Innovazioni tecnologiche impianti di mungitura: Variatore del numero di giri della pompa del vuoto o Inverter Lucio Zanini

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1 Innovazioni tecnologiche impianti di mungitura: Variatore del numero di giri della pompa del vuoto o Inverter Lucio Zanini Specialista qualità latte Servizio Assistenza Tecnica Allevamenti Regione Lombardia - Associazione Regionale Allevatori Il livello di vuoto in un impianto di mungitura deve essere stabile e costante onde evitare sollecitazioni eccessive alla punta del capezzolo. Le fluttuazioni del vuoto possono essere causate da vari fattori: Tecnica di mungitura non efficiente. Carenze impiantistiche o realizzazione non corretta dell impianto di mungitura. Scarsa sensibilità o efficienza del regolatore del vuoto. Il regolatore ha il compito di stabilizzare e compensare le perdite dell impianto regolando il flusso d aria in risposta alle esigenze di vuoto richieste dalle operazioni della mungitura. In questi ultimi periodi in alternativa al regolatore meccanico sono stati introdotti dispositivi elettronici che regolano il fabbisogno di vuoto non più aprendo o chiudendo il circuito dell impianto, ma bensì regolando il numero dei giri della pompa del vuoto. L inverter regola i giri di rotazione della pompa del vuoto al fine di mantenere il vuoto di lavoro il più costante possibile. Il variatore è un regolatore della frequenza di alimentazione (hertz) che controlla il regime di rotazione di un motore trifase. Diminuendo per esempio, la frequenza da 50 a 40 Hz si ottiene una diminuzione di rotazione del motore elettrico di 0,8 (40/50). Un sensore di pressione, posizionato sulla linea del vuoto nelle vicinanze della pompa, collegato ad una centralina elettronica, regola il numero dei giri del motore della pompa del vuoto, al fine di mantenere il valore di vuoto voluto. Sul mercato sono presenti vari prodotti che differenziano per caratteristiche dei componenti elettronici installati e per differenze di assemblaggio del sistema di regolazione. Alcune ditte hanno mantenuto attivo il regolatore del vuoto come valvola di sicurezza, per garantire una rotazione minima della pompa del vuoto, e solo in un secondo tempo interviene l inverter. In altri impianti si è operato escludendo completamente il regolatore del vuoto e lasciando in toto la

2 regolazione del vuoto al variatore. Le misurazioni effettuate hanno il fine di proporre un metodo di verificare dell efficienza del nuovo sistema, e misurare i risparmi energetici apportati da questa tecnologia. Materiali e metodi Verifica efficienza Regolatore del vuoto e Variatore di giri o Inverter In sedici allevamenti con inverter si è misurato l efficienza del sistema in confronto con il regolatore. Gli impianti di mungitura differiscono per tipologia, numero dei gruppi di mungitura, marca, anno di costruzione. Le misurazioni sono state effettuate sulla stabilità del vuoto e sui tempi di reazione dei due sistemi. Trattandosi di una prova di campo effettuata su impianti diversi, ci si è limitati a considerare le reazioni nelle vicinanze della pompa del vuoto. La prova si è svolta seguendo il seguente schema: 1. Sistemazione del sensore e della strumentazione. 2. Inserimento nei gruppi di mungitura degli appositi tappi. 3. Avviamento della pompa. 4. Misurazione e verifica livello del vuoto. 5. Prova statica di mungitura con simulazione di caduta di un gruppo di mungitura aprendo il gruppo più vicino alla pompa del vuoto per venti secondi e successiva chiusura dello stesso con impianto regolato con Inverter. 6. Passaggio ad impianto di mungitura controllato da regolatore. 7. Verifica del livello del vuoto. 8. Ripetizione del punto 5 con regolatore. 9. Ripristino dell impianto.

3 Le misurazioni sono state effettuate per mezzo del sistema di controllo di impianti di mungitura DAS-m dotati di sensori sensibili al decimo di kpa. (grafico n 1 e 2) (Grafico n 1 Esempio di Misurazione del livello del vuoto per tutta la durata del test con inverter) (Grafico n 2 Esempio di Misurazione del livello del vuoto per tutta la durata del test con regolatore) Analisi dei grafici Dal grafico n 1 si evidenziano i punti e i valori salienti della prova effettuata. 1. Dopo aver avviato l impianto di mungitura si attende un periodo minimo per stabilizzare il vuoto nell impianto (punto 1), si causa un ingresso d aria aprendo il primo gruppo di mungitura. Il picco che si evidenzia dopo il punto

4 1 e dopo il punto 3 nel grafico non sono stati presi in considerazione perché presenti in tutte le prove effettuate e con tutti i sistemi di controllo del vuoto. Dal punto 1 vengono contati 20 secondi. 2. Momento in cui si stabilizza il livello del vuoto per la risposta del sistema che regola il vuoto ( inveter o regolatore), si verifica se vi sia stato un salto di vuoto operativo (sensibilità) (kpa del punto 1 kpa del punto 2). 3. Chiusura del gruppo, anche in questo caso si nota il picco. 4. Momento in cui si stabilizza il vuoto dopo la chiusura del gruppo. Per differenza dei tempi registrati tra il punto 3 e il punto 4 si ottiene il tempo di ripristino del vuoto operativo (prontezza).

5 Tabella 1 Delta kpa al Delta kpa al Delta tempo al Delta tempo al regolatore gruppo regolatore gruppo N AZ Regolatore Inverter Regolatore Inverter Regolatore Inverter Regolatore Inverter 1 0,6 0 0,6 0 2,2 2,8 1,2 1,5 2 0,5 0,7 0,6 0,5 2,7 5,2 3, ,2 1,8 0,6 2,2 2,5 2,4 3 2,4 4 0,6 2,4 0,8 2,3 1,7 2,3 1,9 2,4 5 0,4 1,4 0,7 1,5 1,9 8,9 3 18,8 6 0,5 1,5 0,6 1,9 1,9 0,9 1, ,4 0,7 2,5 0,9 12,3 2,9 12 2,8 8 0,5 3,7 0,6 3,8 2,72 4,2 3,9 6,4 9 0,2 1,1 0,2 1 0,3 4 0,4 4,6 10 0,5 0,2 0,6 0,2 0,4 2 0,6 2,8 11 0,6 0,1 1,7 2 1,5 3,7 1,5 1, ,5 0 0,6 0,4 2,5 5,8 3,5 3, ,3 0,4 0,9 1,3 1,8 1,9 14 0,2 0,1 0,5 0,2 0,9 5,5 1,8 5,6 15 0,3 0 0,3 0,1 1,8 3,7 1, ,5 0 0,9 0,2 1,4 3,6 2 4,6 media 0,53 0,86 0,76 1,10 1,69 3,75 2,73 4,13 dev st 0,53 1,08 0,57 1,08 2,04 0,79 2,69 4,20 media 0,48 1,23 0,65 1,25 2,28 3,18 2,5 2,08 A media 0,8 1,68 0,92 1,82 3,82 4,18 4,14 6,72 B media 0,4 0,08 0,8 0,75 1,33 3,2 1,85 2,50 C media 0,33 0,03 0,57 0,17 1,37 4,27 1,87 4,73 D T test n. s. * * (Note:* =P<0,01;**=P<0,005)

6 Analisi statistica Dall analisi dei dati si evidenzia: Non sussistono differenze significative tra i due sistemi inverter e regolatore per la differenza di vuoto dopo l apertura del gruppo. Tramite l analisi della varianza ad 1 via e per mezzo del test di Scheffe si è potuto evidenziare delle diversità tra le varie ditte installatrici dell inveter e più precisamente vi sono differenze tra le marche B/C e tra B/D mentre non vi sono differenze significative tra C/D e tra A/B. Sussistono differenze altamente significative sui tempi di ripristino del vuoto operativo, in questo caso il regolatore del vuoto risulta essere più veloce di 2 secondi nel ripristinare il vuoto (nota: i valori azienda n 7 non sono stati considerati per regolatore del vuoto non funzionante). Non sussistono differenze significative tra le diverse marche d inverter per quanto riguarda il tempo di ripristino del vuoto. media inverter kpa Scheffe (p=0,15) media reazione tempo Tesi A 1,23 a 3,18 a Tesi B 1,68 ab 4,18 a Tesi C 0,08 b 3,2 a Tesi D 0,03 b 4,27 a Media 0,75 3,71 Dev.st 0,83 0,60 Scheffe (p=0,15) Verifica consumi energetici In cinque allevamenti con impianti di mungitura, che differiscono per tipologia, marca, anno di costruzione, numero dei gruppi di mungitura e tipo di variatore dei giri della pompa del vuoto o inverter si è misurato il consumo energetico e il tempo di mungitura. Le misurazioni sono state effettuate tramite l utilizzo di una pinza amperometrica (Amprobe A65fl) applicata al cavo in entrata d alimentazione dell impianto di mungitura, la registrazione dell intensità di corrente e dei tempi

7 sono stati effettuati tramite un data logger (SmartReader), al momento dell applicazione dell apparato, in ogni azienda si è misurata la tensione in volt ed il valore è stato considerato costante per tutta la durata della misurazione. La misurazione è stata effettuata per almeno 24 ore con impianto regolato da variatore di giri per pompa del vuoto o inverter e 24 ore con regolatore del vuoto tradizionale (grafico 3). ( Grafico 3 -Esempio di misurazione tramite SmartReader della durata di 48 ore)

8 Nella tabella n 2 vengono riassunti i risultati delle misurazioni. Az. n volt minuti amper kwh/di minuti amper kwh/di D kwh capi giorno medio giorno medio inverter munti valvola valvola inverter inverter valvola D % kwh inverter valvola ,0 7,15 14,23 296,0 4,29 8,50 5,73 40, ,0 8,66 30,60 545,0 4,14 14,28 16,32 53, ,0 11,61 31,11 403,0 3,06 8,12 22,99 73, ,0 5,75 8,56 236,0 4,34 6,48 2,07 24, ,0 8,58 22,78 418,0 1,14 3,01 19,77 86,8 Med ,3 21,5 379,60 3,39 8,08 13,38 55,7 T test Tabella n 2 (Note :*=P<0,1;**=P<0,025) ** L analisi delle misurazioni hanno evidenziato una differenza altamente significativa della quantità di energia elettrica impegnata per la mungitura. Adottando la regolazione della pompa del vuoto, tramite inverter si è constatato un risparmio medio del 55 %, ma tale valore in impianti di recente realizzazione e dimensioni medio grandi può arrivare sino al 80%. Verifica rumorosità In dieci impianti di mungitura che differiscono per tipologia, marca, anno di costruzione, numero gruppi di mungitura si è misurato la rumorosità durante il funzionamento dell impianto in tre punti differenti: locale pompe, locale latte, sala di mungitura. Le misurazioni sono state effettuate per mezzo di un fonometro Digital Sound Level Meter con l impianto funzionante con il regolatore del vuoto, e con il variatore di giri della pompa o Inverter. Si sono analizzati i valori delle misurazioni in ogni locale per ovviare alle diversità strutturali, progettuali. Le misurazioni sono espresse in db (decibel). ( tabella 3)

9 Valore medio Rumorosità locale pompe db regolatore inverter Rumorosità latte db locale regolatore inverter Rumorosità mungitura db regolatore inverter 92 80, , ,6 Differenza 11,9 12,9 5,6 T test *** *** ** ( tabella 3) (Note:* =P<0,01;** =P<0,005;*** =P<0,001) sala L analisi delle misurazioni hanno evidenziato una differenza altamente significativa della rumorosità db tra un impianto con regolatore del vuoto e un impianto con inverter a favore di quest ultimo. Discussione Dalle misurazioni effettuate si può evidenziare la positività del prodotto Inverter per quanto riguarda la sensibilità di regolazione del vuoto, infatti non sono state riscontrate differenze significative tra i due sistemi di regolazione. Si sottolinea la minor velocità media di ripristino del vuoto operativo, differenza significativa di 2 secondi del variatore di giri rispetto al tradizionale regolatore. Per quanto riguarda la rumorosità si sottolinea la notevole la diminuzione misurata con l adozione dell inverter, si rammenta che il livello sonoro in decibel è espressa in scala logaritmica e che un incremento di 3 db corrisponde ad un raddoppio dell energia sonora iniziale, tutto questo permette un notevole miglioramento del benessere dell operatore impiegato alla mungitura. Per quanto riguarda i consumi economici si sottolinea il risparmio energetico misurato, con un valore medio del 55% di energia impiegata per l operazione di mungitura. La convenienza economica è legata al prezzo d acquisto della strumentazione che deve essere effettuata con notevole attenzione. La strumentazione deve garantire certi requisiti minimi; deve essere schermata onde evitare interferenze elettroniche tra l inveter e i pulsatori elettronici, deve dare la possibilità di ripristinare la funzionalità del regolatore in maniera semplice.

10 L analisi economica è stata basata sul calcolo del VAN (valore attuale netto) che rappresenta il guadagno con l applicazione di questa tecnologia. Dal grafico n 4 si evidenzia che la convenienza dell applicazione di questo sistema di regolazione è correlata alla potenza del motore installato e dal coefficiente di risparmio riscontrato. Con i dati riscontrati nella prova ovvero con un coefficiente di risparmio del 55% si ha un VAN positivo negli impianti con potenza installata di 3 kw o superiori. CONVENIENZA ECONOMICA ALL'USO DELL'INVERTER AL VARIARE DELLA POTENZA INSTALLATA E DEL COEFFICIENTE DI RISPARMIO ENERGETICO VAN (migliaia di ) 20,000 17,500 15,000 12,500 10,000 7,500 5,000 2,500 2,5 kw 3 kw 4 kw 5,5 kw 7,5 kw 11 kw 15 kw 0-2,500-5, Coefficiente di risparmio energetico Grafico4 convenienza economica (Antonio Pazzona, Lelia Murgia, Lucio Zanini Il controllo del vuoto di mungitura mediante il variatore di velocità Informatore Zootecnico n ))