1° Congresso nazionale
Innovazioni tecnologiche impianti di mungitura: Variatore
del numero di giri della pompa del vuoto o Inverter
Lucio Zanini
Specialista qualità latte Servizio Assistenza Tecnica Allevamenti – Regione
Lombardia - Associazione Regionale Allevatori
Il livello di vuoto in un impianto di mungitura deve essere stabile e costante
onde evitare sollecitazioni eccessive alla punta del capezzolo.
Le fluttuazioni del vuoto possono essere causate da vari fattori:
Tecnica di mungitura non efficiente.
Carenze impiantistiche o realizzazione non corretta dell’impianto di mungitura.
Scarsa sensibilità o efficienza del regolatore del vuoto.
Il regolatore ha il compito di stabilizzare e compensare le perdite dell’impianto
regolando il flusso d’aria in risposta alle esigenze di vuoto richieste dalle
operazioni della mungitura.
In questi ultimi periodi in alternativa al regolatore meccanico sono stati
introdotti dispositivi elettronici che regolano il fabbisogno di vuoto non più
aprendo o chiudendo il circuito dell’impianto, ma bensì regolando il numero dei
giri della pompa del vuoto.
L’inverter regola i giri di rotazione della pompa del vuoto al fine di mantenere il
vuoto di lavoro il più costante possibile.
Il variatore è un regolatore della frequenza di alimentazione (hertz) che
controlla il regime di rotazione di un motore trifase. Diminuendo per esempio, la
frequenza da 50 a 40 Hz si ottiene una diminuzione di rotazione del motore
elettrico di 0,8 (40/50). Un sensore di pressione, posizionato sulla linea del
vuoto nelle vicinanze della pompa, collegato ad una centralina elettronica,
regola il numero dei giri del motore della pompa del vuoto , al fine di
mantenere il valore di vuoto voluto.
Sul mercato sono presenti vari prodotti che differenziano per caratteristiche dei
componenti elettronici installati e per differenze di assemblaggio del sistema di
regolazione. Alcune ditte hanno mantenuto attivo il regolatore del vuoto come
valvola di sicurezza, per garantire una rotazione minima della pompa del vuoto,
e solo in un secondo tempo interviene l’inverter. In altri impianti si è operato
escludendo completamente il regolatore del vuoto e lasciando in toto la
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regolazione del vuoto al variatore. Le misurazioni effettuate hanno il fine di
proporre un metodo di verificare dell’efficienza del nuovo sistema, e misurare i
risparmi energetici apportati da questa tecnologia.
Materiali e metodi
Verifica efficienza Regolatore del vuoto e Variatore di giri o Inverter
In sedici allevamenti con inverter
confronto con il regolatore.
si è misurato l’efficienza del sistema in
Gli impianti di mungitura differiscono per tipologia, numero dei gruppi di
mungitura, marca, anno di costruzione. Le misurazioni sono state effettuate
sulla stabilità del vuoto e sui tempi di reazione dei due sistemi. Trattandosi di
una prova di campo effettuata su impianti diversi, ci si è limitati a considerare le
reazioni nelle vicinanze della pompa del vuoto.
La prova si è svolta seguendo il seguente schema:
1. Sistemazione del sensore e della strumentazione.
2. Inserimento nei gruppi di mungitura degli appositi tappi.
3. Avviamento della pompa.
4. Misurazione e verifica livello del vuoto.
5. Prova statica di mungitura con simulazione di caduta di un gruppo di
mungitura aprendo il gruppo più vicino alla pompa del vuoto per venti
secondi e successiva chiusura dello stesso con impianto regolato con
Inverter.
6. Passaggio ad impianto di mungitura controllato da regolatore.
7. Verifica del livello del vuoto.
8. Ripetizione del punto 5 con regolatore.
9. Ripristino dell’impianto.
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Le misurazioni sono state effettuate per mezzo del sistema di controllo di
impianti di mungitura DAS-m dotati di sensori sensibili al decimo di kPa. (grafico
n°1 e 2)
4
1
3
2
(Grafico n° 1 –Esempio di Misurazione del livello del vuoto per tutta la durata
del test con inverter)
(Grafico n° 2 –Esempio di Misurazione del livello del vuoto per tutta la durata
del test con regolatore)
Analisi dei grafici
Dal grafico n°1 si evidenziano i punti e i valori salienti della prova effettuata.
1. Dopo aver avviato l’impianto di mungitura si attende un periodo minimo per
stabilizzare il vuoto nell’impianto (punto 1) , si causa un ingresso d’aria
aprendo il primo gruppo di mungitura. Il picco che si evidenzia dopo il punto
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1 e dopo il punto 3 nel grafico non sono stati presi in considerazione perché
presenti in tutte le prove effettuate e con tutti i sistemi di controllo del
vuoto. Dal punto 1 vengono contati 20 secondi.
2. Momento in cui si stabilizza il livello del vuoto per la risposta del sistema che
regola il vuoto ( inveter o regolatore), si verifica se vi sia stato un salto di
vuoto operativo (sensibilità) (kPa del punto 1 – kPa del punto 2).
3. Chiusura del gruppo, anche in questo caso si nota il picco.
4. Momento in cui si stabilizza il vuoto dopo la chiusura del gruppo. Per
differenza dei tempi registrati tra il punto 3 e il punto 4 si ottiene il tempo di
ripristino del vuoto operativo (prontezza).
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Tabella 1
Delta
kPa
al Delta
kPa
al Delta tempo al Delta tempo al
regolatore
gruppo
regolatore
gruppo
N° AZ Regolatore Inverter Regolatore Inverter Regolatore Inverter Regolatore Inverter
1
0,6
2
0,5
3
0,2
4
0,6
5
0,4
6
0,5
7
2,4
8
0,5
9
0,2
10
0,5
11
0,6
12
0,5
13
0
14
0,2
15
0,3
16
0,5
media 0,53
dev st 0,53
media 0,48
A
media 0,8
B
media 0,4
C
media 0,33
D
T
n.
test
0
0,7
1,8
2,4
1,4
1,5
0,7
3,7
1,1
0,2
0,1
0
0
0,1
0
0
0,86
1,08
1,23
0,6
0,6
0,6
0,8
0,7
0,6
2,5
0,6
0,2
0,6
1,7
0,6
0,3
0,5
0,3
0,9
0,76
0,57
0,65
0
0,5
2,2
2,3
1,5
1,9
0,9
3,8
1
0,2
2
0,4
0,4
0,2
0,1
0,2
1,10
1,08
1,25
2,2
2,7
2,5
1,7
1,9
1,9
12,3
2,72
0,3
0,4
1,5
2,5
0,9
0,9
1,8
1,4
1,69
2,04
2,28
2,8
5,2
2,4
2,3
8,9
0,9
2,9
4,2
4
2
3,7
5,8
1,3
5,5
3,7
3,6
3,75
0,79
3,18
1,2
3,9
3
1,9
3
1,4
12
3,9
0,4
0,6
1,5
3,5
1,8
1,8
1,8
2
2,73
2,69
2,5
1,5
2
2,4
2,4
18,8
1
2,8
6,4
4,6
2,8
1,81
3,5
1,9
5,6
4
4,6
4,13
4,20
2,08
1,68
0,92
1,82
3,82
4,18
4,14
6,72
0,08
0,8
0,75
1,33
3,2
1,85
2,50
0,03
0,57
0,17
1,37
4,27
1,87
4,73
*
*
s.
(Note:* =P<0,01;**=P<0,005)
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Analisi statistica
Dall’analisi dei dati si evidenzia:
Non sussistono differenze significative tra i due sistemi inverter e regolatore
per la differenza di vuoto dopo l’apertura del gruppo.
Tramite l’analisi della varianza ad 1 via e per mezzo del test di Scheffe si è
potuto evidenziare delle diversità tra le varie ditte installatrici dell’inveter e
più precisamente vi sono differenze tra le marche B/C e tra B/D mentre non
vi sono differenze significative tra C/D e tra A/B.
Sussistono differenze altamente significative sui tempi di ripristino del vuoto
operativo, in questo caso il regolatore del vuoto risulta essere più veloce di 2
secondi nel ripristinare il vuoto (nota: i valori azienda n°7 non sono stati
considerati per regolatore del vuoto non funzionante).
Non sussistono differenze significative tra le diverse marche d’inverter per
quanto riguarda il tempo di ripristino del vuoto.
media
inverter
kPa Scheffe
(p=0,15)
media
reazione
tempo Scheffe
(p=0,15)
Tesi A 1,23
a
3,18
a
Tesi B 1,68
ab
4,18
a
Tesi C 0,08
b
3,2
a
Tesi D 0,03
b
4,27
a
Media 0,75
3,71
Dev.st 0,83
0,60
Verifica consumi energetici
In cinque allevamenti con impianti di mungitura, che differiscono per tipologia,
marca, anno di costruzione, numero dei gruppi di mungitura e tipo di variatore
dei giri della pompa del vuoto o inverter si è misurato il consumo energetico e
il tempo di mungitura.
Le misurazioni sono state effettuate tramite l’utilizzo di una pinza
amperometrica (Amprobe A65fl) applicata al cavo in entrata d’alimentazione
dell’impianto di mungitura, la registrazione dell’intensità di corrente e dei tempi
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sono stati effettuati tramite un data logger (SmartReader) , al momento
dell’applicazione dell’apparato, in ogni azienda si è misurata la tensione in volt
ed il valore è stato considerato costante per tutta la durata della misurazione.
La misurazione è stata effettuata per almeno 24 ore con impianto regolato da
variatore di giri per pompa del vuoto o inverter e 24 ore con regolatore del
vuoto tradizionale (grafico 3).
( Grafico 3 -Esempio di misurazione tramite SmartReader della durata di 48 ore)
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Nella tabella n°2 vengono riassunti i risultati delle misurazioni.
Az.
n°
volt minuti amper kWh/di minuti amper kWh/di D kWh D
%
capi
giorno medio
giorno medio
inverter kWh
munti
valvola valvola
inverter inverter
⇒
inverter
valvola ⇒
valvola
1
86
402 297,0 7,15
14,23
296,0
4,29
8,50
5,73
40,3
3
161
380 558,0 8,66
30,60
545,0
4,14
14,28
16,32
53,3
6
146
395 407,0 11,61 31,11
403,0
3,06
8,12
22,99
73,9
11
68
380 235,0 5,75
8,56
236,0
4,34
6,48
2,07
24,2
15
175
380 419,0 8,58
22,78
418,0
1,14
3,01
19,77
86,8
21,5
379,60 3,39
8,08
13,38
55,7
Med. 127 387 383
8,3
T
test
**
Tabella n°2 (Note :*=P<0,1;**=P<0,025)
L’analisi delle misurazioni hanno evidenziato una differenza altamente
significativa della quantità di energia elettrica impegnata per la mungitura.
Adottando la regolazione della pompa del vuoto, tramite inverter si è constatato
un risparmio medio del 55 % , ma tale valore in impianti di recente
realizzazione e dimensioni medio grandi può arrivare sino al 80%.
Verifica rumorosità
In dieci impianti di mungitura che differiscono per tipologia, marca, anno di
costruzione, numero gruppi di mungitura si è misurato la rumorosità durante il
funzionamento dell’impianto in tre punti differenti: locale pompe, locale latte,
sala di mungitura. Le misurazioni sono state effettuate per mezzo di un
fonometro Digital Sound Level Meter con l’impianto funzionante con il
regolatore del vuoto, e con il variatore di giri della pompa o Inverter.
Si sono analizzati i valori delle misurazioni in ogni locale per ovviare alle
diversità strutturali, progettuali. Le misurazioni sono espresse in dB (decibel). (
tabella 3)
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Rumorosità
locale pompe dB
regolatore
inverter
Valore
medio
92
Differenza 11,9
T test
***
( tabella 3)
80,1
Rumorosità
latte dB
locale Rumorosità
mungitura dB
⇒ regolatore ⇒ inverter
80
67,3
regolatore
inverter
72
12,9
5,6
***
**
sala
⇒
65,6
(Note:* =P<0,01;** =P<0,005;*** =P<0,001)
L’analisi delle misurazioni hanno evidenziato una differenza altamente
significativa della rumorosità dB tra un impianto con regolatore del vuoto e un
impianto con inverter a favore di quest’ultimo.
Discussione
Dalle misurazioni effettuate si può evidenziare la positività del prodotto
“Inverter” per quanto riguarda la sensibilità di regolazione del vuoto, infatti non
sono state riscontrate differenze significative tra i due sistemi di regolazione. Si
sottolinea la minor velocità media di ripristino del vuoto operativo, differenza
significativa di 2 secondi del variatore di giri rispetto al tradizionale regolatore.
Per quanto riguarda la rumorosità si sottolinea la notevole la diminuzione
misurata con l’adozione dell’inverter, si rammenta che il livello sonoro in decibel
è espressa in scala logaritmica e che un incremento di 3 dB corrisponde ad un
raddoppio dell’energia sonora iniziale, tutto questo permette un notevole
miglioramento del benessere dell’operatore impiegato alla mungitura. Per
quanto riguarda i consumi economici si sottolinea il risparmio energetico
misurato , con un valore medio del 55% di energia impiegata per l’operazione
di mungitura. La convenienza economica è legata al prezzo d’acquisto della
strumentazione che deve essere effettuata con notevole attenzione. La
strumentazione deve garantire certi requisiti minimi; deve essere schermata
onde evitare interferenze elettroniche tra l’inveter e i pulsatori elettronici, deve
dare la possibilità di ripristinare la funzionalità del regolatore in maniera
semplice.
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L’analisi economica è stata basata sul calcolo del VAN (valore attuale netto) che
rappresenta il guadagno con l’applicazione di questa tecnologia.
Dal grafico n° 4 si evidenzia che la convenienza dell’applicazione di questo
sistema di regolazione è correlata alla potenza del motore installato e dal
coefficiente di risparmio riscontrato. Con i dati riscontrati nella prova ovvero con
un coefficiente di risparmio del 55% si ha un VAN positivo negli impianti con
potenza installata di 3 kW o superiori.
CONVENIENZA ECONOMICA ALL'USO DELL'INVERTER AL VARIARE DELLA
POTENZA INSTALLATA E DEL COEFFICIENTE DI RISPARMIO ENERGETICO
20,000
2,5 kW
3 kW
4 kW
5,5 kW
7,5 kW
11 kW
15 kW
17,500
VAN (migliaia di £)
15,000
12,500
10,000
7,500
5,000
2,500
0
-2,500
-5,000
0.55
0.50
0.45
0.40
0.35
0.30
Coefficiente di risparmio energetico
Grafico4 convenienza economica (Antonio Pazzona, Lelia Murgia, Lucio Zanini “Il controllo del
vuoto di mungitura mediante il variatore di velocità Informatore Zootecnico n°8 2002))