Per installare un compressore, è necessario comprendere in che modo ciascun componente influisce sugli altri e quali standard e normative si applicano. Di seguito viene riportata una panoramica degli elementi da prendere in considerazione per garantire la corretta installazione dell'impianto elettrico.
La scelta del motore giusto per un compressore è essenziale per garantire il funzionamento dell'impianto alla massima efficienza ed efficacia.
Ciò riduce al minimo il rischio di guasti meccanici ed evita costose riparazioni e tempi di fermo macchina. Più la durata e il funzionamento del motore sono lunghi, maggiore sarà il risparmio.
Per quanto riguarda il funzionamento dei compressori d'aria, si utilizzano per lo più motori trifase a induzione a gabbia di scoiattolo. I motori a bassa tensione sono ideali per potenze fino a 450-500 kW, mentre per potenze superiori sono più adatti i motori ad alta tensione.
Il motore è solitamente raffreddato mediante una ventola e viene selezionato per funzionare a temperature fino a 40 °C e altitudini non superiori a 1000 m. Alcuni produttori offrono motori di serie in grado di funzionare a una temperatura ambiente massima di 46 °C. In caso di dimensionamento degli impianti di compressione ad altitudini superiori o temperature più elevate, è necessario ridurre il valore nominale della potenza.
Il motore è solitamente montato su flangia e collegato direttamente al compressore. La velocità viene adattata al tipo di compressore, ma in pratica si utilizzano solo motori a 2 o 4 poli con le rispettive velocità di 3.000 giri/min. Viene determinata anche la potenza nominale del motore (a 1.500 giri/min).
L'utilizzo di un motore sovradimensionato può comportare
costi più elevati,
corrente di avviamento inutilmente elevata,
fusibili più grandi,
basso fattore di potenza,
livelli di efficienza ridotti.
D'altra parte, l'utilizzo di un motore sottodimensionato per l'impianto può comportare
Regolare la potenza del motore in base ai requisiti del compressore consente di evitare potenziali problemi e garantisce il buon funzionamento del motore. Ciò è utile sia per il motore sia per il compressore, poiché favorisce una maggiore durata e un funzionamento più efficiente.
La classe di protezione del motore è una misura della capacità di un motore di resistere a polvere e acqua ed è disciplinata da opportune norme.
È importante sottolineare che i motori aperti non sono adatti per l'uso con i compressori, perché non forniscono un'adeguata protezione da polvere e acqua. Ad esempio, un motore IP23 è in grado di resistere solo agli schizzi d'acqua o alla nebbia fine, ma non all'immersione completa nei liquidi.
Le configurazioni resistenti alla polvere e ai getti d'acqua (IP55) sono da preferire ai motori aperti (IP23), che possono richiedere attività regolari di smontaggio e pulizia.
In altri casi, i depositi di polvere all'interno della macchina finiscono per causare surriscaldamenti e, di conseguenza, una riduzione della vita utile. Poiché il contenitore del gruppo compressore garantisce anche la protezione da polvere e acqua, è possibile utilizzare una classe di protezione inferiore a IP55.
Quando si seleziona un motore, è importante tenere conto anche del metodo di avviamento. In caso di avviamento stella-triangolo, il motore viene avviato con una corrente pari ad appena un terzo della sua normale coppia di spunto. Un confronto tra le curve di coppia del motore e del compressore può pertanto risultare utile per garantire il corretto avviamento del compressore.
I metodi di avviamento più comuni sono: avviamento diretto, avviamento stella-triangolo e avviamento progressivo.
L'avviamento diretto è semplice, ma prevede una corrente e una coppia di avviamento elevate, che possono provocare danni al motore.
L'avviamento stella-triangolo limita la corrente di avviamento ed è costituito da tre contattori, una protezione dai sovraccarichi e un temporizzatore, che consente al motore di passare dal collegamento a stella al collegamento a triangolo.
L'avviamento progressivo è un metodo di avviamento graduale che utilizza interruttori a semiconduttori per limitare la corrente di avviamento.
L'avviamento diretto è semplice e richiede solo un contattore e una protezione dai sovraccarichi. Tuttavia, presenta un duplice svantaggio: corrente di avviamento elevata, pari a 6-10 volte quella nominale del motore, e coppia di avviamento elevata, potenzialmente in grado di danneggiare alberi e raccordi.
L'avviamento stella-triangolo viene utilizzato per limitare la corrente di avviamento. Il motorino di avviamento è costituito da tre contattori, una protezione dai sovraccarichi e un temporizzatore.
Il motore viene avviato con il collegamento a stella e dopo un tempo prestabilito (quando la velocità ha raggiunto il 90% del valore nominale) il temporizzatore commuta i contattori in modo che il motore sia collegato nella configurazione a triangolo, vale a dire in modalità operativa.
L'avviamento stella-triangolo riduce la corrente di avviamento a circa 1/3 rispetto all'avviamento diretto. Anche la coppia di avviamento, tuttavia, si riduce contestualmente a 1/3.
La coppia di avviamento relativamente bassa richiede un carico del motore basso durante la fase di avviamento, che consente al motore di raggiungere virtualmente la velocità nominale prima di passare al collegamento a triangolo.
Se la velocità è troppo bassa, il passaggio al collegamento a triangolo genera un picco di corrente/coppia di ampiezza paragonabile a quello dell'avviamento diretto.
L'avviamento progressivo (o graduale), possibile alternativa al metodo di avviamento stella-triangolo, utilizza un motorino di avviamento costituito da semiconduttori (interruttori di potenza di tipo IGBT) invece dei contattori meccanici. L'avviamento è graduale e la corrente di avviamento è limitata a circa il triplo di quella nominale.
Nella maggior parte dei casi, i motorini necessari per l'avviamento diretto e per l'avviamento stella-triangolo sono integrati nei compressori.
Negli impianti con un compressore di grandi dimensioni, le unità possono essere collocate separatamente nel quadro di comando a causa di:
(Ulteriori informazioni su come creare condizioni di lavoro ottimali nella sala compressori).
Si noti che, in genere, un motorino per l'avviamento progressivo viene collocato in posizione separata, accanto al compressore, a causa dell'irraggiamento termico, ma può essere integrato nel gruppo compressore a condizione che sia garantita la presenza di un sistema di raffreddamento. Le attrezzature di avviamento dei compressori ad alta tensione si trovano sempre in un armadio elettrico separato.
Scopri i principi chiave dei motori elettrici.
Nella maggior parte dei casi, non è necessario collegare ai compressori una tensione di controllo separata, in quanto essi dispongono di un trasformatore di controllo integrato. Il lato primario del trasformatore è collegato all'alimentazione elettrica del compressore. Questa configurazione assicura un funzionamento più affidabile.
In caso di problemi di alimentazione elettrica, il compressore viene arrestato immediatamente e ne viene impedito il riavvio. È opportuno utilizzare questa funzione, con un'unica tensione di controllo fornita internamente, nelle situazioni in cui il motorino di avviamento si trova a una certa distanza dal compressore.
Secondo quanto previsto dalla normativa, i cavi devono "essere dimensionati in modo da non raggiungere temperature eccessive durante il funzionamento normale e non devono subire danni termici o meccanici dovuti a un cortocircuito elettrico".
Per la scelta dei cavi giusti per un lavoro, è necessario prendere in considerazione:
È possibile utilizzare dei fusibili per proteggere i cavi da cortocircuiti e sovraccarichi.
Per l'utilizzo dei motori, sono necessari due tipi di protezione. La protezione dai cortocircuiti (ad esempio, mediante fusibili) viene utilizzata per evitare pericolosi cortocircuiti elettrici. La protezione dai sovraccarichi (solitamente integrata nel motorino di avviamento) si attiva e isola il motorino di avviamento se la corrente supera un determinato livello, proteggendo il motore e i cavi.
La protezione dai cortocircuiti protegge il motorino di avviamento, la protezione dai sovraccarichi e i cavi. Per scegliere le dimensioni corrette dei cavi, consulta la norma IEC 60364-5-52.
Un altro fattore importante da prendere in considerazione è la "condizione di intervento", in base alla quale l'impianto deve essere progettato per interrompersi in modo rapido e sicuro in caso di cortocircuito. Per assicurarsi che tale condizione sia soddisfatta, è necessario valutare la lunghezza del cavo, la sua sezione trasversale e la protezione dai cortocircuiti.
La protezione dai cortocircuiti è situata a une delle estremità dei cavi e può includere fusibili o un interruttore automatico. Entrambe le soluzioni offrono il livello di protezione appropriato, a condizione che la soluzione selezionata sia correttamente associata al sistema.
I fusibili sono più adatti per correnti di cortocircuito elevate, ma non creano una separazione totalmente isolante e hanno lunghi tempi di intervento in caso di piccoli guasti. Gli interruttori automatici creano rapidamente una separazione totalmente isolante, anche in caso di guasti minori, ma richiedono una maggiore pianificazione. Il dimensionamento della protezione dai cortocircuiti dipende dal carico previsto e dalle limitazioni dell'unità di avviamento.
Per la protezione dai cortocircuiti del motorino di avviamento, consulta lo standard IEC (International Electrotechnical Commission) 60947-4-1 Tipo 1 e Tipo 2.
La scelta tra Tipo 1 o Tipo 2 dipende dal modo in cui un eventuale cortocircuito influisce sul motorino di avviamento.
Tipo 1: "…in condizioni di cortocircuito, il contattore o il motorino di avviamento non dovranno causare alcun pericolo per le persone o l'impianto e potranno non essere idonei per l'ulteriore utilizzo senza la riparazione e la sostituzione dei componenti".
Tipo 2: "…in condizioni di cortocircuito, il contattore o il motorino di avviamento non dovranno causare alcun pericolo per le persone o l'impianto e dovranno essere idonei per l'ulteriore utilizzo. Viene riconosciuto il rischio di una lieve saldatura dei contattori e, in tal caso, il fabbricante dovrà indicare le misure di manutenzione…"
I motori elettrici assorbono sia potenza attiva (che viene convertita in lavoro meccanico) sia potenza reattiva (che magnetizza il motore). La potenza reattiva esercita un carico sui cavi e sul trasformatore. Il fattore di potenza, cos φ, determina la relazione tra le due potenze ed è solitamente compreso tra 0,7 e 0,9, con motori più piccoli che hanno un valore inferiore.
È possibile aumentare il fattore di potenza fino quasi a 1 generando potenza reattiva direttamente dalla macchina tramite un condensatore. Tale accorgimento riduce la necessità di assorbire la potenza reattiva dalla rete elettrica e consente di evitare addebiti aggiuntivi da parte del fornitore di energia per il consumo della potenza reattiva oltre un livello prestabilito. Inoltre, contribuisce a ridurre il carico dei trasformatori e dei cavi utilizzati in modo intensivo.
Tenendo conto di questi fattori, è possibile creare un impianto elettrico che funzioni correttamente, in grado di ottimizzare le prestazioni e la durata del compressore.
L'utilizzo di un motore troppo grande per un compressore d'aria può comportare vari inconvenienti: costi più elevati, aumento della corrente di avviamento, necessità di fusibili più grandi, fattore di potenza inferiore e livelli di efficienza ridotti.
Se un motore è sottodimensionato per l'impianto, potrebbe sovraccaricarsi e subire guasti.
Se non sai ancora qual è il compressore giusto per te, ecco alcuni consigli utili sucome scegliere un compressore d'aria.
Scopri di seguito ulteriori informazioni sul processo di installazione dei sistemi di compressione.
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