In questo sito solitamente pubblico articoli di attualità o di teoria, ma non ho mai pubblicato mai nessun “esercizio” per mettere in pratica i vari concetti teorici.
Niente di meglio quindi che pubblicare un esercizio che dimostri come si applicano nella pratica alcuni concetti relativi agli impianti elettrici; in particolare qui vi farò vedere come si converte il consumo di una qualsiasi apparecchiatura utilizzata per un certo periodo di tempo, in energia. Inoltre vedremo un secondo passaggio cper calolare il relativo “esborso” che ci troveremo nella bolletta elettrica.
Un esempio concreto: l’ascensore
Con questo esercizio vediamo come calcolare l’energia necessaria ad un ascensore per sollevarsi dal piano terra al quarto piano trasportando quattro persone.
Si tratta di percorso verticale di circa 15 metri e di un peso da sollevare di circa 300 kg ; il peso della cabina non lo calcoliamo perché è compensato dal contrappeso.
Quello che dobbiamo fare è praticamente un esercizio di meccanica dove l’energia, come da prassi, viene chiamata “lavoro”:
Lavoro = m g h = 300 [kg] x 9,81* x 15 [m] ≅ 44000 joule
*Nota: 9,81 è “g”, l’accelerazione di gravità.
Ecco quindi calcolata l’energia necessaria per fare il movimento in questione, trascurando i vari attriti e lo “spunto” necessario per avviarlo, ma cosa ce ne facciamo di questo numero?
E’ molto semplice: ci serve per dimensionare il motore. Basta decidere in quanto tempo vogliamo eseguire la manovra, ad esempio 10 secondi, e potremo rapidamente calcolare la potenza “meccanica” che dovrà avere il motore:
Potenza = Lavoro / tempo = [joule] / [secondi] = 44000 / 10 = 4400 watt
Significa che per far funzionare il nostro ascensore servirà un motore che abbia una potenza di targa di almeno 4,4 kW; in realtà in commercio questo motore non esiste, pertanto si dovrà ricorrere alla taglia “commerciale” più vicina, che è pari a 5,5 kW.
Attenzione al rendimento!
Attenzione ora al passaggio dalla parte meccanica a quella elettrica: tra i due contendenti infatti c’è di mezzo il rendimento della macchina, cioè del motore elettrico.
Secondo le recenti norme per l’efficienza energetica infatti (IEC 60034-30-1:2014), un motore di questa taglia certificato nella classe di efficienza “IE2” avremo un rendimento di circa l’85%.
Significa pertanto che a fronte di una potenza meccanica erogata all’asse di 4,4 kW, in realtà dalla rete elettrica verranno assorbiti circa 5,2 kW.
Consumi elettrici
Vediamo ora di calcolare quanta energia elettrica consuma il motore del nostro ascensore, utilizzando come unità di misura il chilowattora, perché è il modo consueto di contabilizzare l’energia elettrica. Per farlo ci sono due strade:
- Usiamo i lavoro espresso in joule, considerando anche il rendimento del motore;
- Usiamo la potenza assorbita espresso in watt, rapportando i secondi di funzionamento rispetto ad un ora.
Primo metodo : joule
Questo metodo utilizza il lavoro che è stato determinato in precedenza, ma prima di tutto lo dobbiamo “aggiornare” considerando anche il rendimento del motore, che è dell’85%. Pertanto : 44000 /85*100 ≅ 51700 joule.
Ora molto semplicemente basta dividere i joule per 3,6 ed otterremo direttamente i chilowattora 0,014 kWh.
Secondo metodo : watt
Con questo metodo si utilizza la potenza assorbita elettricamente dal motore e si mette in proporzione con i secondi di funzionamento; anche qui si ottengono direttamente i chilowattora: 5,2 /3600 * 10 ≅ 0,014 kWh
Come si vede, siamo arrivati allo stesso risultato, ma la cosa più evidente è che si tratta di un quantitativo praticamente trascurabile;
Attenzione al tempo!
Calcolare l’energia elettrica assorbita da un qualunque utilizzatore in pochi secondi può dare, come nel caso sopra affrontato, numeri apparentemente trascurabili. Ma cosa succede se questa operazione si prolunga nel tempo ? Cosa succede, ad esempio, se questo ascensore viene usato 50 o 100 volte al giorno?
Ebbene, proviamo a fare una semplice ipotesi e vedrete che cambierà tutto.
Ipotizziamo che nell’arco della giornata, nelle 12 ore diurne, il nostro ascensore esegua questa manovra 1 volta ogni 10 minuti; facendo un rapido calcolo si trova che a fine mese avremo fatto circa 2000 operazioni. Il numero quindi non sarà più trascurabile, e a fine mese un eventuale contatore sull’enegia assorbita dall’ascensore indicherà un consumo di circa 28 kWh (0,014 kWh x 2000).
Come potete vedere, su base mensile, quella che serve per emettere le fatture, i numeri cambiano notevolmente.
Paghiamo la bolletta
A questo punto, a fronte di un costo dell’energia elettrica di circa 0,22 €/kWh, la spesa mensile per le corse del nostro ascensore sarà:
Spesa mensile lorda = Energia x Prezzo = [kWh] x [€/kWh] = 28 x 0,22 = 6,16 €
Questo procedimento può essere applicato a qualunque utilizzatore elettrico purchè se ne conosca la potenza assorbita, valore che purtroppo raramente è disponibile; diversamente si dovranno eseguire delle misure per un tempo sufficiente a coprire un ciclo i lavoro della macchina in oggetto.
Nota conclusiva
Attenzione che questo non è un esercizio per la progettazione elettrica di un ascensore! A questi dati vanno sicuramente aggiunte altre variabili che gravano sui consumi quali ad esempio attriti, inerzie, sistema di frenatura, illuminazione, ecc. , quindi se avete bisogno del consumo dovete contattare le aziende specializzate che realizzano ascensori e montacarichi.
