Rapporto tra costi di manutenzione ed esercizio e prezzo d'acquisto di un motore elettrico: calcolo in base alle ore di funzionamento

Si pensi al motore da 22 kW che aziona il ventilatore di una torre di raffreddamento. Lavora estate e inverno e raggiunge senza difficoltà le 6000 ore all'anno. Nel magazzino dello stesso stabilimento c'è invece una pompa di trasferimento da 22 kW che entra in funzione poche volte alla settimana e lavora forse 1000 ore all'anno. Sulla carta i due motori sono identici: stessa potenza, stessa polarità, stesso prezzo. Ma i costi che generano per l'azienda nell'arco della loro vita non si somigliano affatto. La variabile che più di ogni altra determina il rapporto tra costi di manutenzione ed esercizio e prezzo d'acquisto è il numero di ore di funzionamento del motore.

Le tre voci del costo sul ciclo di vita

Il costo totale di un motore per l'azienda si articola in tre voci:

• Acquisizione: prezzo d'acquisto, trasporto, montaggio e messa in servizio.
• Energia: l'elettricità assorbita dalla rete per ogni ora di funzionamento del motore.
• Manutenzione e guasti: lubrificazione, sostituzione dei cuscinetti, misure di isolamento, all'occorrenza riparazione dell'avvolgimento e il fermo non programmato, che può essere la voce più costosa.

Il rapporto tra queste voci non è fisso. Lo stesso motore, a seconda delle ore di funzionamento, del grado di carico e delle condizioni ambientali, presenta un profilo di costo molto diverso. Per questo, anziché memorizzare una percentuale generica, è più corretto calcolare il rapporto per il proprio impianto.

Convertire il prezzo d'acquisto in kWh

Un modo pratico per vedere voci diverse nella stessa unità è dividere il prezzo d'acquisto del motore per la propria tariffa elettrica. Il numero risultante indica a quanti kWh di energia equivale il prezzo del motore. Anche se prezzi e tariffe cambiano, questo rapporto conserva a lungo il suo significato.

Per semplificare l'esposizione usiamo un valore ipotetico: supponiamo che il prezzo d'acquisto del motore da 22 kW, diviso per la tariffa, corrisponda a 20.000 kWh. Questo valore va ricalcolato in base alla propria offerta e alla propria tariffa; la logica dei calcoli seguenti non cambia.

Il lato energetico: calcolo di due scenari

La potenza assorbita dalla rete si ottiene dividendo la potenza all'albero per il rendimento. Supponiamo che il motore del ventilatore lavori all'80% del carico, cioè fornisca all'albero circa 17,6 kW. Il limite di rendimento di un motore IE3 da 22 kW a 4 poli è 93,0%; per semplicità usiamo questo valore. Il motore assorbe circa 18,9 kW.

• 6000 ore all'anno: circa 113.500 kWh. Il prezzo d'acquisto ipotetico di 20.000 kWh supera di poco il consumo energetico di due mesi di questo motore. In 15 anni di esercizio il consumo totale supera 1,7 milioni di kWh e il prezzo d'acquisto ne rappresenta solo una piccola percentuale.
• 1000 ore all'anno: circa 18.900 kWh. Qui il prezzo d'acquisto equivale a circa un anno di consumo energetico. In 15 anni il consumo totale si aggira sui 280.000 kWh; la quota del prezzo d'acquisto cresce sensibilmente.

Lo stesso motore, in uno scenario è una voce minore accanto alla bolletta energetica, nell'altro una parte significativa del totale. Il calcolo diventa ancora più preciso se si conosce il grado di carico reale. L'effetto del grado di carico sul rendimento è trattato a parte nell'articolo su a quale carico far lavorare il motore.

La scelta della classe di rendimento si basa su questo rapporto

Nello stesso esempio, scegliendo IE4 invece di IE3 il limite di rendimento sale al 94,5%. Il motore assorbe allora circa 18,6 kW; la differenza è di circa 0,3 kWh all'ora.

• Nel motore del ventilatore da 6000 ore la differenza annua è di circa 1800 kWh.
• Nel motore della pompa da 1000 ore la differenza annua è di circa 300 kWh.

Supponiamo, sempre in via ipotetica, che il sovrapprezzo di un IE4 rispetto a un IE3 corrisponda a 5000 kWh. Nel motore del ventilatore questo sovrapprezzo rientra in meno di tre anni. Nel motore della pompa, invece, il rientro supera i quindici anni e potrebbe non avvenire entro la vita del motore. La decisione non dipende dal fatto che una classe di rendimento sia buona o cattiva, ma dalle ore di funzionamento. Questo calcolo è sviluppato in dettaglio tra le classi IE nell'articolo sul calcolo dell'investimento IE3 o IE4.

La voce manutenzione: una quota piccola ma non trascurabile

In un motore in servizio continuo il costo della manutenzione programmata resta spesso modesto rispetto all'energia. Il contenuto di questa voce, però, determina la vita residua del motore:

• Lubrificazione e cuscinetti: i cuscinetti sono le parti soggette a usura del motore. All'aumentare delle ore di funzionamento si accorciano gli intervalli di lubrificazione e sostituzione.
• Controllo dell'isolamento: la misura periodica con megaohmmetro dà un preavviso prima che si verifichi un guasto all'avvolgimento.
• Monitoraggio della temperatura: i sensori PTC o PT100 rilevano il surriscaldamento prima che diventi un guasto.
• Pulizia: in ambienti polverosi, mantenere pulite le alette e il copriventola preserva il raffreddamento.

Quale controllo eseguire e con quale frequenza è elencato in dettaglio nel calendario di manutenzione periodica. Alla domanda se, quando l'avvolgimento brucia, convenga ripararlo o acquistare un motore nuovo abbiamo risposto nell'articolo riavvolgere il motore o acquistarne uno nuovo.

La voce che non entra nel calcolo: il fermo non programmato

Nella maggior parte dei calcoli del costo sul ciclo di vita, il rischio maggiore non compare come voce. Se il ventilatore della torre di raffreddamento si ferma in piena estate, produzione persa, prodotto deteriorato e costi di fornitura urgente possono superare, in un solo evento, il prezzo del motore stesso. Per questo, sui motori critici, due domande sono importanti: c'è a magazzino un motore equivalente da installare in caso di guasto, e si effettua un monitoraggio che segnali il guasto in anticipo? Tenere un motore di scorta per le linee critiche può essere considerato come un'assicurazione sul costo del ciclo di vita.

Come impostare il rapporto per il proprio impianto?

1. Determini le ore di funzionamento annue del motore e il grado di carico medio; se possibile, li misuri.
2. Divida la potenza all'albero per il rendimento per ottenere la potenza assorbita dalla rete, e la moltiplichi per le ore per ottenere i kWh annui.
3. Converta il prezzo d'acquisto offerto in kWh equivalenti dividendolo per la Sua tariffa.
4. Aggiunga come voce separata il costo della manutenzione programmata e, per i motori critici, il possibile impatto di un fermo.
5. Calcoli il tempo di rientro dividendo il sovrapprezzo tra le diverse classi di rendimento per la differenza annua in kWh.

Conclusione

Il rapporto tra costi di manutenzione ed esercizio e prezzo d'acquisto non è un numero fisso: lo determinano ore di funzionamento, carico e ambiente. Nel motore che lavora molte ore l'energia è determinante e la scelta della classe di rendimento rientra rapidamente. Nel motore che lavora poco, invece, il prezzo d'acquisto e la disciplina di manutenzione diventano più determinanti. Per le applicazioni con molte ore di funzionamento può valutare i motori ad alto rendimento IE4 e, per un confronto basato sulle Sue ore di funzionamento, può contattarci.

Domande frequenti

La quota del prezzo d'acquisto nel costo sul ciclo di vita del motore è sempre piccola?

No. Nei motori che lavorano migliaia di ore all'anno la quota del prezzo d'acquisto è piccola, perché il consumo energetico supera rapidamente il prezzo d'acquisto. Nei motori che lavorano poche centinaia o mille ore all'anno, invece, il prezzo d'acquisto può costituire una parte significativa del totale.

Quale valore di rendimento devo usare per il calcolo?

Il valore più corretto è il rendimento indicato in targa o nel catalogo del motore nel punto più vicino al carico di esercizio reale. In mancanza di questo dato si può usare come punto di partenza il valore limite di classe della IEC 60034-30-1, ma il risultato va considerato approssimativo.

Qual è il passo più efficace per ridurre i costi di manutenzione?

Una lubrificazione corretta e il monitoraggio regolare di temperatura e isolamento sono il modo più efficace per individuare precocemente i guasti. Questi piccoli costi prevengono spese elevate come fermi non programmati e guasti all'avvolgimento.

Per un motore che lavora poco, una classe di rendimento elevata è superflua?

Dal punto di vista del risparmio energetico il rientro può essere lungo, ma il rispetto della classe di rendimento minima è obbligatorio per legge. Nelle applicazioni con poche ore di funzionamento è in genere sufficiente la classe richiesta dalla normativa ed è più sensato concentrarsi su un corretto dimensionamento anziché su un investimento aggiuntivo.