1. A M B I E N T E E R I S PA R M I O E N E R G E T I C O
A M B I E N T E E R I S PA R M I O E N E R G E T I C O
IMPRESE X INNOVAZIONE
Motori elettrici più efficienti:
un’opportunità di risparmio
Questa guida è stata realizzata
in collaborazione con AIMB -
Associazione Industriali Monza e Brianza e ABB Sace.
Suggerimenti per migliorare l’utilità
di queste guide e per indicare altri argomenti
da approfondire sono più che benvenuti:
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2. A M B I E N T E E R I S PA R M I O E N E R G E T I C O
GUADAGNARE RISPARMIANDO ENERGIA
È noto che, nell’industria, il 70-80% circa
Il rimodernamento del parco motori elettrici,
dei consumi di energia elettrica è da adde-
per quanto riguarda sia le macchine
bitarsi ai motori elettrici. Una voce di co-
che il loro controllo, è uno degli interventi
sto indispensabile, per l’attività di molte
più efficaci per ridurre i costi aziendali dovuti
aziende, ma che grava sui bilanci delle at-
ai consumi energetici, con tempi di ritorno
tività stesse.
sugli investimenti generalmente compresi
C’è, giustamente, una sensibilità crescente
tra uno e due anni.
efficiente utilizzo
consente di ottenere,
in tempi brevi, inatte-
si benefici economi-
ci, grazie ai risparmi
sulle bollette energe-
tiche, anche quando
ciò debba richiedere
delle sostituzioni.
Basta considerare un
semplice fatto: il co-
sto totale legato al ci-
clo di vita del motore
(tipicamente superio-
re a 10 anni) è com-
posto per il 98% dal
suo consumo di ener-
gia elettrica, mentre
verso le problematiche di tutela dell’am- solo il 2% è dato dal costo iniziale (acqui-
biente e di sviluppo sostenibile; ma, spes- sto più installazione) e dalla manutenzio-
so, sfugge il fatto che molti dei provvedi- ne. È evidente che, alla luce di queste con-
menti utili e necessari per raggiungere im- siderazioni, nella maggior parte dei casi ri-
portanti obiettivi in questi campi compor- sulterà più proficuo adottare motori e si-
tano anche significativi vantaggi per le sin- stemi di controllo tecnologicamente evo-
gole aziende, oltre che per la collettività. luti piuttosto che concentrarsi unicamente
Proprio i motori elettrici sono, in questo sull’incidenza dei costi d’acquisto o di so-
senso, un caso emblematico: un loro più stituzione dell’esistente.
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3. MOTORI ELETTRICI PIÙ EFFICIENTI
A M B I E N T E E R I S PA R M I O E N E R G E T I C O
COME RIDURRE I CONSUMI ELETTRICI I MOTORI AD ALTA EFFICIENZA
I modi per ridurre i consumi legati ai mo- I motori più moderni, costruiti con ma- finita una classificazione dei motori in
L’utilizzo combinato di motori ad alta efficienza
tori elettrici sono essenzialmente due: au- teriali tecnologicamente evoluti e secon- tre diverse classi di efficienza: Eff1, Eff2,
Eff1 e di convertitori di frequenza
mentarne l’efficienza intrinseca e ottimiz- do criteri progettuali che ne ottimizzano Eff3. Come si può notare dalla figura 1, i
per regolarne la velocità e controllare
zarne il funzionamento. le parti attive, presentano valori di effi- motori a più alta efficienza sono quelli
altri parametri dell’impianto, comporta
Per quanto riguarda il primo caso, la mag- cienza molto più elevati che in passato. in classe Eff1 (Figura 2), e su questi do-
una riduzione dei consumi che può arrivare
giore attenzione va rivolta ai motori di bas- In base ad un accordo volontario tra i vrebbe concentrarsi l’attenzione da par-
fino al 60% rispetto alle installazioni
sa tensione; i motori di media tensione, in- principali produttori europei è stata de- te degli utenti in caso di acquisto, ricor-
tradizionali.
fatti, hanno normalmente un rendimento dando quanto già precedentemente sot-
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intorno al 94-96%, mentre quelli di bassa tolineato che, pur essendo il costo di un
tensione hanno un’efficienza media ben motore Eff1 ancora superiore di circa il
inferiore, intorno all’80-85%. Con l’utiliz-
zo di motori a maggiore efficienza, i ri- FIGURA 1 - CATEGORIE DEI MOTORI IN FUNZIONE DEL LORO RENDIMENTO
sparmi ottenibili consentono un ritorno 100% -
d’investimento in tempi assolutamente ra-
gionevoli e interessanti, variabili tipica- 95% - EFF 1 ALTA EFFICIENZA
mente tra 12 e 24 mesi.
90% -
Questo vale sia quando si tratta di nuove NZA
FICIE
installazioni, dove il costo aggiuntivo è EDIA EF
85% - EFF 2 M
calcolato in base alla differenza tra il co-
sto del motore ad alta efficienza e il costo 80% -
del motore tradizionale, sia nella revisione EFF 3 BASSA EFFICIENZA
di vecchi impianti, dove il costo aggiunti- 75% -
1,1 1,5 2,2 3 4 5,5 7,5 11 15 18,5 22 30 37 45 55 75 90
vo del nuovo motore, che sostituisce il
vecchio, è compensato da un più impor-
tante beneficio energetico, considerando FIGURA 2 - MOTORI AD ALTA EFFICIENZA EFF1 20-30% rispetto a un Eff2
che i vecchi motori possono avere rendi- equivalente (gli Eff3 si pos-
menti spesso inferiori all’80% e che, ad sono ormai considerare
ogni intervento di riavvolgimento effettua- scomparsi dalle nuove for-
to durante la vita del motore, si ha un calo portata, mediante sistemi meccanici forte- niture), il costo preponde-
di rendimento di almeno un 3% del valore mente dissipativi (valvole, serrande, by- rante nella vita utile di un
precedente. pass), può essere sostituita dalla regolazio- motore tradizionale è quel-
Un secondo modo per risparmiare energia ne mediante convertitori di frequenza. I ri- lo legato ai consumi di
elettrica consiste nell’ottimizzazione del sparmi ottenibili, in questo caso, possono energia, che si attesta intor-
funzionamento dei motori, in particolare raggiungere un ordine di grandezza del no a circa il 98%, ed è
quando si tratta di pompe e ventilatori. In 50% e oltre, con rientri di investimento Il produttore certifica il rendimento dei propri motori quello che è più importan-
e offre sugli stessi una garanzia di 36 mesi.
questi casi la tradizionale regolazione di medi spesso inferiori ad un anno. te e vantaggioso abbattere.
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4. MOTORI ELETTRICI PIÙ EFFICIENTI
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Negli esempi che seguono si può con- scenderà dal 100% a solo un ottavo di
cretamente rilevare, in termini numeri- quello nominale.
ci, l’entità dei possibili risparmi che si Nella figura 3 si evidenzia la differenza
ottengono con i motori a più alta effi- di energia elettrica necessaria a monte
cienza. del trasformatore per fornire pari lavoro
utile a una pompa centrifuga, valutando
Esempio 1: nuova installazione Esempio 2: sostituzione di un vecchio motore la soluzione con regolazione a valvola
(a sinistra) rispetto quella ad inverter (a
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VANTAGGI DI UN MOTORE EFF1 VANTAGGI NELLA SOSTITUZIONE IN CONDIZIONI destra).
DA 3 KW RISPETTO AD UN MOTORE EFF2 DI CARICO GRAVOSO (7.680 H/ANNO) Tenendo conto delle efficienze di tutti i
componenti e delle relative perdite di
Prezzo medio motore Eff1 = 280 € Motore esistente: carico, risulta che, fatto 100% il lavoro
efficienza (Eff1) = 87,6% efficienza = 81% (stima conservativa) che in entrambi i casi la pompa deve
Prezzo medio motore Eff2 = 220 € Motore nuovo: Prezzo medio Eff1 = 280 € erogare, con la soluzione a valvola sarà
efficienza (Eff2) = 85% efficienza (Eff1) = 87,6% impiegata un’energia pari al 285% con-
Numero annuo di ore di funzionamento = 3.840 Numero annuo tro il 160% necessario nel caso della so-
h/anno di ore di funzionamento = 7.680 h/anno
Costo medio del kWh = 0,10 €/kWh (valore Costo medio del kWh = 0,10 €/kWh FIGURA 3 - DIFFERENZA DI ENERGIA NECESSARIA, A PARITÀ DI POTENZA UTILE,
minimo attuale, previsto in aumento) (valore minimo attuale, previsto in aumento) PER IL FUNZIONAMENTO DI UNA POMPA NELLE DUE SOLUZIONI DI CONTROLLO:
MEDIANTE VALVOLA E MEDIANTE CONVERTITORE DI FREQUENZA.
Risultato: Risultato: Pompa con controllo a Valvola Pompa con Inverter
Potenza Necessaria 285% Potenza Necessaria 160%
Risparmio annuo = 40 € Risparmio annuo = 214 € 285% 160%
Payback = 1,5 anni Payback = 1,3 anni
Perdite Perdite
del Trasformatore del Trasformatore
281% 158%
I CONVERTITORI DI FREQUENZA quando non è richiesto. In particolare, Perdite
~ Perdite
~
del Motore dell’Inverter
Oltre che con l’applicazione di motori si ottengono risparmi energetici molto
M 265% 152%
ad alta efficienza, notevoli risparmi sui rilevanti quando si utilizzano gli inver-
Perdite Perdite
costi energetici si ottengono con gli ter per controllare pompe e ventilatori.
azionamenti a velocità variabile, in cui Se, per esempio, in alcuni periodi di
della Pompa M del Motore
160% 142%
il funzionamento dei motori viene con- funzionamento un impianto richiede la
Perdite Perdite
trollato dai convertitori di frequenza, metà della portata nominale, l’inverter della Valvota della Pompa
noti anche come inverter, che ne varia- comanderà al motore di dimezzare la 100% 100%
no il numero di giri secondo le reali esi- sua velocità e, siccome la potenza ri-
genze di ogni applicazione, evitando il chiesta dal carico varia con il cubo del-
Potenza Utile Potenza Utile
funzionamento alla massima potenza la velocità, l’assorbimento energetico
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5. MOTORI ELETTRICI PIÙ EFFICIENTI
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luzione con inverter; si tratta, quindi, di FIGURA 4
una differenza del 44%, tutt’altro che
trascurabile.
I convertitori di frequenza permettono
di ridurre anche i costi di manutenzio-
ne, abbattere la rumorosità dell’impian-
to e rifasare il carico ad un valore di
cos prossimo a 1 (tipicamente 0,98),
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aggiungendo in tal modo un ulteriore
fattore di efficienza energetica.
Anche per quanto riguarda l’applicazio-
ne degli inverter, un esempio numerico
può indicare, in concreto, l’entità dei ri-
sparmi che si ottengono utilizzando le
nuove soluzioni tecnologiche. Le ipotesi
su cui si basano i conteggi dell’esempio
3 sono le seguenti:
• 6.000 h/annue di funzionamento;
• costo dell’energia elettrica 0,10 €/kWh; Per agevolare gli utenti nel rimodernamento degli impianti,
è possibile richiedere convertitori di frequenza già completi
• ciclo di carico come da Studio della di filtri EMC primo ambiente, induttanze a saturazione
Comunità Europea; variabile, pannello di controllo multilingue.
Esempio 3: utilizzo di inverter
RIASSUMENDO: santi opportunità di risparmio energe-
COSA FARE PER RISPARMIARE tico.
Applicazione Potenza Riduzione consumi Riduzione emissioni CO2 Tempo di payback SUI CONSUMI DI ELETTRICITÀ
(senza valorizzazione • Verificare l’incidenza dei motori sui • Un motore elettrico vecchio presenta
della riduzione di CO2) consumi totali di energia elettrica nel- comunque rendimenti scadenti, spes-
Ventilatore 7,5 kW -9.997 kWh/anno (-44%) -4.999 kg/anno 0,8 anni l’azienda, ricordando che, in genera- so inferiori all’80%, anche senza esse-
le, nelle applicazioni industriali tale re già stato riavvolto: sostituire un mo-
Pompa 11 kW -18.974 kWh/anno (-36%) -9.487 kg/anno 0,6 anni incidenza può raggiungere il 70-80% tore obsoleto, benché ancora funzio-
di questi consumi. Un censimento del nante, con uno ad alta efficienza tec-
parco motori installato, che ne consi- nologicamente più evoluto comporta
• confronto con regolazione a serranda I tempi di ritorno sugli investimenti così cal- deri potenza, rendimento, numero risparmi energetici che consentono di
per il ventilatore; colati sarebbero ulteriormente ridotti se si va- medio annuo delle ore di funziona- recuperare il costo dell’investimento
• confronto con regolazione on/off per lorizzasse anche la riduzione delle emissioni mento, può rivelarsi molto utile: è più in tempi molto brevi, compresi tra uno
la pompa. di anidride carbonica nell’ambiente. che probabile che si scoprano interes- e due anni; successivamente si ottiene
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6. un importante risparmio annuo per tut- tengono già dal primo anno di utilizzo.
ta la durata di vita utile di ogni moto-
re installato (normalmente ben supe- • Fare funzionare i motori a pieno regime
riore ai dieci anni). anche quando non sarebbe necessario, co-
me nel caso tipico degli impianti in cui la
• Le considerazioni sui risparmi ottenibi- portata dei fluidi viene variata con mezzi
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li, grazie alla maggiore efficienza, so- meccanici quali le valvole e altri compo-
no fondamentali anche nell’acquisto di nenti similari, genera elevati consumi di
motori per nuove installazioni: il mag- energia che si possono evitare utilizzando
gior costo iniziale di un motore di clas- i moderni inverter. Regolando la velocità
se Eff1 ad alta efficienza rispetto ad del motore, questi apparecchi permettono
uno di efficienza inferiore è irrisorio ri- di controllare efficacemente le altre varia-
spetto ai risparmi energetici che si ot- bili d’impianto come, appunto, la portata.
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