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Mar 01, 2024

Massimizzare l’efficienza energetica con i motori elettrici

I motori elettrici sono la centrale elettrica del mondo industriale, poiché convertono in modo efficiente l’energia elettrica in potenza meccanica. Molti settori critici utilizzano motori elettrici, compresi quelli industriali,

I motori elettrici sono la centrale elettrica del mondo industriale, poiché convertono in modo efficiente l’energia elettrica in potenza meccanica. Molti settori critici utilizzano motori elettrici, tra cui quelli industriali, commerciali, residenziali, agricoli e dei trasporti.

Non sorprende quindi che i sistemi a motore elettrico consumino attualmente il 50% dell’energia elettrica totale a livello mondiale e il 70% dell’energia elettrica utilizzata nelle industrie (6000 trilioni di watt all’ora).1

L’aumento delle attività industriali nelle economie in via di sviluppo come India, Cina e molti altri spingerà ulteriormente l’uso dei motori. Si prevede che la crescita mondiale dei sistemi a motore elettrico raddoppierà entro il 2040.

L’aumento della quota di mercato dei veicoli elettrici nei paesi sviluppati e l’elevata domanda di riscaldamento e raffreddamento da parte della crescente popolazione dei paesi in via di sviluppo stanno spingendo questa crescita.

Un sistema a motore elettrico (EMDS) è tipicamente costituito da un motore elettrico e da un dispositivo dell'utente finale: ventola, pompa, compressore, ecc. Sempre più spesso vengono utilizzati anche dispositivi di controllo della potenza in ingresso e della velocità/coppia denominati azionamenti a velocità variabile (VSD). diventando parti essenziali dell’EMDS.

La potenza in uscita varia da una frazione di kilowatt (kW) a migliaia di kW. Le industrie chimiche, cartarie, alimentari, metallurgiche e tessili utilizzano ampiamente i motori elettrici per il pompaggio, la compressione, la rotazione dei ventilatori, la movimentazione, il trasporto e la lavorazione dei materiali. Inoltre, vari apparecchi utilizzano motori elettrici nei settori commerciale e residenziale, dagli spazzolini da denti elettrici domestici ai grandi sistemi di climatizzazione degli edifici commerciali.

Nel settore residenziale, i motori elettrici utilizzati nei frigoriferi, nelle lavatrici, nei condizionatori e in vari tipi di aspiratori (compreso il piccolo ventilatore dell'hard disk del computer) consumano la maggior parte dell'energia elettrica domestica. Anche la pompa per l'irrigazione, i veicoli e gli apparecchi agricoli elettrificati utilizzano motori elettrici. Nel settore dei trasporti, i treni elettrici, i veicoli elettrici, i droni, le navi/barche elettriche emergenti e gli aerei utilizzano motori elettrici.

La maggior parte dei motori elettrici sono dispositivi rotanti; la potenza meccanica convertita è disponibile come coppia (forza di rotazione) sull'albero del motore per eseguire le preziose attività di pompaggio, rotazione di una ventola o guida delle ruote di un'auto. L'interazione tra il campo magnetico e la corrente elettrica produce una coppia in un motore elettrico.

Un'alimentazione CC (corrente continua) o CA (corrente alternata) alimenta un motore elettrico. Se un motore elettrico converte l’energia meccanica in energia elettrica, diventa un generatore e quindi, a livello di progettazione di base, un motore e un generatore sono la stessa cosa.

I motori elettrici possono essere classificati in base alla costruzione, all'alimentazione e al tipo di movimento in uscita. Tuttavia, l'efficienza di tutti i motori viene calcolata dividendo la potenza meccanica in uscita per la potenza elettrica in ingresso e la potenza in ingresso meno le perdite fornisce la potenza in uscita.

Le perdite del motore sono classificate come perdite di rame (perdita di calore degli avvolgimenti che trasportano corrente), perdite di ferro (perdita di calore del nucleo di ferro), perdite meccaniche (attrito nelle parti in movimento) e perdite vaganti o in eccesso (perdite non contabilizzate che si verificano in un motore carico). I materiali superiori, l'ottimizzazione del design e gli approcci di progettazione orientati all'applicazione possono portare a un'efficienza fino al 99%.

L’efficienza energetica è uno dei modi più convenienti per ridurre le emissioni di CO2 legate all’energia e compensare la crescita della domanda di energia attraverso i risparmi derivanti dagli incrementi di efficienza. Un rapporto dell’IEA (Agenzia internazionale per l’energia) del 2022 sull’efficienza energetica ha rilevato che le misure di risparmio energetico accumulate attraverso l’efficienza hanno mantenuto stabile la domanda di energia di molti paesi sviluppati nonostante le forti attività economiche negli ultimi decenni.2

Poiché il settore elettrico emette un terzo della CO2 globale correlata all’energia, l’efficienza energetica svolgerà un ruolo significativo nel raggiungimento dello zero netto.3

I benefici degli standard minimi di prestazione energetica (MEPS) nei motori elettrici sono stati realizzati nel 2008, il che ha portato all’approvazione della norma IEC 60034-30 (Comitato Elettrotecnico Internazionale) per armonizzare le classi di efficienza dei motori elettrici a livello globale.