Accumulatori impulsivi

[mario_maggi]

Ciao a tutti.
Nessuno di Voi lavora nella R&D su macchine che richiedono picchi di potenza per tempi brevi? Nessuno di Voi ha voglia e la capacità di fare innovazioni sostanziose? Faccio un esempio.
Oggi moltissime presse meccaniche accumulano l'energia in un volano che ruota in continuazione. Uno sgancio o frizione permettono di collegare l'albero del volano alla manovella che aziona la biella.


Domani le presse potranno essere realizzate senza accumulo energetico meccanico, in quanto è possibile da oggi avere la necessaria quantità di energia impulsiva fornita localmente da un gruppo elettronico, che assorbirà energia dalla rete in modo costante ad un livello di potenza decisamente più basso.
Il sistema ottimale potrebbe essere costituito da un solo gruppo di alimentazione impulsiva, e da 4 o 6 o 8 presse nelle immediate vicinanze, data la necessità di avere conduttori per correnti molto elevate.
Non è una innovazione che si possa fare artigianalmente, servono uffici tecnici e finanziamenti. Le presse in Italia dovremmo saperle fare, l'alimentatore impulsivo c'è già, funzionante.
Se volessimo riprendere in mano una fetta del mercato delle macchine utensili, che solo pochi decenni fa era nelle nostre mani, questa sarebbe una delle possibilità.
Ciao
Mario

[venexian]

Il problema non è l'accumulo dell'energia elettrica, ma la sua trasformazione da elettrica in meccanica.
Facciamo l'esempio per una pressa come quella dell'immagine. Tutto il lavoro utile viene svolto in una frazione di secondo, mentre il ciclo di lavoro prevede parecchi secondi di attesa tra una lavorazione e quella successiva. Questo significa che il motore può avere 1/100 della potenza necessaria all'operazione da svolgere. Chi fornisce la potenza istantanea è il volano, che perde velocità e poi è nuovamente accelerato alla velocità originale nel periodo di attesa, con una potenza relativamente piccola. Se l'accumulo lo si fa a livello elettrico, il motore dovrà avere tutta la potenza istantanea necessaria, anche 100 volte la potenza della versione con il volano. Non ci sarebbe nessun vantaggio a sostituire il volano con un motore 100 volte più potente, indipendentemente dal costo dell'accumulazione dell'energia necessaria a farlo funzionare.

[mario_maggi]

venexian,

Non ci sarebbe nessun vantaggio a sostituire il volano con un motore 100 volte più potente

innanzitutto non serve avere un motore 100 volte più potente. Il motore - o meglio servomotore - dovrebbe dare una coppia di picco pari a 100 volte, ma questo li si può fare anche con un asincrono.
Sulla mancanza di vantaggi ci sarebbe da discutere, avere un volano sopra la testa che gira sempre non mi sembra il massimo della sicurezza, infatti si è obbligati a costruire strutture pesantissime.
Ciao
Mario

[venexian]

Ciao Mario,

non capisco perché parli di coppia: è la potenza che viene mediata dalla presenza del volano, non la coppia. Ciò che è vero è che il motore dovrebbe poter dare una potenza di picco 100 volte superiore, ma una potenza media molto inferiore. Ad ogni modo, in qualsiasi modo tu lo costruisca, un motore con quelle caratteristiche costa un enormità in più, rispetto a un volano.
Riguardo alla struttura della macchina, gli sforzi maggiori li hai sul castello, che è quello che si apre al momento della punzonatura. Questo deve sopportare gli stessi sforzi in entrambi i casi e la struttura della macchina dovrebbe essere equivalentemente massiccia.
Non è per darti contro, ma su tante applicazioni dove quegli accumulatori troverebbero conveniente applicabilità, questa non mi sembra proprio adatta.
Non mi pare che vengano usati neppure sulle gru o sui muletti, dove si sollevano e si abbassano carichi ad intervalli vicini. In questi casi non si dovrebbe aumentare la potenza del motore e ci sarebbe solo guadagno.

[mario_maggi]

venexian,

il motore dovrebbe poter dare una potenza di picco 100 volte superiore

non è detto, nel momento di massima coppia la velocità potrebbe anche ridursi, quindi la potenza di picco non sarebbe 100 volte ma minore.
Qui parlo di accumulatori impulsivi, dove la scarica avviene in un tempo nell'ordine della decina di millisecondi. Muletti e gru richiedono tempi ben più lunghi, qui la fornitura di picchi di potenza troppo repentina sarebbe controproducente.
Se qualcuno vede altre applicazioni, ben venga (io non sono un specialista di presse )
Ciao
Mario

[SandroCalligaro]

Sui muletti non si usano se la movimentazione verticale è idraulica (mi pare che sia quasi sempre così), per il resto fare scambio con la batteria è molto facile, tanto più se c'è un inverter di mezzo.

[venexian]

@Mario

Qui parlo di accumulatori impulsivi, dove la scarica avviene in un tempo nell'ordine della decina di millisecondi.

In questo caso non riesco ad immaginare quale potrebbe essere il convertitore elettrico/meccanico per realizzare una punzonatrice con queste caratteristiche. 10 ms non sono sufficienti per eseguire la punzonatura, servono impulsi che durino dieci volte tanto. La velocità di taglio è imposta dal materiale e non dalla macchina e macchine come quelle nella prima foto servono per punzonare spessori per i quali quel tempo non basta.
Mario, cosa avresti in mente per convertire un'energia impulsiva da elettrica a meccanica in grado di fornire cento tonnellate su 10 mm per 100 ms?

@Sandro
Non tutti i muletti hanno la movimentazione verticale idraulica. Se è necessaria precisione, quando vengono adoperati anche per il posizionamento, per esempio per caricare e scaricare gli stampi dalle presse, il movimento è elettromeccanico.
Gli accumulatori a breve termine, mi pare si chiamino Kinetics, come quelli usati in F1, vengono utilizzati tra l'inverter e la batteria perché consentono un'efficienza molto maggiore rispetto al recupero diretto sulla batteria. Se mi ricordo bene, è perché accettano cariche in tempi brevissimi, cosa che le batterie al piombo non possono accettare.

[SandroCalligaro]

In quel caso, certo, i sistemi ibridi batteria-supercap permettono di ovviare alle mancanze di ciascuno dei due accumuli (o di sfruttare i vantaggi di ciascuno dei due, dipende se sei ottimista o pessimista ).

Le batterie hanno alta densità di energia, ma bassa densità di potenza (relativamente).
I supercondensatori hanno alta densità di potenza, ma bassa densità di energia.

Per sfruttare bene i supercap occorre un convertitore bidirezionale che possa lavorare da quasi zero a tensione piena (innalzando la tensione dal supercap verso l'inverter o abbassando la tensione dell'inverter verso il supercap). Parlo di inverter, ma potrebbe essere un convertitore di altro tipo, dipende dal motore usato (ultimamente mi pare si usino dei trifase).
Inoltre i singoli supercap (come d'altronde le celle delle batterie) hanno tensioni di lavoro basse, per cui vanno usati in serie, ma va garantito che nessun elemento superi la tensione nominale (si rovinano molto facilmente).

[venexian]

E' proprio così, adesso mi fai ricordare meglio (non sono un elettronico). Mi ricordo che avevamo valutato il loro utilizzo alcuni anni fa, ma il costo era proibitivo e lo spazio necessario pure. Ricordo che il picco di efficienza si aveva per cariche/scariche nell'ordine dei dieci secondi (ma potrei sbagliarmi).
Mario, puoi spiegare cosa sono i dispositivi di cui parli che hanno costanti di tempo così piccole (10 ms)?

[mario_maggi]

venexian,

10 ms non sono sufficienti per eseguire la punzonatura, servono impulsi che durino dieci volte tanto.

nessun problema, si possono avere impulsi di potenza distribuiti su 100 ms, o anche più, fino ad alcuni secondi.

Mario, cosa avresti in mente per convertire un'energia impulsiva da elettrica a meccanica in grado di fornire cento tonnellate su 10 mm per 100 ms?

Io non ho in mente niente e non ho fatto ricerche in tal senso, non avendo alcun interesse a farlo. Ma non escludo che ci possano essere delle soluzioni.
Ho buttato lì un'idea generale, non è detto che sia adatta anche per presse da 1000 kN

cosa sono i dispositivi di cui parli che hanno costanti di tempo così piccole (10 ms)?

Supercaps, convertitore DC/DC ed eventuale inverter, dipende dal tipo di carico.

Ciao
Mario