Perché i motori PMSM per ventilatori industriali eliminano gli sprechi di energia aggiuntivi presenti nei tradizionali collegamenti di trasmissione per ventilatori

Esperienza operativa da due siti di retrofit di ventilatori

Quando una torre di raffreddamento in un impianto chimico è stata misurata ora per ora, la sorpresa non è stata il motore, bensì lo scaricatore: le pale continuavano a ruotare alla massima velocità, mentre una serranda di by-pass deviava indietro, verso monte, metà dell’aria, cosicché l’azionamento assorbiva quasi la potenza nominale in chilowatt per spostare aria che il processo scartava. Una seconda linea di estrazione per verniciatura raccontava la stessa storia con una piastra di regolazione: la portata d’aria diminuiva quando la piastra si chiudeva, ma la potenza del ventilatore rimaneva quasi immutata, poiché la velocità delle pale non variava mai. Nessuno dei due problemi risiedeva nella macchina; entrambi risiedevano nel metodo di controllo. È quindi seguito uno studio intitolato «PMSM per ventilatori industriali», partendo dal profilo di carico: mappando quanta aria ogni impianto necessitava effettivamente ogni ora, quindi misurando quanto assorbiva il ventilatore per fornirla. Solo dopo aver stabilito questa linea di riferimento è stato dimensionato l’opzione PMSM per ventilatori industriali, e solo allora la curva della potenza in chilowatt ha cominciato a seguire il carico anziché ignorarlo.

Il rischio nascosto nel controllo a velocità fissa dei ventilatori

Spesso gli impianti acquistano un motore efficiente e si fermano qui, lasciando una restrizione meccanica nel condotto per regolare la portata. Tale restrizione costringe il ventilatore a contrastare continuamente una maggiore resistenza del sistema alle stesse rotazioni, quindi il contatore continua a registrare watt a pieno regime mentre l’erogazione utile diminuisce. Un motore PMSM per ventilatori industriali progettato per funzionare con un azionamento a frequenza variabile cambia questa regola: la velocità delle pale diminuisce in base alla domanda anziché rimanere fissa. ENNENG fornisce tali unità, consentendo al sito di dismettere la serranda e il percorso di perdita da essa creato. Un motore PMSM per ventilatori industriali che funziona con l’azionamento trasforma quella bolletta fissa in una bolletta adattiva alla domanda di carico. Quello che rimane è la domanda del processo e il motore che la soddisfa direttamente. Mantenendo la restrizione, il sito eredita un elemento di controllo che segnala la posizione anziché la portata, una bolletta energetica costante per ogni ora di funzionamento a carico parziale e una deviazione che disperde aria condizionata per l’intero turno.

Fondamenti tecnici: leggi dei ventilatori e perdite a carico parziale

Le prestazioni del ventilatore seguono leggi fisiche fisse: la portata è proporzionale alla velocità, la pressione al quadrato della velocità e la potenza al cubo della velocità. Un motore PMSM per ventilatori industriali sfrutta questo principio riducendo la velocità della girante in base alla richiesta, cosicché una riduzione del 30 percento della portata comporta una diminuzione di circa due terzi della potenza assorbita. ENNENG motori per ventilatori a magneti permanenti sviluppano una coppia utile anche a bassa velocità, quindi l’inverter non necessita di ingranaggi né cinghie per raggiungere il punto di funzionamento. In un circuito di raffreddamento per data center, il passaggio da un sistema a velocità fissa con regolazione tramite serranda a un controllo di velocità con portata al 70 percento ha ridotto il consumo del ventilatore da circa il 92 percento della potenza nominale a poco più del 34 percento — una riduzione impossibile da ottenere con una serranda, poiché quest’ultima introduce semplicemente una resistenza mentre la girante continua a ruotare alla stessa velocità. Un motore PMSM per ventilatori industriali consente inoltre di semplificare la progettazione delle canalizzazioni, poiché non richiede tasche per attuatori né corsie di by-pass: l’unico elemento tra il controllore e la girante è il mozzo. Un motore PMSM per ventilatori industriali si giustifica dunque non grazie a una maggiore potenza nominale, bensì per ciò che elimina dalla catena energetica.

Lettura del risparmio dal profilo di utilizzo

I siti che hanno ottenuto i maggiori vantaggi sono stati quelli che per primi hanno registrato il loro effettivo flusso orario, poiché la legge del cubo premia esattamente le ore a basso carico, che la maggior parte degli impianti trascura. Nel circuito di raffreddamento, i periodi notturni e quelli con tempo mite hanno rappresentato la quota maggiore del risparmio annuale, non il picco del giorno di progetto. Un motore PMSM per ventilatori industriali rende tale risparmio visibile sul contatore, poiché velocità e potenza sono ora correlate invece che disaccoppiate da una piastra.

Riferimenti autorevoli per un ventilatore a velocità controllata

Ogni proposta che si basi sul risparmio energetico deve fare riferimento a norme accettate da un revisore. Le norme AMCA 201 e AMCA 204 disciplinano come testare un motore PMSM per ventilatori industriali e come classificarne l’efficienza, quindi la curva utilizzata per il dimensionamento è quella che un laboratorio sarebbe in grado di riprodurre. La norma ISO 5801 riguarda i test di prestazione dei ventilatori industriali e assume rilevanza non appena il funzionamento si discosta dal punto nominale riportato sulla targhetta. La norma IEC 60034-30-1 definisce le classi di efficienza IE, mentre la norma IEC 61800-9-2 valuta il variatore stesso ai fini della progettazione ecocompatibile, includendo pertanto le perdite del convertitore anziché trascurarle. La norma ISO 50001 richiede che ogni risparmio sia fondato su dati misurati, forniti ad esempio da un registratore di portata e potenza. Una relazione tecnica su un motore PMSM per ventilatori industriali che citi tali norme supera l’approvazione finanziaria, poiché i valori riportati derivano da un metodo verificabile, non da una semplice affermazione.

Dimensionamento pratico partendo dal profilo di carico

La scelta delle dimensioni deve iniziare dal profilo di carico, non dalla potenza nominale di picco, perché la maggior parte dei carichi di ventilazione opera al di sotto del valore progettuale per la maggior parte delle ore di funzionamento. Un motore PMSM per ventilatori industriali dimensionato su tale profilo, anziché sul massimo indicato nel catalogo, evita di pagare una velocità che la ventola non utilizzerà mai. ENNENG può abbinare il numero di poli e la potenza del motore al diagramma orario della portata; inoltre, l’ingresso deve essere verificato rispetto al disegno del canale prima di qualsiasi costruzione. Il montaggio richiede comunque un albero dritto e una flangia pulita, ma non è necessario allineare alcun attuatore per serranda né alcuna linea di bypass. Durante il primo mese, controllare settimanalmente la temperatura dei cuscinetti: una macchina diretta evidenzia un guasto sotto forma di calore più rapidamente rispetto a una macchina con restrizione, che lo maschera. Il risparmio a carico parziale ottenuto con un motore PMSM per ventilatori industriali deve comparire esplicitamente nella quotazione, affinché il vantaggio derivante dalla legge cubica sia visibile sulla carta anziché limitarsi alla presentazione commerciale. Specificare un motore PMSM per ventilatori industriali in base al profilo reale riduce anche la lista dei ricambi, poiché non occorre più tenere a magazzino né serrande né attuatori. Conservare il registro delle portate accanto al piano di manutenzione e serrare nuovamente i bulloni di fondazione dopo le prime 200 ore di funzionamento.

Attivazione del variatore e del sensore

Avviare un motore PMSM per ventilatori industriali richiede meno attenzione alla lamiera e più attenzione al ciclo di controllo. Calibrare il sensore di portata utilizzando la procedura inclusa nel pacchetto di avviamento ENNENG, quindi registrare l’andamento della velocità in modo da rilevare tempestivamente eventuali derive, prima che si verifichino guasti. Nei siti in cui il motore è gestito come dispositivo controllato, il check-list del dissipatore viene spesso eliminato del tutto, poiché gli unici interventi di manutenzione rimanenti riguardano i cuscinetti e l’inverter. La maggior parte delle squadre conclude il lavoro in un singolo turno, senza necessità di un tecnico specializzato; dopo 200 ore, un nuovo serraggio e una verifica delle vibrazioni secondo la norma ISO 10816 consentono al ventilatore di stabilizzarsi in un regime operativo che il team locale può gestire autonomamente.

Contatta ENNENG

Avviare un progetto PMSM per ventilatori industriali partendo dal profilo operativo, non da un numero di catalogo: condividere con il team ingegneristico la richiesta oraria di portata e le dimensioni del canale. ENNENG fornisce una proposta che abbinata il motore a un inverter a velocità variabile ed elimina il dissipatore dal layout.

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FAQ

D: Perché ridurre la velocità del ventilatore consente un risparmio energetico così significativo?

A:La potenza del ventilatore aumenta con il cubo della velocità, quindi una modesta riduzione dei giri elimina una grande parte del consumo. Un motore PMSM per ventilatori industriali consente alla ruota di rallentare in base alla richiesta, portando una portata pari al 70 percento a circa il 34 percento della potenza nominale. Una serranda non può fare questo, perché aggiunge semplicemente resistenza mentre le pale continuano a girare alla velocità massima e il contatore continua a registrare.

D: Un motore PMSM per ventilatori industriali funziona con un azionamento a frequenza variabile già esistente?

A:In molti casi sì, purché l’azionamento supporti il controllo a magneti permanenti e la sua potenza corrisponda a quella del motore. ENNENG fornisce un file di taratura affinché il sito carichi i parametri corretti prima dell’avvio; l’unico componente aggiuntivo necessario è un sensore di portata per il feedback. Confermare il tipo di azionamento durante la fase di quotazione, poiché le unità più vecchie ad anello aperto potrebbero richiedere sostituzione per ottenere i risparmi previsti.

D: Quali dati deve raccogliere un sito prima di effettuare la sostituzione?

A:Registrare ogni ora la richiesta di portata d'aria e la corrispondente potenza del ventilatore per alcune settimane rappresentative, quindi confrontare tale profilo con la curva proposta a velocità controllata. Un motore sincrono a magneti permanenti (PMSM) per ventilatori industriali si ammortizza anche durante le ore di funzionamento ridotto; pertanto, il profilo di utilizzo, non la potenza nominale, deve guidare la valutazione economica. Un semplice registratore di portata e potenza fornisce la dimostrazione oggettiva 'prima e dopo' richiesta dal reparto finanziario.