Guida alla Scelta del Motore Elettrico CA: Dimensioni e Potenza

Recatevi su qualsiasi blog sui motori a corrente alternata (AC) e troverete discussioni sui motori CA senza però menzionare l'utilizzo più importante di questi motori. Qui non ci concentreremo sui motori in sé, bensì sull'uso dei motori nei sistemi di condizionamento dell'aria. Questi motori costituiscono il cuore del sistema di condizionamento. Il meglio è che sono disponibili nella dimensione e nella potenza ottimali necessarie per mantenere un consumo energetico efficiente e una lunga durata della macchina. Ricordate che tutte le unità funzionano seguendo gli stessi principi. Se i motori elettrici non sono compatibili con le unità o sono mal adattati, ciò può causare un aumento della spesa energetica, una maggiore frequenza di guasti dell'unità e, cosa ancora più grave, il surriscaldamento.

Questo è precisamente l'argomento trattato in questa guida. Esploreremo in dettaglio le componenti relative alle dimensioni e alla potenza per determinare la soluzione migliore per le tue esigenze di condizionamento. Per la maggior parte delle persone alla ricerca di condizionatori d'aria o sistemi di aria condizionata, non è necessario dedicare tempo a comprendere approfonditamente i motori a ingranaggi, ma una persona su dieci potrebbe essere molto attenta al consumo energetico e cercare questi dettagli.

Inizialmente, quando si scelgono motori CA, è importante identificare a quale sistema CA saranno destinati. Ogni sistema CA ha motori che svolgono compiti specifici. Alcuni motori azionano ventilatori di mandata per la circolazione dell'aria, ventilatori del condensatore per la dissipazione del calore, azionano le serrande per il controllo del flusso d'aria o i motori del compressore in alcuni modelli. Ciascuno di questi presenta requisiti specifici; i ventilatori di mandata richiedono coppia e velocità costanti, mentre i ventilatori del condensatore devono operare in condizioni estreme di temperatura esterna. Devono inoltre essere considerate le condizioni operative: i motori interni sono meno esposti alle intemperie, mentre i motori esterni devono resistere a umidità, polvere e temperature estreme. Conoscere questi dettagli semplifica la definizione dei requisiti di potenza e dimensionali necessari.

La coppia è la quantità di forza rotante che il motore deve produrre per far girare l'unità di condizionamento ed è uno degli aspetti più critici per la scelta delle dimensioni. Un motore si bloccherà se non vi è sufficiente coppia, viceversa, una coppia eccessiva si tradurrà in spreco di energia. Per calcolare la coppia, è necessario conoscere la forza del carico, ovvero la forza opposta del componente (nel caso di un ventilatore, la resistenza aerodinamica), e il raggio dell'albero del motore su cui viene applicato il carico. Coppia = Forza del Carico × Raggio dell'Albero. Ad esempio, se la ventola ha un raggio dell'albero di 2 pollici e una forza del carico di 10 libbre, allora la coppia è pari a 20 libbre-pollice (lb-in). Componenti più avanzati, come le valvole di regolazione, dovranno essere studiati tramite la scheda tecnica del componente per conoscere la coppia consigliata.

La potenza si esprime in watt (W) o cavalli vapore (CV) e indica quanta energia il motore deve utilizzare per generare una determinata coppia a una velocità definita. La relazione tra potenza, coppia e velocità (giri/min) è quella che conta. La potenza della lama in watt per un motore può essere calcolata utilizzando la seguente formula: Potenza lama (W) = (Coppia (N·m) x Velocità (RPM) x π) ÷ 60. Scherzi a parte, nell'unità di misura imperiale, 1 CV equivale a 746 W. Ad esempio, un motore che deve erogare 1500 giri/min con una coppia di 10 N·m richiede circa 2,1 CV o 1570 W di potenza. Questi calcoli si applicano ai motori rotativi in linea. Nessuno vuole farsi cogliere impreparato da imprevisti. Per questo motivo, è utile prevedere un margine di potenza aggiuntivo del 10-15% per far fronte ad aumenti inattesi del carico, come picchi temporanei di resistenza o polvere sulle pale del ventilatore.

La dimensione del motore indica le dimensioni fisiche del motore, come lunghezza e diametro, nonché la dimensione dell'albero del motore, oltre alle relative caratteristiche elettriche, come il numero del telaio, che segue gli standard del settore, ad esempio NEMA in Nord America e IEC nel resto del mondo, ecc. Come detto in precedenza, le dimensioni fisiche devono conformarsi allo spazio disponibile nell'unità di climatizzazione. Le dimensioni proposte del motore, così come il diametro dell'albero, devono essere verificate utilizzando le specifiche di progettazione del sistema di climatizzazione. Queste sono le dimensioni entro cui il sistema richiede che rientrino il diametro dell'albero e le dimensioni del motore. Anche l'uso di motori sovradimensionati è problematico. Il numero del telaio, ad esempio NEMA 56, IEC 112, è compatibile con staffe di montaggio e giunti. Cioè, un motore con telaio NEMA 56 è dotato di una determinata altezza dell'albero e schema dei bulloni che rappresentano lo standard per innumerevoli ventilatori di climatizzatori residenziali. Se lo spazio tra i fori non viene controllato, eventuali deformazioni del telaio e difetti di spaziatura potrebbero presumibilmente causare instabilità.

L'utilizzo di un motore CA nei motoriduttori serve ad arricchire il motore di un riduttore al fine di modificare la velocità e la coppia del motore. Utilizzando il rapporto di riduzione per scalare la velocità in ingresso a quella in uscita, si può determinare la riduzione totale della velocità di un dato motore e l'amplificazione della coppia. Se il rapporto di riduzione è di 10 a 1, la velocità in uscita sarà di 180 RPM con una coppia moltiplicata per 10, il tutto mentre il motore funziona a 1800 RPM. Un rapporto con un valore maggiore produrrà velocità in uscita più basse, quindi una coppia maggiore, risultando ideale per applicazioni con carichi pesanti, come grandi ventilatori condensatori. Al contrario, un rapporto di valore minore sarà ideale per applicazioni che richiedono alta velocità e bassa coppia, ad esempio piccoli ventilatori soffianti. Tutto ciò spiega perché il rapporto di riduzione deve essere abbinato alla velocità necessaria per un dato componente. Per dissipare qualsiasi dubbio, si può consultare la scheda tecnica del componente CA e utilizzare i regimi di funzionamento raccomandati per individuare il valore ottimale suggerito.

I costi operativi per i motori a corrente alternata (AC) sono classificati in base ai loro standard: i motori di base rientrano nella categoria E, mentre i motori di qualità superiore sono suddivisi secondo gli standard IE1, IE2, IE3 e IE4, raggiungendo rispettivamente livelli di efficienza 1 standard, 2 alto, 3 premium e 4 super premium. I motori conformi allo standard IE3 sono in grado di consumare il 10% in meno rispetto a quelli che rispettano lo standard inferiore IE1, permettendo un maggiore risparmio energetico per ottenere prestazioni superiori. I motori ad alta efficienza sono più convenienti nel lungo termine, poiché il costo iniziale viene recuperato grazie ai sistemi AC, in particolare quando utilizzati in ambito commerciale. Le normative vigenti nei vari paesi stabiliscono l'utilizzo di motori certificati da sistemi ENERGY e da altri gruppi per il risparmio energetico.

L'alimentazione elettrica del sistema CA deve essere compatibile con il sistema del motore stesso. Pertanto, verificare che la tensione del motore (110, 220, 380) e la fase richiesta (residenziale è monofase e commerciale è trifase) corrispondano all'alimentazione disponibile. L'utilizzo di un motore elettrico con tensione errata, in caso contrario, danneggerà istantaneamente il motore o ridurrà le prestazioni. I fattori di affidabilità di un motore includono la classe di isolamento (B, F, H) e la classe del motore che determina la capacità dello stesso di sopportare il calore. La classe F di isolamento è la più utilizzata per applicazioni CA, con una soglia massima di 155°C. Inoltre, esiste la garanzia del motore che riflette la reputazione: garanzie più lunghe (due a cinque anni) e un migliore supporto post-vendita riducono il rischio di guasti imprevisti offerto da marchi affidabili.

Come sempre, esaminare le specifiche del produttore, bilanciare il carico dell'equipaggiamento azionato e verificare le caratteristiche di controllo della velocità del motore. I sistemi che forniscono una potenza eccessiva rispetto ai processi e ai sistemi conformi richiedono un'attenta regolazione della pressione idraulica o pneumatica in abbinamento al meccanismo toroidale. Le informazioni sui prezzi e sui tempi di consegna del produttore nel settore Assemblaggio e Disposizione dei motori sono utili per selezionare un motore con elevata disponibilità. In una configurazione in cui il motore debba essere integrato con generatori asincroni a doppia alimentazione, si consiglia di richiedere l'assistenza di esperti per sincronizzarsi correttamente con l'equipaggiamento rotante.