Un leitmotiv nell'automazione industriale è rappresentato dal concetto di energy saving sulle macchine di nuova generazione, in tutte le sue più svariate sfaccettature e applicazioni. A tal proposito, un banco di prova molto interessante si trova proprio nel settore oleodinamico ed è rappresentato dal settore mobile. Ce ne parla Stefano Aldini, Product Manager per la divisione HYDAC Drive Center.
Il mondo degli off-highway vehicles è sempre più intensamente coinvolto nell’ammodernamento delle macchine e nell’impatto delle tecnologie 4.0, come approfondito nell'articolo "Le E-Solution X E-mobility & Sostenibilità: condition monitoring ed efficienza energetica a EIMA 2022".
Nella seguente trattazione, Stefano Aldini affronta un tema di natura ricorrente: il risparmio energetico indotto dall’ottimizzazione delle funzioni idrauliche tramite l’utilizzo di pompe a pistoni a cilindrata variabile, accoppiate a distributori della tipologia “load sensing”, capaci quindi di parzializzare nel modo più corretto le portate destinate agli utilizzi, evitando così un consumo eccessivo di potenza elettrica.
La trasmissione di potenza idraulica è per sua natura un sistema dissipativo: genera calore e dispersione energetica che non vengono trasformati in lavoro e, di conseguenza, in efficienza dell’impianto. I sistemi più tradizionalmente legati alle vecchie concezioni progettuali, come i motori ad elevata potenza accoppiati a pompe a portata fissa, sono stati massivamente impiegati nella produzione di macchinari. Nel mondo di oggi in cui una revisione green e cost-saving rappresenta un requisito fondamentale del mercato, in cui si registra un’attenzione crescente verso la riduzione dei consumi, dell’impatto del macchinario sull’ambiente e in cui si ricerca un'elevata efficienza, questi sistemi non sono, per l’appunto, più attuabili.
Tra le soluzioni per il settore mobile proposte da HYDAC, particolare rilievo assumono quelle che riguardano l’interazione completa delle funzioni idrauliche, meccaniche ed elettroniche delle macchine, con elevati livelli di sofisticazione ed affidabilità.
In tal senso, una delle novità fondamentali è rappresentata dall’accoppiamento dei distributori load sensing Nordhydraulic con le pompe a pistoni della nuovissima generazione PPV100M, che consentono livelli di efficienza molto alti e, di conseguenza, elevati risparmi in termini di consumi e dispersioni energetiche.
Vediamo, quindi, di seguito una disamina di un sistema oleodinamico energy saving e dei componenti che integra, rapportato a un sistemi dissipativo tradizionale.
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Le pompe PPV100M, presentate ad fiera EIMA 2022, coprono cilindrate da 18 a 100 cc, con elevate prestazioni in termini di pressione di esercizio continua (315 bar), velocità di rotazione (fino a 3400 rpm per la cilindrata minore) e trasmissione di coppia grazie, anche, agli alberi rinforzati con scanalatura continua tipo T che aumentano la robustezza e la durabilità del prodotto.
Grazie alla rotazione oraria o antioraria possono essere accoppiate indifferentemente sia a motori Diesel che a motori elettrici. Le flange anteriori SAE, che dalla cilindrata 63 hanno doppia foratura per aumentare la flessibilità del prodotto, consentono una facile applicabilità sulle trasmissioni di potenza.
Lavorare con una pompa a cilindrata variabile con il concetto load sensing significa che, mediante un segnale di pressione in retroazione sulla pompa, è possibile adattare i valori di pressione e portata alle richieste di ogni singola utenza presente nel circuito. La conseguenza è che la potenza idraulica messa a disposizione è solo leggermente superiore alla richiesta dell’utenza stessa: tale tipologia di comando funziona in modo indipendente dalla pressione del carico.
La perdita di potenza è legata a una variazione di pressione fissa, tra monte e valle del distributore di comando, che solitamente è fissata in un valore compreso tra 15 e 30 bar, secondo la tipologia di risposta che si vuole ottenere dal sistema.
Se il distributore è azionato proporzionalmente, allora è possibile ottenere un campo di regolazione quasi infinito e una possibilità di sensibilità molto spinta.
Si invita alla lettura di "Le E-Solution x Innovazione & Automazione: controllo ed efficienza" per un approfondimento sulla gamma per il settore delle macchine per il sollevamento.
Nelle applicazioni canoniche, il gruppo motopompa veniva utilizzato con pompa fissa e distributore, ed era dimensionato per soddisfare la richiesta di portata e pressione dell’utilizzo più gravoso. Ciò comportava che, quando veniva utilizzata un’utenza con richieste minori, tale sistema provocava un dispendio energetico continuo sia in termini di potenza che di dissipazione di calore.
Nel sistema, la spinta del gruppo motopompa era continua fino al raggiungimento della pressione di taratura della valvola di controllo pressione. La portata in eccesso veniva quindi drenata attraverso la stessa valvola che, al fine di svolgere l’intero processo senza creare contro-pressioni indesiderate nel circuito, doveva essere adeguatamente dimensionata.
La generazione elevata di calore durante le fasi di lavoro è un altro elemento da tenere in considerazione nell'analisi dei vecchi sistemi oleodinamici.
In una macchina, la produzione di calore può essere continuativa e concentrata in determinate ore della giornata. Per evitare questo fenomeno è stato necessario prevedere un meccanismo di dimensionamento di gruppi di raffreddamento dell’olio in grado di limitare le temperature di lavoro del fluido all’interno di un range controllato e accettabile per i diversi componenti installati nel sistema.
Gli svantaggi più evidenti dei vecchi sistemi sono riassumibili in:
Il passaggio da un sistema tradizionale a pompa fissa a un sistema a pompa a cilindrata variabile non può essere quantificato basandosi solo sul costo dei singoli componenti.
Se a un primo esame risulta chiaro che il valore economico di una pompa a pistoni è sicuramente maggiore rispetto al corrispettivo di una pompa a ingranaggi, occorre fare una valutazione più attenta e profonda dell’intero circuito. I componenti del nuovo sistema oleodinamico possono così essere riepilogati:
I risultati più evidenti di tali applicazioni sono quelli che permettono di ottenere l’ottimizzazione della macchina in ottica di saving energetico, dimensioni, spazi e costi. Altri vantaggi facilmente riconoscibili nel funzionamento stesso della macchina, sono:
- possibilità di iniziare qualsiasi movimento in maniera “docile”, indipendentemente dalla pressione del carico;
- l’azionamento in parallelo di più utenze in maniera indipendente, fino al raggiungimento della portata massima (saturazione);
- una limitazione della pressione di load sensing impostabile manualmente per ogni singola utenza.
In conclusione HYDAC, da sempre attenta alle esigenze del mercato e orientata all’innovazione e alla sostenibilità, si rivolge al mercato offrendo soluzioni “sistemiche”, integrazioni di prodotto sviluppate per le specifiche applicazioni, con una grande attenzione verso l’interazione elettro-idraulica, in un’ottica sempre più orientata al monitoraggio della prestazione e dei consumi, con sensoristica “predittiva” o improntata alla tecnologia IO Link.
La sostenibilità d'impianto è una strada che si sta delineando sempre più nettamente, per un ulteriore approfondimento sulle tecnologie oggi disponibili si invita alla lettura di "Efficienza e sostenibilità d'impianto attraverso il circuito oleodinamico".
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