11/01/2018I vantaggi dell'utilizzo di riduttori di velocità sui consumi
A livello globale, il 30% dell'energia viene consumata in ambito industriale, soprattutto dai motori elettrici, che sono la causa di più di due terzi di questi consumi. I settori industriali più dispendiosi sono quello chimico e petrolchimico (33%), ferro e acciaio (17%), cemento (9%) e cellulosa e carta (5%). Se gli impianti industriali iniziassero ad adottare le tecnologie più virtuose disponibili potrebbero abbattere il 75% delle emissioni e limitare i consumi energetici, anche per conquistare un vantaggio economico non indifferente. L'efficienza è una delle caratteristiche più importanti degli impianti industriali, ed è necessario valutarla quando si acquistano le apparecchiature tecniche.
I riduttori di velocità sono meccanismi molto efficaci da questo punto di vista, infatti aiutano a gestire le potenze dei motori elettrici senza disperderla, aumentando l'energia di coppia e riducendo però la velocità di rotazione del motore (per approfondimenti vedi articolo Guida completa alle tipologie di riduttori più comuni), incanalando l'energia in modo vantaggioso. A seconda della tipologia di riduttore si possono avere percentuali più o meno alte di risparmio energetico. La tecnologia e gli studi legati ai riduttori di velocità rendono perciò gran parte dei riduttori di velocità ecosostenibili.
Ovviamente, altri fattori influiscono sulle percentuali di efficienza, quali i metodi di produzione del riduttore e il lubrificante utilizzato, che possono limitare i consumi energetici in modo significativo. Spesso queste tecnologie incorporano più di un set di ingranaggi per migliorare il rapporto di riduzione desiderato, e in questi casi l'efficienza è il prodotto delle efficienze di ogni set.
Rapporto tra manutenzione delle guarnizioni e consumi
Le tecnologie utilizzate per la creazione dei cuscinetti hanno l'obiettivo di mantenere il lubrificante o prevenire l'ingresso di corpi estranei nei meccanismi, nella maggior parte dei casi, svolgendo queste funzioni contribuiscono alla creazione di attrito ed alla perdite di efficienza. Sono una componente comune a tutti i riduttori di velocità, si tratta di dispositivi che consentono un movimento fluido di due componenti, assorbendo i carichi esterni e raccogliendo la forza generata dagli ingranaggi interni. Però, se questi congegni sono studiati e realizzati con attenzione, possono contribuire a limitare l'attrito e produrre un risparmio energetico.
Sigilli e mantenimento della lubrificazione
Si tratta di unità che si trovano sia sull'albero di input che di output del riduttore, e servono a mantenere il lubrificante all'interno del riduttore, bloccando l'accesso a sporco e acqua. Esistono innumerevoli varietà di guarnizioni che svolgono questa funzione, in base all'utilizzo del macchinario e dell'impianto in cui va a posizionarsi. Il labbro della guarnizione viene lentamente usurato dal processo di funzionamento, e in alcuni casi viene applicata una tecnologia a molla, incorporata nei paraolii, per mantenere la pressione, a cui può aggiungersi un secondo labbro di tenuta che garantisce l'incontaminazione del sistema e la perdita di lubrificazione
Questi sistemi, mantenendo la tenuta, producono una perdita dell'energia per fattori di attrito, che varia al variare della velocità dell'albero, al suo diametro, e la rugosità della superficie a cui sono applicati, fino ad arrivare a una perdita superiore ai 100 watt.
La lubrificazione come metodo per limitare i consumi
L'utilizzo del lubrificante corretto è fondamentale per ottenere il maggior risparmio energetico possibile del riduttore (per approfondimento vedi articolo Come gestire la lubrificazione dei riduttori), sia per quanto riguarda la manutenzione delle parti in metallo, sia per il mantenimento di temperature costanti. Infatti, il lubrificante dissipa il calore che si sviluppa durante il funzionamento dell'unità. La composizione del lubrificante è importante nel rapporto di consumo, infatti, anche intuitivamente si può comprendere che un riduttore lubrificato con grasso è meno efficiente di un riduttore lubrificato con olio, in quanto la densità del grasso rende più dispendioso il movimento degli ingranaggi, come sarebbe più faticoso nuotare nello sciroppo rispetto all'acqua.
Un altro aspetto da tenere in considerazione è la windage loss, cioè l'attrito che si crea quando una quantità di lubrificante aderisce all'ingranaggio, che ruotando lo sparge all'interno del meccanismo, creando una "nebbia" di lubrificazione attraverso la quale deve muoversi il meccanismo, con una potenza maggiore di quanto non dovrebbe fare nel caso in cui questo non si verificasse. Sono stati condotti diversi test di efficienza sulle tipologie di lubrificante, il più indicativo ha considerato le differenze di efficienza tra un grasso morbido (consistenza simile al burro d'arachidi) e un grasso semifluido. Il primo ha rivelato possedere un'efficienza del 90,9%, mentre il secondo del 92,1%
Analisi necessarie prima della scelta del riduttore ideale
Il principale fattore che determina l'efficienza di un riduttore di velocità è l'interazione tra i suoi ingranaggi, ma molte altre variabili influenzano i suoi consumi. Le caratteristiche da considerare quando si valuta uno strumento per la sua efficienza sono principalmente queste:
- L'utilizzo di ingranaggi di alta qualità
- Le raccomandazioni del produttore sulla corretta tipologia di lubrificante
- La frequenza con cui è necessario cambiare il lubrificante
- La tecnologia con cui il riduttore viene collegato al motore albero
- La rifinitura superficiale dei denti degli ingranaggi
- Le guarnizioni a basso attrito
- I cuscinetti
- La dimensione dell'unità
- L'adattabilità del riduttore all'impianto e all'alimentazione dell'applicazione
Trascurare quest'ultima caratteristica può portare a due diverse situazione di consumo: se la potenza del riduttore supera la potenza del motore, gran parte dell'energia sarà usata per vincere le perdite di energia costanti, lasciando poca energia per le funzioni volute. In alternativa, un riduttore con poca potenza rispetto a quella del motore rischia di andare incontro a guasti e arresti a causa del sovraccarico continuo di cui sarebbe vittima, anche se l'efficienza rimarrebbe elevata.
La scelta del riduttore più adatto porta a grandi vantaggi sia in termini di consumi ridotti che in termini di produttività. Inoltre, la qualità del riduttore e il suo rendimento elevanto possono migliorare le performance dell'intero impianto.
