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Dopo le 23.00 il ventilatore di estrazione sul tetto di un hotel comincia a ricevere lamentele. Si eseguono le misure e risulta che il ventilatore funziona ad accoppiamento diretto con un motore a 2 poli. Il motore non è guasto; è semplicemente nel posto sbagliato, con i giri sbagliati. Passando a una trasmissione a pulegge con un motore a 4 poli, a parità di portata la girante del ventilatore non rallenta, ma il ronzio proprio del motore e il fruscio della sua ventola di raffreddamento si riducono sensibilmente. La maggior parte delle ricerche di un motore elettrico silenzioso nasce così: il problema viene descritto come "motore rumoroso", mentre la soluzione sta spesso in poche decisioni prese in fase di scelta.
Di seguito esaminiamo le decisioni che incidono davvero sul rumore, in ordine di importanza e con esempi incontrati sul campo.
Prima distingua da dove proviene il rumore
Il rumore di un motore asincrono in funzione non proviene da un'unica sorgente. In pratica le componenti sono tre:
- Ronzio magnetico: nasce dalle forze magnetiche tra statore e rotore che fanno vibrare il pacco lamierini; è un suono uniforme e tonale, ai multipli della frequenza di rete.
- Rumore aerodinamico: è prodotto dall'aria che attraversa la ventola di raffreddamento sull'albero e le alette della carcassa. Cresce molto rapidamente con i giri; nei motori a 2 poli di solito è la componente dominante.
- Rumore meccanico: cuscinetti, squilibri, parti allentate e la macchina a cui il motore è collegato.
Un semplice test sul campo è utile: con il motore in funzione, tolga l'alimentazione dall'interruttore e ascolti. Il suono tonale che scompare nell'istante in cui si toglie tensione è di origine magnetica. Il fruscio che diminuisce mentre il motore rallenta proviene dalla ventola. Il rumore che continua anche a motore fermo, o che aumenta durante il rallentamento, è per lo più legato al montaggio, al giunto o alla macchina azionata; in questo caso sostituire il motore non risolve il problema.
Numero di poli: la decisione che cambia di più il rumore
La velocità periferica delle pale della ventola di raffreddamento è proporzionale ai giri, mentre la potenza sonora prodotta cresce con questa velocità secondo una curva molto più ripida. Per questo, a parità di potenza, un motore a 2 poli (circa 3000 giri/min) è quasi sempre più rumoroso dell'equivalente a 4 poli (circa 1500 giri/min). Nelle applicazioni sensibili al rumore come ventilatori, pompe e unità di trattamento aria la prima domanda è: questo lavoro si può svolgere con 4 o 6 poli?
Questa scelta ha un costo meccanico di cui tenere conto. La coppia si ricava approssimativamente con 9550 × kW / giri/min. Un motore da 7,5 kW eroga circa 24 Nm a 2 poli e circa 48 Nm a 4 poli; il motore a giri più bassi ha quindi una grandezza maggiore e cambiano le dimensioni di albero e cuscinetti. In una pompa ad accoppiamento diretto, ridurre i giri significa cambiare anche la pompa stessa. In un ventilatore a cinghia, invece, spesso basta ricalcolare il rapporto delle pulegge.
Materiale della carcassa e punto di carico
La carcassa in ghisa, grazie alla sua massa e allo smorzamento interno, trasmette meno vibrazioni magnetiche rispetto alla carcassa in alluminio. Alle piccole potenze la differenza è limitata, alle medie e grandi potenze si percepisce anche a orecchio. L'aspetto dei costi del materiale lo abbiamo esaminato a parte nel confronto tra carcassa in ghisa e carcassa in alluminio.
Un errore frequente è scegliere il motore di una o due taglie più grande "perché lavori comodo e sia silenzioso". Un motore grande che lavora a basso carico non riduce il ronzio magnetico, mentre la ventola di raffreddamento è più grande. Il risultato è spesso un livello sonoro più alto e un basso fattore di potenza. Quando il motore è scelto in modo da essere caricato, nel punto di lavoro, a una quota ragionevole della potenza nominale, funziona in modo più equilibrato sia per il rumore sia per il rendimento.
Il sibilo nei motori alimentati da inverter
In un motore alimentato da inverter si sente un suono diverso rispetto all'alimentazione diretta da rete: un fischio sottile e acuto prodotto dalla frequenza portante. Questo suono non è un guasto del motore. Aumentare la frequenza portante sull'inverter sposta il suono in una zona a cui l'orecchio umano è meno sensibile; in compenso aumentano le perdite di commutazione dell'inverter e la sua capacità di corrente può diminuire. Questa impostazione va sempre eseguita secondo la tabella del costruttore dell'inverter.
L'inverter offre anche un vantaggio: nelle ore notturne, ridurre la portata abbassando i giri diminuisce il rumore del ventilatore sia nel motore sia nella girante azionata. Tuttavia, nei motori con ventola sull'albero (IC411), il funzionamento prolungato a bassi giri riduce il raffreddamento; se è previsto questo profilo di lavoro, la necessità di una ventilazione ausiliaria va valutata prima dell'ordine.
