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In un serbatoio di miscelazione alimentare le due grandezze che determinano la potenza del motore sono la consistenza (viscosità) del prodotto e la velocità dell'albero dell'agitatore; un motore scelto senza valutarle insieme o va in difficoltà quando la consistenza aumenta, o risulta inutilmente sovradimensionato. Se per uno sciroppo acquoso basta una piccola elica che gira veloce, per panna, caramello o farcitura di frutta un grande agitatore ad ancora che gira lentamente richiede una coppia molto più elevata. In questo articolo spieghiamo come consistenza e velocità si riflettono sulla scelta di motore e riduttore.
Tipo di agitatore e campo di velocità
Gli agitatori per serbatoi sono realizzati con geometrie diverse a seconda della fluidità del prodotto lavorato, e ciascuno lavora in un diverso campo di velocità dell'albero:
- Elica e turbina a pale inclinate: si usano con prodotti che scorrono come l'acqua (sciroppo, salamoia, succo di frutta, latte). Ruotano a velocità relativamente alta e creano nel serbatoio un flusso assiale. In alcuni piccoli serbatoi il motore è collegato direttamente, senza riduttore.
- Turbina a disco e testa disperdente: si usano per lavori che richiedono forze di taglio, come lo scioglimento di polveri o la preparazione di emulsioni; possono lavorare ad alta velocità e per brevi periodi.
- Agitatore ad ancora con raschiatori: ruota raschiando la parete del serbatoio con prodotti densi come panna, budino, confettura, caramello e farcitura al cioccolato. La velocità dell'albero è bassa, il fabbisogno di coppia elevato.
- Agitatore a nastro elicoidale (ribbon): con prodotti molto densi, a consistenza di pasta o crema spalmabile, movimenta il prodotto dall'alto verso il basso; è il gruppo che lavora alle velocità più basse e con la coppia più alta.
Il tipo è importante perché la velocità dell'agitatore determina la qualità di lavorazione del prodotto. Con un prodotto denso aumentare la velocità non migliora l'omogeneità; può alterarne la struttura, inglobare aria e far crescere rapidamente il carico del motore.
Come variano potenza e coppia con l'aumento della consistenza?
La potenza dell'agitatore cresce all'incirca con il cubo della velocità dell'albero e con la quinta potenza del diametro della girante; densità e consistenza del prodotto agiscono su questa relazione come moltiplicatori. Con bassa viscosità e moto turbolento la potenza dipende in larga misura dalla densità. Al crescere della viscosità il flusso rallenta, il prodotto oppone resistenza davanti alla pala e, a parità di velocità, la potenza necessaria aumenta sensibilmente.
La conseguenza pratica si traduce in due regole:
- Il prodotto denso richiede bassa velocità e coppia elevata. Per fornire la stessa potenza a una velocità dell'albero più bassa il rapporto di riduzione aumenta e cresce la coppia in uscita dal riduttore. Anche se la potenza del motore non cambia, diventa determinante la capacità di coppia del riduttore.
- La consistenza cambia nel corso del processo. In lavorazioni come la cottura della confettura, la concentrazione del caramello o la gelatinizzazione dell'amido il prodotto è fluido all'inizio e denso alla fine. Il motore si sceglie sul momento di massima consistenza del processo; la bassa corrente iniziale trae in inganno.
Anche la temperatura del prodotto ne modifica la consistenza: panna, cioccolato o sciroppo di zucchero si addensano raffreddandosi. Riavviare al mattino con il prodotto raffreddatosi nel serbatoio durante la notte può essere il momento più gravoso della giornata per motore e riduttore.
Abbinamento tra riduttore e velocità del motore
La velocità dell'albero dell'agitatore si ottiene di norma all'uscita del riduttore. Poiché il rapporto di riduzione è fisso, se cambia la velocità del motore cambia nella stessa proporzione quella dell'agitatore. Per questo, quando si sostituisce il motore di un serbatoio esistente, è indispensabile mantenere il numero di poli: se al posto di un motore della classe 1500 giri/min se ne monta uno della classe 1000 giri/min, l'agitatore rallenta di circa un terzo; nel caso opposto si applica al prodotto un taglio eccessivo.
In un nuovo progetto di serbatoio, invece, la scelta si fa al contrario: prima si definiscono velocità e coppia dell'agitatore richieste, poi si scelgono rapporto di riduzione e numero di poli del motore. La stessa velocità in uscita dal riduttore si può ottenere sia con un motore a 4 poli e un riduttore di rapporto maggiore, sia con un motore a 6 poli e un riduttore di rapporto minore. A parità di potenza il motore a 6 poli fornisce una coppia nominale più alta; ad esempio a 5,5 kW la coppia nominale del modello a 4 poli 132S-4 è di 36 Nm, quella del 6 poli 132M2-6 di 54,3 Nm.
La compatibilità della flangia d'ingresso IEC e dell'albero tra riduttore e motore va verificata a parte. Le informazioni generali sulle applicazioni con riduttore si trovano nella pagina motori elettrici per riduttori. Può consultare i modelli HEM Motor adatti e i prezzi aggiornati nella pagina acquista motori elettrici.
Convertitore di frequenza per consistenza variabile
Con prodotti la cui consistenza cambia durante il processo è diffuso regolare la velocità dell'agitatore con un azionamento: all'inizio miscelazione rapida ad alta velocità, poi velocità più bassa man mano che il prodotto si addensa. Vale qui l'indicazione generale del sito: le nostre serie trifase sono adatte alla regolazione della velocità tramite convertitore di frequenza; per il funzionamento prolungato a bassa velocità con coppia piena può servire una ventilazione esterna e, se il cavo tra azionamento e motore è lungo, si valuta un filtro dv/dt o sinusoidale; queste condizioni vanno indicate nell'ordine.
Miscelare un prodotto denso a bassa velocità è esattamente la condizione di "coppia piena a bassa velocità". Poiché la ventola propria del motore gira con l'albero, il raffreddamento diminuisce; se il processo è lungo si valuta una ventilazione esterna. Se si utilizzerà un azionamento, va sempre indicato nell'ordine. I dettagli sono riassunti nella domanda sull'uso con convertitore di frequenza.
