Michele Giuliano Gardone Riviera 13 Giugno 2013 Efficienza energetica nei sistemi di pompaggio motori ad alto rendimento e inverter

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1 Michele Giuliano Gardone Riviera 13 Giugno 2013 Efficienza energetica nei sistemi di pompaggio motori ad alto rendimento e inverter June 10, 2013 Slide 1

2 Agenda Riepilogo tecnologie per sistemi motorizzati Motori ad alto rendimento e normativa MEPS Inverter Esempi applicativi Conclusioni June 10, 2013 Slide 2

3 Tecnologie più efficienti per i sistemi motorizzati Motori ad alto rendimento Inverter maggiore efficienza intrinseca regolazione ottimale del carico June 10, 2013 Slide 3

4 Motori ad alto rendimento Definizione di efficienza Efficienza è il rapporto tra output meccanico e input elettrico Alta Efficienza significa convertire la potenza elettrica in potenza meccanica con minor perdite possibili h = P Output P Input P Input P Output h = P Output P Output + S P Losses carico h = P Input - S P Input P Losses P Losses June 10, 2013 Slide 4

5 Cosa rende un motore più efficiente? Meno perdite nel rotore Lamierino a basse perdite Lamine più sottili Meno perdite per ventilazione e frizione Ventole più piccole Cuscinetti più performanti Meno perdite nel rame dello statore Ottimizzazione delle cave statoriche Più rame nello statore Meno perdite addizionali Ottimizzazione della geometria delle cave Meno perdite nel ferro Miglior qualità dell acciaio Lamine più sottili Più materiale e di migliore qualità June 10, 2013 Slide 5

6 Cosa rende un motore più efficiente? Un motore con basso rendimento scalda di più perché parte della sua energia è dispersa sotto forma di calore anziché essere utilizzata per il movimento meccanico June 10, 2013 Slide 6

7 Motori più efficienti, motori più affidabili Alta efficienza non vuol dire solo risparmiare nei costi operativi e guadagnare in competitività, vuol dire anche: Maggior durata del motore Maggior affidabilità Minore manutenzione Un alto valore di efficienza significa che il motore gira ad una temperatura inferiore allungando di conseguenza la durata dei cuscinetti e dell avvolgimento 15 C di riduzione nella temperatura dei cuscinetti raddoppia le ore di intervallo per l ingrassaggio June 10, 2013 Slide 7

8 Motori ad alto rendimento, un esempio : 78.8 kw 81.4 kw Perdite 3.8 kw Perdite con η 95.1% Perdite diminuite= 2,6 kw 75 kw Perdite 6.4 kw Perdite con η 92.1 % Se l efficienza aumenta del 3% la riduzione delle perdite è del 40% Risparmio EUR all anno = 11 tonnellate di CO2 (0,5kg/kwh) June 10, 2013 Slide 8

9 Guardando la grande immagine Il concetto del Life Cycle Cost 2%1% Costo di utilizzo in Energia Acquisto iniziale Un riavvolgimento 97% Bisogna spostare l attenzione ai costi complessivi June 10, 2013 Slide 9

10 Motori ad alto rendimento Risparmi, investimenti e tempi di payback Risparmi con i motori ad alto rendimento fino al 10% Investimenti limitati e interventi distribuibili nel tempo Tempi di rientro degli investimenti Altri benefici da 12 a 36 mesi per sostituzione di motore funzionante da 2 a 10 mesi per sostituzione di motore guasto Rinnovo dell impianto Motori ad alto rendimento meccanicamente ed elettricamente più robusti June 10, 2013 Slide 10

11 La Nuova IEC Settembre 2008 La nuova norma definisce tre classi di efficienza IE (International Efficiency) per motori asincroni monofase e trifase: IE1= Efficienza Standard (i livelli di efficienza sono all incirca equivalenti ai livelli esistenti dell EFF 2) IE2= Alta Efficienza (i livelli di efficienza sono all incirca equivalenti ai livelli esistenti dell EFF1) IE3= Premium Efficiency ( è una nuova classe di efficienza a livello europeo ed è identica alla NEMA Premium americana per 60 Hz) June 10, 2013 Slide 11

12 Motori ad alto rendimento Nuove classi di efficienza, nuove regole Le nuove classi IE si applicano a: Motori 2, 4, 6 poli Da 0.75 a 375 kw Voltaggio fino a 1000V Frequenza 50 e 60 Hz June 10, 2013 Slide 12

13 Motori ad alto rendimento Nuove classi di efficienza, nuove regole Sono escluse le seguenti tipologie di motori: Motori progettati per operare totalmente immersi in liquido Motori completamente integrati in un prodotto (es. pompa o ventola) dove non sia possibile testare il rendimento del motore in maniera indipendente dal resto del prodotto Motori progettati specificatamente per operare: ad altitudini superiori ai 1000 metri sul livello del mare in luoghi con temperatura ambiente superiore ai 40 C con temperature di lavoro superiori ai 400 C in luoghi con temperatura ambiente inferiore ai -15 C (qualsiasi motore) o inferiore ai 0 C ( nel caso di motori raffreddati ad aria) Qualora il liquido di raffreddamento utilizzato sia inferiore ai 5 C o superiore a 25 C in aree classificate così come definite dalla direttiva 94/9/EC (ATEX) motori autofrenanti June 10, 2013 Slide 13

14 Motori Process Performance Trattamento delle acque M3BP In queste applicazioni i motori tipicamente operano tutti i giorni 24 ore al giorno. M3BP con la sua elevata affidabilità è il motore idoneo per abbassare i costi manutenzione. L alto tasso di umidità può causare problemi di corrosione e condensa. M3BP può essere costruito in modo tale da prevenire questi problemi. ABB BU Motors and Generators June 10, 2013 Slide 15

15 Inverter (convertitori di frequenza drive) Regolazione in funzione della richiesta del carico L inverter adatta in tempo reale le performance del motore alle necessità dell applicazione erogando solo la reale potenza richiesta Il risparmio ottenibile dipende dal tipo di applicazione in esame dalla tipologia di controllo con cui ci si confronta Performance con pompe e ventilatori Performance con compressori June 10, 2013 Slide 16

16 Inverter Metodi di regolazione della portata Valvole di strozzamento June 10, 2013 Slide 17

17 Inverter Metodi di regolazione della portata Valvole di by-pass June 10, 2013 Slide 18

18 Inverter Metodi di regolazione della portata Regolazione On-Off June 10, 2013 Slide 19

19 Inverter Cosa fare? 1. Tengo il piede fermo sull acceleratore e regolo la velocità azionando energicamente il freno!? Scalo la marcia e riduco la velocità! June 10, 2013 Slide 20

20 Inverter Metodi di regolazione della portata June 10, 2013 Slide 21

21 Risparmio energetico per carichi a coppia quadratica 100 Potenza % Potenza n Velocità o Portata %

22 Risparmio energetico per carichi a coppia costante 100 Potenza % Potenza n Velocità o Portata %

23 Esempio di applicazione Drive di BT 1. Settore auto Situazione iniziale applicazione: pompe lubrorefigeranti gruppi da 3 pompe (1 back-up) motori da 90 kw, datati e a basso rendimento funzionamento medio ore all anno regolazione con valvole Soluzione Introduzione Drive di BT Misurazione dei consumi prima e dopo Risparmio energetico Risparmio annuo 595 [MWh/anno] [ /anno] Risparmio % 45% Tempo di payback Riduzione emissioni CO 2 1,1 anni 330 t/anno

24 Esempio di applicazione Drive di BT 2. Settore idrico Situazione iniziale applicazione: turbosoffianti per impianti di depurazione con motori da 37 kw, datati e a basso rendimento Funzionamento medio ore all anno Soluzione Introduzione Drive di BT Misurazione dei consumi prima e dopo Risparmio energetico Risparmio annuo 128 [MWh/anno] [ /anno] Risparmio % 20% Tempo di payback Riduzione emissioni CO 2 1,5 anni 71 t/anno

25 Esempio di applicazione Drive di BT 3. Settore idrico Applicazione: 1 pompa di rilancio, di tipo centrifuga ad asse orizzontale Potenza: 315 kw, 400 V Regolazione flusso: valvola di strozzamento Ore di funzionamento: 8760 (tutto l anno) La pompa gira alla sua velocità nominale, l energia in eccesso è dissipata sulla valvola di strozzamento a valle della pompa

26 Esempio di applicazione Drive di BT 3. Settore idrico Riepilogo Consumo vecchia soluzione Consumo con inverter Risparmio energetico Costi energetici vecchia soluzione [MWh/anno] 935 [MWh/anno] 671 [MWh/anno] [ /anno] Costi energetici con inverter [ /anno] Risparmio annuo [ /anno] Costo investimento inverter + installazione [ ] NPV a 5 anni [ ] Tempo di payback 0,5 [anni] Riduzione emissioni CO 2 : 335 ton/anno Costo energia elettrica: /kwh

27 Motori Aspetti da evidenziare I maggiori risparmi non sono necessariamente ottenuti dai motori più grossi I vecchi motori di grosse dimensioni possono avere dei buoni rendimenti, a meno che non siano stati riavvolti, una o più volte I motori ad alto rendimento costano più degli altri Una volta deciso di sostituire i motori vecchi con quelli ad alto rendimento, non è sempre la scelta migliore selezionare il nuovo motore solo in base al prezzo: rischiamo di trovarci delle sorprese non gradite Sostituzione di un motore guasto Quando si rompe un motore, conviene comunque sostituirlo con uno ad alto rendimento, l investimento è molto ridotto Riavvolgimento, quando non conviene Ogni riavvolgimento riduce di almeno un punto percentuale l efficienza del vecchio motore. Se il vecchio motore che si guasta ha più di 5 anni conviene sostituirlo con uno ad alto rendimento June 10, 2013 Slide 28

28 Inverter Risparmi, investimenti e tempi di payback Risparmi con gli inverter fino al 50% e oltre Investimenti limitati e interventi distribuibili nel tempo Tempi medi di rientro degli investimenti Altri benefici dai 6 ai 18 mesi in applicazioni a coppia quadratica (es. pompe e ventilatori) dai 12 ai 36 mesi su applicazioni a coppia costante (es. compressori, pompe del vuoto, nastri trasportatori) Riduzione costi manutenzione impianto Migliore regolazione e vita dell impianto June 10, 2013 Slide 29

29 June 10, 2013 Slide 31

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