Parker contribuisce alla sostenibilità delle macchine per il geotecnico
Soilmec, tra i maggiori player nell’ingegneria del sottosuolo, ha creato una gamma di macchine a zero emissioni locali, tra cui la microperforatrice SM-13e, che integra diversi componenti forniti da Parker Hannifin, come i motori della serie GVM210 e gli inverter GVI-G650. L’obiettivo? Soddisfare i requisiti di velocità e potenza, ridurre i costi operativi e migliorare le prestazioni rispetto alle macchine con motore diesel.
La forte spinta globale all’utilizzo di fonti energetiche sostenibili e a consumo nullo sta accelerando il passaggio dalle macchine a combustibile fossile a quelle elettriche. Alcune aziende europee hanno già incluso le apparecchiature elettriche tra i requisiti delle gare d’appalto. Le macchine di grandi dimensioni sono più complesse da convertire a causa dell’elevata richiesta di potenza. Tuttavia, grazie allo sviluppo tecnologico in atto, il settore geotecnico sta compiendo progressi nella transizione all’energia elettrica.
Soilmec è un’azienda leader nell’ingegneria del sottosuolo, con oltre 50 anni di esperienza nella progettazione, produzione e distribuzione di apparecchiature. In linea con le tendenze globali a favore della sostenibilità, Soilmec ha creato una gamma di macchine a zero emissioni locali, scegliendo come primo esemplare la macchina da micropalo SM-13e. Questa macchina è solitamente utilizzata nelle operazioni di consolidamento, ancoraggio e tunnelling ed è stata presentata per la prima volta al Bauma 2022.
Parker Hannifin, lo specialista nel campo delle tecnologie di movimentazione e controllo, ha fornito diversi componenti per la SM-13e, inclusi i motori della serie GVM210 e gli inverter GVI-G650. L’obiettivo di questo progetto era soddisfare i requisiti funzionali di velocità e potenza, riducendo significativamente i costi operativi e migliorando le prestazioni rispetto alla macchina con motore diesel.
Le sfide nella realizzazione di macchine per il settore geotecnico
Le macchine per l’ingegneria del sottosuolo operano in condizioni estreme. I cantieri sono esposti alle intemperie e alla polvere associata al movimento terra, mentre la perforazione di terreni rocciosi provoca vibrazioni elevate. Se non appositamente progettati, i componenti elettronici sensibili sono soggetti a guasti.
Nel caso specifico del modello Soilmec SM-13e ETECH, i requisiti funzionali si sono rivelati particolarmente problematici. L’SM-13e richiede quattro motori elettrici, ciascuno con un inverter. Due di questi motori sono installati sulla testa di perforazione (rotary). L’altezza rappresenta una sfida notevole, perché i sistemi di raffreddamento devono raffreddare i motori ad altezze fino a 10 metri.
I due motori nella rotary azionano il movimento rotatorio, mentre un altro gestisce la spinta della testa di perforazione. Poiché i motori della rotary devono essere altamente sincronizzati, la progettazione e il controllo dell’inverter e del motore sono fondamentali per il funzionamento della macchina. La velocità di rotazione può variare da un massimo di 130 giri/min a un minimo di 1 giri/min. Il motore tiro-spinta offre inoltre un’ampia gamma di velocità da 50 m/min a 0,08 m/min.
La tecnologia elettrica alla base della microperforatrice SM-13e
Parker ha fornito diversi componenti per la microperforatrice elettrifica di Soilmec, tra cui motori e inverter. L’SM-13e utilizza le seguenti tecnologie:
Motore GVM210300: l’SM-13e è dotata di quattro motori, che offrono velocità fino a 9.800 giri/min con una coppia nominale di picco di 710 Nm. Uno dei motori si interfaccia direttamente con una pompa idraulica senza accoppiamento, mentre gli altri motori si collegano alle trasmissioni.
Inverter GVI-G650: ciascuno dei quattro motori dispone di un inverter di controllo con frequenze di commutazione di 1, 2, 4, 8, 12 o 16 kHz e corrente di picco di 320 A.
Refrigeratore idraulico QDC-050-B: questo refrigeratore offre un’elevata densità di potenza ed efficienza per una capacità di raffreddamento massima di 26 kW a 40 °C. Il sistema di gestione termica di Parker utilizza il refrigeratore per gestire la temperatura di motori, inverter e bobina idraulica mediante un sistema di serbatoi pressurizzati appositamente progettato.
Pompa idraulica a pistoni variabili P2075L: questa pompa funziona ad altezze elevate ed è quindi fondamentale per il raffreddamento dei motori sopraelevati.
La microperforatrice SM-13e è stata progettata all’insegna della massima flessibilità. Sono disponibili tre modalità operative: Normal, Eco e Boost. La modalità Normal offre prestazioni operative standard, mentre la modalità Eco consente di risparmiare energia quando è richiesta meno potenza e di prolungare la durata della batteria. La modalità Boost garantisce il massimo delle prestazioni per brevi periodi di tempo.
La macchina è inoltre dotata di diverse opzioni per l’alimentazione elettrica. La configurazione più semplice richiede un’alimentazione elettrica costante tramite cavo. L’SM-13e può anche essere fornita con una batteria principale per il funzionamento senza cavo, oppure con due batterie per consentire la ricarica della batteria di riserva mentre la macchina è in funzione.
Un approccio collaborativo per la progettazione del sistema
Soilmec vanta oltre cinquant’anni di esperienza nel settore geotecnico e ha sviluppato macchine di piccole e grandi dimensioni per un’ampia varietà di applicazioni. Di conseguenza, gli ingegneri dell’azienda possiedono un ampio bagaglio di conoscenze e competenze sul funzionamento delle nuove apparecchiature elettriche che consente loro di soddisfare le esigenze dei clienti. Parker Hannifin completa il quadro fornendo tecnologie e componenti per macchine che vantano oltre 100 anni di storia. Grazie a una preparazione che abbraccia tutti gli aspetti delle apparecchiature mobili, gli ingegneri Parker sono in grado di fornire informazioni approfondite sui singoli componenti e sul funzionamento congiunto in una macchina elettrica.
Per sviluppare il modello SM-13e, gli ingegneri Parker e Soilmec hanno adottato un approccio collaborativo, lavorando a diverse iterazioni per affinare i requisiti, selezionare i componenti e progettare un sistema che funzionasse come un insieme integrato. Il risultato è l’ottimo rendimento sul campo della prima Soilmec SM-13e.
I vantaggi delle macchine elettriche per il settore geotecnico
Le macchine elettriche come la SM-13e offrono vantaggi significativi alle aziende di ingegneria del sottosuolo. In primo luogo, consentono agli utenti di ridurre notevolmente l’impronta di carbonio. L’SM-13e è molto più efficiente dell’equivalente diesel. Poiché la fonte di energia è elettrica, le emissioni di CO2 e di altri gas serra (GHG) sono localmente nulle. Allo stesso tempo, le macchine elettriche sono molto più silenziose dei motori a combustione interna. A differenza delle macchine endotermiche, i motori elettrici sono spenti quando le utenze non sono attive e la macchina non sta perforando. Questo riduce drasticamente il rumore a cui è sottoposto l’operatore e il consumo energetico.
In secondo luogo, una maggiore efficienza consente anche di ridurre i costi di esercizio. L’intervallo di manutenzione periodica dei motori diesel viene calcolato in base al tempo di funzionamento della macchina, compreso il tempo di inattività. Per quanto riguarda i motori elettrici, invece, è possibile monitorare individualmente il tempo di funzionamento. Pertanto, gli intervalli di manutenzione si estendono notevolmente, con una conseguente riduzione dei costi operativi fino al 56%. Inoltre, la disponibilità della macchina è maggiore grazie alla riduzione dei tempi di fermo, e i lavori possono avanzare più rapidamente. I costi di manutenzione sono ridotti ulteriormente anche perché i motori elettrici richiedono meno interventi di manutenzione rispetto ai motori diesel.
Infine, le macchine elettriche offrono prestazioni superiori rispetto agli equivalenti diesel. Questo vantaggio è dovuto alla costante disponibilità di coppia dei motori elettrici, indipendentemente dalla velocità. Si tratta di un aspetto interessante per le imprese edili, perché il miglioramento delle prestazioni consente di completare i progetti in tempi più brevi, aumentando così la redditività.
Elettrificazione in fase di sviluppo
Soilmec e Parker hanno unito le loro competenze nel campo delle macchine per l’ingegneria del sottosuolo e della tecnologia di movimentazione e controllo per sviluppare una macchina da micropalo elettrica, la SM-13e ETECH. Questo modello è il primo della linea a zero emissioni locali di Soilmec.
Nel settore geotecnico, abbandonare i combustibili fossili per passare alle macchine elettriche presenta diverse sfide, tra cui vibrazioni elevate e condizioni operative avverse. Tuttavia, il team di progetto ha ideato e costruito una macchina che soddisfa tutti i requisiti funzionali e supera le prestazioni dell’equivalente diesel. La microperforatrice SM-13e garantisce emissioni inferiori e maggiore efficienza, riducendo i costi operativi fino al 56% grazie a programmi di manutenzione ottimizzati. L’approccio collaborativo di Soilmec e Parker ha permesso di realizzare una macchina che adempie al suo compito e non si limita a sostituire la fonte energetica, ma funziona come un insieme perfettamente integrato.