Letto per voi: Potenza nominale e fattore di servizio: un po' di chiarezza

Letto per voi: Potenza nominale e fattore di servizio: un po' di chiarezza

Nella scelta delle pompe per vuoto, l'obiettivo dei progettisti degli impianti è spesso quello di ottenere la potenza nominale più bassa possibile per i motori, poiché lo ritengono un modo per conseguire risparmi energetici. Tuttavia, quando si tratta di efficienza energetica effettiva, i dati in kilowatt indicati sulla targhetta possono essere piuttosto fuorvianti, dato che il consumo energetico effettivo si riflette solo parzialmente nella potenza nominale del motore. Il "fattore di servizio" riportato su alcune targhette contribuisce a creare ulteriore confusione, inquadrando la potenza nominale effettiva in un contesto diverso. Il suo significato è spesso oggetto di equivoco. La massima efficienza energetica possibile può essere raggiunta solo attraverso un'analisi sistematica.

Le variabili essenziali per la scelta di una pompa per vuoto sono la pressione finale e la capacità di aspirazione. Questi fattori determinano il livello di vuoto raggiungibile in un determinato periodo di tempo o quali "prestazioni di vuoto" sono pertanto disponibili nell'applicazione.
Utilizzando pompe per vuoto con principi di funzionamento molto diversi è possibile ottenere prestazioni comparabili. Un altro fattore che può inoltre differire notevolmente nel processo è la velocità. Ciò è particolarmente evidente osservando ad esempio la velocità del motore: una pompa per vuoto rotativa a palette, che rappresenta attualmente la tecnologia del vuoto più comunemente diffusa, utilizza 1.000 giri/min per ottenere prestazioni simili a quelle di una pompa per vuoto a vite lubrificata ad olio con max. 7.000 giri/minuto.

Potenza nominale ≠ consumo energetico
Un'ulteriore differenza emerge osservando la targhetta: è possibile, ad esempio, che una pompa per vuoto a vite riporti una potenza nominale inferiore rispetto a una pompa per vuoto rotativa a palette. Uno degli errori più frequentemente commessi quando si scelgono i dispositivi è desumere il consumo di energia dalla potenza nominale. Il motore che presenta il numero minore davanti alla specifica in kW non necessariamente utilizza meno energia rispetto a un azionamento di taglia "più grande". Nella pratica spesso si verifica esattamente il contrario. Sulle targhette americane, la potenza nominale effettiva viene inoltre mascherata dal "fattore di servizio". L'eccessiva attenzione per la potenza nominale offusca l'importanza dell'efficienza della pompa per vuoto e del motore.

Nei motori elettrici, la relazione tra il consumo energetico e le prestazioni fornite (potenza all'albero) non è lineare, in quanto solitamente raggiungono livelli ottimali di prestazioni tra il 50 e il 100% della loro potenza nominale. In generale, si può presumere che la prestazione ideale o il massimo livello di efficienza si ottenga in un intervallo più o meno ampio intorno al 75% della potenza nominale. Al di sotto di questo intervallo, il motore consuma più potenza in relazione alle prestazioni fornite; aumentando di conseguenza il relativo consumo di energia.

Le insidie del "fattore di servizio"
Tale principio è valido anche quando viene superato l'intervallo ottimale, è possibile superare il 100% della potenza nominale. È qui che entra in gioco il fattore di servizio (SF). Definito come standard dalla American National Electrical Manufacturers Association statunitense nel manuale NEMA MG1-2011, il fattore di servizio è riportato sulla targhetta (fig. 1) ed è un parametro che indica la gravosità del servizio che il motore può svolgere oltre la potenza nominale. Per calcolare il grado di sovraccarico consentito, la potenza nominale viene moltiplicata per il valore SF. Ad esempio, se è indicata una potenza nominale di 15,0 kW e un fattore di servizio di SF 1,25, la potenza nominale massima consentita è 15 x 1,25 = 18,75 kW. Ciò significa il 25% in più rispetto a quanto ritenuto inizialmente.

 

Fig. 1: la targhetta indica un fattore di servizio di 1,25. La potenza nominale può quindi essere temporaneamente superata fino al 25%.

Nonostante il NEMA sottolinei che l'intervallo SF debba essere utilizzato solo temporaneamente, in pratica viene spesso considerato nei calcoli per stabilire il normale funzionamento di una tecnologia del vuoto. Ciò è dovuto al fatto che l'avvio rapido della pompa per vuoto dalla modalità standby o in condizioni di carichi di picco brevi, anche se normalmente raggiunti in cicli rapidi, possono essere considerati a tutti gli effetti sovraccarichi "temporanei". Una potenza nominale relativamente bassa senza considerare il fattore di servizio suggerisce un basso consumo energetico. Tuttavia, non sono solo le prestazioni effettive utilizzate a essere superiori; il motore funziona solitamente molto al di fuori della sua efficienza ottimale nell'intervallo SF. Un sovraccarico regolare può inoltre contribuire a ridurne la durata.

Test del consumo energetico effettivo
Per poter realmente confrontare l'efficienza energetica effettiva delle diverse pompe per vuoto, è necessario calcolare il consumo energetico e le prestazioni nella pratica. Il produttore di pompe per vuoto Busch ha eseguito questo tipo di confronto tra una pompa per vuoto a vite lubrificata a olio con velocità controllata di un altro produttore con una potenza nominale specificata di 15 kW e un fattore di servizio di SF 1,25 e una pompa per vuoto rotativa a palette della propria gamma con una potenza nominale di 18,5 kW in targhetta. Il risultato del test ha dimostrato che il consumo energetico del motore "più piccolo" per potenza nominale era quasi il doppio rispetto a quello del modello di confronto nell'intervallo di carico principale. La pompa per vuoto rotativa a palette, che funziona a una velocità inferiore, ha ottenuto un rendimento energetico sostanzialmente migliore nonostante il suo motore di taglia "più grande" (fig. 2).


Fig. 2: confronto pratico di una pompa per vuoto a vite lubrificata a olio con velocità controllata con potenza nominale di 15 kW / SF 1,25 e una pompa per vuoto rotativa a palette con potenza nominale di 18,5 kW: nell'intervallo di esercizio più importante intorno a 10 mbar, il motore della pompa con potenza nominale inferiore consuma più energia rispetto al motore "più grande" della pompa per vuoto rotativa a palette.

Conclusioni
L'efficienza complessiva di una fornitura del vuoto richiede considerazioni più complesse rispetto al semplice confronto del consumo di energia. Oltre alla pressione massima e alla capacità di aspirazione di una pompa o di un sistema per vuoto, che sia lubrificato a olio o a secco, è necessario valutare in modo approfondito il principio di funzionamento nonché verificare la sua compatibilità con il processo. I diversi parametri che possono influire sull'efficienza energetica e l'efficienza economica di una fornitura del vuoto includono anche il luogo di installazione, il controllo o la connessione tra il processo e la generazione del vuoto. In molti casi, è necessario uno specialista del vuoto qualificato per selezionare la pompa e il design adeguati. Tuttavia, in questo processo l'attenzione dovrebbe essere sempre incentrata sull'analisi critica del consumo energetico effettivo.

Fonte: klartext: von pekker!


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