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Quando un impianto sostituisce un motore, l’ordine di acquisto in genere parte da un confronto tra i prezzi unitari. Questo è comprensibile, ma insufficiente. Un confronto utile tra costi PMSM e motore ad induzione valuta quanto costerà possedere l’azionamento durante il suo effettivo ciclo di lavoro: energia elettrica, controlli, lavori di installazione, manutenzione programmata, esposizione alla produzione e interventi necessari per adattare il nuovo motore alla macchina esistente.
Dal punto di vista degli acquisti, nessuna delle due tecnologie risulta vincente in ogni situazione. Un motore ad induzione può rappresentare una scelta ragionevole per un’utenza poco utilizzata e a velocità fissa, con un budget iniziale ristretto. Un motore sincrono a magneti permanenti (PMSM) può giustificare un costo iniziale più elevato quando le ore di funzionamento sono elevate, il carico varia, l’energia è costosa oppure un processo trae vantaggio dal controllo della velocità. La differenza diventa più evidente quando i dati vengono organizzati secondo il concetto di costo totale di proprietà (TCO).
Avviare un confronto sui costi tra PMSM e motore ad induzione partendo dal profilo operativo
Prima di raccogliere preventivi, documentare esattamente cosa fa effettivamente il motore esistente. Registrare la potenza nominale, il carico misurato o stimato, le ore annue di funzionamento, il profilo di velocità, il numero di avvii e arresti, la tariffa elettrica, le condizioni ambientali e il grado di impatto di un fermo non programmato. Un confronto basato esclusivamente sulle informazioni riportate sulla targhetta identificativa spesso trascura il dato più importante: molte pompe, ventilatori, compressori e nastri trasportatori funzionano per gran parte dell’anno al di fuori del carico nominale.
Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti considera i sistemi motori un’opportunità di gestione energetica, il che ricorda utilmente che il motore fa parte di un sistema e non è un componente isolato. Per una decisione sui costi tra PMSM e motore a induzione, usare, ove possibile, i kW misurati. Se le misurazioni non sono disponibili, esplicitare chiaramente le ipotesi e verificare il risultato con casi di carico elevato e ridotto, anziché presentare una singola cifra di risparmio come certa.
Costruire il modello TCO in cinque categorie di costo
- Acquisto: prezzo del motore, trasporto, ricambi, tasse e qualsiasi volatilità di prezzo associata ai materiali magnetici.
- Azionamento e controlli: un PMSM richiede generalmente un azionamento dotato di capacità di controllo specifica per PMSM. Includere un VFD, la programmazione, le impostazioni di protezione, le modifiche al quadro elettrico e qualsiasi prescrizione relativa ad armoniche o raffreddamento richiesta dal sistema.
- Integrazione meccanica: includere dimensione del telaio, albero, flangia, basamento, giunto, protezioni, allineamento, percorso dei cavi e fabbricazione di adattatori. Si tratta di costi centrali in un progetto di retrofit da motore a induzione a PMSM.
- Energia: il costo annuale dell'energia corrisponde alla potenza in ingresso misurata o stimata (in kW) moltiplicata per le ore annue e per il prezzo applicabile dell'elettricità. Confrontare entrambe le tecnologie negli stessi punti di carico, non soltanto al punto di carico nominale.
- Affidabilità e fermo macchina: includere la manodopera per la manutenzione programmata, le attrezzature per l'accesso, la disponibilità dei ricambi, la produzione persa, il tempo di riavvio e le conseguenze di un guasto del variatore o del motore.
Quell'elenco modifica il tono di una Confronto tra PMSM e motore ad induzione: costi revisione. Il motore meno costoso non è necessariamente l'asset a costo inferiore, mentre un motore premium non risulta automaticamente economico se comporta spese di integrazione che il programma operativo non riesce a recuperare.
Utilizzare con attenzione il costo dell'energia, specialmente a carico parziale
I motori PMSM vengono spesso valutati perché possono essere efficienti su un’ampia gamma di velocità quando abbinati a un azionamento a frequenza variabile (VFD) adeguato. Ciò potrebbe essere molto rilevante per apparecchiature con carico variabile, ma tale affermazione richiede prove applicative. Chiedere le curve di efficienza o i dati di prova alle velocità e ai punti di coppia utilizzati nel processo. Quindi confrontare la potenza elettrica assorbita totale, inclusa l’alimentazione elettronica di comando (drive), ove pertinente.
Per un calcolo trasparente del costo tra motore PMSM e motore ad induzione, esplicitare la formula: costo annuo dell’energia = potenza assorbita (kW) × ore di funzionamento × tariffa elettrica. Eseguire almeno tre scenari: funzionamento previsto, caso a bassa utilizzazione e caso ad alte ore di funzionamento. Il risultato aiuta il reparto finanziario e quello ingegneristico a valutare se una piccola differenza di efficienza risulti significativa in base al tempo di funzionamento effettivo.
La classe di efficienza richiede anch’essa un contesto. La norma IEC 60034-30-1 fornisce un quadro per le classi di efficienza applicabile a diverse tecnologie di motori; tuttavia, è necessario verificare le normative locali e l’ambito di applicazione dei motori. Non dedurre la conformità dal semplice nome della tecnologia. Richiedere la classe di efficienza esatta, la base della prova e la documentazione relativa al motore in esame.
Quotare l’intero intervento di retrofit, non soltanto il motore
Un programma di retrofit da motore ad induzione a motore PMSM può risultare interessante, ma deve iniziare con un sopralluogo sul sito. Verificare le dimensioni di fissaggio, la compatibilità dell’albero e dell’accoppiamento, l’inerzia del carico, le esigenze relative all’encoder, le caratteristiche dell’involucro e del sistema di raffreddamento, lo stato dei cavi e la compatibilità con il controllo del VFD. Un motore PMSM potrebbe richiedere un azionamento dotato dell’algoritmo di controllo adeguato; non si deve dare per scontata la compatibilità di un VFD già esistente senza averla verificata.
Decidere anche quando il lavoro può essere eseguito. Se l'installazione avviene durante un fermo programmato, i costi per manodopera e la perdita di produzione potrebbero essere contenuti. Se invece richiede un fermo separato, tale costo può dominare il TCO. È per questo che la decisione finale tra motore sincrono a magneti permanenti (PMSM) e motore ad induzione deve essere condivisa tra le funzioni di operations, manutenzione, ingegneria dei sistemi di controllo e approvvigionamenti.
Quando i motori ad induzione possono ancora rappresentare la scelta economica migliore
I motori ad induzione restano una soluzione pratica quando l’impianto viene utilizzato raramente, la velocità è fissa, i risparmi energetici sono troppo modesti per compensare il sovrapprezzo, i controlli esistenti non sono economicamente convenienti da modificare, oppure la standardizzazione e la disponibilità immediata di ricambi locali costituiscono le priorità assolute. Possono inoltre ridurre il rischio del progetto quando è necessaria una sostituzione identica in tempi brevi e gli accoppiamenti meccanici ed elettrici sono già stati verificati.
Lo scopo di un’analisi dei costi tra motore a magneti permanenti (PMSM) e motore ad induzione non è eliminare i motori ad induzione. Si tratta piuttosto di evitare che una decisione basata esclusivamente sul prezzo iniziale mascheri costi che insorgono successivamente, oppure di impedire che una proposta orientata all’efficienza trascuri controlli, montaggio e fermo macchina.
Prendere la decisione finale sulla base di evidenze sul ciclo di vita
Un confronto disciplinato dei costi tra PMSM e motore ad induzione rende evidenti i compromessi. L’economicità del PMSM risulta spesso più vantaggiosa nelle applicazioni con funzionamento prolungato e carico variabile, dove le prestazioni energetiche verificate possono compensare il sovrapprezzo e l’integrazione è stata pianificata con cura. I motori ad induzione possono invece rimanere la scelta migliore quando l’utilizzo è limitato o quando è preferibile una sostituzione semplice e collaudata, per contenere i rischi legati ai controlli. In entrambi i casi, un foglio di calcolo del costo totale di proprietà (TCO) costruito sui dati specifici del sito risulta più affidabile di una percentuale di efficienza indicativa o di un semplice preventivo per l’equipaggiamento.
