Il tuo impianto lavora in maniera efficiente? Le tue macchine utilizzano bene l’energia elettrica? Come si misura la corrente in modo adeguato? Come controllare il consumo di energia elettrica?
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Consumo di corrente: soluzioni mirate per ridurre i consumi di energia
A causa degli elevati costi energetici e il loro continuo aumento, molti utilizzatori cercano di diminuire il proprio consumo di energia. Gran parte degli utilizzatori non ha mai provveduto ad analizzare il consumo energetico mensile, verificare l’assorbimento dei carichi o analizzare le fatture del fornitore elettrico. E fin quando non si comprende in che modo si sta utilizzando l’energia, è difficile trovare soluzioni mirate su come ridurre i consumi di corrente.
Sistema trifase bilanciato e in fase
Tensione e corrente sono quindi rappresentabili da sinusoidi nel tempo, l’ampiezza della tensione è normalmente fissata dal produttore o fornitore dell’energia, rappresenta quindi il parametro di riferimento. L’ampiezza della corrente dipende invece dalla richiesta istantanea dell’utilizzatore, questo valore e la relazione con la sinusoide di tensione concorrono alla determinazione del consumo energetico e quindi del numero in bolletta. La moltiplicazione tra tensione e corrente determina la potenza.
Misurare l'energia elettrica: componenti principali dell'energia
Misure dell'energia elettrica: Fattore di potenza, potenza relativa e armoniche
Se non si è già effettuata prima una misura dell’energia, è necessario dedicare del tempo per comprendere come questa differisca dalla semplice misura di tensione o corrente. Quando si parla di “energia” fornita dal gestore, si parla di due fattori primari: potenza e assorbimento.
La potenza attiva è generalmente misurata in Watt, che indicano la quantità di energia erogata in un secondo. In Wattora si esprime l’energia totale utilizzata in determinati periodi di tempo, ad esempio in un mese, come documentato dai nostri gestori elettrici per l’uso dell’energia. In Wattora si misura il lavoro effettivo, quale il riscaldamento o il raffreddamento degli edifici, lo spostamento degli oggetti o liquidi, ecc….
Il carico medio (kVA) misura l’energia totale richiesta dal cliente al gestore per l’erogazione di tensione e corrente, indipendentemente dall’efficienza di tale erogazione o dal lavoro effettivo.
A questo punto cominciamo le misure. Utilizzare un normale multimetro digitale ed una pinza di corrente per misurare la tensione e la corrente, quindi moltiplicare i due valori per ottenere il carico medio: kVA.
Questa misura è valida per un circuito monofase dove il carico rimane stabile durante l’intervallo di tempo delle due misure. Per un carico reale, occorre tener conto di qualche altro elemento.
Fattore di potenza. Se il circuito sta lavorando al 100% dell’efficienza (cosa che si verifica raramente), anche il carico medio sarà una misura di potenza. In realtà, la potenza (kW) è in genere inferiore al carico medio (kVA). La differenza, kW/kVA, è denominata fattore di potenza (PF). Spesso i gestori prevedono una penale se il PF scende sotto lo 0,95. Alcuni prevedono un valore persino superiore. Da ricordare: un basso fattore di potenza è negativo, un alto fattore di potenza è positivo.
Il tipico impianto industriale o commerciale utilizza la distribuzione dell’energia trifase in diversi modi: per il riscaldamento, per azionare i motori trifase e gli azionamenti del motore o per gestire carichi monofase quali i computer e l’illuminazione. Le tre fasi rendono più difficile misurare la potenza o il consumo di energia, in particolare se si pensa di utilizzare la maggiore efficienza per ridurre il consumo energetico.
La potenza relativa: il VAR (Volt-Ampere Reattivi) è uno strano tipo di flusso di corrente che non produce lavoro, ma che è comunque presente nel sistema di distribuzione elettrica. Fa parte della differenza tra potenza e carico medio e contribuisce di conseguenza a diminuire il fattore di potenza. È in genere causato dall’induttanza dei motori ed è maggiore se i motori in questione non vengono caricati al valore nominale. Un motore a velocità costante che aziona una ventola a passo variabile, costituisce un esempio quando gli attuatori meccanici vengono impiegati per regolare il flusso d’aria, diminuendo l’efficienza dell’impianto. Ciò riduce inoltre il carico sul motore di azionamento ed incrementa la potenza elettrica relativa.
Le correnti armoniche indotte nel sistema di alimentazione sono prodotte dai carichi di raddrizzatori di ingresso di azionamenti di motori a velocità variabile, computer, e dispositivi elettronici analoghi. Anche le armoniche riducono il fattore di potenza
Come misurare la potenza
Innanzitutto è necessario dotarsi di un adeguato strumento per la misurazione di energia elettrica e consumo di corrente, partendo dalla misurazione della potenza effettiva.
Per misurare la potenza effettiva, occorre un multimetro in grado di misurare simultaneamente la tensione, la corrente e tutti i fattori intermedi sopra menzionati per un periodo di tempo uguale a un secondo. Un multimetro digitale non può effettuare questa misura. La soluzione è un analizzatore di rete. A seconda della fabbricazione e del modello scelto, è possibile controllare configurazioni di misura monofase, bifase, trifase (a 3 o 4 fili) nonché misurare e registrare V, A, W, VA, VAR, PF ed armoniche. Alcuni dei modelli sono inoltre provvisti di funzioni di registrazione delle misure nel tempo in modo da poter redigere dettagliati report sulle misure dell’energia erogata dal gestore — kWh, kVAh e kVARh (vedere le figure 1 e 2). Il fatto positivo in questo caso è che tutti questi strumenti possono analizzare i fattori sopra descritti e rilevare in modo accurato il consumo quando l’energia viene utilizzata, in funzione delle misure istantanee di tensione e corrente nel tempo.
Temporizzazione, calcolo del consumo di corrente elettrica
Ecco l’ultimo problema. È possibile misurare l’energia come il lavoro che gli impianti elettrici forniscono ai rispettivi carichi, ma tale misura richiede tempo. Si può prevedere il consumo energetico osservando l’utilizzo dell’energia per un breve periodo di tempo. Con questa informazione è possibile fare proiezioni a lungo termine del consumo energetico servendosi di alcune semplici formule matematiche.
Esempio: una lampadina da 100 watt accesa per un’ora consuma 100 wattore. La stessa lampadina consumerà 100 x 24 x 365 = 864.000 wattore o 864 kWh in un anno.
Per i motori, gli azionamenti di motori a velocità variabile e i computer il calcolo è leggermente più complesso. Tuttavia, misurando il consumo di energia per un’ora e applicando alcune ipotesi ai risultati ottenuti, è possibile stimare il consumo per un mese o per un anno, ammesso che il tasso di utilizzo dell’energia rimanga invariata. L’altra opzione è eseguire uno studio di 30 giorni con un registratore di rete. Ciò produrrà i risultati illustrati nella figura 3 e una precisa conoscenza del consumo di energia elettrica nel tempo.
Misurare energia elettrica e misurare assorbimento elettrico: come iniziare
Pronti per la misura della potenza? Con l’analizzatore di rete, collegare i puntali di tensione e corrente alle fasi ed avviare il monitoraggio. Controllare la potenza (kW), l’assorbimento (kVA) e il fattore di potenza risultante. Un elevato fattore di potenza costituisce un risultato positivo. Quindi, controllare le utenze allacciate, i VAR e le armoniche. Se i valori sono entrambi bassi, allora l’alimentazione è assolutamente pura e il sistema funziona in modo relativamente efficiente. In termini di consumo energetico, kW e KVA sono i valori da confrontare nel tempo, quando si apportano modifiche all’impianto per ridurre i consumi.
