Come migliorare l'efficienza energetica Quaderni di Automazione

Transcript

1 OMRON Come migliorare l'efficieza eergetica Quaderi di Automazioe

2 Idice Itroduzioe... 1 Motori asicroi ed iverter... 3 Applicazioi...7 Pompe cetrifughe...9 Vetilatori...17 Compressori...21 Ascesori...25 Sofware E-Saver...29 Appedici: 1 - Calcolo dell eergia assorbita i ua pompa cetrifuga Calcolo dell eergia assorbita i u vetilatore Calcolo dell eergia assorbita i u compressore Calcolo dell eergia assorbita i u ascesore I

3 Itroduzioe Il tema del risparmio eergetico è divetato di grade iteresse a causa dei problemi legati alla dipedeza eergetica azioale, alla crescete domada di eergia elettrica ed alle cosiderazioi legate alla salvaguardia dell ambiete. La forte dipedeza della produzioe di eergia elettrica da combustibili fossili, si riflette egativamete sia sull impatto delle emissioi serra geerate, sia sui costi elevati che le aziede devoo froteggiare. Per otteere u aumeto della competitività sul mercato globale è imperativo, da parte delle aziede, preservare la qualità dei prodotti, riducedo però i costi di gestioe e produzioe. I dati foriti da foti autorevoli quali CESI Ricerca idicao che, mediamete, il 50% del cosumo di eergia elettrica prodotta i Italia è per applicazioi idustriali. Fig. 1 Grafico della ripartizioe totale dei cosumi di eergia elettrica i Italia. Se si cosidera poi la ripartizioe dei cosumi elettrici del settore idustriale, si ota come la maggior parte dell eergia è utilizzata per l alimetare dei motori ad iduzioe meglio coosciuti come motori asicroi trifase.. Fig. 2 Ripartizioe dei cosumi el settore idustriale. Ua quota cosistete di cosumo eergetico deriva ache dal settore terziario che co circa il 30 % si classifica come secodo cosumatore. Cosiderado la ripartizioe i Fig. 3, è facile otare, all itero dei co- 1

4 Itroduzioe sumi eergetici del settore terziario, quato siao sigificative le quote relative alla climatizzazioe ed alla movimetazioe (ascesori, scale mobili, pompe di ricircolo). Fig. 3 Ripartizioe dei cosumi el settore terziario. Ciò implica che ua gestioe itelligete dell eergia utilizzata dai motori asicroi, può portare ad ua drastica riduzioe dei cosumi, favoredo duque il cocetto di Eergy Savig. L elemeto portate di tale teoria risiede el fatto di comadare i motori mediate iverter, i quali cosetoo di variare la frequeza di lavoro, assicurado u elevata precisioe i termii di velocità e coppia motrice. Alcui processi idustriali si prestao maggiormete alle cosiderazioi relative al risparmio eergetico, specialmete i quelle applicazioi i cui la variazioe di velocità è applicata a sistemi co carichi a coppia variabile. Sfortuatamete la macaza di kow how elle applicazioi ha purtroppo tarpato le ali alla diffusioe i ambiete idustriale dei sistemi di cotrollo della velocità, oostate i beefici che tale tecica apporta i fase di ottimizzazioe dei processi. E comuque cofortate sapere (dati ZVEI) che le aziede che hao dimostrato il loro iteresse verso l istallazioe di sistemi sesibili al tema eergy savig hao otteuto eormi beefici ache sotto il profilo della mautezioe e dei cicli di vita degli impiati. 2

5 Motori asicroi ed iverter Il motore asicroo è ua macchia elettrica i grado di trasformare l eergia elettrica i meccaica. E certamete la tipologia di motore più utilizzata i ambito idustriale grazie alla semplicità costruttiva, alla robustezza ed alla eorme efficieza, il tutto co costi coteuti. Fig. 4 Struttura del motore asicroo. La struttura del motore asicroo è caratterizzata da ua carcassa i allumiio/ghisa, u blocco statore, u rotore: All itero del blocco statorico soo istallate ua o più coppie di avvolgimeti, ogua delle quali è chiamata coppia polare. Alimetado questi avvolgimeti co ua tesioe trifase siusoidale, il rotore ruota su sè stesso ad ua velocità di azioameto fissa, strettamete legata alla frequeza di rete. Ciò sigifica che preso sigolarmete il motore asicroo ha u comportameto ON/OFF, il che implica che i situazioi a carico parziale, le perdite eergetiche soo elevate e l efficieza dell applicazioe e risete pesatemete. Se facciamo riferimeto al modello semplificato del motore asicroo, seza cosiderare ulteriori relazioi che rederebbero il discorso rigoroso e complicato e prededo i esame la velocità di rotazioe a vuoto del motore come velocità di sicroismo, si può affermare che essa risulta direttamete proporzioale alla frequeza di alimetazioe: f Iseredo ella relazioe altri due parametri fodametali quali il umero di poli del motore e lo scorrimeto si ha: 3

6 Motori asicroi ed iverter 60 f = p (1 S) dove lo scorrimeto S verrà trascurato. Da tale semplice trattazioe si evice come per variare la velocità di rotazioe del rotore occorre variare: il umero dei poli del motore; la frequeza di alimetazioe. Dato che il umero dei poli è ua caratteristica costruttiva del motore, il metodo più semplice e ituitivo di regolare la velocità del motore è di agire sulla frequeza. L apparato elettroico che permette ua variazioe della frequeza è l iverter, la cui struttura è visibile i Fig. 5. Fig.5 Struttura itera di u Iverter. La tesioe di rete trifase a 50 Hz viee prima covertita da raddrizzatore i tesioe cotiua che alimeta il DC-Bus, i cui la tesioe viee livellata e filtrata da ua batteria di codesatori, per poi essere covertita i alterata da ua sezioe d iversioe a IGBT comadati co tecica PWM. Ciò che si ottiee i uscita al drive è ua forma d oda che approssima la siusoide di ua rete commerciale. I realtà il segale i uscita sarà formato da ua spezzata co rampe di salita e discesa dipedeti dal segale PWM. Quest ultimo ha il compito di comadare l apertura e la chiusura dei trasistori della sezioe di iversioe. La frequeza del segale PWM idica la velocità co la quale gli iterruttori elettroici commutao, quidi si parlerà di frequeza di switchig. 4

7 Motori asicroi ed iverter Fig.6 Stadi di coversioe Iverter Fig.7 Forme d oda del segale di uscita e PWM. 5

8 Motori asicroi ed iverter Quado la frequeza di switchig assume valori alti, la risoluzioe dell iverter migliora, quidi la forma d oda d uscita si addolcisce. I corrispodeza di tale situazioe però si ha u etto peggiorameto della dissipazioe di eergia dei dispositivi di poteza. I geerale, per avere u fuzioameto efficiete bisoga realizzare u buo dimesioameto dell iverter rispetto al carico. La scelta del tipo di iverter da iserire all itero di u sistema dipede dalla correte omiale assorbita dal carico, quidi i base al dato di targa della correte del motore si sceglierà la taglia dell iverter. Molto spesso si utilizza erroeamete il dato relativo alla poteza del motore, seza cosiderare che questo dato è relativo alla poteza meccaica che è ifluezata dal redimeto del motore stesso. Istallare u iverter i u sistema sigifica i sostaza: risparmio di eergia; ottimizzazioe di risorse e processi; completa itegrabilità i impiati di gestioe, cotrollo, supervisioe; allugameto della vita degli impiati; riduzioe di costi e dei tempi di mautezioe; migliorameto della resa dell impiato. 6

9 Applicazioi I ambito idustriale, i campi di applicazioe i cui soo iseriti gli iverter soo i più svariati e complessi. La prima classificazioe dei sistemi, i cui gli iverter trovao il loro aturale impiego, soo caratterizzati dall esigeza di: cotrollare la velocità, la coppia, la posizioe o l accelerazioe; ottimizzare i cosumi di eergia e materiali; combiazioe di diverse macchie co cotrollo della velocità i maiera coordiata; facilitare la comuicazioe fra differeti tipologie di sistema o differeti livelli gerarchici all itero dello stesso sistema i cui le macchie ed i cotrolli soo cosiderati come uità sigole i grado di formare all itero della struttura u processo completo. Spesso la qualità della trasmissioe meccaica (elasticità, flessioe, torsioe ) limita i migliorameti di performace derivati dall utilizzo degli iverter. Proprio per tale ragioe, gli iverter di ultima geerazioe soo stati cocepiti i modo da lavorare i specifiche applicazioi e codizioi lavorative, seza soffrire degli accoppiameti meccaici e delle trasmissioi. E possibile effettuare ua divisioe delle tipologie di carichi azioati da motori elettrici, i base alla coppia richiesta al variare della velocità, i particolare: coppia crescete; coppia costate; coppia decrescete. Nel modo degli iverter il legame tra la coppia e la velocità, isieme al rapporto tesioe/frequeza, è la caratteristica più importate del motore e merita ua citazioe. Fig. 8 Caratteristica tesioefrequeza. Cosiderado il limite imposto dalla massima tesioe di alimetazioe, è possibile lavorare a coppia costate fio alla frequeza omiale. 7

10 Applicazioi Oltre la frequeza omiale è possibile lavorare a poteza costate. Va cosiderata ioltre la relazioe meccaica fodametale: P = C ω dove C è la coppia ed ω è la velocità agolare. Fig. 9 Caratteristica Coppia- Velocità agolare. I base alle cosiderazioi di carattere geerale fatte fiora, verrà effettuata ua trattazioe su varie applicazioi, che trovao largo impiego i ambito idustriale e civile, e che sotto il profilo del risparmio eergetico hao ampi margii di migliorameto. I particolare sarao descritte le segueti applicazioi: i ambito idustriale: pompe cetrifughe; vetilatori; compressori; metre i ambito civile: ascesori. 8

11 Pompe cetrifughe I motivi che portao all adozioe di iverter elle applicazioi di cotrollo delle pompe cetrifughe soo tedezialmete di ragioe ecoomica. La variazioe del umero di giri di ua pompa cosete di coteere i cosumi grazie ad u adeguameto della stessa alle codizioi del carico cui è sottoposta. Cooscedo le leggi di proporzioalità esisteti tra la velocità di rotazioe ed il flusso si può pesare di iterveire sul sistema, portadolo elle migliori codizioi di lavoro. Le leggi di proporzioalità soo quidi: lieare per la portata; quadratica per la prevaleza; cubica per la poteza. Per cooscere qual è la zoa di utilizzo ottimale di ua pompa cetrifuga bisoga cosiderare il diagramma colliare della pompa, il quale rappreseta la combiazioe delle curve di Portata/Prevaleza e Redimeto. Co riferimeto al grafico i Fig.10, si ota che itoro alla curva caratteristica dell impiato si crea ua regioe leggermete più larga che rappreseta la zoa di utilizzo ottimale della pompa. Le curve cocetriche i verde rappresetao ivece le percetuali di redimeto della pompa. Per curve a raggio maggiore corrispodoo redimeti della pompa iferiori. E ituitivo che il puto di fuzioameto co Fig. 10 Diagramma colliare di ua pompa cetrifuga. 9

12 Pompe cetrifughe massimo redimeto è quidi rappresetato dall itersezioe tra la curva caratteristica della pompa e la curva caratteristica dell impiato, cui corrispode u redimeto pari al 100%. Ad ogi variazioe di velocità viee geerata ua uova curva caratteristica, ciò sigifica che variado la velocità di rotazioe della pompa, si ottiee ua uova macchia co caratteristiche di fuzioameto aaloghe alla precedete, ma ettamete diversa. A basse velocità di rotazioe, è sesibile il calo del redimeto. Comuque al variare del umero di giri della pompa variao sesibilmete gli assorbimeti della poteza come evideziato ache dalle relazioi di proporzioalità itrodotte i precedeza ed esplicitate elle relazioi segueti: Fig. 11 Curve poteza/portata al variare della velocità di rotazioe. Q portata = Q 2 1 H poteza = H 2 1 = H prevaleza = H La variazioe di giri otteuta modificado la frequeza di lavoro del motore, cosetirà di modulare la portata e la pressioe di ua pompa i fuzioe delle codizioi lavorative, procurado ioltre u otevole risparmio eergetico ; = = ; Teciche di cotrollo Come ampiamete detto, le pompe cetrifughe soo caratterizzate dal fatto che la poteza assorbita è proporzioale al cubo della velocità. Partedo da tale assuto descriveremo tre differeti teciche di cotrollo che cosetirao di effettuare cosiderazioi importati sul cocetto dell Eergy Savig: cotrollo della portata co valvola di strozzatura; 10

13 Pompe cetrifughe cotrollo O/Off della portata; cotrollo co variazioe della velocità. Cotrollo della portata co valvola di strozzatura Il cocetto più semplice di cotrollo della portata Q è rappresetato dal cotrollo co valvola di strozzatura. Tale utilizzo risulta particolarmete agevole sia per situazioi di sigola regolazioe sia per regolazioi di tipo cotiuo e la pricipale caratteristica è il miimo costo di istallazioe. Il cocetto base di tale applicazioe è di iserire all itero della coduttura u parzializzatore, effettuado ua riduzioe della sezioe della coduttura stessa attraversata dal fluido. Co riferimeto alla Fig. 12, si ota come co l iserimeto della valvola di strozzatura il puto di fuzioameto della pompa si sposta da A a B. Fig. 12 Variazioe del puto di fuzioameto di ua pompa cetrifuga co valvola di strozzatura. Le cosegueze di tale spostameto del puto di lavoro implica due effetti: maggiore valore di prevaleza dell impiato; miore redimeto della pompa. Tali scompesi soo ievitabili i quato il fuzioameto della pompa è a umero di giri costate, quidi ache se si ha u miimo risparmio di eergia, essa è irrilevate i quato si ha u eccedeza di prevaleza. 11

14 Pompe cetrifughe Fig.13 Variazioe del puto di lavoro della pompa variado la velocità. Cotrollo della portata co fuzioameto O/Off Il cotrollo O/Off è caratterizzato dall utilizzo di u iterruttore per effettuare il pilotaggio. Tale cotrollo, seppur estremamete semplice, è altamete iefficiete. Ifatti la pompa cetrifuga fuzioa i due stati, a velocità omiale ella situazioe di O state dell iterruttore e viee speta elle altre situazioi. Per avere u cotrollo variabile della portata è duque ecessario utilizzare più pompe i parallelo, operado sulla commutazioe di più pompe cotemporaeamete, per otteere la portata richiesta. Naturalmete il cotrollo O/Off o risulta essere preciso e a causa u deteriorameto dei compoeti del sistema risulta è iaccettabile i molte applicazioi. Bisoga poi cosiderare la macaza di flessibilità dell impiato, ifatti occorre cooscere i fase progettuale l esatto comportameto del sistema. Da ciò è facile compredere che ache sotto il profilo eergetico si hao basse prestazioi: il motore lavora sempre alla velocità omiale, ache quado per la portata voluta basterebbe la metà del umero di giri. I termii eergetici tale situazioe comporta uo spreco di eergia pari a 8 volte quella ecessaria. Cotrollo della portata co variazioe di velocità Lo scopo di questa tipologia di cotrollo è di apportare ua modifica del puto di lavoro lugo la curva, variado la velocità dell azioameto mediate l utilizzo di u Iverter. 12

15 Pompe cetrifughe Rispetto al caso della valvola di strozzatura ivece di spostare il puto di fuzioameto lugo la curva caratteristica della pompa, si cerca di portare la pompa ad ua codizioe lavorativa sempre sulla curva di massimo redimeto. Come mostrato i Fig.13, cooscedo le caratteristiche del puto A si può risalire a tutti i puti di massimo redimeto della curva caratteristica, alle diverse velocità di rotazioe, differeti dalla omiale. Tale calcolo va fatto i base alle relazioi proporzioali: Q 2 = Q1 2 1 H 2 = H 1 La terza relazioe cosete di compredere che la chiave del risparmio eergetico dipede dalla relazioe di tipo cubico tra il umero di giri della pompa e la poteza assorbita. Per evideziare il cocetto di risparmio eergetico i applicazioi reali e per compredere come il redimeto complessivo di u sistema dipeda strettamete dal redimeto dei diversi compoeti del sistema, si preda i cosiderazioe la Fig. 14, ella quale viee mostrato u esempio di poteza assorbita i u sistema di pompaggio P 2 = P Fig.14 Parallelo di due sistemi di pompaggio (a)sistema tradizioale (b)sistema ad alta efficieza. Si oti come facedo u parallelo tra u sistema tradizioale ed uo ad alta efficieza si ha che, per avere uo stesso valore percetuale di eergia i uscita, i u sistema tradizioale bisoga avere i igresso u valore di eergia elevato metre el sistema efficiete si può risparmiare circa il 60% del valore di eergia i igresso. Ua tipica applicazioe ad alta efficieza è caratterizzata da u impiato di pompaggio da pozzo co immis- 13

16 Pompe cetrifughe sioe diretta ella rete idrica, regolato da iverter. I tale situazioe, l iverter è i grado di mateere costate la pressioe i u determiato campo di portata e ell arco dell itera giorata. Fig. 15 Impiato di pompaggio a velocità variabile. Questa tipologia di impiato offre eormi vataggi, primo fra tutti la riduzioe dei costi di istallazioe dovuti all elimiazioe dei serbatoi di raccolta e autoclavi. Ioltre l utilizzo di iverter cosete di: avere u cosumo di eergia i liea co il fabbisogo reale; otteere ua maggiore durata della pompa legata all elimiazioe degli avviameti co cosegueti risparmi di tempo e costi legati alla mautezioe dell impiato. Per tutte le altre esperieze sul campo o applicazioi particolari si rimada ai Quaderi di Automazioe OMRON Elettropompe a velocità variabile ella gestioe delle acque. Calcolo Eergia Assorbita E iteressate cosiderare, per le tipologie di cotrollo itrodotte i precedeza, come viee effettuato il calcolo della poteza partedo dalle relazioi che legao portata, prevaleza e poteza assorbita i base al umero di giri. Come già aticipato ella sezioe relativa al fuzioameto co iverter, è possibile ricavare tutti i puti di lavoro sul diagramma caratteristico della pompa cetrifuga. Per efatizzare i beefici apportati dall itroduzioe di u iverter per il cotrollo di ua pompa cetrifuga è opportuo cosiderare u applicazioe reale. Il caso di studio che si adrà ad esplicitare riguarda ua pompa cetrifuga avete le segueti caratteristiche: 14

17 Pompe cetrifughe portata omiale = 300 m 3 /h; prevaleza omiale = 40 m; prevaleza massima = 45 m; prevaleza statica = 5 m; Fig. 16 Curve caratteristiche e puto di fuzioameto.. redimeto = 0,8. Metre il motore è caratterizzato da: poteza = 45 kw; redimeto = 0,9; tesioe di alimetazioe = 400 V. Ioltre cofroteremo la tecica di cotrollo mediate valvola di strozzatura co quella realizzata tramite iverter. Ipotizzado che il fuzioameto della pompa debba essere impostato i due differeti codizioi operative: portata omiale al 90 % per il 60 % delle ore di lavoro totali; 15

18 Pompe cetrifughe portata omiale al 50 % per il 40 % delle ore di lavoro totali; per u ao, il cosumo di eergia ei due casi è ettamete diverso. Cosiderado il grafico i Fig.17, il quale rappreseta la metodologia co valvola di strozzatura e i grafici di cosumo elle varie tipologie di cotrollo, si può otare come l iserimeto dell iverter apporta ua otevole riduzioe del cosumo di eergia. Fig. 17 : Soluzioe co valvola di strozzatura e grafici di cosumo eergetico.. Quato idicato el grafico di cosumo è quatificabile i u ao co: eergia cosumata a velocità fissa e cotrollo della portata co valvola di strozzatura: kwh/ao eergia cosumata a velocità variabile co cotrollo della portata co iverter: kwh/ao Questo sigifica che il risparmio eergetico della soluzioe proposta rispetto a quella co valvola di strozzatura è di kwh/ao, ovvero u risparmio auo di eergia del 65 %. 16

19 Vetilatori Il vetilatore è u dispositivo per la movimetazioe dell aria a volume costate, ovvero il volume di aria trasportato ell uità di tempo rimae ivariato. Ciò che varia è la massa d aria trasportata, la quale è strettamete legata alla temperatura e desità dell aria stessa. I ambito idustriale i vetilatori maggiormete utilizzati soo di tipo cetrifugo o radiale, i quali utilizzao ua vetola rotate, chiamata radiate, che ha il compito di muovere il flusso di aria. Fig. 18 Struttura di u vetilatore cetrifugo. Fig. 18 Fig. 19 Fig.19 Esploso di u classico vetilatore cetrifugo idustriale. L eergia cietica che deriva dallo spostameto della massa d aria viee covertita i u aumeto della pressioe statica. I ua classica applicazioe, u sistema coteete u vetilatore cetrifugo è composto da: vetilatore cetrifugo; motore elettrico; sistema di pilotaggio; codotte d areazioe; dispositivi di cotrollo della portata; dispositivi per il codizioameto dell aria. 17

20 Vetilatori Fig. 20 Esempio di sistema di vetilazioe. E abbastaza aturale cosiderare le curve della pressioe i fuzioe della portata per cooscere le prestazioi di u vetilatore. Fig. 21 Curva pressioe/portata. Il puto di itersezioe tra le curve del vetilatore e la curva di sistema è idicato co BEP (Best Efficiecy Poit) e rappreseta il puto di fuzioa- 18

21 Vetilatori i meto i cui il vetilatore lavora co la massima efficieza eergetica e mautetiva. Ogi vetilatore ha la propria curva di performace, ifatti bisoga cosiderare o solo i parametri itriseci del vetilatore che modificao la curva del vetilatore stesso, ma ache i parametri esteri, come le perdite di carico dei codotti di vetilazioe, che ifluezao la curva di sistema. Teciche di cotrollo Come per le pompe cetrifughe, ache per i vetilatori risulta importate riuscire a cotrollare la portata del flusso del fluido da trasportare. Ovviamete le circostaze idustriali e produttive dei cotesti i cui il vetilatore opera, tedoo a modificare le codizioi lavorative. Le teciche di cotrollo maggiormete utilizzate per i vetilatori soo tre: pale a geometria variabile; serrada di regolazioe; variazioe di velocità del vetilatore. Per compredere a pieo le caratteristiche di ogua delle teciche, si fa riferimeto al grafico rappresetato i Fig.22 i cui soo idicate le curve di Poteza/Portata i percetuale di tutte le tipologie di cotrollo. I geerale, ei sistemi di vetilazioe che o hao u elevato utilizzo auo (dell ordie delle 500 h/ao), il costo iiziale può essere u fattore domiate per la scelta della tecica di cotrollo da utilizzare. Se ivece il tempo di utilizzo è elevato, u buo sistema di cotrollo del flusso, che permette u sostaziale risparmio eergetico fa sì che el breve periodo il suo costo iiziale vega sicuramete ammortato. Co la metodologia di regolazioe a serrada, il cotrollo del fluido viee imposto facedo variare la sezioe di passaggio del fluido stesso. Se la sezioe viee dimiuita, l effetto è ua riduzioe del flusso a valle ed u aumeto della pressioe a mote della serrada. Ioltre la riduzioe della sezioe, imposta dalla serrada, comporta u aumeto della resisteza itera del sistema. Sotto il profilo prestazioale, l efficieza del cotrollo tede a dimiuire i quato il puto di fuzioameto del vetilatore si discosta dalla posizioe ottimale. Ciò sigifica che se il cotrollo di regolazioe a serrada o è realizzato ad hoc, o solo o si ottiee risparmio eergetico, ma si potrebbe accorciare la vita della vetola. I vetilatori a pale a geometria variabile cosetoo la variazioe della forma delle pale del radiate, cambiado di fatto il profilo del flusso d aria etrate. Quidi variado l agolo di icideza tra il flusso d aria e le pale, i vortici d aria creati dalla girate variao la loro itesità adado quidi a geerare ua riduzioe del carico e della pressioe del fluido. L efficieza eergetica di tale metodologia di cotrollo è elevata quado la portata del fluido è compresa tra l 80% ed il 100% del valore di portata omiale, metre è ifima per le basse portate. 19

22 Vetilatori Fig. 22 Teciche di cotrollo di vetilatori cetrifughi. fl La tipologia di cotrollo della portata più efficiete utilizza la variazioe di velocità, riducedo la velocità di rotazioe del vetilatore viee forita ua quatità iferiore di eergia al flusso d aria, ciò sigifica che l eergia assorbita dai dispositivi di cotrollo è iferiore. Ioltre, come accade ei sistemi di cotrollo delle pompe cetrifughe ad alta efficieza, l utilizzo di iverter ell impiato elimia fastidiosi problemi di accoppiameto co parti meccaiche. 20

23 Compressori I compressori soo macchie il cui compito è comprimere l aria prelevata dall atmosfera, portadola alla pressioe desiderata. Le tipologie di compressori soo tedezialmete due: cetrifughi; volumetrici. Nei primi, la compressioe del fluido avviee sfruttado gli effetti fisici legati alla forza cetrifuga, metre la secoda categoria si basa sul pricipio della compressioe a seguito di ua variazioe di u volume d aria precedetemete aspirato. Per i compressori volumetrici la compressioe avviee tramite l utilizzo di : pistoi (compressori alterativi); rotori (compressori rotativi). Compressori rotativi a vite I ambito idustriale, i compressori rotativi soo i più utilizzati i particolare egli impiati di refrigerazioe. Il processo di compressioe del fluido avviee mediate l utilizzo di due rotori elicoidali accoppiati. Il rotore Fig. 24 Compressore rotativo a vite. 21

24 Compressori maschio, comadato dal motore elettrico tramite ua trasmissioe a igraaggi, guida il rotore femmia. Tramite l apertura di aspirazioe il fluido è codotto all itero e itrappolato ello spazio presete tra i lobi del motore e la parete itero del cilidro. Il movimeto rotativo delle viti causa ua riduzioe dello spazio a disposizioe e quidi provoca u aumeto della pressioe dell aria immagazziata, fio alla restituzioe dell aria compressa mediate la zoa di scarico. Teciche di cotrollo La categoria dei compressori volumetrici lavora a coppia costate, il che implica che co ua buoa tecica di cotrollo, basata sul cotrollo della velocità, si può usufruire di importati beefici. Come el caso delle pompe cetrifughe, ache i compressori possoo dotati di tre tipi di cotrollo diversi: cotrollo co valvola di regolazioe; cotrollo O/Off; cotrollo co variazioe di velocità. Utilizzado la tecica di cotrollo co valvola di regolazioe, si ha la modulazioe dell apertura e della chiusura di ua valvola di aspirazioe, i base alla pressioe i uscita dal compressore Quado il cotrollo rileva u aumeto della pressioe di uscita, la valvola di aspirazioe iizia a chiudersi. La chiusura della valvola però fa sì che ello stadio d igresso del compressore si crei ua situazioe di vuoto. Questa situazioe riduce l efficieza del cotrollo, i quato essa è iversamete proporzioale al rapporto di compressioe, iteso come il rapporto tra la pressioe i igresso e quella di uscita. Quidi pur rimaedo ua metodologia di cotrollo di portata abbastaza efficace, è poco efficiete. Per quel che riguarda il cotrollo di tipo O/Off si può affermare che la sua estrema semplicità rispecchia le basse prestazioi del cotrollo. Ifatti, utilizzato spesso ei compressori alterativi, comporta u eorme spreco eergetico. Questo è motivato dal fatto che se la pressioe ella zoa di scarico scede sotto ua certa soglia, il compressore si accede al massimo della poteza, ache i codizioi itermedie. Nel cotrollo co variazioe di velocità i compressori soo utilizzati co massima efficieza per qualsiasi richiesta di carico. Co tale tipologia di cotrollo se la portata d aria richiesta è del 50% della capacità totale del compressore, il risparmio eergetico associato è di circa il 38%. Ache quado le variazioi di velocità risultao miime, si tramutao i scostameti sigificativi del cosumo di eergia. 22

25 Compressori Calcolo eergia assorbita Fig. 25 Soluzioe i cofigurazioe O/ Off e grafici di cosumo eergetico i u compressore rotativo a vite. Ecco u applicazioe reale i cui è possibile effettuare cosiderazioi relative al risparmio di eergia: la situazioe è rappresetata ei grafici di cosumo esposti i Fig.25, ella cui parte bassa soo evideziate le differeti curve di cosumo. I questo caso il cotrollo co iverter cotiua ad essere vataggioso rispetto agli altri tipi di cotrollo, ad esempio O/Off, ma i maiera meo etta rispetto agli altri casi di studio. I particolare il caso aalizzato fa riferimeto ad u impiato utilizzato ell idustria tessile, al cetro dell impiato c è u compressore che è azioato da u motore da 400 kw co cotrollo O/Off e fuzioate alla velocità omiale. Per avere u riscotro sigificativo, si ci basa su ua fiestra temporale di u ao i modo da poter evideziare il risparmio di eergia: 23

26 Compressori Calcolo per il primo ao: Costo del sistema: Euro Risparmio Eergetico: Euro Risultato alla fie del primo ao: Euro Calcolo per gli ai successivi: Costo del sistema : 0 Euro Risultato alla fie di ogi ao: Euro Quidi è facile otare che co l implemetazioe del cotrollo tramite iverter si ottegoo risparmi fi dal primo ao, i grado o solo di ammortare l ivestimeto, ma ache di apportare profitti da subito. 24

27 Ascesori Oltre alle aalisi effettuate sul risparmio eergetico su impiati idustriali, è iteressate volgere lo sguardo ache i ambieti civili, come il modo ascesoristico. Nell ultimo deceio, ache el modo del sollevameto, l itroduzioe graduale di uove tecologie di regolazioe e cotrollo della velocità ha portato a risultati estremamete positivi ell ambito Eergy Savig. Ioltre la recete adozioe di motori sicroi a mageti permaeti caratterizzati da u ridotto umero di giri soo divetati ua valida alterativa ai tradizioali argai co motori asicroi. Di cosegueza si sta verificado la tedeza alla sostituzioe delle soluzioi di tipo meccaico e idraulico co vataggi per gli utilizzatori i termii di comfort, riduzioe dei cosumi, icremeto dell efficieza e risparmio di eergia. Di seguito si affroterà ua breve trattazioe i cui verrao esposte le tre gradi categorie di ascesori preseti sul mercato: ascesori co azioameto elettrico; ascesori co azioameto oleodiamico; ascesori co azioameto elettrico co iverter. Ascesore co azioameto elettrico U classico impiato di ascesore co azioameto elettrico è caratterizzato da u motore asicroo trifase che movimeta l ascesore mediate u riduttore a vite elicoidale ed ua coppia di pulegge, ua di trazioe e ua di rivio, sulle quali si avvolgoo le fui portati. Alle estremità delle fui portati soo acorate la cabia ed il cotrappeso, il cui compito è duplice, ifatti deve mateere le fui all itero delle guide e deve cotemporaeamete fugere da parte equilibrate del peso della cabia. Sull albero motore soo motati dei frei a ceppi che garatiscoo l arresto dell impiato, ed u volao per la limitazioe della massima accelerazioe. Dalla Fig.26 è facile vedere come questo tipo di soluzioe ha bisogo di u locale macchia i cui ospitare la parte relativa all azioameto dell impiato posto ella parte superiore della cabia. Il vao corsa è ioltre delimitato da due zoe di sicurezza degli extracorsa deomiati testata e fossa rispettivamete ella zoa superiore e iferiore del vao corsa. Il motore elettrico è quidi collegato ad u argao, il quale sfruttado il pricipio di coservazioe dell eergia meccaica, è i grado di tirare dei carichi verticali co ua bassa forza applicata. U impiato come quello 25