Punti chiave
- I motori elettrici rappresentano fino al 74% dei consumi industriali: ottimizzarli è prioritario.
- Un inverter regola la velocità del motore elettrico variando la frequenza.
- I sistemi tradizionali dissipano energia, mentre l’inverter la utilizza in modo efficiente.
- L’efficienza degli inverter può arrivare fino al 95%, con risparmi concreti e misurabili.
- I tempi di rientro dell’investimento possono essere inferiori a un anno.
I motori elettrici sono una delle macchine più utilizzate in ambito industriale. Dalle stime ENEA circa il 74% dell’energia elettrica consumata nel settore industriale italiano è attribuibile ai sistemi motore.
Secondo l’IEA invece quasi il 50% dell’energia elettrica mondiale è assorbita da motori elettrici con percentuali che arrivano al 70% in alcuni settori. I motori elettrici sono infatti essenziali per l’azionamento di:
- compressori;
- ventilatori;
- pompe;
- altri macchinari rotativi.
Anche in ambito civile c’è una presenza non trascurabile dei motori elettrici essendo indispensabili per la distribuzione d’acqua degli impianti di riscaldamento.
Indice
- Da cosa dipende la velocità di rotazione di un motore elettrico
- Come funziona e a cosa serve un inverter per motori elettrici
- Classi di efficienza dei motori elettrici secondo normativa IEC
- Risparmio energetico con inverter: dati e casi applicativi
- Motori asincroni e regolazione della velocità con inverter
- Applicazioni industriali degli inverter
- Tipologie di inverter per applicazioni industriali
- Differenze tra inverter a frequenza variabile e costante: gli inverter per il fotovoltaico
- Domande frequenti sugli inverter
- Gli inverter come leva strategica per l’efficienza energetica
Da cosa dipende la velocità di rotazione di un motore elettrico
La velocità di rotazione di un motore elettrico è determinata dal numero di poli e dalla frequenza della tensione di alimentazione; essendo la frequenza di rete un parametro fisso (50 Hz per l’Italia), i motori elettrici lavorano solitamente a velocità costante.
Come funziona e a cosa serve un inverter per motori elettrici
Un inverter per motore elettrico permette di variare la frequenza e quindi la velocità di rotazione. Un motore a inverter risulta più efficiente di un motore tradizionale perché cambia drasticamente il principio di regolazione.
I limiti dei sistemi dei motori elettrici tradizionali
In un motore elettrico tradizionale abbiamo una regolazione con metodi dissipativi (valvole di strozzamento, serrande e simili), viene pertanto messa a disposizione una quantità di energia al fluido maggiore del necessario per poi essere dissipata, e perciò sprecata.
Il ruolo dell’inverter per evitare lo spreco di energia
Per arrivare al punto ottimale ed evitare lo spreco di energia, con l‘adozione di un inverter si modulano velocità e/o coppia necessarie in modo da mettere a disposizione quasi esattamente l’energia richiesta senza doverla dissipare. Nelle immagini seguenti è possibile vedere la differenza di efficienza tra un sistema dissipativo e uno non dissipativo.
La differenza tra la curva della potenza richiesta (arancio) e la curva della potenza erogata con inverter (verde) è l’efficienza dell’inverter che arriva a circa il 95%.
Classi di efficienza dei motori elettrici secondo normativa IEC
I motori elettrici non hanno però tutti la stessa efficienza, le classi di efficienza definite dalla norma internazionale IEC 60034-30-1 sono quattro:
- motore elettrico IE1 (rendimento standard);
- motore elettrico IE2 (alto rendimento);
- motore elettrico IE3 (rendimento premium);
- motore elettrico IE4 (rendimento super premium).
La classe di efficienza IE5 è ancora in fase di definizione mentre la classe IE1 non è più sul mercato. Passare da un motore elettrico IE2 a uno IE4 può comportare un aumento di efficienza del 2-3%, che si traduce in risparmi significativi su grandi impianti.
I motori elettrici vengono però spesso trascurati dal punto di vista dell’efficienza energetica; si pensa erroneamente che investire in motori elettrici ad alta efficienza e sugli inverter sia più un costo che un risparmio andando quindi a scegliere modelli a bassa efficienza.
Rendimenti dei motori elettrici secondo classi in accordo alla EN60034-30-1
Risparmio energetico con inverter: dati e casi applicativi
Un caso studio di FIRE mostra che per un sistema di pompaggio da 20 kW che funziona 4.000 ore/anno, utilizzando una valvola di strozzamento si ottiene un costo del ciclo di vita di 76.300 €, mentre utilizzando un inverter il valore scende a 42.600 €, con un risparmio netto di 33.700 € e un tempo di rientro di circa 1 anno.
Un impianto di ventilazione invece con potenza di 10 kW che lavori su tre turni per un totale di 7.680 h/anno avrebbe un risparmio di 42.200 euro in 12 anni.
Per attuare calcoli come quelli esposti e capire se l’inverter per motore elettrico sia un investimento proficuo è possibile prendere in considerazione la seguente formula per stimare in modo preliminare il tempo di rientro di un motore elettrico a inverter.
- T: tempo di rientro (anni)
- P: potenza del motore [kW]
- Cc: coefficiente di carico (adimensionale)
- h: durata di funzionamento (h/anno)
- c: costo dell’energia elettrica (€/kWh)
- effstd: rendimento nominale motore standard
- effhem: rendimento nominale motore ad alta efficienza
Motori asincroni e regolazione della velocità con inverter
Ad oggi molti dei sistemi utilizzano motori asincroni trifase che risultano ottime semplicità, robustezza e costo ma che lavorano a velocità costante non permettendo una regolazione efficace. L’utilizzo di inverter, come visto, permette miglior efficienza e maggior risparmio economico.
Applicazioni industriali degli inverter
Gli inverter sono utili in moltissimi campi come:
- pompe e ventilatori per impianti HVAC;
- compressori per aria compressa e gas industriali;
- ascensori e scale mobili;
- agitatori e mixer;
- telai;
- calandre;
- presse;
- centrifughe.
Tutti questi settori utilizzano quasi esclusivamente inverter a frequenza variabile per i motivi di cui si parlava all’inizio.
Tipologie di inverter per applicazioni industriali
In commercio esistono diverse tipologie di inverter, ciascuna adatta a specifiche esigenze applicative.
- Gli inverter monofase: utilizzati su piccoli motori.
- Gli inverter trifase: sono i più diffusi in ambito industriale e coprono un ampio range di potenze.
- Gli inverter digitali: sono dotati di display e consentono un’impostazione e un monitoraggio più semplice dei parametri.
- Gli inverter a risparmio energetico: modulano la frequenza di funzionamento per ridurre i consumi elettrici.
- Gli inverter ibridi: gestiscono impianti fotovoltaici collegati a batterie e rete elettrica.
- Gli inverter di potenza a installazione fissa sono impiegati in applicazioni continue come compressori e refrigerazione.
Differenze tra inverter a frequenza variabile e costante: gli inverter per il fotovoltaico
Una doverosa menzione è dovuta anche agli inverter a frequenza costante che convertono la corrente continua in corrente alterna a 50 Hz. Questi ultimi inverter sono utilizzati negli impianti fotovoltaici e nei gruppi di continuità dove è necessario convertire la corrente continua in alternata per la rete pubblica o le utenze che la assorbono.
Nel caso degli impianti fotovoltaici, l’inverter svolge un ruolo più ampio rispetto alla semplice conversione della corrente. Oltre a trasformare l’energia generata dai pannelli da corrente continua ad alternata, gestisce il funzionamento complessivo dell’impianto, monitorando le prestazioni e regolando l’immissione dell’energia nella rete o nei sistemi di accumulo.
Questo significa che la scelta dell’inverter fotovoltaico non può essere separata dal dimensionamento dell’impianto: la potenza deve essere coerente con quella installata.
In questo caso non si parla quindi di efficienza energetica ma di una trasformazione necessaria al funzionamento delle utenze.
Perché un inverter permette di risparmiare?
Un inverter permette di risparmiare perché non è una logica di regolazione dissipativa ovvero un sistema nel quale viene data al fluido molta più energia del necessario per essere poi in larga parte dissipata per raggiungere il risultato finale. Un inverter modula la frequenza di alimentazione del motore elettrico in modo da abbassare il consumo elettrico quando necessario.
Gli inverter richiedono manutenzione particolare?
Gli inverter moderni sono dispositivi affidabili che richiedono manutenzione minima. È sufficiente una pulizia periodica delle ventole di raffreddamento e un controllo visivo delle connessioni.
Su quali impianti è più conveniente installare un inverter?
Gli inverter sono particolarmente vantaggiosi su sistemi che funzionano molte ore all’anno (oltre 3.000 ore), hanno carichi variabili (pompe, ventilatori, compressori), richiedono frequenti regolazioni di velocità o portata, utilizzano attualmente metodi dissipativi (valvole, serrande).
Gli inverter come leva strategica per l’efficienza energetica
Gli inverter per motori elettrici si pongono di conseguenza come un elemento imprescindibile per l’efficienza energetica soprattutto in ambito industriale. Il loro utilizzo permette un considerevole risparmio economico con tempi di rientro competitivi e migliori prestazioni dell’impianto.
Per maggiori informazioni sulle applicazioni degli inverter nei motori elettrici contatta il team Enertech Solution.
