Una maggiore efficienza energetica nel motion control consente alle aziende non solo di di ridurre le emissioni di anidride carbonica ma anche di risparmiare e di migliorare le proprie attività. Le normative europee stanno favorendo l’introduzioni di motori più efficienti rispetto al passato, ma per ottenere vantaggi concreti è importante che le aziende adottino una nuova mentalità e superino vecchie abitudini.
Secondo dati diffusi da ABB, ai giorni nostri l’industria è responsabile di circa il 42% dei consumi elettrici mondiali mentre due terzi di questa quota sono utilizzati per alimentare motori elettrici. Di conseguenza, ogni norma o regolamentazione che porti miglioramenti all’efficienza energetica dei motori è destinata ad avere un impatto significativo sul consumo totale di energia e sulla riduzione delle emissioni di anidride carbonica. La norma EN 60034-30 ha stabilito una classificazione del rendimento dei motori in base al codice IE (International Efficiency), su quattro livelli: IE1 Standard; IE2 Elevato; IE3 Premium; IE4 Super-Premium. Per consentire un maggior risparmio energetico, la direttiva 2009/125/CE ha definito un quadro per l’elaborazione di specifiche per la progettazione ecocompatibile dei prodotti connessi all’energia. Con il regolamento CE 640/2009 sono stati individuati i requisiti minimi di efficienza energetica per i motori elettrici, in base al codice IE. Questi requisiti, indicati come EU MEPS (Minimum Energy Performance Standard) riguardano i motori a due, quattro e sei poli nella gamma di potenza compresa fra 0,75-375 kW con alimentazione a corrente alternata e con frequenze di 50 e 60 Hertz. Sono trascorsi più di due anni dal 16 giugno 2011, data a partire dalla quale tutti i motori immessi sul mercato europeo hanno dovuto raggiungere, come minimo, il Livello 2 dello Standard di Efficienza Internazionale. Alcuni motori, come quelli per ambienti esplosivi, sono al momento esclusi dalla direttiva EU MEPS ma alcuni importanti vendor del settore hanno previsto che anche queste tipologie di motori dovranno presto essere conformi alla normativa e pertanto li ha già dotati anticipatamente di marcatura IE. La seconda fase della direttiva EU MEPS entrerà in vigore da gennaio 2015. I requisiti minimi per motori con potenza superiore a 7,5 kW dovranno rientrare nel livello IE3 di efficienza energetica o IE2 se combinati con un convertitore di frequenza. La terza fase della direttiva, che entrerà in vigore dal gennaio 2017, estenderà il requisito di ottenere almeno il livello IE3 di efficienza energetica o IE2 con convertitori di frequenza anche ai motori con potenza fino a 0,75 kilowatt. Anche se la direttiva EU MEPS copre soltanto il mercato europeo, altri Paesi come l’Australia, la Cina, il Brasile e il Canada hanno già adottato schemi di efficienza energetica simili, mentre negli Stati Uniti i requisiti per ottenere il livello NEMA Premium (equivalente al livello di efficienza IE3) sono entrati in vigore alla fine del 2010.
Prestare attenzione ai dettagli
Tornando all’Europa, al momento gli utilizzatori hanno ancora la possibilità di usare motori con efficienza inferiore al livello IE2, purché siano stati acquistati prima del 16 giugno 2011 mentre un distributore può vendere ancora un motore non IE2 se comprato in precedenza rispetto a quella data. Ma superare le vecchie abitudini e puntare sin da ora su motori più efficienti è oggi importante per le aziende, per ottenere maggiori risparmi in termini di consumi energetici e risultati migliori. Tutto questo deve essere accompagnato anche da un’attenta analisi delle esigenze di un’impresa, prestando attenzione anche a dettagli che vanno oltre il puro aspetto dell’efficienza. Secondo gli esperti del settore se un motore è fuori misura, l’efficienza guadagnata utilizzando un motore efficiente non è così rilevante. Ancora oggi, molti motori usati in applicazioni industriali, legati al funzionamento di pompe e sistemi di ventilazione sono sovradimensionati rispetto alle effettive necessità; questa scelta, fatta pensando a possibili scenari caratterizzati da difficoltà, molto difficilmente realizzabili, si traduce in costi maggiori e in un superiore dispendio energetico, anche perché se la taglia del motore scelto è sbagliato, l’energia etichettata non potrà aiutare a produrre un sistema energetico efficiente. Un supporto alle aziende che utilizzano pompe e sistemi di ventilazione giunge anche da normative legate a queste aree. Da segnalare, per esempio, è la direttiva 2009/125/CE Energy related Products (ErP). riformulazione della Direttiva 2005/32/CE (Energy using Products EuP), Direttiva quadro che, attraverso specifici regolamenti attuativi, regolamenta i requisiti di ecodesign per i prodotti che usano energia, considerando anche i prodotti che influiscono sulle prestazioni energetiche e il cui valore aggiunto può contribuire significativamente al risparmio energetico. Il documento attuativo della Direttiva ErP per i ventilatori è il Regolamento UE 327/2011 che fissa con precisione i requisiti minimi di efficienza cui questi prodotti devono sottostare. Questo regolamento della Commissione Europea è relativo a specifiche di progettazione ecocompatibile per ventilatori azionati da motori con potenza elettrica in ingresso compresa tra 125 W e 500 kW. La prima fase, entrata in vigore il 1 gennaio di quest’anno, prevede la conformità a un regolamento che definisce i gradi minimi di efficienza per i ventilatori che rientrano nel suo campo di applicazione e che sono immessi sul mercato per la prima volta. Il grado di efficienza è basato sulla potenza elettrica in ingresso e comprende l’efficienza combinata della girante e del motore. Dal 1 gennaio 2015 entrerà in vigore una seconda fase, con gradi di efficienza più severi, che prevede che l’indicazione del grado di efficienza del ventilatore dovrà essere chiaramente visibile sulle targhette/etichette, sulla documentazione tecnica, sui siti Web dei produttori di ventilatori e ovunque stabilito nel regolamento. Ma, nonostante regolamenti di questo tipo possano contribuire a favorire l’efficienza energetica, spesso non è facile cambiare le vecchie abitudini. Se da un lato, qualcuno potrebbe ancora assemblare sistemi non a norma nel cortile sul retro della propria azienda, dall’altro esistono imprese che hanno regolamenti aziendali ormai superati e carenti in materia di tematiche di questo tipo. A volte non ci si rende conto che il problema dell’efficienza energetica va affrontato a più livelli, dai componenti individuali all’intero sistema. Elementi fondamentali della trasmissione di potenza quali cinghie, pulegge, cambio di velocità devono essere dimensionati per il lavoro che deve essere svolto e rappotati a tutti gli strumenti che concrorrono alla realizzazione del movimento. Tutto dovrà essere valutato per la realizzazione di un sistema ottimizzato; se l’output è variabile, per esempio, sarà necessario ricorrere a un drive a velocità variabile ed eventuali costi aggiuntivi del sistema spesso si traducono in un risparmio energetico che consentirà presto di recuperare le spese fatte. Non bisogna dimenticare, inoltre, che un motore a efficienza standard potrà costituire una scelta valida quando il lavoro è inferiore alle 2 mila ore annue; se la quantità di ore è superiore è più opportuno scegliere un motore con un livello di efficienza maggiore. Importante è anche sottolinare che la tecnologia del motore è migliorata in modo significativo nel corso degli anni. Un moderno motore a 110 kW a quattro poli, per esempio, ha il 30% di perdite in meno rispetto a un motore equivalente del 1980, anche se i due motori sono molto simili esternamente. E se i motori a elevata efficienza costano di più, al momento dell’acquisto, a causa del costo maggiore del materiale e delle tecniche produttive usate, il risparmio che si otterrà successivamente consentirà di recuperare quanto si è speso. A un ritmo di 8 mila ore di operatività lavorativa annua, il costo aggiuntivo di un motore operativo a efficienza elevata è ripagato in meno di 2 anni.
Motori sempre più innovativi
Alcuni motori efficienti resi disponibili al giorno d’oggi, classificati come di livello IE4, rendono possibile una potenza compresa tra i 3 kW e i 355 kW e hanno il 40% di perdite in meno rispetto a modelli precedenti. In versioni a 2, 4 e 6 poli, sono adatti per essere usati su ventilatori, pompe e compressori, si caratterizzano per una induzione a tre fasi. La struttura aerodinamica e il sistema di raffreddamento sono stati riprogettati; tra gli obiettivi da perseguire sono rientrati anche quelli di rendere il motore meno rumoroso, più affidabile, più facile da manutenere e meno costoso. Il motore è stato progettato per garantire temperature di operatività più basse, aumentare il tempo di isolamento e consentire una vita di servizio più lunga. La struttura e il sistema di isolamento sono stati ottimizzati, migliorando l’efficienza operativa persino in condizioni ambientali difficili. Più facile è il mantenimento e ridotti sono i tempi di manutenzione. Speciali guarnizioni proteggono il motore dall’ingresso di acqua e polvere, consentendono una lunga durata anche in ambienti aggressivi. Esistono anche motori IE4 abbinati a convertitori di frequenza e software aggiornati, ottimizzati per pompe e ventilatori e disponibili da 11 a 315 kW. Innovativi dal punto di vista tecnologico, si caratterizzano per un rotore che non si scalda e mantiene bassa la temperatura del cuscinetto, rendendo il sistema più affidabile.
Alcuni esempi vincenti
Ma vediamo alcuni esempi concreti di aziende che, grazie a motori più efficienti, hanno potuto migliorare le loro attività e ridurre i consumi energetici. Usando motori IE3, un produttore di cibo per animali, con sede in Gran Bretagna, ha potuto risparmiare circa 26 mila sterline all’anno grazie a un nuovo sistema di controllo degli odori. L’azienda aveva un ambizioso obiettivo: quello di accrescere la propria quota produttiva di cibo secco per animali da 1.500 tonnellate a settimana a 2.500. Per raggiungere questo risultato la società aveva bisogno di un impianto che fosse in grado di estrarre in quantità maggiore il gas caldo e maleodorante prodotto durante il processo di cottura. L’obiettivo è stato raggiunto mediante un apposito impianto di ventilazione che si avvale di tre ventilatori; due di essi gestiscono l’estrazione del gas del processo e sono attrezzati con due motori IE3, uno di 250 kW, l’altro di 185 kW. Tutti i volumi di ventilazione dell’edificio sono convogliati a un singolo ventilatore dotato di motore IE3 da 250 kW. Quando sarà pienamente operativo, il sistema estrarrà 500 mila metri cubi di aria dallo stabilimento ogni ora. Anche un’azienda specializzata nel settore della trivellazione pozzi ha puntato su un motore più efficiente, di tipologia IE4, per rimpiazzare un vecchio motore a induzione da 115 kW. La società era alla ricerca di maggiore efficienza e affidabilità, minore perdita di calore, meno rumore e riduzione dei costi di mantenimento. Si è puntato su un sistema più potente, più affidabile, con una minore dispersione di calore, meno rumore e riduzione dei costi di mantenimento. Il sistema implementato si è avvalso di un processore core più potente in grado di abilitare operazioni che coinvolgono il motore insieme a un controllore a forza motrice diretta di nuova generazione, che evita il bisogno di codificatori e dispositivi di controllo rapido. Tra i primi benefici rilevati rientra una riduzione del rumore del 75%, una riduzione del 58% nella temperatura della struttura rispetto a quando avveniva con il precedente motore, ma si è soprattutto raggiunto un risparmio energetico del 6% in più rispetto a quanto si era previsto inizialmente.
