Workshop Workshop - Riduzione dei costi energetici: strumenti e sistemi di gestione Riduzione dei costi energetici: strumenti e sistemi di gestione Risparmio energetico Risparmio energetico Risparmio energetico Risparmio energetico Workshop Workshop - Riduzione dei costi energetici: strumenti e sistemi di gestione Riduzione dei costi energetici: strumenti e sistemi di gestione attraverso la Manutenzione Predittiva applicata ai Motori elettrici attraverso la Manutenzione Predittiva applicata ai Motori elettrici attraverso la Manutenzione Predittiva applicata ai Motori elettrici attraverso la Manutenzione Predittiva applicata ai Motori elettrici Claudio Cola SPM Instrument S.r.l.
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Risparmio energetico attraverso la Manutenzione Predittiva ... · • IEEE STANDARD 56-1977 (Guide forinsulationmaintenanceofRotatingMachinery) • IEEE STANDARD 118-1978 (Standard
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attraverso la Manutenzione Predittiva applicata ai Motori elettriciattraverso la Manutenzione Predittiva applicata ai Motori elettriciattraverso la Manutenzione Predittiva applicata ai Motori elettriciattraverso la Manutenzione Predittiva applicata ai Motori elettrici
Claudio Cola SPM Instrument S.r.l.
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Risparmio energetico attraverso la Manutenzione Predittiva applicata ai Motori elettriciRisparmio energetico attraverso la Manutenzione Predittiva applicata ai Motori elettriciRisparmio energetico attraverso la Manutenzione Predittiva applicata ai Motori elettriciRisparmio energetico attraverso la Manutenzione Predittiva applicata ai Motori elettrici
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• Cataloghi ricambi e Cataloghi ricambi e Cataloghi ricambi e Cataloghi ricambi e temparitemparitemparitempari
[Una corretta strategia manutentiva deve essere condivisa e parte di una visione allargata in tutte le aree di una azienda][Una corretta strategia manutentiva deve essere condivisa e parte di una visione allargata in tutte le aree di una azienda][Una corretta strategia manutentiva deve essere condivisa e parte di una visione allargata in tutte le aree di una azienda][Una corretta strategia manutentiva deve essere condivisa e parte di una visione allargata in tutte le aree di una azienda]
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PERDITE DI PERDITE DI PERDITE DI PERDITE DI
PRODUZIONEPRODUZIONEPRODUZIONEPRODUZIONE
CAPACITÀCAPACITÀCAPACITÀCAPACITÀ
MERCATO MERCATO MERCATO MERCATO
PERSOPERSOPERSOPERSO
AUMENTO AUMENTO AUMENTO AUMENTO
INVESTIMENTIINVESTIMENTIINVESTIMENTIINVESTIMENTI
AMBIENTE DI LAVOROAMBIENTE DI LAVOROAMBIENTE DI LAVOROAMBIENTE DI LAVORO
Spesso i costi di manutenzione messi a budget sono solo la punta dell’iceberg. I costi reali, molte volte sotto Spesso i costi di manutenzione messi a budget sono solo la punta dell’iceberg. I costi reali, molte volte sotto Spesso i costi di manutenzione messi a budget sono solo la punta dell’iceberg. I costi reali, molte volte sotto Spesso i costi di manutenzione messi a budget sono solo la punta dell’iceberg. I costi reali, molte volte sotto
forma di mancati guadagni, sono nascosti, o riemergono in qualche altro budget.forma di mancati guadagni, sono nascosti, o riemergono in qualche altro budget.forma di mancati guadagni, sono nascosti, o riemergono in qualche altro budget.forma di mancati guadagni, sono nascosti, o riemergono in qualche altro budget.
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STABILISCI UNA TUA STRATEGIA STABILISCI UNA TUA STRATEGIA STABILISCI UNA TUA STRATEGIA STABILISCI UNA TUA STRATEGIA
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LA MANUTENZIONE A GUASTO:LA MANUTENZIONE A GUASTO:LA MANUTENZIONE A GUASTO:LA MANUTENZIONE A GUASTO:[REATTIVA, O MANUTENZIONE ISTERICA][REATTIVA, O MANUTENZIONE ISTERICA][REATTIVA, O MANUTENZIONE ISTERICA][REATTIVA, O MANUTENZIONE ISTERICA]
il guasto avviene casualmente (spesso di notte o il sabato mattina)
al danno primario si aggiunge sempre un danno secondario.
provoca inevitabilmente il fermo dell’impianto (mancata produzione)
rischio aumentato per gli infortuni
potenziale rischio ambientale
i tempi di riparazione sono sempre lunghi (reperibilità dei pezzi di ricambio e delle persone
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i tempi di riparazione sono sempre lunghi (reperibilità dei pezzi di ricambio e delle persone
competenti)
= = = =
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LA MANUTENZIONE PREVENTIVA:LA MANUTENZIONE PREVENTIVA:LA MANUTENZIONE PREVENTIVA:LA MANUTENZIONE PREVENTIVA:[PROGRAMMATA, CALENDARIZZATA, TIME BASED][PROGRAMMATA, CALENDARIZZATA, TIME BASED][PROGRAMMATA, CALENDARIZZATA, TIME BASED][PROGRAMMATA, CALENDARIZZATA, TIME BASED]
Il concetto di base è quello di regolari revisioni del macchinario prima che sopraggiunga un guasto, considerando solo la probabilità di vita del componente soggetto a normale usura:
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Ovvero si considera solo la possibilità di vita utile di un componente.
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LA MANUTENZIONE PREDITTIVA:LA MANUTENZIONE PREDITTIVA:LA MANUTENZIONE PREDITTIVA:LA MANUTENZIONE PREDITTIVA:[MANUTENZIONE SU CONDIZIONE][MANUTENZIONE SU CONDIZIONE][MANUTENZIONE SU CONDIZIONE][MANUTENZIONE SU CONDIZIONE]
Il concetto di base è: “SE NON C’E’ NIENTE DI ROTTO, NON RIPARARLO”. Le macchine manifestano le loro necessità attraverso una serie di “segnali deboli” prima che questo possa costituire un problema serio di guasto, le macchine esprimono la loro condizione operativa attraverso vibrazioni, shock, rumore, temperatura ecc…
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attraverso vibrazioni, shock, rumore, temperatura ecc…
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Il concetto di base è rimuovere le possibili cause di guasto riconosciute, prima che possano costituire un problema da gestire.
corretto allineamento
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adeguato bilanciamento corretta revisione delle macchine analisi delle cause di guasto corretta lubrificazione training del personale ecc…
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…quindi la migliore strategia manutentiva è un accorta …quindi la migliore strategia manutentiva è un accorta …quindi la migliore strategia manutentiva è un accorta …quindi la migliore strategia manutentiva è un accorta
miscelazione delle 4 ma ha come punto cardine il monitoraggio miscelazione delle 4 ma ha come punto cardine il monitoraggio miscelazione delle 4 ma ha come punto cardine il monitoraggio miscelazione delle 4 ma ha come punto cardine il monitoraggio
delle macchinedelle macchinedelle macchinedelle macchine
(la manutenzione su condizione)(la manutenzione su condizione)(la manutenzione su condizione)(la manutenzione su condizione)
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L’IMPORTANTE E’ UTILIZZARE LE OPPORTUNE TECNICHE L’IMPORTANTE E’ UTILIZZARE LE OPPORTUNE TECNICHE L’IMPORTANTE E’ UTILIZZARE LE OPPORTUNE TECNICHE L’IMPORTANTE E’ UTILIZZARE LE OPPORTUNE TECNICHE
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MetodoSPM®
MetodoSPM®
Intensità delle vibrazioni
Intensità delle vibrazioni
MetodoEVAM®MetodoEVAM®
MotortestingAnalisi MCA ed ESA
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SbilanciamentoDifetto di allineamento
Parti allentateDebolezza strutturale
Danni agli ingranaggi Analisi FFT
Condizioni dei cuscinettiLubrificazione dei cuscinetti
Danni agli avvolgimentiEfficienza energetica
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ManutenzioneManutenzioneManutenzioneManutenzione susususu condizionecondizionecondizionecondizione di di di di motorimotorimotorimotori elettricielettricielettricielettrici con con con con
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Necessità di avere un programma di Motor Necessità di avere un programma di Motor Necessità di avere un programma di Motor Necessità di avere un programma di Motor TestingTestingTestingTesting
• Individuare opportunità di recupero energetico
• Verificare la condizione di un motore elettrico prevenendo i fermi inattesi
• Stimare la vita residua del motore ai fini della programmazione delle attività di manutenzione
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Evolversi del Evolversi del Evolversi del Evolversi del guastoguastoguastoguasto
e conseguente perdita di efficienzae conseguente perdita di efficienzae conseguente perdita di efficienzae conseguente perdita di efficienza
• Il guasto ad un motore elettrico è inevitabile e solo questione di tempo
Video ripresoall’avvio di un motore elettrico.
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motore elettrico.
Tutti I guastinascono tra filoe filo degliavvolgimenti per effetto dell’attritotra di essi.
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Cause di guasto di un motore elettricoCause di guasto di un motore elettricoCause di guasto di un motore elettricoCause di guasto di un motore elettrico
Causes of Motor Failure
Rotor Failures
Basso isolamento 5 %
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Bearings41%
Balance and
Alignment12%
Stator Failures
37%
Failures10%
Corto circuito 22 %
Connessioni lente 35 %
Avvolgimenti contaminati/surriscaldati 38 %
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TECNICHE DI MOTOR TESTING DI TIPO TECNICHE DI MOTOR TESTING DI TIPO TECNICHE DI MOTOR TESTING DI TIPO TECNICHE DI MOTOR TESTING DI TIPO
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Il Il Il Il dipolodipolodipolodipolo elettricoelettricoelettricoelettrico
• Un campo elettrico polarizza l’atomo.
• Interrompendo il campo elettrico, gli atomi ritornano alla loroposizione originaria rilasciando l’energia accumulata (es . la scaricache si percepisce a seguito di una prova di isolamento colMegaohmetro).
•L’atomo diventa più resistivo al passaggio di corrente elettrica fino al
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- -++++Potenziale negativo Potenziale positivo
•L’atomo diventa più resistivo al passaggio di corrente elettrica fino alvalore massimo di resistività dielettrica.
La capacitanza varia
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• Forma d’onda rotoricaForma d’onda rotoricaForma d’onda rotoricaForma d’onda rotorica
Isolamento >100 MΩ Per motori maggiori di 600 V e motori DC
• IEEE STANDARD 43-2000 (Reccomended practice for testing insulation Resistance of Rotating Machinery)
• IEEE STANDARD 56-1977 (Guide for insulation maintenance of Rotating Machinery)
• IEEE STANDARD 118-1978 (Standard test code for Resistance Measurements)
• IEEE STANDARD 120-1989 (Test guide for Electrical Instruments)
• IEEE STANDARD 388-1992 (Standard for Transformers and Inductors)
• IEEE STANDARD 389-1996 (Reccomended practice for testing electronics Transformers and Inductors)
• IEEE STANDARD 388-1992 (Standardfor Transformers and Inductors)
• ANSI/EASA Standard AR100-1998
• IEC/EN 60034-30
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Recupero energetico con prove staticheRecupero energetico con prove staticheRecupero energetico con prove staticheRecupero energetico con prove statiche
Recuperi energetici conseguibili in 3 maniere
• Individuazione degli squilibri di Impedenza Z
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• Individuazione di anomalie alle connessioni elettriche
• Individuazione di problemi al rotore
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Squilibrio di impedenzaSquilibrio di impedenzaSquilibrio di impedenzaSquilibrio di impedenza
•Un motore con un significativo squilibrio di impede nza lavora con un’efficienza più bassa rispetto a quella di targa. •Uno squilibrio di impedenza crea uno squilibrio di corrente nelle tre fasi che infine si traduce in una generazione di calore con effetti ne gativi sulla durata degli avvolgimenti e dei cuscinetti.•In particolare la riduzione dell’efficienza del mot ore può essere desunta dal seguente grafico :
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Esempio di recupero conseguibile da uno squilibrio di Esempio di recupero conseguibile da uno squilibrio di Esempio di recupero conseguibile da uno squilibrio di Esempio di recupero conseguibile da uno squilibrio di
impedenzaimpedenzaimpedenzaimpedenza
Motore da 50Hp con carico al 85% ed efficienza del 95% che lavora 6000 h/anno (250 giorni)
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• IncrementoIncrementoIncrementoIncremento AnnuoAnnuoAnnuoAnnuo deideideidei CostiCostiCostiCosti EnergeticiEnergeticiEnergeticiEnergetici = = = = €€€€ 1146.6 1146.6 1146.6 1146.6 equivalentiequivalentiequivalentiequivalenti a 1960 a 1960 a 1960 a 1960 litrilitrilitrilitri didididi gasoliogasoliogasoliogasolio
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• Si prenda, un motore elettrico avente le seguenti caratteristiche:
1. Motore da 50 kW
2. Fattore di potenza 0.90
3. Efficienza di targa 95%
4. Ore lavoro/anno 6000 (in moto circa 250 giorni)
5. Squilibrio di R di 0.5 Ω
Esempio di recupero conseguibile da un difetto di Esempio di recupero conseguibile da un difetto di Esempio di recupero conseguibile da un difetto di Esempio di recupero conseguibile da un difetto di
connessioniconnessioniconnessioniconnessioni
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5. Squilibrio di R di 0.5 Ω
6. Costo energia elettrica 0.130 € /kWh oppure 200 g di diesel/kWh
7. Corrente assorbita 85 A
Extra potenza assorbita per effetto dello squilibrio= I2R/1000 = (852 * 0.5)/1000 = 3.61 kW
Maggior consumo energetico annuo per effetto dello squilibrio = 3.61 kW*6000 h = 21660 kWh
• Incremento Annuo dei Costi Energetici = Incremento Annuo dei Costi Energetici = Incremento Annuo dei Costi Energetici = Incremento Annuo dei Costi Energetici = € 2815 equivalenti a 4800 litri di gasolio2815 equivalenti a 4800 litri di gasolio2815 equivalenti a 4800 litri di gasolio2815 equivalenti a 4800 litri di gasolio
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Tipico risultato di prima indagineTipico risultato di prima indagineTipico risultato di prima indagineTipico risultato di prima indagine
28 % in allarme
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26
28 % in allarme
72 % OK
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TECNICHE DI MOTOR TESTING DI TIPO TECNICHE DI MOTOR TESTING DI TIPO TECNICHE DI MOTOR TESTING DI TIPO TECNICHE DI MOTOR TESTING DI TIPO
Misure on lineMisure on lineMisure on lineMisure on line
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ESA in ESA in ESA in ESA in brevebrevebrevebreve
• Rilevazione della forma d’onda di corrente e tensione
• Analisi FFT
• Individua molti guasti elettrici e meccanici
–
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Individua molti guasti elettrici e meccanici
– Power quality incluso armoniche
– Motore Elettrico & Meccanico (statore, rotore, air gap, cuscinetti, allineamento etc)
– Giunti/Riduttori/Cinghie
• Il motore agisce come trasduttore
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OgniOgniOgniOgni guastoguastoguastoguasto sisisisi manifestamanifestamanifestamanifesta ad ad ad ad unaunaunauna certacertacertacerta frequenzafrequenzafrequenzafrequenza
Type of Fault Pattern (CF)
Stator Mechanical
CF = RS x Stator SlotsLF Sidebands
Rotor Indicator
CF = RS x Rotor BarsLF Sidebands
Static Eccentricity
CF = RS x Rotor BarsLF and 2LF SidebandsEccentricity LF and 2LF Sidebands
Mechanical Unbalance
Proprietary algorithm is used
Dynamic Eccentricity
CF = RS x Rotor BarsLF and 2LF Sidebands
with Running Speed Sidebands
Stator Electrical (Shorts)
CF = RS x Stator SlotsLF Sidebands with
Running Speed Sidebands
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Misure on lineMisure on lineMisure on lineMisure on line
– Power Quality & Power Quality & Power Quality & Power Quality & CorrenteCorrenteCorrenteCorrente
• Power Factor (Power Factor (Power Factor (Power Factor (coscoscoscosφ))))
• Potenza (Potenza (Potenza (Potenza (ApparenteApparenteApparenteApparente, , , , AttivaAttivaAttivaAttiva e e e e ReattivaReattivaReattivaReattiva))))
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Applicazioni ESAApplicazioni ESAApplicazioni ESAApplicazioni ESA
Motori AC/DCVFD Generatori/AlternatoriMotori di trazione
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Motori di trazioneMotori macchine utensiliInverterPower Quality
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Recupero energetico con prove dinamicheRecupero energetico con prove dinamicheRecupero energetico con prove dinamicheRecupero energetico con prove dinamiche
Recuperi energetici conseguibili in 6 maniereRecuperi energetici conseguibili in 6 maniereRecuperi energetici conseguibili in 6 maniereRecuperi energetici conseguibili in 6 maniere
• Verifica del rifasamento (cosVerifica del rifasamento (cosVerifica del rifasamento (cosVerifica del rifasamento (cosφ))))
• Squilibrio di corrente/tensioneSquilibrio di corrente/tensioneSquilibrio di corrente/tensioneSquilibrio di corrente/tensione
• Distorsione armonica totaleDistorsione armonica totaleDistorsione armonica totaleDistorsione armonica totale
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• Distorsione armonica totaleDistorsione armonica totaleDistorsione armonica totaleDistorsione armonica totale
• Efficienza di lavoro del motoreEfficienza di lavoro del motoreEfficienza di lavoro del motoreEfficienza di lavoro del motore
• Problemi al rotore (e conseguenti vibrazioni e calore)Problemi al rotore (e conseguenti vibrazioni e calore)Problemi al rotore (e conseguenti vibrazioni e calore)Problemi al rotore (e conseguenti vibrazioni e calore)
• Disallineamento e squilibrio meccanicoDisallineamento e squilibrio meccanicoDisallineamento e squilibrio meccanicoDisallineamento e squilibrio meccanico
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RifasamentoRifasamentoRifasamentoRifasamento
•Misura i valori di (cos φ), della potenza attiva, reattiva ed apparente fase - fase e totale•Evita di incorrere in penalità per potenza reattiva
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Squilibrio di corrente e tensioneSquilibrio di corrente e tensioneSquilibrio di corrente e tensioneSquilibrio di corrente e tensione
•Spesso impatta gran parte dello stabilimento•Riduce le prestazioni del motore ed il rendimento•Le perdite aumentano considerevolmente
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Distorsione armonica totaleDistorsione armonica totaleDistorsione armonica totaleDistorsione armonica totale
Presenza di onde sovrapposte a quella fondamentale.Generata da carichi monofase (illuminazione, PC) opp ure da inverterProvoca surriscaldamento del motore (perdita effici enza e affidabilità) per correnti parassiteProvoca riscaldamento del conduttore neutro
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Provoca riscaldamento del conduttore neutroMassimo valore ammissibile 5% THD
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Efficienza di lavoro del motoreEfficienza di lavoro del motoreEfficienza di lavoro del motoreEfficienza di lavoro del motore
• IndividuaIndividuaIndividuaIndividua condizionicondizionicondizionicondizioni didididi lavorolavorolavorolavoro non non non non ottimaliottimaliottimaliottimali
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Difetti al rotoreDifetti al rotoreDifetti al rotoreDifetti al rotore
Guasti possibili :Rottura barre rotoricheDifetti di fusioneEccentricità staticaEccentricità dinamica Bande laterali della Frequenza di
passaggio poli attorno allafrequenza di rete indica barre
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frequenza di rete indica barrerotoriche rotte.
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Vantaggi del Motor Vantaggi del Motor Vantaggi del Motor Vantaggi del Motor TestingTestingTestingTesting
• Individuare opportunità di recupero energetico
• Migliora l’affidabilità delle macchine prevenendo i fermi inattesi
• Stima la vita residua del motore ai fini della programmazione delle attività di manutenzione
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• Stima la vita residua del motore ai fini della programmazione delle attività di manutenzione