Implementarea unui concept de „Putere la cerere”, bazat pe variatoare de turație, permite reducerea consumului de energie în cazul oricărei aplicații care implică pompe sau sisteme hidraulice. Când se utilizează în combinație cu un sistem inteligent de cablare și de comunicare, datele relevante ale utilajului pot fi cu ușurință înregistrate – fundamentul unei gestionări complete a consumului de energie.
Prin utilizarea eficientă a energiei se economisesc atât fondurile societăților, cât și resursele; în plus, se combat schimbările climatice. Pompele reprezintă un important punct de plecare în îmbunătățirea eficienței energetice, numărându-se printre cei mai mari consumatori industriali de electricitate. În medie, aproximativ 45% din costurile totale aferente duratei de viață a unei pompe reprezintă costurile privind energia.
Costuri reduse sau calitate superioară
Aceasta înseamnă că pompele prezintă încă un mare potențial în ceea ce privește economia de energie, în special în cazul aplicațiilor de pompe și motoare bazate pe tehnologia hidraulică. Cu toate acestea, majoritatea covârșitoare a aplicațiilor utilizate actualmente sunt acționate de motoare și pompe care funcționează la turație constantă.
Să ne gândim de pildă la unitățile de putere hidraulice, care în zilele noastre sunt construite de regulă din motoare asincrone necostisitoare, demaroare pentru motor și pompe cu piston plonjor fixe, care necesită investiții relativ mici. Totuși, ele consumă o cantitate mare de energie; iar aceasta deoarece, în general, unitatea de putere hidraulică este concepută pentru a suporta presiunea maximă și debitul volumetric necesar. Energia se irosește întrucât furnizează această putere de ieșire maximă, chiar dacă nu este necesară. În plus, întrucât fluxul de căldură care pătrunde în lichidul hidraulic prin pompa care funcționează în permanență este ridicat, este necesară o capacitate de răcire suplimentară.
Pentru a spori randamentul energetic al unui astfel de sistem, metoda fundamentală constă în acționarea pompei principale a utilajului la turație variabilă. Astfel, sistemul primește numai puterea solicitată ori de câte ori este nevoie.
Fiind o soluție de calitate superioară, acest lucru se poate realiza cu o acționare directă în patru cadrane – o acționare prin servomotor controlează turația pompei și, implicit, presiunea și debitul volumetric. În acest caz, uleiul trebuie doar să fie răcit în mod activ, într-o măsură limitată.
În general, o astfel de unitate consumă mult mai puțină energie decât un sistem cu presiune constantă. Însă, o acționare directă poate alimenta doar un singur proces. Dacă este necesară putere hidraulică pentru mai multe procese, va fi nevoie de un număr echivalent de unități de putere. Acționarea directă în patru cadrane cu servomotoare este, prin urmare, o soluție care ar trebui să ocupe un loc de frunte în ce privește investiția necesară.
Soluție rentabilă și eficientă sub aspect energetic cu controlul turației
Eaton furnizează o alternativă mai rentabilă. Ca parte a soluției, un demaror cu turație variabilă sau un variator de frecvență preia controlul asupra turației pompei – variatorul de frecvență permite gestionarea de funcționalități mai complexe, în timp ce demarorul cu turație variabilă este mai rentabil și mai ușor de pus în funcțiune.
Un motor asincron convențional este utilizat ca acționare, în timp ce motoare cu clase de eficiență IE2 – IE4 pot fi utilizate în funcție de ciclurile de funcționare și de timpii de rulare. O creștere suplimentară a randamentului energetic se poate obține prin utilizarea de motoare cu magnet permanent, dar și acest lucru presupune costuri de investiție mai mari.
Unitatea de comandă a motorului primește date de la un senzor cu privire la presiunea din sistemul hidraulic și, pe baza acestora, reglează turația motorului în funcție de cerința privind debitul volumetric al dispozitivelor hidraulice consumatoare de energie. Acest concept de „Putere la cerere” poate, de asemenea, să stea la baza mai multor procese paralele cu cerințe similare privind debitul volumetric și presiunea, controlând diferite dispozitive de acționare prin supape de control al direcției, supape proporționale sau servovalve. În același timp, utilizatorii acestei configurări vor beneficia de o durată de viață extinsă a utilajului datorită nivelurilor scăzute de generare de căldură, de o siguranță sporită a operatorului, de un design compact și de un confort sporit prin reducerea zgomotului pompei.
Economii de energie de peste 50%
Cu un model de utilaj care a fost dezvoltat în comun cu ATP Hydraulik, partenerul său la această soluție, Eaton a reușit să ilustreze randamentul energetic al acestui concept de acționare. Trei unități hidraulice au fost acționate în paralel – un sistem a fost soluția de bază, care controlează motorul și pompa la o turație constantă, al doilea a fost soluția servo care utilizează servocontrolerul și, al treilea, a fost un demaror cu turație variabilă care controlează pompa principală în funcție de puterea solicitată. Prin urmare, acest model de utilaj permite efectuarea unei comparații directe a unităților în ce privește dinamica, consumul de energie și costul total de proprietate. Avantajele unității de putere hidraulice cu viteză variabilă au fost evidente. Pe baza acestei soluții fundamentale, s-a putut demonstra că acest concept de „Putere la cerere” a însemnat o economie de energie de circa 60%.
De asemenea, Eaton a confirmat în practică acest potențial de economisire ca parte a măsurii de modernizare a unei mașini de injecție de 50 t, vechi de 20 de ani. Până în prezent, unitatea hidraulică a fost acționată în permanență cu un motor asincron convențional de 15 kW. Debitul pompei este controlat mecanic; chiar și în cazul unui debit scăzut, motorul acționează pompa la o turație constantă de 1 500 de rotații, consumând astfel cantități însemnate de energie. Această acționare a fost îmbunătățită utilizându-se un variator de frecvență (Eaton PowerXL DA1), un motor cu magnet permanent și o pompă cu piston axial (pompa cu piston Eaton 425). Făcând controlul motorului dependent de sarcină și furnizându-i numai puterea pe care o solicită procesul, consumul de energie poate fi redus de la 5,6 kWh la 2,8 kWh – adică cu circa 50%. Presupunând că utilajul funcționează în două schimburi de opt ore, 300 de zile pe an, reducerea consumului de energie pe an echivalează pentru fiecare utilaj cu 2 016 euro.
Perioada de recuperare a investițiilor (ROI) în acest caz este de 2,2 ani.
Autor: Marco Bison, Director de tehnologii mecatronice, Eaton.