Riprendiamo con questo secondo articolo il nostro percorso per capire la differenza tra potenza ed energia, cioè tra kW e kWh, argomento di fondamentale importanza per dimensionare impianti fotovoltaici, sistemi di accumulo, cogeneratori ed altri dispositivi per la produzione di energia.
Certamente l’argomento è importante per progettare qualunque macchinario o impianto, ma è sempre presente quando si deve calcolare la convenienza economica di un investimento incentrato nell’energia, compresi i contratti per la fornitura di energia elettrica di Bassa e Media Tensione.
Ora resta da affrontare il tema dell’energia, ma permettetemi di portare altri esempi utili per ripassare alcuni concetti della potenza, trattati nella 1° Parte, perché una volta compresa possiamo capire facilmente il significato dell’energia nel mondo degli impianti.
Macchine, Potenza e Tempo
Nell’articolo precedente abbiamo visto cos’è la potenza ed il fatto che sia un valore che viene usato per esprimere la capacità di una macchina nel compiere un determinato lavoro in un certo tempo.
Ad esempio, per accelerare una automobile da 0 a 100 km/h in 10 secondi è necessario un motore con una potenza piuttosto elevata, diciamo di circa 100kW, cosa che non sarebbe possibile se utilizzassimo il motore da 50 watt che abbiamo nel ventilatore di casa.
Questo non significa che un’automobile con un motore di potenza inferiore, ad esempio 50kW, non possa raggiungere la velocità di 100 km/h, ma significa che non sarebbe in grado di farlo entro i 10 secondi richiesti, cioè non avrebbe prestazioni sufficienti per compiere quanto abbiamo richiesto.
Chi pertanto progetta una qualunque macchina, per definire la sua potenza deve prima di tutto definire in quanto tempo dovrà svolgere il suo “lavoro”.
Questo vale sia per una caldaia che per un radiatore domestico o per qualunque motore. Ad esempio, per definire la potenza del motore di un ascensore, oltre che conoscere il numero di passeggeri da sollevare, è necessario definire in quanti secondi si deve spostare da un piano all’altro.
Allo stesso modo, se vogliamo che un radiatore riscaldi un ambiente più velocemente, dovremo sostituirlo con un radiatore più grande, cioè più potente, oppure dovremo aumentare la temperatura dell’acqua in caldaia.
Ricordo comunque che tutti questi concetti relativi alla potenza non riguardano solo gli apparecchi che consumano energia, le utenze, ma riguardano allo stesso modo anche gli apparecchi che producono energia, cioè i generatori.
In particolare, nelle macchine elettriche rotanti (dinamo e motori), dato che possono funzionare in entrambi i versi, il concetto di potenza diventa “bidirezionale”.
Torneremo tra poco su questo argomento. Ora, dopo tutti questi concetti relativi alla potenza che i progettisti decidono “a tavolino”, cioè la Potenza Nominale o di targa, vediamo i concetti relativi alla potenza che una macchina o motore usano realmente durante il funzionamento.
Potenza Reale, Istantanea e Strumentale
Sono rari i casi in cui un motore venga utilizzato alla sua potenza nominale; i casi di utilizzo infatti sono molto vari. Ad esempio se il motore di un ascensore è previsto per sollevare 10 persone, non richiederà la stessa potenza se nell’ascensore vi sono 2 o 5 persone; in questi casi consumerà di meno del valore di targa.
Lo stesso dicasi per il motore di una automobile, che molto raramente viene utilizzato alla sua massima potenza. In pratica la potenza assorbita da una macchina varia a seconda delle condizioni reali.
Nel mondo elettrico, per rendersi conto della potenza realmente assorbita da un qualunque “carico” è necessario disporre di uno strumento di misura che si chiama Wattmetro.
Il wattmetro visualizza la potenza che istante per istante consuma una stufetta, una lampadina, un motore, o un generico elettrodomestico o macchinario, ecc.
Questo valore si chiama appunto Potenza Istantanea, perché è la potenza che potete vedere in un determinato momento ma che cambia a seconda delle condizioni “ambientali” che influenzano il nostro macchinario, come ad esempio il carico applicato, la temperatura dell’aria, gli attriti, ecc).
Questo concetto, allo stesso modo riguarda gli apparecchi che producono energia.
Ad esempio la potenza erogata da una centrale idroelettrica cambia a seconda del livello dell’acqua nel bacino (cioè dipende da quanto è pieno), così come la potenza erogata da un impianto fotovoltaico è influenzata dalla posizione del sole.
In conclusione, la potenza realmente scambiata da un sistema elettrico può essere visualizzata da un wattmetro, con il quale possiamo vedere “in tempo reale” costa sta facendo un determinato impianto o macchinario: quanto consuma (se è un utilizzatore) o quanto produce (se è un generatore).
Da Potenza a Energia
Dal punto di vista elettrico, passare da kW a kWh, cioè da potenza ad energia, è cosa molto semplice: basta misurare secondo per secondo quanta potenza consuma un determinato “carico” e dopo un certo tempo avremo l’energia consumata in chilowattora.
Ad esempio se un motore da funziona per 1 ora assorbendo costantemente la potenza di 10 kW, alla fine avrà consumato 10 kWh. Se invece funzionerà solo mezzora, alla fine avrà consumato solo 5 kWh.
Il calcolo quindi è molto semplice, ed è quello che fa il contatore (Enel o di altri distributori) che abbiamo tutti a casa.
Dato comunque che l’argomento è molto vasto, rimandiamo alla 3° Parte un approfondiremo con ulteriori concetti ed esempi.
