Gli Inverters TOSHIBA negli impianti di aspirazione

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1 Gli Inverters TOSHIBA negli impianti di aspirazione Nota Tecnica Applicativa

2 Lo scopo di questa breve nota tecnica è quella di illustrare, nel modo più chiaro e semplice possibile, i diversi vantaggi che l utilizzo di un sistema di regolazione con inverter consente di introdurre nella regolazione della velocità di rotazione di aspiratori e ventilatori industriali in impianti di aspirazione o filtrazione dell aria. In particolare sarà posta particolare attenzione ai vantaggi pratici che l utilizzo di questo sistema introduce, ivi compreso il risparmio energetico, economicamente rilevante e facilmente valutabile. I vantaggi più rilevanti che l utilizzo di un sistema di regolazione a inverter introduce sono: Riduzione dell inquinamento acustico Avviamento graduale Soppressione dei sistemi meccanici di parzializzazione Installazione semplificata Rilevante risparmio energetico ed economico Nelle pagine che seguono, questi punti saranno trattati singolarmente. Nota Importante Pur consentendo la funzione energy saving degli Inverters TOSHIBA un sostanziale risparmio di energia, anche nel funzionamento a velocità costante, la maggior parte dei vantaggi sopra elencanti trova piena applicazione in condizione di funzionamento a velocità (portata) variabile. In particolare, il confronto dovrà essere effettuato con sistemi a portata variabile realizzata mediante sistemi meccanici o elettromeccanici, come serrande, saracinesche motorizzate o valvole. 2

3 Riduzione dell inquinamento acustico La lotta contro l inquinamento, in tutte le sue forme, ha goduto negli ultimi anni di sempre maggiore considerazione sopratutto in corrispondenza di una approfondita analisi degli aspetti sociali di questo fenomeno, che minano seriamente la qualità della vita di ciascun individuo. In un mondo sempre più rumoroso e caotico, si stanno rapidamente riscoprendo i positivi effetti di una possibile drastica riduzione dei rumori, con particolare riferimento a quelli presenti sul posto di lavoro, che oltre ad essere possibile causa di malattie professionali, minano la produttività degli operatori, sottoposti a un maggiore stress acustico. L introduzione dell inverter nel controllo dei ventilatori, contribuisce non poco a ridurre le emissioni rumorose all interno di uno stabilimento industriale. Gli Enti pubblici, inoltre, stanno mostrando una discreta sensibilità al problema offrendo contributi finalizzati al contenimento dell inquinamento acustico. Il rumore dei ventilatori Il rumore prodotto da un ventilatore è sostanzialmente introdotto da due cause. La prima è il rumore prodotto dai vortici di fluido creati dalle pale del ventilatore. Solo un approfondito studio aerodinamico della palettatura della girante consentirà una drastica riduzione del rumore. La seconda causa è direttamente correlata alla velocità di rotazione del motore. In particolare, si consideri che la potenza sonora emessa dal ventilatore, denominata come W è così calcolata: W = LogQ + 20.Log P dove: W = potenza sonora del ventilatore Q = portata in m³/min P = pressione in Pascal Dalla formula, si evince che il valore della potenza sonora del ventilatore è direttamente influenzato dal valore della portata Q (che varia linearmente con la velocità) e la pressione P (il cui valore varia con il quadrato della velocità). Riducendo la velocità di rotazione del ventilatore, regolando mediante inverter la frequenza del motore, la portata e la pressione si riducono sensibilmente e così la potenza sonora del ventilatore. Indicativamente, in un ventilatore di media portata a fronte di un dimezzamento della frequenza di rotazione del motore, si ha una riduzione della rumorosità di circa 15 db 3

4 Avviamento graduale L avviamento graduale di un motore di potenza medio/elevata, come normalmente avviene in un ventilatore centrifugo, deve sempre essere effettuato mediante dispositivi che ne limitino la corrente di spunto. Un valore elevato di corrente di picco, infatti, viene spesso considerato da molti enti erogatori di energia elettrica, sopratutto a livello internazionale, come una situazione da ammendare attraverso sanzioni anche molto salate sulla bolletta. Un tempo di avviamento molto ridotto, come nel caso dell avviamento diretto, inoltre, introduce una coppia di spunto molto elevata ed uno stress meccanico non indifferente per tutti gli organi meccanici coinvolti nel sistema. Esistono diverse metodologie di avviamento di un motore elettrico, nel grafico sotto indicato, confrontiamo le più comuni. % corrente nominale Hz Avviamento diretto Avviamento Soft Start Avviamento stella/triangolo Avviamento Inverter L avviamento con Inverter è l unica soluzione per contenere la corrente di avviamento ad un valore inferiore al 100% della corrente nominale del motore. 4

5 Soppressione dei sistemi meccanici di parzializzazione Negli impianti di aspirazione e filtrazione tradizionali, la parzializzazione della portata d aria del ventilatore o dell aspiratore viene effettuata in modo meccanico, attraverso l utilizzo di particolari serrande, talvolta motorizzate, atte a limitare il passaggio del fluido all interno delle canalizzazioni dell impianto. Questo sistema, oltre a non introdurre particolari vantaggi dal punto di vista energetico (la velocità del motore rimane costante) mantiene elevato il livello di rumorosità dell impianto. serranda 1 serranda 2 Nei moderni sistemi di regolazione con inverter la portata d aria dell impianto può essere facilmente gestita variando la velocità di rotazione del motore. Utilizzando un comune trasduttore di pressione sarà possibile utilizzare il regolatore PID integrato nell inverter per mantenere costante la pressione dell impianto al variare delle condizioni di utilizzo, ad esempio con il variare delle utenze collegate. trasduttore di pressione setpoint pressione PID feedback pressione Utenza Utenza Utenza

6 Installazione semplificata L utilizzo dei metodi di avviamento motore precedentemente elencati, oltre a non offrire alcun particolare vantaggio dal punto di vista applicativo, comporta l utilizzo di diversi componenti elettromeccanici che, oltre a gravare sul costo totale dell applicazione, ne complicano parecchio anche la realizzazione dal punto di vista della quadristica e della logica di comando. In particolare, l installazione di un sistema ad avviamento diretto o di uno di tipo stella/triangolo, prevede spesso l utilizzo di contattori di potenza opportunamente sovradimensionati per contrastare gli elevati archi elettrici determinati dalle sovracorrenti normalmente introdotte da questi sistemi di avviamento. Inoltre, dovranno essere sempre previsti sistemi di protezione del motore mediante interruttori magneto termici. Nell avviamento con soft start, soprattutto se di tipo digitale, non è necessario utilizzare alcun interruttore magnetotermico essendo questi normalmente provvisti di termica elettronica integrata. L avviamento mediante avviatore statico elettronico, presenta però alcuni gravi inconvenienti. In particolare, l avviamento a tensione ridotta non è in grado di garantire un buon livello di coppia di spunto sufficiente per tutte le applicazioni. Sopratutto di fronte a particolari ventilatori con elevata inerzia, potrebbe essere opportuno sovradimensionare la taglia dell avviatore statico, spingenedone il costo sempre più vicino a quello di un Inverter, che offre però innumerevoli vantaggi rispetto ad un semplice soft start. La scelta di un Inverter semplifica parecchio l installazione di un sistema di avviamento e regolazione di un ventilatore, integrando, in un unico dispositivo, tutti i componenti sopra indicati. INVERTER Circuito di regolazione PID Protezione Completa Motore Protezione anomalie linea Protezione surriscaldamento Economizzatore automatico di energia Controllo MARCIA ARRESTO del Ventilatore Generatore Rampe e SOFT START 6

7 Rilevante risparmio energetico ed economico L utilizzo di un sistema di regolazione ad inverter per la variazione della velocità di rotazione di un ventialtore/aspiratore industriale presenta come primo vantaggio una rilevante riduzione del consumo di energia elettrica, sia durante il funzionamento a velocità nominale costante, sia, maggiormente, a velocità di rotazione inferiori alla nominale. Risparmio energetico a velocità costante Il risparmio energetico introdotto dall inverter nel funzionamento del motore a velocità nominale costante (esempio 50Hz) è derivato sostanzialmente da due caratteristiche degli inverters TOSHIBA ovvero: Ottimizzazione del cosϕ Gli Inverters TOSHIBA consnetono di ottenere valori di fattore di potenza prossimi a 1. Funzione automatica di risparmio energetico Gli Inverters TOSHIBA integrano un sistema automatico di minimizzazione del consumo energetico in grado di calcolare in ogni istante il minimo valore della tensione di uscita necessaria per comandare il motore mantenendo il livello di coppia richiesta dall applicazione. 100% Damper o serranda Consumo di energia Portata d aria e velocità di rotazione 100% Funzionamento con Inverter Generico Funzionamento con Inverter P7 coppia quadratica Funzionamento con Inverter P7 energy saving mode 7

8 Esempio di risparmio energetico Nella macchine con caratteristica di coppia quadratica, come i ventilatori e le pompe, la portata è direttamente proporzionale alla velocità di rotazione. Riducendo la velocità di rotazione del motore di un 30%, la portata della pompa o del ventilatore sarà ridotta, di conseguenza, di un 30%. Come è facilmente rilevabile dal grafico sottostante, a fronte di una riduzione di velocità del 30% si otterrà una riduzione della potenza impiegata di circa il 65%. I rapporti esistenti tra Portata, Pressione, Velocità e Potenza sono di seguito riportati. 100% 50% 35% velocità di rotazione 70% 100% Portata: Pressione: Potenza: Q1/Q2 = n1/n2 H1/H2 = (n1/n2)² P1/P2 = (n1/n2)³ Legenda Q = Portata Q1 = Portata Nominale a Velocità nominale Q2 = Valore di portata da raggiungere H = Pressione H1 = Pressione nominale alla velocità nominale H2 = Riduzione della pressione P = Potenza P1 = Potenza nominale P2 = Riduzione della potenza n = Velocità motore n1 = Velocità nominale n2 = Riduzione della velocità 8

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