Libri di Emanuele Loffarelli

Gli impianti elettrici rappresentano sistemi caratterizzati da conduttori, apparecchiature di manovra e protezione, sistemi di regolazione e controllo che nel loro insieme sono impiegati per la conduzione di utenze più o meno complesse. Di norma un impianto elettrico è vincolato a valori di tensione e corrente nominali, forniti dal costruttore compresa la necessità di manutenzioni ordinarie, ossia manutenzioni programmate, e straordinarie qualora sopraggiungano guasti oppure funzionamenti del sistema fuori specifica. Tutto questo conferma il fatto che un impianto elettrico per la sua realizzazione richiede un attento studio di progetto e una conoscenza approfondita delle caratteristiche del carico in gioco. Questo volume è stato sviluppato con l'intenzione di fornire nozioni di base su quello che può essere il dimensionamento di un impianto elettrico in bassa tensione per tensioni comprese tra 230V e 400V. La prima parte del libro è dedicata allo studio delle linee elettriche in cui, per la corretta progettazione della conduttura, si considerano oltre che ai valori nominali di tensione e corrente, anche la temperatura ambiente a cui è soggetto il cavo e al tipo di posa, sfruttando come criteri di progettazione il metodo della caduta di tensione unitaria e quello della perdita di potenza ammissibile; in particolare vengono studiate linee con carichi distribuiti e linee aperte e diramate. La seconda parte dei contenuti entra nel merito delle correnti di cortocircuito al termine della conduttura, dimostrando come tali correnti di guasto vengono calcolate in funzione della componente ohmica e induttiva che presenta la conduttura stessa. A seguire il volume si sviluppa sul concetto di carico convenzionale che considera i coefficienti di utilizzo e contemporaneità Ku e Kc perché svolgono un ruolo importante ai fini della individuazione della reale potenza impegnata nell'impianto. Un altro argomento trattato è quello del rifasamento dell'impianto, procedura questa fondamentale quando la natura del carico risulta fortemente induttiva, presentandosi con un fattore di potenza cosφ troppo basso, a scapito di un eccessivo consumo di energia che sostanzialmente va perduta e non sfruttata. Infine, viene trattato secondo principi di base il progetto illuminotecnico sfruttando il metodo del flusso totale, proponendo nella tematica la descrizione di tutte le grandezze fotometriche che entrano in gioco in fase di progetto. Il volume in relazione agli argomenti trattati riporta molti esempi, affinché il lettore possa entrare nel merito dei contenuti.

Il motore asincrono, noto anche come motore a induzione, per il contenuto costo, semplicità costruttiva, affidabilità e impiego in condizioni di lavoro talvolta critiche rappresenta una delle macchine fondamentali nell'industria per l'impletamento degli azionamenti elettrici come nel caso di pompe centrifughe, ventilatori, pompe sommerse, compreso il suo impiego a bordo di torni, bobinatrici, carroponti, ecc. La caratteristica applicativa del motore elettrico è quella di poter convertire la potenza fornita dall'energia elettrica, in energia meccanica permettendo di portare in rotazione un carico o comunque di permetterne un azionamento. Questo tipo di macchina richiede necessariamente per l'alimentazione una tensione alternata e rispettivamente il motore asincrono trifase deve essere alimentato da una terna di tensioni simmetriche aventi un valore solitamente pari a 380/400V e tale tipologia di motore trova principalmente impiego nell'industria dove sono richieste potenze anche di una certa entità. Il motore asincrono monofase viene alimentato a 230V e risulta ampliamente diffuso in ambito civile dove si dispone di una tensione di rete di 230V e con modeste richieste di potenza. I circuiti elettrici di avviamento dei motori elettrici prevedono spesso l'utilizzo di componenti elettrici come il teleruttore che supportando una bobina di eccitazione associata ad un nucleo ferromagnetico, una volta comandato fornisce attraverso i contatti di potenza tensione alla macchina, oppure tramite inverter che consente un avviamento del motore secondo un'azione di soft-start in contropartita all'avviamento diretto che tende a generare negli avvolgimenti statorici elevate sollecitazioni soprattutto se tali avviamenti sono molto ravvicinati. Importante vantaggio offerto dall'inverter è anche la possibilità di regolare la velocità del motore elettrico agendo sui parametri tensione-frequenza permettendo di parzializzare ad esempio la portata di fluido di una pompa centrifuga o regolare la velocità di un nastro trasportatore. Nella prima parte il libro propone richiami teorici sul motore elettrico permettendo di entrare nel merito del suo funzionamento e poi sulle caratteristiche costruttive; la seconda parte è dedicata agli schemi elettrici tipici di avviamento tramite teleruttori, con riferimento ai criteri di dimensionamento delle protezioni per poi concludere con il principio di funzionamento dell'inverter sulla base di configurazioni tipiche e con un esempio di programmazione sfruttando gli inverter ABB ACS310 (trifase/trifase) e ACS150 (monofase/trifase), convertitori molto versatili e dalle ottime performance, con menù di programmazione molto intuitivo dedicato a motori alimentati a 380/400V, con potenza fino a 5,5kW.

La fornitura di elettricità in ambito domestico, nel terziario, nel settore pubblico e nell'industria è legata alla rete di distribuzione elettrica e a tutte quelle apparecchiature, compresi i cavi elettrici, che ne permettono la produzione e l'attuazione. Per assicurare elettricità al cliente è necessario considerare tutta una serie di fattori molto importanti che necessariamente obbligano il tecnico sia alla progettazione dell'impianto elettrico, sia al dimensionamento dei componenti che alla scelta dei vari dispositivi utili. Partendo dalla rete di trasmissione elettrica nazionale interfacciata con la rete elettrica europea, il sistema elettrico è costituito da un insieme di sottoreti caratterizzate da livelli di tensioni nominali fino a giungere al cliente finale rappresentato dalle utenze private, pubblici uffici, industrie, trasporti, ecc. Una delle macchine fondamentali del sistema elettrico è sicuramente il trasformatore in grado di ridurre il valore efficace della tensione alternata applicata al suo ingresso. Un'altra caratteristica di questa macchina è la sua reversibilità funzionando come elevatore di tensione, applicazione questa soprattutto sfruttata nelle centrali elettriche per la produzione di energia. Il trasformatore costruttivamente può essere del tipo trifase o monofase asseconda delle esigenze e la sua potenza è strettamente legata al contesto applicativo. Il mercato di questa apparecchiatura, propone il prodotto secondo due modelli tipici: in resina in cui il raffreddamento avviene in modo naturale o in bagno d'olio in cui gli avvolgimenti della macchina sono immersi all'interno dell'olio con elevate proprietà dielettriche, in particolare quest'ultima tipologia costruttiva trova largo impiego laddove sono richieste elevate potenze soprattutto nel campo dell'alta tensione, in cui è ramificata la rete elettrica nazionale in grado di connettersi con la rete elettrica estera europea. La seconda parte del volume sarà dedicata pressoché al trasformatore trifase e alle sue caratteristiche con il richiamo di tutte quelle definizioni che lo classificano in relazione alle caratteristiche di collegamento degli avvolgimenti, raffreddamento, ecc. La terza e ultima parte del libro è dedicata alla scelta del trasformatore in base alle esigenze di impianto, considerando il dimensionamento di massima della cabina MT/BT con riferimento alle protezioni di sovracorrente ASI 50, 51 e 51N e alla scelta dell'interruttore BT a protezione del trasformatore.

La batteria attualmente risulta una delle fonti energetiche fondamentali sia nel settore di produzione dell'energia che nella trazione in relazione alle auto elettriche e ibride che negli ultimi anni hanno avuto una larga diffusione sul mercato. Entrambi questi settori caratterizzati da una evoluzione esponenziale e sottoposti continuamente fasi sperimentali, fanno profondamente leva sull'impiego di nuove tipologie di accumulatori puntando allo sviluppo di generatori caratterizzati da alto rendimento, affidabilità e sicurezza. Nei veicoli a trazione elettrica la batteria al Litio costituisce attualmente l'accumulatore leader grazie all'alta affidabilità, all'alto rendimento, minori tempi di ricarica ed elevata densità nonostante le ridotte dimensioni fisiche, quindi il componente si presenta con un peso ridotto rispetto alle precedenti batterie al piombo acido o al nichel metallidrato. L'elevata tecnologia delle nuove auto puramente elettriche e ibride propone sul mercato automobili in grado di percorrere distanze molto più elevate rispetto ai modelli precedenti, grazie all'impiego di nuovi motori elettrici e a sistemi di controllo e regolazione da parte dei driver, capaci di sfruttare al meglio l'energia elettrica fornita dagli accumulatori stessi.

Le batterie ricaricabili ora sono uno degli elementi fondamentali nell'elettronica di consumo compreso il campo delle telecomunicazioni come negli Smartphone e nel PC portatile con riferimento ai notebook. Grazie all'evoluzione che hanno avuto nel tempo le attuali batterie si propongono con caratteristiche molto dinamiche e con una durata assai più lunga rispetto alle tipologie precedenti, compresa un'ottima affidabilità e una forma ridotta e compatta. La vita di una batteria ricaricabile è strettamente legata a due fattori fondamentali come l'uso corretto che se fa e l'impiego di un idoneo circuito di alimentazione per la ricarica in relazione alla capacità. Questo volume propone all'inizio un'enfasi su quello che è stata la nascita della batteria e l'evoluzione che ha avuto nel tempo, per poi descrivere quali sono le fondamentali caratteristiche delle batterie ricaricabili ora in uso come quelle al nichel-metallidrato (NiMH), agli ioni di litio (Li-ion) e al piombo (Pb). Sono poi proposti una serie di regolatori lineari come LM317 configurato come regolatore stabilizzato sia in tensione sia in corrente per la gestione delle batterie al NiMH e al Pb mentre per quello che concerne le batterie Li-lon, circuiti integrati come l'LTC4079, il MAX 1811 e l'LM3420. Gli esempi di ricarica si rivolgeranno anche alle batterie al piombo acido e piombo gel usate in campo automobilistico impiegando l'integrato TA8532 e il TCA965 della Siemens. Per quello che concerne i timer programmabili è stato scelto il divisore CMOS 4536 utile per ricaricare in maniera temporizzata batterie al NiMH e al Pb perché la carica temporizzata è una tecnica di carica utilizzata. È anche molto importante sfruttare correttamente una batteria. Infine saranno proposte configurazioni che includono sempre l'impiego dell'amplificatore operazionale per rilevare lo stato di carica di una batteria.

Il mondo dell'illuminotecnica negli ultimi quindici anni è stato soggetto a rapide trasformazioni dovute alla produzione di componenti innovativi che hanno aumentato il rendimento dei vari prodotti dedicati all'illuminazione, migliorandone la versatilità a favore inoltre del risparmio energetico. Il diodo led sviluppato negli anni con caratteristiche ad alto rendimento, per molti aspetti ha spesso sostituito le lampade a basso consumo e i tubi fluorescenti, soprattutto in relazione alla lunga durata. Anche nelle lampade portatili, comprese quelle di emergenza, la diffusione del diodo led ha potuto avere una rapida accelerazione soprattutto a partire dall'anno duemila quando alcune case automobilistiche consideravano l'eventualità di sostituire le lampade anabbaglianti e di posizione delle automobili con diodi led ad alta luminosità con caratteristiche di raggio d'azione di notevole efficienza. Nel presente testo saranno evidenziate le caratteristiche e le applicazioni di questo componente emettitore di luce sicuramente al primo posto nel mondo dell'illuminotecnica, proponendo la sua polarizzazione e comando sia in campo elettronico tramite componenti discreti e sia tramite i classici circuiti in logica cablata a relè e contattori. Saranno in particolare proposte configurazioni per il pilotaggio del POWER LED sfruttando sia regolatori switching step-down come I'LM2576 e I'LM2575 ma anche applicazioni con i regolatori lineari come I'LM317 e il regolatore a basso droup-out LM1084.

Negli impianti industriali l'automazione dei vari processi è divenuta una realtà ormai fondamentale perché gli attuali sistemi elettronici, oltre che ad autogestirsi, sono in grado di effettuare una continua diagnostica del sistema in cui operano. Negli ultimi quindici anni i sistemi a logica programmabile come il PLC sono stati largamente introdotti nell'industria in relazione alla loro flessibilità, semplicità nella programmazione e affidabilità, permettendo di ridurre notevolmente quella complessità circuitale che deriva da un impianto in logica cablata. Il presente volume intende soprattutto mettere in risalto l'applicazione del PLC negli impianti elettrici industriali, ponendo in risalto la gestione automatica di cicli di lavoro anche di una certa complessità, comprese applicazioni più generiche. Verranno esaminate le caratteristiche di funzionamento e strutturali di apparecchiature elettriche convenzionali come i teleruttori, gli interruttori automatici, i fusibili, i relè termici di sovraccarico per motori elettrici. Un ampio spazio è riservato al motore asincrono trifase, la macchina elettrica per eccellenza per l'industria. Ne vengono prese in esame le applicazioni e la gestione tramite l'impiego della logica sia combinatoria che sequenziale, tramite vari esempi applicativi di automazione con i contatori digitali come il 7493 e il 7490 della serie TTL; vengono inoltre proposti esempi di impiego con il contatore Johnson 4017, il timer 4060 e con timer commerciali come l'NE556.