Ci sono impianti che consumano cinghie a un ritmo che non si spiega guardando la potenza installata. Trasmissioni ben allineate, tensione corretta, mescole adeguate, e nonostante tutto sostituzioni ogni pochi mesi. In una parte consistente di questi casi la variabile nascosta è il modo in cui la macchina viene avviata. Gli avviamenti frequenti e le rampe impostate sull’inverter incidono sulla vita della cinghia più di quanto incida il carico a regime.
È un tema che si è fatto più attuale da quando gli azionamenti a frequenza variabile sono diventati la norma anche su macchine di taglia media. L’inverter risolve molti problemi, ma introduce parametri che quasi nessuno mette in relazione con la trasmissione meccanica a valle.
Cosa vede la cinghia durante un avviamento
Durante l’accelerazione la coppia richiesta è la somma di due componenti: quella necessaria a vincere il carico resistente e quella necessaria ad accelerare le masse rotanti. La seconda dipende dal momento d’inerzia complessivo e dalla rapidità con cui si vuole raggiungere il regime.
Su un ventilatore centrifugo di buone dimensioni il momento d’inerzia della girante è elevato. Se si chiede di passare da zero a 1.450 giri in tre secondi, la coppia di accelerazione può superare di due o tre volte quella di regime. La cinghia deve trasmettere tutto, e se la tensione statica è stata calcolata sulla coppia nominale, in quei tre secondi slitta.
Uno slittamento di tre secondi genera sui fianchi una quantità di calore notevole, concentrata in una zona ristretta. Ripetuto dieci volte al giorno fa trenta secondi di slittamento quotidiano, oltre tre ore all’anno. È più che sufficiente a vetrificare i fianchi di qualsiasi mescola.
Perché l’inverter può peggiorare le cose invece di migliorarle
L’idea diffusa è che l’avviamento con inverter sia sempre dolce. Lo è rispetto a un avviamento diretto da rete, dove la corrente di spunto e la coppia associata sono violente. Ma dipende interamente da come è parametrizzata la rampa.
Su moltissimi impianti la rampa di accelerazione viene lasciata al valore di fabbrica, tipicamente pochi secondi, o viene addirittura accorciata perché la macchina sembra impiegare troppo tempo a partire. In quel caso l’inverter eroga tutta la coppia disponibile, spesso con un limite impostato al 150 per cento della nominale, e la trasmissione meccanica riceve esattamente quel valore.
C’è poi il caso opposto, altrettanto dannoso: la rampa di decelerazione troppo rapida. In frenatura la coppia si inverte, il ramo che era teso diventa lento e viceversa. Su una trasmissione dimensionata per un verso di carico questo comporta un’inversione di flessione che affatica l’anima.
Il rimedio non è complicato. Allungare la rampa di accelerazione a dieci o quindici secondi su una macchina ad alta inerzia riduce la coppia di accelerazione in proporzione diretta, e nella grande maggioranza dei casi il tempo di avviamento più lungo non ha alcun impatto sul processo. Vale la pena confrontarlo con quanto abbiamo scritto sui ventilatori industriali e il rapporto fra tensione e rumore.
Gli avviamenti a intermittenza e il ciclo termico
Una macchina che parte e si ferma venti volte al giorno sottopone la cinghia a un ciclo termico continuo. La mescola scalda durante l’accelerazione, si raffredda durante la sosta, e ogni ciclo produce micromovimenti fra anima e mescola per dilatazione differenziale.
Questo tipo di fatica non si manifesta con segni evidenti fino alla rottura. Tipicamente la cinghia appare integra e poi cede di colpo, con separazione fra anima e corpo. Chi ispeziona guardando solo fianchi e screpolature non vede nulla.
L’indicatore utile in questi casi è il numero di avviamenti, non le ore di funzionamento. Su impianti a servizio intermittente conviene contare gli avviamenti tramite il contatore dell’inverter e impostare la sostituzione preventiva su quel parametro, invece di ragionare in ore.
Il fattore di servizio: dove entra davvero in gioco
Le tabelle di dimensionamento delle cinghie prevedono un fattore di servizio che moltiplica la potenza nominale prima del calcolo. Quel fattore tiene conto proprio del tipo di carico e della frequenza di avviamento, oltre che delle ore giornaliere di funzionamento.
Per una macchina a carico uniforme con meno di dieci ore al giorno il fattore parte da 1,0-1,1. Per una macchina con carico a urti e avviamenti frequenti in servizio continuo si arriva a 1,6-1,8, e su applicazioni particolarmente gravose oltre. La differenza fra 1,1 e 1,7 significa spesso una cinghia in più o il passaggio alla sezione superiore.
L’errore più comune è dimensionare sul fattore minimo perché la potenza di targa del motore sembra abbondante. La potenza di targa del motore non è la potenza assorbita dalla macchina, e il fattore di servizio non è un margine di sicurezza sovrapposto: è la traduzione del profilo di carico reale. Le sezioni disponibili per queste applicazioni sono raccolte sotto cinghie trapezoidali dentate e nel catalogo CinghieShop.
Il dettaglio che fa la differenza: sincrone o trapezoidali
Su applicazioni con avviamenti molto frequenti la tentazione è di passare a una trasmissione sincrona, che non slitta per definizione. È una soluzione valida ma va valutata con attenzione, perché elimina anche la funzione di protezione che lo slittamento esercita sul resto della catena cinematica.
Una trasmissione trapezoidale che slitta in caso di bloccaggio salva il riduttore e l’albero. Una sincrona trasmette tutto fino alla rottura di qualcosa. Su macchine dove il rischio di bloccaggio esiste, per esempio nella movimentazione di materiali sfusi, la trapezoidale resta spesso la scelta corretta, eventualmente sovradimensionata.
Dove invece il carico è prevedibile e serve sincronismo, la sincrona con profilo curvilineo HTD 8M o 14M offre una capacità di trasmissione nettamente superiore a parità di ingombro e non risente degli avviamenti ripetuti. Le misure si trovano sotto cinghie sincrone, e per la scelta del passo rimandiamo alla scheda su HTD 8M e carichi trasmissibili.
Cosa fare su un impianto che consuma cinghie
Il percorso diagnostico è ordinato. Si parte dall’allineamento e dallo stato delle pulegge, perché sono le cause più frequenti in assoluto. Se sono a posto, si verifica la tensione con frequenzimetro e la si confronta con il valore calcolato, non con la sensazione.
Se anche la tensione è corretta, si passa ai parametri dell’inverter: rampa di accelerazione, limite di coppia, rampa di decelerazione e numero di avviamenti registrati. Su questo terzo livello si trovano molte delle cause che rimangono inspiegate ai primi due.
Infine si rivede il dimensionamento con il fattore di servizio corretto. Capita spesso che l’impianto sia stato dimensionato anni prima per un ciclo di lavoro diverso da quello attuale, e che nessuno abbia rifatto il calcolo quando il processo è cambiato. Su questo tema è utile anche la nostra scheda sull’allineamento delle pulegge, perché è il primo gradino da escludere.
Domande frequenti
Allungare la rampa di accelerazione riduce la produttività?
Quasi mai in modo significativo. Passare da tre a dodici secondi su una macchina che lavora per ore incide in modo trascurabile sul ciclo complessivo.
Il soft starter ha lo stesso effetto dell’inverter?
Sull’avviamento sì, riduce la coppia di spunto. Non permette però di controllare la decelerazione né di contare gli avviamenti come fa un inverter.
Come misuro il numero di avviamenti?
Quasi tutti gli inverter hanno un contatore interno accessibile dai parametri di diagnostica. In alternativa si usa un contaore sul contattore di linea.
Una cinghia che si rompe di netto senza segni è difettosa?
Non necessariamente. La rottura per fatica dell’anima da cicli termici o da avviamenti ripetuti si presenta esattamente così, senza usura visibile sui fianchi.
Conviene sovradimensionare sempre la trasmissione?
Entro limiti ragionevoli sì, ma una cinghia molto sovradimensionata lavora a carico basso e può soffrire di vibrazioni e slittamento a freddo. Il fattore di servizio corretto resta la strada giusta.
Se hai un impianto che consuma cinghie senza una causa evidente, scrivici potenza, giri, sezione montata e frequenza di avviamento: rifacciamo il calcolo con il fattore di servizio corretto e ti indichiamo se serve una sezione diversa o solo un parametro da rivedere.