Una panoramica delle considerazioni sulla protezione del motore per migliorare la salute del sistema

I motori elettrici sono indispensabili per mantenere le grandi operazioni, così come le attività quotidiane, nella vita moderna. Quasi ogni settore, azienda o persona utilizza i motori elettrici in vari modi, ogni singolo giorno. Dai condizionatori d'aria e lavastoviglie ai sistemi della metropolitana e alle automobili, i motori elettrici trasformano l'elettricità in energia meccanica che fa funzionare il mondo in cui viviamo.

Quando si tratta del settore idrico, i motori elettrici svolgono un ruolo fondamentale nel funzionamento degli impianti di trattamento e delle stazioni di pompaggio. Negli impianti di trattamento, i motori vengono utilizzati per alimentare pompe, soffianti, miscelatori, centrifughe, sistemi di dosaggio di prodotti chimici e altre apparecchiature per spostare l'acqua e supportare i processi che preparano l'acqua per il rilascio sicuro nell'ambiente o il consumo da parte del pubblico.

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Poiché i motori elettrici svolgono un ruolo così importante nel funzionamento degli impianti di trattamento, è essenziale fornire la protezione adeguata e valutare la salute meccanica complessiva per mantenere l'affidabilità delle apparecchiature. Proprio come qualsiasi altro dispositivo che funziona per lunghi periodi, il motore può usurarsi e rompersi se non viene fornita una manutenzione continua, causando grattacapi all'impianto idrico e ai suoi operatori. 

Due delle parti più importanti di un motore elettrico sono gli avvolgimenti nello statore e i cuscinetti. La corrente elettrica viene fatta passare attraverso gli avvolgimenti, creando un campo magnetico rotante che accelera la parte rotante della macchina - il rotore - e fornisce la potenza per guidare i processi. Il rotore è sospeso tra una serie di cuscinetti che mantiene l'allineamento del motore e contrasta le forze dell'attrezzatura collegata. Per i motori correttamente specificati, l'usura degli avvolgimenti si verifica in genere nel tempo quando l'isolamento si rompe. Anche la durata dei cuscinetti è limitata ed è prassi di manutenzione standard riparare o sostituire periodicamente i cuscinetti. 

Il mantenimento della salute del motore e la riduzione al minimo dei tempi di fermo imprevisti di un sistema o di un processo richiedono la protezione adeguata di questi due componenti da sollecitazioni eccessive e il monitoraggio degli indicatori chiave delle prestazioni nel tempo per capire quando è necessario intervenire.

Le considerazioni sulla protezione del motore dovrebbero includere la protezione da sovracorrente, la temperatura del motore e le vibrazioni per comprendere la salute del motore per la manutenzione e la gestione delle risorse.

Il mezzo più semplice e comune per proteggere i motori elettrici è la protezione da sovracorrente. La protezione da sovracorrente arresta il motore ogni volta che l'amperaggio nominale del motore viene superato per un periodo di tempo. La sovracorrente viene rilevata dagli interruttori bimetallici negli avviatori motore o, più comunemente oggi, dai sensori di corrente negli azionamenti a frequenza variabile (VFD), negli avviatori statici o nei sovraccarichi dei motori intelligenti. Questi metodi proteggono il motore da un carico meccanico eccessivo e riducono i danni alle apparecchiature se si verifica un guasto elettrico poiché entrambi i casi aumentano la richiesta di corrente al motore.

Sebbene questi metodi forniscano una protezione adeguata per la maggior parte delle apparecchiature, offrono poche, se non nessuna, informazioni sui potenziali problemi di manutenzione nel tempo. La protezione da sovracorrente più avanzata monitora parametri elettrici aggiuntivi come squilibrio di corrente, tensione, perdita di fase del motore e altri parametri che migliorano la protezione fornita dal controller del motore.

Il calore è un fattore che contribuisce alla riduzione della durata del motore e un'indicazione di eccessiva usura o potenziale guasto. Gli avvolgimenti e i cuscinetti del motore sono spesso dotati di interruttori termici, termistori o rilevatori di temperatura a resistenza che sono associati a circuiti di controllo per allarmare o arrestare il motore se le temperature superano i limiti consentiti.

I limiti di temperatura del motore possono aumentare oltre i limiti consigliati a causa di temperature ambiente elevate, alloggiamenti del motore sporchi e vie di ventilazione di raffreddamento ostruite o guasti imminenti di cuscinetti o avvolgimenti. Gli interruttori di temperatura forniscono una protezione migliore, mentre i sensori consentono l'andamento nel tempo per fornire al personale di manutenzione informazioni sull'usura dei cuscinetti o un avviso tempestivo di azionamenti del motore in sospeso per consentire l'adozione di azioni correttive nei tempi pianificati.

La protezione del motore è spesso integrata da sistemi di rilevamento delle vibrazioni che rilevano l'usura dei cuscinetti, l'usura delle apparecchiature rotanti e il disallineamento del sistema. I sistemi di base forniscono la commutazione o il feedback analogico standard 4-20 mA delle vibrazioni dai cuscinetti del motore. I sistemi più avanzati elaborano i dati vibrazionali per fornire l'ampiezza delle vibrazioni a frequenze multiple. Ciò aiuta a differenziare l'usura dei cuscinetti rispetto ad altre vibrazioni nel sistema, fornendo un feedback più accurato al personale di manutenzione rispetto ai dati forniti dai sensori analogici standard.

Le applicazioni che beneficiano di una maggiore protezione del motore includono installazioni in luoghi con temperature elevate, applicazioni di pompe sommerse o miscelatori, siti remoti, processi meccanicamente impegnativi e motori di grandi dimensioni, superiori a 150 cavalli (HP). La migliore protezione del motore basata su controller sta diventando una caratteristica standard dei produttori di VFD o di centri di controllo motori. La protezione aggiuntiva basata su switch è un passo avanti a basso costo rispetto ai sistemi di solo sovraccarico, mentre i sensori richiedono cablaggio, programmazione e reporting aggiuntivi per consentire i massimi benefici. Le apparecchiature avanzate di rilevamento delle vibrazioni sono riservate principalmente ai motori con potenza superiore a 500 HP che guidano carichi difficili.

Un'altra opzione più conveniente da considerare è l'impostazione di un programma di manutenzione del motore. Con questo programma, il personale di manutenzione crea tendenze informative misurando e registrando periodicamente la temperatura e i dati sulle vibrazioni con apparecchiature portatili a intervalli regolari. La tabulazione di queste tendenze può aiutare a prevedere meglio quando i cuscinetti, gli avvolgimenti o altre parti del motore potrebbero subire problemi di riscaldamento o vibrazioni, fungendo da sistema di allarme tempestivo per il guasto del motore. 

Quando si esegue un programma di manutenzione, è importante eseguire misurazioni in condizioni ambientali e di processo coerenti e registrare questi parametri per ottenere un contesto accurato per ogni misurazione.

Le stazioni di pompaggio utilizzano numerosi motori per azionare le pompe. La valutazione e la sostituzione regolari dei cuscinetti ridurranno i problemi di manutenzione per i gestori e gli operatori dell'impianto.

Trovare il giusto metodo di protezione richiede un'attenta considerazione delle apparecchiature e dei carichi. Applicare una protezione migliorata sui carichi più critici e valutare i vantaggi di una maggiore protezione del motore è un buon modo per iniziare. I programmi di manutenzione possono colmare il divario per apparecchiature più piccole e meno critiche.

Per i proprietari e gli operatori che desiderano aggiornare i sistemi elettrici o eseguire lavori di ampliamento presso le proprie strutture, è necessario prendere in seria considerazione i più recenti controller di motore all'avanguardia abbinati a sistemi di raccolta dati, poiché il costo totale installato può essere equivalente allo standard offerte. La maggior parte dei sistemi integrati, come soffianti e pompe, dispone di pacchetti di aggiornamento standard con rilevamento migliorato. La formazione e le procedure del personale sono fondamentali per estrarre il valore di questi sistemi.

I motori sono essenziali per tutto, dalle grandi operazioni alle attività quotidiane. Con una varietà di opzioni di protezione a disposizione degli operatori degli impianti idrici, la manutenzione della salute del motore non dovrebbe mai cadere nel dimenticatoio. È importante trovare una soluzione di monitoraggio e protezione che si adatti alla struttura e al personale operativo e che possa essere mantenuta a lungo termine. 

Brian Graeber guida un team di ingegneri elettrici presso Burns & McDonnell. Con oltre quindici anni di esperienza, è specializzato in informatica, sistemi di alimentazione elettrica, strumentazione e controllo. Ha lavorato in una varietà di settori, tra cui energia nucleare, acqua, acque reflue, prodotti di consumo e aviazione. Graeber è raggiungibile all'indirizzo [email protected].

Lo staff di Water & Wastes Digest invita i professionisti del settore a nominare i progetti relativi all'acqua e alle acque reflue che ritengono più notevoli e innovativi per il riconoscimento nel numero della Guida di riferimento annuale. Tutti i progetti devono essere stati in fase di progettazione o costruzione negli ultimi 18 mesi.

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