Efficienza energetica in ambito industriale: motori ad alta efficienza

Gli azionamenti elettrici utilizzano all’incirca due terzi dell’energia elettrica dell‘industria.

Considerando il continuo aumento dei costi energetici e il problema del cambiamento climatico, il consumo di energia assume un significato sempre più rilevante.

I motori elettrici ad alta efficienza sono motori che, se confrontati con i motori elettrici tradizionali di  pari potenza, hanno perdite di energia minori.

Le perdite di un motore elettrico sono di diversa natura:

• perdite meccaniche, dovute all’attrito (nei cuscinetti e sulle spazzole) ed alla ventilazione;
• perdite nel ferro a vuoto, proporzionali al quadrato della tensione e dovute principalmente ad isteresi (a causa dell’energia dispersa nei cambi di direzione del flusso) ed a correnti parassite circolanti entro il nucleo, indotte dai cambiamenti del flusso;
• perdite per effetto Joule, proporzionali al quadrato dell’intensità di corrente ed alla resistenza dei conduttori, negli avvolgimenti di statore e di rotore.

Nei motori ad alta efficienza tali perdite sono state ridotte intervenendo sui materiali impiegati nella costruzione o modificando alcuni elementi costitutivi:

• realizzando il nucleo ferromagnetico con lamierini in acciaio a basse perdite a vuoto;
• ampliando la sezione dei conduttori dello statore e del rotore per ridurre le perdite per effetto Joule;
• ottimizzando la scelta del numero e della geometria delle cave.

Attualmente non esiste una norma che regoli le efficienze minime dei motori elettrici. Il CEMEP (Comité Européen de Constructeurs de Machines Electriques et d’Electronique de Puissance, Comitato Europeo Costruttori Macchine Elettriche ed Elettronica di Potenza) e la Commissione europea hanno però raggiunto un accordo volontario sulla costruzione di motori elettrici, entrato in vigore nel 1999. L’accordo si riferisce a motori asincroni trifase di bassa tensione, con rotore a gabbia in corto circuito unificati, autoventilati, in costruzione chiusa IP54 e IP55, alimentati a tensione di 400 volt di linea e 50 Hz, in una gamma di potenza compresa tra 1,1 kW e 90 kW a 2 poli e a 4 poli, per servizio continuo S1.

Supponiamo di essere un Energy Manager e di avere saputo dell’esistenza dei motori elettrici ad alta efficienza. Come ci dobbiamo comportare? La prima cosa da fare è un inventario di tutti i motori presenti nello stabilimento. L’inventario non dovrà limitarsi ad un semplice elenco di motori come può essere quello presente presso il magazzino ricambi o il reparto manutenzione, esso dovrà contenere dati tecnici importanti quali: potenza, anno di installazione, rendimento, ore di funzionamento annue, fattore di carico, numero di avvolgimenti subiti, etc. Tutti questi dati ci permetteranno di conoscere l’energia elettrica consumata dal motore nell’arco dell’anno, l’incidenza percentuale sui consumi dell’azienda, quali motori hanno consumi importanti e meritano attenzione. Una volta completato l’inventario, il nostro scopo è verificare se e quando è conveniente utilizzare i motori ad alta efficienza. Per ogni motore dell’inventario simuliamo due alternative: la prima è che il motore si rompa, la seconda è che il motore anche se funzionante possa essere sostituito con uno ad alta efficienza. Se per ogni tep risparmiato sarà riconosciuto un valore fino a 150 euro per la vendita dei certifcati bianchi si può vedere per esempio che un motore da 15 kW che lavora 3.500 ore anno ottiene un beneficio annuo di 63 euro contro un costo di acquisto di circa 520 euro. Al beneficio dovrà essere aggiunto il flusso di cassa dovuto ai risparmi energetici che, per quanto detto prima, ammontano a circa 266 euro anno se il costo dell’energia è di 14 centesimi di Euro. In pratica il tempo di ritorno dell’investimento, grazie ai decreti sull’efficienza energetica, passa da 3,9 a 2  anni. Ci sembra che l’argomento sia degno di approfondimento.