione (240:1–9:1)

Azionamento a gruppi

Pompa centrifuga Pompa a pistone Pompa con funzionamento ad umido Motore a traferro tubolare passante Pompa con funzionamento a secco Resistenza fluidodinamica

Scelta delle pompe

Ulteriori informazioni: Pompe di circolazione, dimensionamento ed ottimizzazione dell'impianto, documentazione RAVEL n. 724.330 i Ordinazione: UCFSM, 3000 Berna

Pompe

In una pompa centrifuga un girante che ruota aumenta la pressione dal lato dell'uscita e fa quindi scorrere il mezzo da trasportare.

Nelle pompe a pistone (pompe volumetriche) il movimento di un pistone aspira il mezzo da trasportare e lo espelle durante un secondo ciclo di lavorazione.

Nel tipo di pompa con funzionamento ad umido si utilizzano i cosiddetti motori a traferro tubolare passante. In questi motori asincroni speciali il tra- ferro tubolare passante separa meccanicamente lo statore dal rotore. Il tra- ferro tubolare passante ed il liquido tra lo statore ed il rotore diminuiscono ulteriormente il rendimento di questi motori. In una piccola gamma di potenza vengono utilizzati quali motori delle pompe i motori trifase asin- croni (3 x 400 V) oppure i motori monofase a condensatore (1 x 230 V). Nelle pompe con funzionamento a secco si utilizzano quali motori di azio- namento i motori trifase convenzionali. Le pompe con funzionamento a sec- co vengono utilizzate soprattutto per potenze di raccordo superiori a 200 W. Per potenze maggiori (pompe a zoccolo) il motore può essere scelto liberamente.

Le resistenze fluidodinamiche determinano fortemente il fabbisogno di energia per le pompe. È possibile diminuire le perdite utilizzando sezioni dei tubi sufficientemente grandi.

Nella scelta di una pompa si procede come segue: dapprima si stabilisce la caratteristica della rete di tubazioni di un impianto con le grandezze che determinano la produzione, ossia la portata e la valenza; questa curva caratteristica viene tagliata nel settore in cui s'intersecano il rendimento massimo della pompa e la caratteristica della pompa. Il punto d'intersezio- ne di ambedue le curve caratteristiche determina il punto di funzionamen- to della pompa.

4.2 / 34 Utilizzazione dell'energia nell'azienda - Tecniche fondamentali dell'energia

Punto di funzionamento = punto d'intersezione della curva caratteristica degli impianti e di quella delle pompe

Punto di funzionamento Rendimento Sistemi di circolazione chiusi dP = pressione di mandata V = mandata BN = punto di funzionamento nominale

Prevalenza H, rendimento h e potenza elettrica assorbita P di una pompa per un regime di 1450 giri/min

Curva caratteristica delle pompe

Curva caratteristica degli impianti

V BN dP V: mandata H: prevalenza h: rendimento

P: potenza elettrica assorbita

Rendimento