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Motori sincroni a riluttanza SynRM e azionamenti: con la tecnologia targata ABB si arriva a efficienze “ultra-premium”

La metà di tutta l’elettricità prodotta nel mondo viene impiegata da motori elettrici: dispositivi in larga parte vecchi e inefficienti. ABB è in prima fila con soluzioni che riducono costi e consumi. La tecnologia di ABB che sfrutta i motori sincroni a riluttanza accoppiati ai drives è tra le più efficienti sul mercato

SynRM
Credits: ABB

(Rinnovabili.it) – Mosso dall’enorme sfida della Transizione energetica, il settore industriale, il più energivoro in assoluto, in futuro avrà sempre più necessità di ridurre i consumi e i costi della materia prima energetica, migliorando l’efficienza dei suoi processi. Ma dove e come si può intervenire? La quota principale (oltre il 70%) dell’elettricità consumata dall’Industria è impiegata per alimentare gli oltre 300 mila motori elettrici in funzione nel mondo. Dispositivi in larga parte vecchi più di 10 anni e in classi di efficienza IE3, IE2 o IE1 definite dall’International Electrotechnical Commission (Iec). Per meglio capirci, si tratta di livelli di dispersione energetica peggiori del 20, 40 e 60% rispetto ai modelli più moderni. E ciò non incide solo sui costi di esercizio dei motori, ma si ripercuote sull’efficienza e sul consumo energetico degli impianti serviti nel loro complesso, così come sui costi e sugli impatti ambientali dell’intero settore industriale.

Nei prossimi anni diventerà quindi fondamentale aggiornare il parco motori e trovare soluzioni sempre più efficienti e funzionali, senza rinunciare alle prestazioni. Una delle novità più significative in questo ambito è il motore sincrono a riluttanza, abbinato a un azionamento a velocità variabile (Vsd). Questa tecnologia offerta da ABB permette di sostituire direttamente i motori a induzione di classi energetiche più basse, come gli IE3, arrivando a ridurre le perdite di energia del 40%.

Il motore sincrono a riluttanza SynRM targato ABB taglia consumi e costi

Sviluppato dagli ingegneri di ABB dapprima per pompe e ventilatori, il motore ad alta efficienza denominato SynRM è stato lanciato nel 2011 con una classe di efficienza IE4. Nel 2019 ABB introduce poi SynRM IE5 con efficienza “ultra-premium”, un livello ancora più elevato. Ma cosa rende SynRM una delle soluzioni migliori per far fronte ai costi in bolletta sempre più salati del settore produttivo? La tecnologia sincrona a riluttanza non impiega magneti o avvolgimenti nel rotore e per questa ragione non è soggetta a perdite di potenza. La manutenzione è semplice come quella dei motori a induzione, a fronte di prestazioni da motore a magneti permanenti. Ed è sempre Iec che certifica (IEC 60034-30-1 e IEC TS 60034-30-2) emissioni di CO2 molto più contenute rispetto a motori a induzione IE3. Ma l’aspetto forse più interessante è che un motore SynRM IE5 ha le stesse dimensioni del suo parente più “tradizionale” a induzione IE2, rendendo ancora più agevole la sostituzione di un dispositivo a induzione esistente, senza nessuna necessità di modifiche meccaniche.

Risultato? Con i motori SynRM in classe di efficienza IE5 ultra-premium di ABB si riducono le perdite di energia fino al 40% secondo le stime di Iec. E si aumenta l’affidabilità del sistema nel suo insieme: a parità di prestazioni con i motori tradizionali, le temperature dell’avvolgimento e dei cuscinetti arrivano a ridursi anche di 30 e 15°C rispettivamente. Un fattore fondamentale, visto che oltre il 70% dei guasti imprevisti ai motori avviene a causa di cedimenti in corrispondenza di questi due componenti. Sostituire un motore di efficienza IE3 con un pacchetto SynRM accoppiato ad azionamento a velocità variabile riduce i consumi energetici e abbassa significativamente i costi associati.

Nel ciclo vita di un sistema di pompaggio a controllo meccanico, infatti, stando ai dati del Dipartimento dell’Energia Usa, solo il 3% dei costi è dovuto all’acquisto, l’1% alla manutenzione, mentre il restante 96% è assorbito dall’energia necessaria ad alimentarlo. In altre parole, i risparmi di energia durante il funzionamento ripagano ampiamente la spesa per la sostituzione del motore tradizionale inefficiente. Più in concreto, considerando un motore di taglia 110 kW da 1500 giri/minuto, la differenza di investimento iniziale tra un pacchetto SynRM IE5 e un motore IE3 è una piccola frazione rispetto al risparmio annuo sui costi energetici in bolletta. In questo caso l’indice Roi (Return of Investment) è di circa 13 mesi: la differenza di acquisto iniziale si ripaga in poco più di un anno e genera risparmi lungo tutto il ciclo vita rimanente, che talvolta supera i 20 anni. 

I vantaggi dell’accoppiamento con un azionamento a velocità variabile

Industria, infrastrutture, servizi di pubblica utilità, trasporti, residenziale: i motori sincroni a riluttanza magnetica se abbinati ad azionamenti a velocità variabile – noti anche come drives o Vsd – offrono la più alta efficienza possibile, garantendo prestazioni IE5. Il vantaggio dell’impiego di un drive è che, così facendo, vengono regolate la frequenza e la tensione dell’elettricità fornite al motore (discorso valido anche per quelli tradizionali a induzione), consentendo di variarne coppia e velocità. Ciò permetterà al motore di girare alla velocità ottimale richiesta dall’applicazione, non sprecando energia. I risparmi potenziali sono enormi: con la sola aggiunta di un Vsd a sistemi a velocità fissa si possono ottenere risparmi energetici fino al 25% grazie all’aumento dell’efficienza del processo.

E i margini di risparmio potenziali così come le minori emissioni e benefici ambientali sono davvero importanti: basti pensare che oggi solo il 23% dei motori in tutto il mondo è dotato di azionamento. A testimoniare il miglioramento dell’efficienza con la tecnologia ABB non mancano i casi studio. Lo stabilimento di Melbourne di Campbell’s Australia – gruppo australiano che produce alimentari – ha visto i consumi energetici ridursi del 14% nell’arco di 12 mesi dall’installazione dei motori sincroni a riluttanza accoppiati con drives forniti da ABB. A sgonfiarsi anche la bolletta energetica, con 15 mila dollari in meno lungo l’anno e le emissioni di CO2, con 131 tonnellate evitate. 

Articolo pubbliredazionale

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.


Rinnovabili • Simulare i fenomeni termomeccanici

Simulare i fenomeni termomeccanici [Webinar]

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Martedì 18 giugno COMSOL terrà un seminario gratuito dedicato alla simulazione multifisica delle interazioni termomeccaniche

fenomeni termomeccanici

Come prevedere la tendenza di un materiale a cambiare di volume in risposta ad un cambiamento di temperatura all’interno di un sistema meccanico? Come valutare l’effetto sulle prestazioni di fenomeni termomeccanici come il riscaldamento Joule? Come modellare le possibili deformazioni indotte dal calore e studiarne le conseguenze sul comportamento meccanico di strutture solide?

Per tutte queste domande esiste una risposta “semplice”: la simulazione multifisica. Questo strumento d’analisi permette, a partire da un sistema complesso, di simulare i singoli aspetti (elettrici, meccanici, termici o chimici) e gli effetti della loro interazione. Nel dettaglio la simulazione multifisica permette di creare un modello matematico e analizzarlo minuziosamente con l’obiettivo di prevedere o convalidare il risultato del mondo reale. Evidenziando eventuali criticità e ottimizzando i progetti ancor prima della prototipazione. 

Nel settore delle energie rinnovabili (ma non solo) l’approccio risulta particolarmente valido per il comportamento meccanico di strutture solide dove la complessità dei fenomeni termomeccanici richiede necessariamente un’attenzione e una cura più elevate durante la fase progettuale. 

A spiegarne vantaggi e potenzialità è il nuovo webinar gratuito di COMSOL, una delle aziende leader nello sviluppo software di modellazione matematica. L’evento, in programma per il 18 giugno alle ore 14.30 permetterà ai partecipanti di comprendere come sia possibile analizzare le strutture meccaniche combinando tutti gli effetti fisici e le interazioni rilevanti. 

 Lo strumento principe è COMSOL Multiphysics®, uno dei software di modellazione più avanzati del settore, in grado simulare progetti, dispositivi e processi in ogni ambito tecnologico. Grazie al modulo dedicato alla Meccanica Strutturale, la piattaforma permette di analizzare la meccanica dei solidi, simulando il comportamento dei materiali, delle dinamiche, delle vibrazioni, dell’attrito ecc. all’interno di un unico modello e di un unico ambiente di modellazione.

Il modulo offre accoppiamenti multifisici integrati che includono anche gli aspetti termici, a partire dalle semplici condizioni operative di un dispositivo, per arrivare a fenomeni più complessi come l’effetto Joule. La piattaforma rende possibile, infatti, modellare la conduzione della corrente elettrica in una struttura, il successivo riscaldamento elettrico causato dalle perdite ohmiche e le sollecitazioni termiche indotte dal campo di temperatura.

Simulare i fenomeni termomeccanici

Per avere una panoramica completa delle possibilità durante il seminario i tecnici Comsol esamineranno i diversi meccanismi importanti da considerare in un modello termomeccanico. Come ad esempio il creep termico, ossia la deformazione anelastica che si verifica nel tempo quando un materiale è sottoposto a stress a una temperatura pari o superiore al 40% del punto di fusione. O ancora lo smorzamento termoelastico, che si verifica quando si sottopone un materiale a stress ciclico di compressione e di espansione. La deformazione ciclica crea variazioni locali di temperatura in grado a loro volta di produrre perdite meccaniche.

Il webinar passerà in rassegna vari casi di studio ed esempi di modelli, mostrando il software in azione e rispondendo in tempo reale a tutte le domande dei partecipanti.

Partecipa al seminario gratuito dedicato alla simulazione dei fenomeni termomeccanici registrandoti all’indirizzo  https://www.comsol.it/c/fvmd 

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Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.


Rinnovabili • Decreto FER X

Decreto FER X, aste entro la fine dell’anno

Lo ha dichiarato il sottosegretario al MASE, Claudio Barbaro, ma l'iter del Decreto Fer X appare ancora indietro con i tempi

Decreto FER X
Foto di Ed White da Pixabay

Incentivi alle rinnovabili, la normativa in attesa

Il Decreto FER X è in dirittura d’arrivo e le prime procedure competitive del provvedimento potrebbero essere lanciate entro la fine del 2024. Questa perlomeno è la previsione avanzata dal sottosegretario al Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza Energetica, Claudio Barbaro, durante un’interrogazione alla Camera. Rispondendo in X Commissione ad un quesito dell’onorevole Peluffo sui tempi di adozione del DM FER-X, Barbaro ha fatto chiarezza sui prossimi passi del provvedimento.

Lo schema, ha ricordato il sottosegretario, è stato trasmesso all’ARERA nel mese di aprile ai fini dell’acquisizione del parere. L’Authority dovrebbe far sapere la propria posizione in questi giorni per poi “passare la palla” alla Conferenza Unificata. A valle dell’acquisizione di quest’ultimo parere “sarà possibile procedere con la notifica formale del provvedimento in Commissione europea per la verifica dei profili di compatibilità con la disciplina in materia di Aiuti di Stato”.

Decreto FER X, quando arriva?

Il percorso, dunque, si prospetta ancora lungo ma il Sottosegretario rassicura gli animi spiegando che il MASE sta cercando di velocizzare i passaggi rimanenti. “Per accelerare […] il Ministero ha già avviato i colloqui con la Commissione con l’obiettivo di illustrare le principali novità introdotte dal meccanismo. Tra le innovazioni, rispetto al disegno attuale, il nuovo schema prevede infatti che il Sistema si faccia carico del rischio dovuto alle dinamiche inflattive, particolarmente accentuate nell’ultimo anno, in modo tale da rendere i corrispettivi riconosciuti più adeguati alla struttura di costo e alla sua evoluzione, riducendo così i rischi degli operatori“.

Il Decreto, ricordiamo, nasce per sostenere la produzione di energia elettrica da impianti rinnovabili “con costi vicino alla competitività di mercato”. Ossia fotovoltaici, eolici, idroelettrici e di trattamento dei gas residuati dai processi di purificazione. L’ultima bozza del decreto FER X riporta due modalità di accesso agli incentivi: quella diretta, riservata ai sistemi rinnovabili di taglia uguale o inferiore ad 1 MW per un massimo di 5 GW sviluppabili in Italia; quella tramite aste, nel caso di impianti di potenza superiore a 1 MW (e con contingenti differenziati per tecnologia che vanno da un 45 GW per il fotovoltaico allo 0,02 GW per i gas residuati).

Barbaro ha anche anticipato che per mitigare le problematiche relative all’operatività dei contratti alle differenze convenzionali, il Ministero ha provveduto a “ridisegnare la struttura dei pagamenti del contratto al fine di disincentivare l’offerta della capacità contrattualizzata a prezzi inferiori ai propri costi marginali”. Un intervento che permetterebbe al tempo stesso di “ridurre il rischio volume sostenuto dai titolari della medesima capacità“. Le prime aste? “Potranno essere bandite entro la fine dell’anno“, ha concluso il sottosegretario.

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Rinnovabili • pcb ricarica

PCB per la ricarica dei veicoli elettrici (EVC)

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Il ruolo e l'importanza dei circuiti stampati nel mondo della ricarica dei veicoli elettrici

pcb ricarica

Il mondo dell’EV charging promette di cambiare il nostro modo di spostarci e di viaggiare e molte sono le tecnologie in gioco per raggiungere questo ambizioso obiettivo. L’elettronica svolge di certo un ruolo chiave, ma è necessario sviluppare prodotti ad hoc per questo segmento di mercato, che siano in grado di gestire picchi energetici, alte temperature, funzionalità molteplici e dimensioni ridotte. Molte di queste necessità devono essere soddisfatte nella progettazione di un circuito stampato (anche detto PCB) che permetterà di garantire funzionalità, affidabilità ed efficienza di una colonnina di ricarica. I PCB (Printed Circuit Boards) sono infatti fondamentali per consentire una ricarica affidabile e ad alta potenza e si sono evoluti parallelamente allo sviluppo di colonnine di ricarica sempre più performanti, di dimensioni più compatte e più leggere.

Diminuendo le dimensioni delle colonnine di ricarica, anche lo spazio dedicato ai PCB si è ridotto, portando i progettisti di circuiti stampati a studiare nuovi design che permettessero di ottenere le stesse prestazioni in dimensioni più contenute. In alcuni casi può essere sufficiente usare elementi più compatti, in altri lavorare sulla densità del circuito, oppure optare per un maggior numero di strati che possano ospitare tutte le funzionalità richieste, o ancora prestare particolare attenzione alla larghezza delle piste e alla distanza di isolamento.

I circuiti stampati dedicati al mondo dell’ev charging devono inoltre poter gestire correnti e tensioni elevate, che richiedono l’uso di materiali specifici e spesso di una grande quantità di rame che permetta di condurre considerevoli flussi di corrente e dissipare il calore in eccesso.

I circuiti stampati di un EV charger non sono solo sviluppati per garantire il fine ultimo della colonnina, la ricarica in sè, ma anche un’esperienza di acquisto adeguata. Se, da un lato, la crescente richiesta di tempi di ricarica più rapidi richiede una tecnologia dei PCB in grado di supportare operazioni di ricarica efficienti e ad alta potenza, dall’altro devono essere considerate anche tutte le interfacce che includono funzioni come touchscreen, applicazioni mobili, lettori di schede RFID e controlli intuitivi, tutti progettati con lo scopo di migliorare l’esperienza dell’utilizzatore di una colonnina di ricarica.

Attenzione alla sostenibilità nella progettazione di un PCB

Un’attenta progettazione di circuiti stampati può inoltre contribuire alla sostenibilità del prodotto finale, perché permette di ottimizzare spazio e materiali, riducendo gli sprechi. Studiare con attenzione il design del PCB permette di sfruttare il pannello in modo da ridurre la quantità di materie prime necessarie per produrre il circuito stampato ma anche delle risorse richieste per lavorarlo, come acqua, calore ed elettricità. La dimensione inferiore di un circuito stampato si tramuta anche in meno materiali di scarto nel caso in cui la scheda finale abbia dei difetti e debba quindi essere rottamata, e anche un imballaggio con dimensioni minori, peso minore con conseguente riduzione del costo di spedizione. I vantaggi sono quindi al contempo ambientali ed economici.

NCAB ha sviluppato delle linee guida che permettono di identificare i fattori che determinano il costo di un PCB  e supporta i propri clienti sin dalle prime fasi della progettazione per raggiungere obiettivi di sostenibilità comuni. 

I webinar sul circuito stampato di NCAB Group

Per questo motivo il Gruppo svedese mette a disposizione il know how dei propri tecnici attraverso un fitto programma di webinar gratuiti dedicati al circuito stampato. 

Giovedì 13 giugno 2024, in particolare, Jonathan Milione, FAE di NCAB Group Italy, terrà un webinar dal titolo “PCB affidabili per l’EVC​ – Opportunità, sfide e applicazioni in ambito ricarica EV“ a cui è possibile iscriversi da questo link https://attendee.gotowebinar.com/register/3189250463637126235

Parleremo di:

  • Evoluzione e sfide del settore dei veicoli elettrici
  • Metodi di ricarica e sviluppi tecnologici delle colonnine di ricarica
  • Soluzioni di design per PCB: sistemi di ricarica ad alta potenza

leggi anche Circuiti stampati più sostenibili, l’approccio virtuoso di NCAB Group

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