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Fattori chiave da considerare nel confronto tra attuatori elettrici e idraulici

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Raccolta dei dati / Efficienza e costi / Perdite e questioni ambientali

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Gli attuatori idraulici sono noti nel settore per la loro elevata forza. Dal punto di vista dei costi di acquisto, i sistemi idraulici sono solitamente meno costosi da implementare rispetto a un servosistema elettrico. Tra i loro svantaggi figurano un ingombro maggiore, la necessità di una manutenzione regolare e le regolazioni manuali del sistema per garantirne prestazioni ottimali. I sistemi idraulici sono sensibili alle variazioni di temperatura, soggetti a perdite e funzionano in un ambiente a circuito aperto, il che pone delle difficoltà per la raccolta dei dati. Sebbene sia possibile implementare sistemi servoidraulici per ovviare ad alcuni di questi problemi, essi comportano un ingombro maggiore e sono molto costosi da utilizzare. I sistemi idraulici offrono una lunga durata, ma non sono efficienti quanto i sistemi elettrici.

I sistemi elettrici richiedono uno spazio complessivo inferiore rispetto a quelli idraulici. Inoltre, garantiscono un controllo preciso di posizione, velocità e andamento, con un funzionamento più efficiente. Operano in un ambiente a circuito chiuso, facilitando la raccolta dei dati, e sono praticamente esenti da manutenzione. Preferiti per il loro livello più elevato di precisione nelle prestazioni, i servosistemi elettrici possono risultare più costosi di quelli idraulici nella fase iniziale di implementazione. Tuttavia, la maggiore efficienza operativa, unita a una manutenzione minima o nulla per tutta la durata del sistema, ne riduce il costo totale di proprietà nel corso della vita utile dell’apparecchiatura, rendendoli un’alternativa interessante ai sistemi idraulici.

1. Raccolta dei dati

Nella ricerca incessante del miglioramento dei processi produttivi, la raccolta dei dati in aree critiche sta diventando sempre più diffusa nell’odierno contesto manifatturiero. I cilindri idraulici richiedono sistemi servoidraulici costosi e complessi, dotati di sensori aggiuntivi per tracciare e monitorare posizione, velocità, forza e altri fattori che si verificano nel punto di lavoro. Tutti questi fattori sono già integrati nel servosistema di un attuatore elettrico. Il monitoraggio della corrente del motore semplifica il controllo della forza e della ripetibilità. Il dispositivo di retroazione sul motore registra con precisione posizione e velocità.

2. Efficienza e costi

I sistemi con attuatori elettrici operano tipicamente con un’efficienza compresa tra il 75 e l’80% per il lavoro svolto; i sistemi con attuatori idraulici operano tipicamente con un’efficienza compresa tra il 40 e il 55%. Un ulteriore fattore da considerare nell’equazione dei costi dell’energia elettrica è che gli attuatori elettrici richiedono corrente al motore solo quando è necessario. Quando gli attuatori elettrici sono a riposo, non richiedono corrente o ne richiedono quantità molto ridotte per mantenere la propria posizione. I sistemi idraulici richiedono che la centralina mantenga il sistema idraulico pressurizzato in ogni momento in cui il sistema è acceso, con conseguente uso inefficiente di energia.

Dividendo tra loro le efficienze delle due tecnologie, è possibile determinare un fattore approssimativo relativo al costo dell’energia elettrica in base al tempo in cui gli attuatori/cilindri sono effettivamente in movimento.

Ad esempio: 80% (elettrico) / 40% (idraulico) = 2. Ne consegue che il sistema elettrico è due volte più efficiente, oppure che quello idraulico consuma il doppio dell’energia per svolgere lo stesso lavoro. Si tratta di un’approssimazione, ma non è lontana dalla realtà. Infatti, a meno che un sistema idraulico non sia sottoposto a una corretta manutenzione, l’efficienza complessiva del sistema può scendere al 20%, rendendo la tecnologia elettrica fino a 4 volte più efficiente (o i costi dell’energia idraulica fino a 4 volte più elevati).

Sebbene i sistemi di attuatori elettrici siano due volte più efficienti dei sistemi a cilindri idraulici, una soluzione servoelettrica può risultare inizialmente più costosa da implementare. Tuttavia, il costo complessivo nell’arco della vita utile del sistema può essere notevolmente inferiore se si considerano le maggiori prestazioni, la flessibilità del sistema e la riduzione dei costi energetici.

3. Perdite e preoccupazioni ambientali

Molti professionisti del settore idraulico hanno affermato: «Non si tratta di chiedersi SE l’idraulica presenterà perdite, ma di quando e in che misura». Le perdite creano disordine nell’ambiente di produzione e rappresentano anche un rischio per la sicurezza se qualcuno scivola sul liquido versato. Ancora più allarmante è il fatto che le perdite potrebbero causare una grave contaminazione di processi e prodotti chiave, quali la lavorazione alimentare, i prodotti farmaceutici, i dispositivi medici e altri. Un episodio di contaminazione può essere costoso sia in termini di pulizia che di prodotti da scartare, e lo è ancora di più se il prodotto contaminato raggiunge i consumatori e viene poi ritirato dal mercato. Inoltre, molti sistemi idraulici sono installati all’aperto e in prossimità di abitazioni e di fonti d’acqua potabile. La fuoriuscita di olio nell’ambiente circostante può rappresentare una grave preoccupazione per le comunità.

La tecnologia degli attuatori elettrici è una delle tecnologie di movimento lineare più “pulite” che possano essere implementate in modo attivo e semplice. L’unico potenziale agente contaminante è il grasso presente sulla vite di comando; se necessario, è possibile applicare grassi speciali (per uso alimentare, per camere bianche, ecc.). Le guarnizioni di alta qualità utilizzate sull’asta dell’attuatore elettrico trattengono il grasso all’interno dell’attuatore, eliminando praticamente qualsiasi problema di contaminazione.