Descrizione della trasmissione idraulica CORIMA GROUP (Fig.2):

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1 ESPOSIZIONE ANALITICA DEI VANTAGGI DELLA TRASMISSIONE IDRAULICA NEI DECANTER CORIMA GROUP 1. REGOLAZIONE EFFICIENTE E UTILIZZO DI BASSI REGIMI DIFFERENZIALI (<2rpm) L utilizzo della trasmissione idraulica, disponibile per i decanter CORIMA GROUP, permette di ottenere i migliori rendimenti di marcia compatibili con le reali caratteristiche fisico-chimicobiologiche del fango in ingresso. Uno dei fondamentali vantaggi dovuti all utilizzo della trasmissione idraulica CORIMA GROUP è la capacità di modulazione dinamica dei giri differenziali del decanter tramite l utilizzo di PLC. Il sistema di variazione dei giri differenziali, idraulico ad alta pressione, a regolazione e controllo elettronici, consente il superamento dei normali limiti di impiego dei sistemi elettrici. Infatti per ottenere contenuti di sostanza solida elevati sul fango disidratato è necessario poter contare su velocità differenziali molto basse ( anche < 2rpm) e al contempo poter usufruire di coppie motrici elevate per estrarre la massa solida all interno della centrifuga. Quanto detto sopra non è attuabile utilizzando sistemi elettrici poiché la coppia motrice decresce (Fig.1a e Fig.1b) al diminuire del regime di rotazione e questo pone evidentemente un limite inferiore al numero di giri differenziali (normalmente nell ordine dei 4-5 rpm) utilizzabili. Fig 1a: Coppia di un motore asincrono regolato in frequenza Fig 1a: Coppia di un motore asincrono regolato in tensione Il sistema idraulico, al contrario, eroga elevate coppie motrici indipendentemente dal regime di rotazione richiesto in quanto la pressione di mandata della pompa a cilindrata variabile risulta non essere dipendente dalla portata erogata. 1

2 Descrizione della trasmissione idraulica CORIMA GROUP (Fig.2): Fig 2:Trasmissione idraulica Come si evince dalla Fig.2 la trasmissione idraulica in dotazione ai decanter CORIMA GROUP è composta da un motore elettrico asincrono trifase, una pompa a pistoni a cilindrata variabile, un motore idraulico a cilindrata fissa, una trasmissione meccanica e un riduttore cicloidale. Il motore elettrico fornisce la coppia necessaria alla pompa mantenendo sempre lo stesso regime di rotazione e la pompa fornisce la portata al motore, direttamente responsabile della rotazione della coclea. La rotazione del tamburo dipende direttamente dai giri del motore elettrico/pompa a pistoni (collegamento diretto con sistema cinghia/puleggia) quindi in fase di regime può ritenersi costante. La rotazione della coclea, quindi l unica variabile da cui dipende il regime differenziale della macchina, dipende solamente dalla portata fornita dalla pompa al motore e quindi dalla cilindrata della stessa. Agendo solamente sulla cilindrata della pompa ed estromettendo la rotazione del motore elettrico trifase dalla regolazione dei giri differenziali, si evitano gli inconvenienti tipici dei sistemi elettrici dovuti alla diminuzione della coppia: limiti inferiori del regime differenziale della macchina elevati e regolazione lenta e imprecisa (per la regolazione vedesi paragrafo Vantaggi della regolazione dei giri differenziali nella trasmissione idraulica CORIMA GROUP ) 2

3 Vantaggi della regolazione dei giri differenziali nella trasmissione idraulica CORIMA GROUP In questo paragrafo tratteremo le differenze tra due tipologie di regolazioni dei regimi differenziali più utilizzate nei sistemi idraulici: Tipologia 1: Regolazione tramite inverter del regime di rotazione del motore elettrico con pompa ad ingranaggi a cilindrata fissa. INVERTER MOTORE ELETTRICO POMPA AD INGRANAGGI A CILINDRATA FISSA Questa tipologia di trasmissione utilizza per la variazione della portata erogata dalla pompa il controllo del regime del motore elettrico tramite inverter. Tipologia 2 (adottata dalla CORIMA ): Regolazione della cilindrata della pompa con giri del motore elettrico costanti (a regime). MOTORE ELETTRICO POMPA A PISTONI A CILINDRATA VARIABILE Questa tipologia di trasmissione contempla l uso dell inverter solo come gestione del transitorio del motore elettrico (rampa), diversamente la portata erogata dalla pompa propedeutica alla rotazione del motore idraulico (a cilindrata variabile) e, quindi, direttamente responsabile della rotazione della coclea è completamente affidata alla gestione della cilindrata variabile. Una regolazione così concepita dona al sistema alcuni vantaggi non trascurabili per l economia funzionale del sistema. Vantaggi della Tipologia 2 rispetto alla Tipologia 1: Tempi di risposta inferiori: Prove dinamiche hanno evidenziato che i tempi di risposta dei sistemi inverter risultano essere nel range ms, ossia dalle 2 alle 5 volte superiori ai tempi ottenibili con le servopompe, a parità di potenza richiesta e portata generata. Maggiore precisione e ripetibilità: Gli azionamenti ad inverter consentono precisioni e ripetibilità limitate, intorno al +/ 3% del fondo scala contro un +/ 0,5% delle applicazioni con pompa variabile. 3

4 Possibilità di effettuare regolazioni combinate: Le servopompe permettono di effettuare regolazioni combinate di portata e pressione che con gli inverter sono ottenibili solo con l aggiunta di valvole proporzionali di controllo della pressione 4

5 2. EVACUAZIONE IMMEDIATA DEL PRODOTTO IN CASO DI CALO DI TENSIONE ELETTRICA: Un ulteriore grande vantaggio dovuto all utilizzo della trasmissione idraulica CORIMA GROUP è la sicura e istantanea evacuazione del prodotto nel caso in cui accidentalmente viene a mancare l alimentazione elettrica. L evacuazione del prodotto è imprescindibile dalla presenza di giri differenziali tra tamburo e coclea ( rpm). Poter evacuare il prodotto istantaneamente in caso di fermo impianto è di grande importanza, infatti lo stazionamento del fango all interno della macchina causerebbe una calcificazione dello stesso con conseguenze negative nella successiva fase di riavvio (smontaggio di componenti, pulizia degli stessi e rimontaggio) Per meglio spiegare il fenomeno tratteremo 3 casi di trasmissione: La trasmissione a giri fissi con unico motore elettrico, la trasmissione a doppio motore elettrico (uno per il tamburo e uno per la coclea), e la trasmissione idraulica. 5

6 Comportamento della trasmissione a giri fissi in caso di caduta di tensione. Fig 3:Trasmissione elettromeccanica a giri fissi Come è possibile evincere dalla figura 3, nel caso di trasmissione a giri fissi, l unico responsabile della rotazione sia del tamburo che della coclea è il motore elettrico. I giri differenziali tra rotazione tamburo e rotazione coclea, settabili all avvio della macchina, sono mantenuti dalla trasmissione meccanica presente. Detto ciò, in caso di improvvisa caduta di tensione si verificheranno i seguenti fenomeni: - Il motore elettrico non avendo più alimentazione ruoterà in modalità folle senza più erogare coppia motrice; - Il tamburo e la coclea ruoteranno per inerzia fino a fermarsi; - Il tamburo e la coclea manterranno per certo periodo t il regime differenziale iniziale ( rpmₒ), vincolati come sono l uno all atro tramite la trasmissione meccanica; - Dopo il periodo t il componente dotato di velocità di rotazione inferiore si fermerà con conseguente e progressiva diminuzione del regime differenziale fino a raggiungere al tempo T (momento in cui si fermerà anche il secondo organo in rotazione) il valore 0 (Grafico sotto) rpm Fig 3a:Grafico indicativo dell andamento rpmₒ dei giri differenziali in caso di mancanza di alimentazione elettrica al momento t=0 in decanter con trasmissione elettro-meccanica a giri fissi t T t 6

7 Conclusione: Finché il regime differenziale viene mantenuto la centrifuga espellerà il prodotto presente all interno;il tempo t di mantenimento del regime differenziale risulta essere, però, sufficiente solamente per un espulsione parziale del prodotto con i conseguenti problemi, già esplicati precedentemente, relativi al riavvio. Comportamento della trasmissione a doppio motore elettrico. Questo metodologia di movimentazione utilizza due motori elettrici, uno atto alla rotazione del tamburo e uno atto alla rotazione della coclea. In caso di improvvisa interruzione dell alimentazione elettrica si verificheranno i seguenti fenomeni: - Entrambi i motori elettrici, non avendo più alimentazione, ruoteranno inerzia in modalità folle senza più erogare coppia motrice; - Il tamburo e la coclea continueranno a ruotare per inerzia, ma a causa dell attrito creato dal prodotto all interno e non avendo una trasmissione meccanica comune che vincoli la loro rotazione relativa, le velocità angolari andranno velocemente ad uniformarsi annullando in brevissimo tempo il regime differenziale iniziale; - Non essendoci più regime differenziale il prodotto non verrà espulso lasciando l interno della centrifuga quasi completamente intasato. Conclusione: La soluzione con doppio motore elettrico è la più sensibile al problema dell improvvisa mancanza di alimentazione in quanto, non potendo mantenere per un tempo ragionevole un regime differenziabile accettabile, impossibilita la macchina ad evacuazione del prodotto. 7

8 Comportamento della trasmissione idraulica (prerogativa CORIMA GROUP). Questa tipologia di trasmissione utilizza la coppia erogata da un motore elettrico per movimentare una pompa idraulica a cilindrata variabile che invia portata di olio ad un motore idraulico responsabile della rotazione della coclea; Il tamburo, diversamente viene movimentato direttamente dal motore elettrico tramite trasmissione a cinghia (Fig.2). In caso di improvvisa mancanza di alimentazione elettrica si verificheranno i seguenti fenomeni: -Al momento dell improvvisa mancanza di alimentazione (T) il motore elettrico ruoterà in modalità folle senza erogare più coppia; -Non avendo più coppia motrice la pompa non erogherà più la portata d olio necessaria alla rotazione del motore idraulico della coclea e non fornirà più la pressione necessaria a vincerne la coppia resistente; -Mentre il tamburo continuerà a ruotare per inerzia fino a fermarsi, la coclea, non arrivando né pressione né portata al motore idraulico, si bloccherà improvvisamente con conseguente picco di giri differenziali (molto maggiore di quello iniziale rpm*>> rpmₒ) tamburo/coclea e relativa espulsione del materiale all interno della centrifuga; -Man mano che il tamburo rallenterà la sua rotazione il regime differenziale diminuirà gradatamente (Grafico sotto); rpm Fig 3b:Grafico indicativo dell andamento rpm* dei giri differenziali in caso di mancanza di alimentazione rpmₒ elettrica al momento t=t in decanter con trasmissione idraulica a giri variabili T t 8

9 Conclusione: La macchina idraulica fornisce le migliori garanzie possibili in caso di mancanza improvvisa di alimentazione elettrica. Infatti, la rotazione della coclea si bloccherà quasi istantaneamente facendo sì che la macchina raggiunga un picco di giri differenziali permettendo di espellere tutto il prodotto al suo interno. 9

10 3. RECUPERO DI ENERGIA Un ulteriore importante vantaggio offerto dalla trasmissione idraulica CORIMA GROUP è relativo ai flussi energetici. Il nostro sistema idraulico a circuito chiuso ed alta pressione consente un recupero energetico, a meno dei rendimenti delle componenti del sistema, che minimizza la corrente richiesta per il normale funzionamento della centrifuga. Spiegazione del fenomeno del RECUPERO ENERGETICO. Fig 4: Schema a blocchi funzionali della trasmissione idraulica CORIMA GROUP Dalla Fig. 4 si evince che: A) Il motore elettrico è calettato direttamente alla pompa; B) Il motore elettrico è direttamente responsabile della rotazione del tamburo (sistema cinghia/pulegge); C) Il motore elettrico fornisce la coppia necessaria al funzionamento della pompa; Dato un regime differenziale impostato rpm* si riscontra: 10

11 -In fase di transitorio, fino al raggiungimento del regime differenziale di lavoro rpm*, la pompa richiede coppia ed energia al motore elettrico (fase dissipativa); -La pompa fornisce la pressione e la portata necessaria per la rotazione del motore idraulico, responsabile della rotazione della coclea; -Il motore idraulico avrà una pressione in ingresso (PA), fornita dalla pompa e causata dal carico resistente richiesto dalla rotazione della coclea, e una pressione di scarico(pb) dove: PA>> PB (PB pressione atmosferica); -Nel caso si debbano aumentare i giri differenziali, il sistema agirà direttamente sulla movimentazione della coclea diminuendone il regime di rotazione; -Conseguentemente, il sistema diventerà una sorta di freno idraulico con un sostanziale cambiamento delle pressioni in ingesso e in uscita del motore idraulico, infatti avremo: PB>> PA; -In questa situazione il motore si comporta come una pompa idraulica trasferendo pressione e portata alla pompa vera e propria, che quindi si comporterà come un motore; -La pressione fornita dal motore alla pompa permette a quest ultima di erogare una coppia che sarà utilizzata dalla rotazione del tamburo (sistema cinghia/pulegge: vedi Fig. 4) diminuendo così il fabbisogno di potenza richiesta al motore elettrico; -Diminuendo la potenza richiesta al motore elettrico diminuirà conseguentemente la potenza elettrica totale assorbita dal sistema. Aumento del regime differenziale e dissipazione energetica nei dispositivi elettrici Differentemente da quanto esposto sopra, nei dispositivi elettrici, si possono distinguere 2 casi principali relativamente all aumento del regime differenziale e alla conseguente dissipazione energetica: I. Sistema elettrico frenante. Trattasi di un vero e proprio freno, meccanico o elettrico, atto alla diminuzione della rotazione della coclea con conseguente aumento dei giri differenziali. Tale sistema è completamente dissipativo in quanto non prevede un recupero di energia. 11

12 II. Sistema elettrico frenante con recupero di energia Anche questo sistema si comporta come un freno ma è realizzato con una particolare cinematica e con un motore elettrico a carcassa rotante. In questo caso pur essendo il dispositivo in questione un freno elettrico, la particolare e complessa cinematica consente, a meno dei rendimenti meccanici ed elettrici dei componenti, una ripartizione della potenza elettrica impegnata dal motore principale e dal dispositivo di regolazione del regime differenziale;il punto debole di questo sistema è la notevole presenza di contatti striscianti e rotanti ad alta velocità che richiede una manutenzione frequente, costante ed onerosa. 12

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