Pompaggio di acque reflue a velocità variabile

Transcript

1 WHITE PAPER Pompaggio di acque refue a veocità variabie Novembre 2013 Pompaggio di acque refue a veocità variabie Negi utimi anni, i settore ha vissuto un aumento significativo de'uso di inverter (VFD) nei sistemi di trasporto dee acque refue. L'idea generae è di controare megio a portata dee acque refue tramite stazioni di pompaggio. I sistemi a veocità variabie garantiscono una souzione più fessibie e competa rispetto a'uso di pompe a veocità costante. Introduzione Le pompe per acque refue sono state tradizionamente azionate in una modaità On-Off per piccoe e grandi stazioni di pompaggio. Poiché a portata è variabie ne tempo ed è spesso soo una frazione dea capacità richiesta di una pompa, gi addetti ai avori hanno cercato dei metodi per azionare e pompe a portata ridotta. Prima di adottare gi inverter, sono state impiegate souzioni per i controo dea veocità quai motori a due veocità e avvogimenti a tensione variabie per ottenere due veocità di pompaggio. Negi utimi anni, i settore ha vissuto un aumento significativo de'uso di inverter (VFD) nei sistemi di trasporto dee acque refue. L'idea generae è di controare megio a portata tramite stazioni di pompaggio. I sistemi a veocità variabie garantiscono una souzione più fessibie e competa rispetto a'uso di pompe a veocità costante. I pompaggio con pompe a veocità variabie, se appicato correttamente, può comportare un migiore controo de processo, risparmio energetico, funzionamento più regoare e ridotti costi di manutenzione per a stazione di pompaggio. Acuni operatori che hanno instaato sistemi di pompaggio a veocità variabie hanno notato un mancato risparmio di energia anzi, acune municipaità hanno registrato addirittura un aumento de consumo energetico. È stato inotre osservato un aumento de'incidenza di intasamento dea pompa. Ciò è direttamente dovuto aa riduzione dea veocità operativa. La potenza assorbita daa girante caa in base a cubo dea variazione dea veocità e a capacità dee pompe per acque refue di far passare soidi di maggiori dimensioni diminuisce quando si riduce a veocità dee pompe anti-intasamento convenzionai. L'aumento di utiizzo di energia può essere provocato da due fenomeni: intasamento parziae dea girante e scostamento da punto di massima efficienza dea pompa. I primo è i risutato di tempi di esecuzione proungati, in quanto e pompe azionate da VFD CONTENUTO PAGINA Aspetti dea pompa e de sistema di pompaggio... 2 Pozzi... 2 Tubazioni di aspirazione e scarico dea pompa... 2 Vavoe di ritegno... 2 Copo di ariete... 2 Veocità minima... 2 Aspetti dei controi dea pompa e inverter... 3 Controo dee pompe... 3 Corrente di avvio de'inverter e coppia di avvio... 3 Requisiti di raffreddamento e ventiazione de'inverter... 4 Requisiti EMC e de motore... 4 Energia specifica... 5 Aspetti di controo de processo... 6 Sistemi di pompaggio a veocità variabie... 6 Riduzione de'uso di energia... 7 Controo iveo pozzo... 8 Controo On-Off... 8 Controo iveo costante... 8 Controo iveo variabie... 9 Controo portata minima... 9 Aspetti meccanici dea pompa...10 Rotazione inversa...10 Aspetti idrauici dea pompa Estremità idrauica Concusioni presentano cici operativi più unghi; 'atro è i risutato de pompaggio in sistemi con una percentuae eevata di prevaenza statica. È importante tenere in considerazione tutti gi aspetti de sistema di pompaggio e dea stazione di pompaggio per ottenere i perfetto funzionamento di tutto i sistema. Questi aspetti incudono curve di sistema, seezione di pompa e motore, controo di processo, aspetti eettrici, potenziae di risparmio energetico, strategie di controo, componentistica de sistema di tubazioni e atro. In ta modo, è possibie ottimizzare i vantaggi de pompaggio di acque refue a veocità variabie, tra cui i risparmio energetico e i funzionamento senza intasamento. Ne presente documento sono descritti moti di questi aspetti. P 1

2 Aspetti dea pompa e de sistema di pompaggio Pozzi È importante mantenere i pozzo puito per evitare a sedimentazione di materiai organici ed inorganici e i conseguenti probemi di odore. Gi inverter possono essere programmati per eseguire dei cici di puizia de pozzo su base regoare, a fine di ridurre i rischio di accumuo di sedimenti e detriti gaeggianti. Durante un cico di puizia de pozzo, i iveo de pozzo viene ridotto per consentire aa pompa di iniziare ad aspirare aria ("pre-cavitazione"). Quando viene drenato i iveo de iquido, si formano dei vortici superficiai che crescono in intensità e frequenza. Ne momento previo aa cavitazione da parte dea pompa, dee forze eevate aggiungono ate veocità ocaizzate ai vortici superficiai per convogiare i detriti gaeggianti nea pompa. È essenziae imitare a cavitazione dea pompa a pochi secondi in modo da ridurre a minimo a quantità di aria nea tubazione di scarico e per evitare 'esposizione dea pompa a ivei eevati di vibrazione. Figura 1: pozzo per acque refue coperto di detriti gaeggianti. Tubazioni di aspirazione e scarico dea pompa La veocità de fuido nea tubazione di mandata infuisce su grado di sedimentazione e su consumo energetico, in cui i due vaori sono in opposizione. I funzionamento ad ate veocità riduce i rischio di accumuo di sedimenti, ma aumenta i consumo energetico. A contrario, i funzionamento a basse veocità de fuido nea tubazione di mandata riduce i consumo energetico, ma aumenta i rischio di sedimentazione. La veocità è quindi un fattore importante da tenere in considerazione nea sceta dee dimensioni dei tubi di aspirazione, scarico e mandata. Con i pompaggio a veocità variabie è possibie ridurre a veocità de fuido a di sotto di 0,7 m/s (2,5 fps) normamente consigiata per periodi proungati, con a possibiità di effettuare i fussaggio dea tubazione di scarico aumentando temporaneamente a veocità de fuido. La sedimentazione varia in base a tipo e aa concentrazione di sedimenti pesanti e grasso ne fuido: più eevata è a concentrazione, maggiore sarà i rischio di sedimentazione. Una stazione di pompaggio controata a veocità variabie aumenta a fessibiità dea puizia dea tubazione di mandata tramite fussaggio. La frequenza di fussaggio dipende daa progettazione de sistema, da grado di contaminanti e daa veocità minima necessaria per mantenere condizioni di funzionamento ottimai. Rischio Veocità ottimae Probemi di sedimentazione Intasamento aria Energia energetico Veocità de fuido Figura 2: durante i fussaggio dea condotta di scarico su base regoare, è possibie ridurre a veocità de fuido a di sotto di 0,7m/s senza che si verifichino probemi di sedimenti. Vavoe di ritegno Ne sistema di tubazioni, in appicazioni con pompe a veocità variabie, a veocità de iquido sarà inferiore a quea normae. Le vavoe di ritegno a battente presentano minori perdite di carico per attrito a basse veocità rispetto ae vavoe di ritegno a sfera. Pertanto, i risparmio energetico a veocità ridotta aumenta quando si utiizza una vavoa di ritegno a battente piuttosto che una vavoa di ritegno a sfera. Copo di ariete Le pompe a veocità variabie offrono a possibiità di programmare dei soft-start e soft-stop aumentando e diminuendo graduamente a veocità dea pompa. Quando a sequenza di arresto dea pompa è unga (enta deceerazione di veocità dea pompa), i iquido deceera entamente nea tubazione di mandata. Variando entamente a veocità de'acqua nea condotta di scarico, è possibie ridurre a minimo o prevenire i copo di ariete e 'impatto nee vavoe di ritegno. Da notare che un VFD, utiizzato come dispositivo di protezione da copo d'ariete, non funziona durante un'interruzione di corrente se non è disponibie un'immediata aimentazione con batteria di backup. Veocità minima Acune tipoogie di pompe potrebbero presentare dei imiti nea veocità minima consentita. La veocità minima potrebbe dipendere da funzionamento corretto di un sistema di raffreddamento, dae frequenze di risonanza de'abero ed atro. Per assicurarsi di riuscire ad identificare eventuai imiti, consutare i costruttore dea pompa. Fussaggio tubazione P 2

3 Aspetti dei controi dea pompa e inverter di veocità Controo dee pompe Le funzioni di avvio e arresto pompe possono essere ottenute con sistemi di reè sempici o dispositivi di controo. I dispositivi di controo pompa dedicati e e unità di supervisione pompa sono comunemente utiizzati. Gi inverter sono spesso utiizzati come mezzo per controare a veocità dei motori asincroni. Per sistemi più grandi e più compessi, possono essere utiizzati PLC (macchine di controo a ogica programmabie) a scopo generae. I software personaizzato competo dovrà però essere scritto per 'appicazione specifica. Un inverter deve essere controato da un software per poter controare una pompa; a stazione di pompaggio deve presentare un dispositivo di controo principae per effettuare a sequenza corretta e i controo di tutte e pompe. Le più moderne souzioni di dispositivi di controo per pompe per acque refue si trovano a'interno degi inverter. I software specifico de'appicazione può essere preinstaato e preconfigurato in un inverter dedicato per un'appicazione specifica per una determinata pompa e i motore. Un sistema di avvio può essere sempice come coegare i sensori di iveo e i cavi di aimentazione aa centraina di controo e quindi premere i pusante di avvio per mettere in funzione i sistema. Corrente di avvio de'inverter e coppia di avvio La corrente nominae di un inverter deve essere superiore aa corrente nominae de motore per a pompa seezionata. Per gestire situazioni di sottotensione e sovraccarico, si consigia un margine di corrente de 20%. Nee appicazioni di pompaggio dee acque refue, è importante che i motore possa aimentare a girante con coppia massima a fine di gestire potenziai situazioni di intasamento. È pertanto necessario che a pompa sia dotata di un inverter in grado di erogare a coppia nominae a'avvio e sostenere due vote a coppia nominae a regime pieno per ameno un secondo. Vi sono due tipi principai di inverter: a controo scaare e a controo vettoriae. L'inverter a controo scaare genera una tensione predefinita in funzione dea frequenza. Un inverter a controo vettoriae si basa su un modeo de motore e anaizza a tensione e a corrente necessarie per controare a pompa. Utiizzando i dati di feedback da motore, è possibie ridurre a corrente di avvio e incrementare a coppia di avvio. (%) Corrente di avvio Diretto in inea Scaare Vettore Figura 4: quando si avvia una pompa con un VFD con controo vettoriae, a corrente di avvio è notevomente inferiore rispetto a'avvio con un avviamento diretto in inea. (%) 100 Coppia Diretto in inea Scaare Vettore Figura 3: i controi inteigenti preprogrammati e preconfigurati per un'appicazione dedicata sono sempici e rapidi da instaare e avviare. Figura 5: quando si avvia una pompa a veocità zero, a coppia de motore dea pompa comandata da un VFD con controo vettoriae è pari a quea di un motore dea pompa con un avviatore diretto in inea. P 3

4 Requisiti di raffreddamento e ventiazione de'inverter In genere, gi inverter offrono un rendimento de 96-97%, i che significa che i 3-4% dea potenza trasmessa viene persa sotto forma di caore. Per evitare i surriscadamento de'inverter, tai perdite devono essere dissipate ne ambiente. Per consentire i fusso de'aria di raffreddamento intorno a'inverter, è necessario deo spazio ibero sopra e sotto 'inverter. In caso di temperature superiori a 40 C (104 F), in genere è necessario effettuare i sovradimensionamento de'inverter. In caso di temperature ancora più eevate potrebbero essere necessari condizionatori d'aria o ventoe di aerazione. Per 'instaazione di inverter ad atitudini eevate (superiori a 1000 m (3300 ft) sopra i iveo de mare), è necessario dimensionare inverter in modo da compensare i minore raffreddamento dovuto ad atitudini eevate. motore, aumentando i carico e e soecitazioni su motore. Le armoniche possono essere ridotte con 'uso di un fitro apposito. Si consigia una frequenza di commutazione di circa 7-8 MHz per ottenere un buon compromesso tra i ivei di rumore eettrico e e perdite ne motore e ne'inverter. La frequenza di commutazione determina a veocità con cui 'inverter "tagia" a tensione per trasformara nea frequenza desiderata. Acuni motori asincroni richiedono un margine di potenza di 5-10% quando funzionano con un inverter. Atri motori sono stati progettati per funzionare con inverter fino aa potenza torsiometrica nominae. Quando si utiizza un inverter è necessario rivogersi a produttore de motore per i requisiti reativi ai margini di potenza. Requisiti EMC e de motore In Europa, e appicazioni di pompaggio per acque refue devono essere conformi ai requisiti EMC EN , categoria C2. Moti inverter moderni sono dotati di fitri integrati in conformità a tai normative. A fine di garantire un'aimentazione esente da eccessive armoniche e prevenire probemi ae apparecchiature eettriche, è importante osservare e procedure consigiate per a conformità EMC (compatibiità eettromagnetica) nea progettazione di un sistema di azionamento. Le procedure consigiate per a progettazione di un sistema VFD incudono: Usare cavi di aimentazione schermati e posizionare a schermatura de cavo i più vicino possibie ai terminai di coegamento Usare cavi di segnae schermati Usare cavi di segnae intrecciati ungo tutto i percorso de cavo Eseguire a messa a terra dee schermature dei cavi su entrambi i ati Usare i cavi di aimentazione più corti Separare i cavi de segnae e di aimentazione di otre 500 mm (1,5 ft) in percorsi paraei L'uso di isoamento de motore di Casse H e 'impregnazione goccia a goccia forniscono una soida protezione contro gi effetti corona per tensioni nominai de motore fino a 600 V e cavi pompa unghi fino a 50 m (150 ft). Cavi di aimentazione più unghi possono causare una rifessione de'onda competa, che può raddoppiare e soecitazioni di tensione sugi avvogimenti. In caso di unghezze superiori a 50 m (150 ft), si consigia 'uso di un fitro sinusoidae. Le armoniche eettriche creano coppie parassite ne Figura 6: un sistema di isoamento de motore di Casse H e 'impregnazione de motore VPI garantiscono una buona protezione contro gi effetti corona. P 4

5 Energia specifica Introduzione La misura corretta per confrontare 'efficienza energetica nei sistemi di pompaggio è 'energia specifica. L'energia specifica è definita come a quantità di energia necessaria per spostare un certo voume di iquido a interno de sistema di pompaggio. Minore è i numero, minore è i consumo energetico. I vaore di energia specifica tiene conto di tutte e parti di un sistema di pompaggio, ovvero 'efficienza eettrica, meccanica ed idrauica che comprende e perdite ne sistema di tubazioni. I vaore di energia specifica è vaido per i determinato sistema di pompaggio per i quae è stato cacoato; non può essere confrontato con un atro sistema di pompaggio senza effettuare regoazioni reative ae differenze de sistema. L'energia specifica viene cacoata con a seguente formua: E s = energy voume dove E s kwh m 3 kwh Mga = Energia specifica [kwh/m³]; [kwh/mga] specifica = Energia necessaria per trasportare un dato voume di iquido (kwh) sfioro = Voume de iquido pompato (m³, Mga) L'energia specifica può essere anche cacoata con a seguente formua aternativa: h kwh m E s = g * 3 Energy Voume h 1 E s = g * 639 kwh Mga dove E s = Energia specifica [kwh/m³]; [kwh/mga] h = Prevaenza totae fornita daa pompa [m]; [ft] η = Efficienza totae dea pompa [%] ρ = Densità de fuido [kg/m³]; [b/cu-ft] g = Costante gravitazionae [m/s²]; [ft/s²] Voume Efficienza totae di pompa e motore. Figura 7: 'energia specifica è una misura dea quantità di energia impiegata per spostare un metro cubo di iquido da un punto a'atro. P 5

6 Aspetti di controo de processo Sistemi di pompaggio a veocità variabie L'affusso ad una stazione di pompaggio per acque refue varia considerevomente in un periodo di 24 ore. L'affusso è, in genere, più basso di notte e raggiunge picchi una vota aa mattina e una vota aa sera. I diagrammi di durata per a portata vengono spesso utiizzati per visuaizzare e variazioni di portata (Figura 8). Per ridurre a minimo i consumo energetico, è necessario concentrarsi su due aree: a) Riduzione dea prevaenza totae di pompaggio La prevaenza totae viene definita come a somma dea prevaenza statica e dee perdite. Poiché 'attrito e e perdite sono direttamente proporzionai aa portata a quadrato, è opportuno ridurre e perdite diminuendo a portata. Poiché a pompa per acque refue viene normamente dimensionata per gestire i affusso aa stazione di pompaggio (stazioni dupex), è possibie ridurre i fusso pompato durante i normae funzionamento e, quindi, ridurre a prevaenza totae. b) Ottimizzazione de'efficienza dea pompa Per ottenere a massima efficienza dea pompa, è importante seezionare pompe che garantiscano 'efficienza continua (pompe autopuenti) e che vengano azionate i più vicino possibie a punto di massima efficienza. Una pompa azionata a veocità ridotta deve essere seezionata sua destra de punto di migiore efficienza (BEP) aa veocità di rete per raggiungere a massima efficienza quando si riduce a veocità. Determinare e prestazioni ottimai di un tipico sistema di pompaggio a veocità variabie richiede 'anaisi dea curva dea pompa (Figura 9). I grafici bu mostrano tre diverse curve de sistema di pompaggio S1, S2 e S3. Sistema di pompaggio S1: questa curva di sistema rappresenta un sistema di soevamento in cui a prevaenza statica è superiore ae perdite di carico per attrito. I potenziae risparmio energetico di funzionamento a veocità variabie ne sistema di soevamento è imitato, in quanto 'efficienza dea pompa diminuisce più rapidamente rispetto aa riduzione di prevaenza totae quando si riduce a veocità dea pompa. Sistema di pompaggio S2: questo sistema presenta un potenziae di risparmio energetico migiore rispetto a S1, in quanto a prevaenza totae diminuisce più rapidamente de'efficienza quando si riduce a veocità dea pompa. Sistema di pompaggio S3: si tratta principamente di un sistema di circoazione (poca o nessuna prevaenza statica). Qui i potenziae di risparmio energetico è maggiore, in quanto 'efficienza de sistema di pompaggio rimane costante anche quando diminuisce a prevaenza totae in funzione dea riduzione dea veocità dea pompa. 8 Diagramma durata 7 6 Portata ingresso (/s) Tempo (ore) Figura 8: un diagramma di durata per a portata di acque refue mostra 'affusso in funzione de tempo. P 6

7 25 Curva dee prestazioni VFD 20 60% 70% S3 S2 S1 Prevaenza [m] % 80% 70% 60% Hz Portata [/s] 30 Hz Hz 40 Hz Hz 50 Hz 250 Figura 9: i possibie risparmio energetico dipende daa curva de sistema e daa curva dea pompa. Riduzione de'uso di energia L'energia specifica di un determinato sistema varia in base aa veocità dea pompa. La veocità ottimae da un punto di vista de risparmio energetico si ha quando a pompa funziona ad una frequenza corrispondente a'energia specifica minima (Figura 10). La frequenza ottimae dipende da diversi fattori, tra cui a curva dee prestazioni dea pompa e a curva de sistema, che insieme generano differenti curve di energia specifica. La veocità ottimae dea curva de sistema S3, ad esempio, è di circa 23 Hz così come megio indicato aa Figura 10. Trovare a frequenza ottimae durante i funzionamento di una pompa a veocità variabie è abbastanza compicato. Un metodo per identificare a veocità ottimae è tramite 'uso di agoritmi. I controi inteigenti dea pompa, come Fygt SmartRun, presentano agoritmi in grado di garantire 'ottimizzazione automatica dea veocità per 'uso di energia minimo. Fygt SmartRun utiizza un processo iterativo per determinare a veocità ottimae e si adatta ae modifiche de sistema (ad esempio ridotte prestazioni dea pompa o aumento di sedimentazione nea tubazione di mandata). Energia specifica (kwh/m³) Energia specifica S3 S2 S (Hz) Figura 10: differenti curve di sistema produrranno diverse curve di energia specifica. La veocità con minima energia dea pompa si trova ne punto in cui e curve sono a oro minimo. 60 Condurre uno studio teorico de sistema di pompaggio è un atro metodo per identificare a frequenza ottimae. Tuttavia, questo approccio può presentare acuni svantaggi, come ad esempio a possibiità che si verifichino modifiche a sistema in un determinato periodo di tempo. Questi cacoi de sistema di pompaggio possono essere imprecisi o impossibii a causa dea mancanza di documentazione de sistema di tubazioni. P 7

8 Controo iveo pozzo Controo On-Off Le stazioni di pompaggio con pompe a veocità costante funzionano in modaità On-Off, in cui i ivei distintivi di avvio e arresto consentono 'estrazione/i riempimento de pozzo quando si avviano e arrestano e pompe. Qui e pompe funzionano aa veocità prevista e e prestazioni saranno conformi a ciò che è previsto daa progettazione. Controo veocità variabie Due pompe a veocità variabie consentono aa stazione di funzionare a portate vicine a'affusso effettivo piuttosto che aa portata di progetto. I funzionamento a veocità variabie attuato correttamente può comportare un minore consumo energetico. Nee prossime sezioni verranno iustrati i vantaggi e gi svantaggi con differenti strategie di controo veocità variabie. Controo iveo costante tradizionae I metodo di controo tradizionae per i funzionamento a veocità variabie in un'appicazione per acque refue è uno schema di iveo costante (Figura 11). I dispositivo di controo utiizza i iveo di iquido come vaore di riferimento. Con un affusso ridotto, a pompa funzionerà ad una veocità troppo bassa e, di conseguenza, con un'efficienza estremamente ridotta, sprecando così energia; otretutto aumenta i rischio di sedimentazione nei tubi e ne pozzo. La pompa viene spesso azionata a di fuori de range di esercizio migiore con conseguente riduzione de'aspettativa di vita utie. Ciò accade quando a pompa viene azionata ad una veocità inferiore rispetto aa veocità ottimae, ovvero a veocità aa quae i consumo di energia specifica dea pompa è minimo. L'intasamento parziae dea pompa è più probabie che si verifichi per pompe non autopuenti, ad esempio e tradizionai pompe con girante chiusa e vortice. Controo iveo costante ottimae Da punto di vista energetico, i modo più efficiente per controare e pompe a veocità variabie è queo di combinare operazione di estrazione e quea di riempimento a veocità ridotta e intermittente. Tae metodo è particoarmente consigiato per e stazioni di pompaggio per acque refue. Ciò favorisce a riduzione de tempo di funzionamento dea pompa ad una veocità inferiore a quea ottimae. Per ottenere un funzionamento intermittente e assicurarsi che e pompe non si avviino e arrestino troppo spesso, è importante stabiire un adeguata differenza tra i ivei di avvio e arresto; questo anche a fine di consentirne i funzionamento ad una veocità che richieda que energia minima per i periodo di tempo strettamente necessario. Ne caso in cui, come strategia di controo, si decida di utiizzare Liveo de iquido Liveo de iquido Avvio pompa Normae Ata Affusso Avvio pompa Portata in entrata ato Affusso Normae Arresto pompa pompa pompa massima massima ottimae massima Figura 11: controo iveo costante tradizionae. Affusso normae: funzionamento a frequenza eccessivamente bassa. Affusso ato: a frequenza viene controata per mantenere a portata dea pompa pari a'affusso. Affusso : i funzionamento aa massima veocità non è in grado di gestire 'affusso. (I coore verde simboeggia i funzionamento a bassa energia specifica, mentre i coore rosso i funzionamento con eevata energia specifica.) Figura 12: controo iveo costante ottimae. Affusso normae: operazione di estrazione/riempimento intermittente aa veocità ottimae. Affusso ato: a frequenza viene controata per mantenere a portata dea pompa pari a'affusso. Affusso : i funzionamento aa massima veocità non è in grado di gestire 'affusso. P 8

9 Liveo de iquido Avvio pompa Arresto pompa Normae Portata in entrata ato Affusso Veocità verso i basso superficiae de iquido Min veocità Affusso normae Portata in entrata ato Affusso pompa pompa ottimae massima ottimae massima Figura 13: controo iveo variabie. Affusso normae: accensione/spegnimento aa frequenza ottimae. Affusso ato: a frequenza aumenta inearmente a iveo di acqua finché i fusso pompato non è pari a'affusso. Affusso : i funzionamento aa massima veocità non è in grado di gestire 'affusso. Figura 14: controo portata minima. Affusso normae: accensione/spegnimento aa frequenza ottimae. Affusso ato: a frequenza aumenta per garantire che a veocità superficiae de iquido sia pari aa veocità minima. Affusso : i funzionamento aa veocità massima non consente di mantenere una veocità superficiae de iquido pari aa veocità minima. un apparecchiatura di utima generazione, è necessario impostare a frequenza ottimae per massimizzare i risparmio energetico e 'affidabiità operativa. Lo schema di controo nea Figura 12 espica più approfonditamente quanto sopra spiegato. Controo iveo variabie Un atro metodo comunemente usato per gestire e pompe per acque refue è i controo di iveo variabie (Figura 13). I vantaggio risiede ne fatto che 'affusso può essere accumuato ne pozzo, con un conseguente pompaggio più regoare. Con questo metodo, a veocità dea pompa è correata a iveo de iquido ne pozzo. Rispetto a controo di iveo costante, i controo di iveo variabie rappresenta una strategia di gestione più cauteativa, che aiuta a regoare i picchi di affusso più brevi. Controo portata minima I metodo di controo portata minima si basa su'uso dea derivata temporae de iveo di iquido ne pozzo [veocità superficiae de iquido]. Ciò impica a creazione di una portata minima, che garantisca 'impostazione dea veocità in funzione dea diminuzione de iveo de iquido correato ad un determinato tasso minimo. Se i iveo de iquido non diminuisce, a veocità dea pompa aumenta automaticamente. Per garantire efficienza energetica, tae veocità non deve scendere a di sotto di quea ottimae, anche se i iveo de iquido diminuisce più entamente. È possibie osservare i controo portata minima nea Figura 14. P 9

10 Aspetti meccanici dea pompa Rotazione inversa Veocità più basse e acceerazione/deceerazione più ente dea pompa sono vantaggiose per quanto concerne i carichi meccanici e termici e sui sistemi coegati in quanto e forze appicate su cuscinetti, giunti e guarnizioni saranno inferiori. L'inversione dea pompa viene tavota usata come mezzo per sboccare a girante. L'inversione di marcia può essere effettuata senza sovraccaricare meccanicamente i giunto dea girante e senza rischiare danni meccanici. Diversi produttori di pompe pongono differenti imitazioni per quanto concerne 'inversione di marcia. Aspetti idrauici dea pompa Parte idrauica L'intasamento dea pompa è un probema comune ne pompaggio dee acque refue. I principio fondamentae di progettazione per una pompa anti-intasamento è a sua capacità di far passare i soidi senza intasara. L'intasamento può essere causato da un'ostruzione totae o parziae dea girante o de corpo. L intasamento totae si verifica quando a pompa cessa di funzionare; tae condizione facie da rievare è atamente disagevoe. Una pompa parziamente intasata è invece più difficie da rievare e passa spesso inosservata perchè, sebbene in maniera sensibimente ridotta, a pompa continua ad erogare portata. Ciò può andare avanti per unghi periodi di tempo, comportando notevoi quantità di energia. Se a pompa funziona continuamente, a sua efficienza tenderà a diminuire graduamente sino a ivei inferiori de 50% o addirittura meno a vaore di efficienza misurabie in acqua puita. L'intasamento può essere causato da corpi estranei, ma più spesso è provocato da contenuti soidi normamente presenti nee acque refue, a vote in grandi dimensioni o in accumui pesanti. Vi sono diversi tipi di fenomeni di intasamento che possono infuire sue prestazioni dea pompa (prevaenza, portata e potenza assorbita) in modi diversi, a seconda dea progettazione dea stessa. Le pompe convenzionai per acque refue con girante a canae, con una o più vani, nonché giranti a vortice, sono incini a'intasamento causato dagi oggetti morbidi e fibrosi che si accumuano sui bordi di attacco dea girante o a centro dea girante stessa. Ciò comporta una ridotta efficienza dea pompa e, sostanziamente, un maggiore consumo energetico. A termine de cico di funzionamento, i controfusso periodico garantisce a puizia dea girante e dea pompa, pertanto 'efficienza viene parziamente ripristinata. Se una pompa funziona a veocità ridotta, è probabie che si verifichi un maggiore accumuo di detriti, Pompa convenzionae per acque refue a funzionamento continuo Efficienza idrauica Energia specifica Pompa convenzionae per acque refue a funzionamento intermittente Efficienza idrauica Energia specifica (Tempo) (Tempo) Figura 15: una pompa convenzionae per acque refue è parziamente intasata e 'efficienza dea pompa diminuisce ne tempo, con conseguente aumento di energia specifica. Figura 16: quando si spegne una pompa per acque refue, viene generato un fusso inverso che effettua i fussaggio dei bordi di attacco dea girante e de corpo. P 10

11 in quanto i cico di funzionamento è più ungo e non si verifica i controfusso di avaggio dea girante. Questo è i motivo principae per cui è necessario evitare unghi cici di pompaggio. Lo scenario più compesso ne pompaggio di acque refue si verifica quando una pompa inintasabie tradizionae viene azionata tramite un inverter che regoa a veocità. Moto spesso i software di controo aziona e pompe a veocità ridotta per unghi periodi di tempo (ore e giorni); tae assenza de cico di pompaggio impica che a pompa non tragga beneficio da fussaggio che si verifica ogni vota che questa si arresta. Ad aggravare i probema può verificarsi che, i software di controo venga programmato per eseguire un "soft stop" e un "soft start". Ciò significa che a veocità dea pompa venga ridotta graduamente fino a'arresto. La conseguenza è che una pompa intasata non trae beneficio da controfusso generato da uno stop istantaneo pertanto è improbabie che questa recuperi 'efficienza originaria. dipende da fusso e veocità. Perciò, finché i punto di avoro rientra ne range ammissibie dee pompe, una pompa autopuente è in grado di gestire veocità ridotte, anche fino a 50% dea massima veocità, senza un aumento de rischio di intasamento. Ciò genera un efficienza continua ed eevata che si protrae ne tempo. In quei rari casi in cui un oggetto estraneo provoca un bocco competo dea pompa, questo può essere rimosso automaticamente avviando un cico di puizia dea pompa tramite i dispositivo di controo. A vote, i controi inteigenti possono eseguire un cico di puizia automatico. Durante tae puizia, a girante viene azionata a fine di eiminare i materiae intasato. Per e pompe con idrauica autopuente, su mercato da otre 10 anni, i rischio di accumuo di detriti è estremamente ridotto. Ciò è dovuto aa progettazione idrauica con bordi di attacco estremamente incinati a'indietro, una scanaatura in riievo o, atri migioramenti idrauici e meccanici. I meccanismo autopuente rimane costante e non Idrauica pompa autopuente Efficienza idrauica Energia specifica (Tempo) Figura 17: e pompe Fygt N sono dotate di meccanica autopuente, che impica che i bordi di attacco rimangano puiti e si mantenga un iveo eevato continuo di efficienza. P 11

12 Concusioni Quando si effettua i pompaggio a veocità variabie, è necessario considerare a curva de sistema, i fuido pompato, i tipo di pompa, i metodo di controo e i requisiti de processo per ottenere un pompaggio affidabie ad una eevata efficienza compessiva. I pompaggio con pompe a veocità variabie, se appicato correttamente, può comportare un migiore controo de processo, risparmio energetico, funzionamento più regoare e ridotti costi di manutenzione per a stazione. L'uso di un inverter standard per e acque di scarico a veocità variabie richiede diverse ore di progettazione, indagini e impementazione de'agoritmo di controo adeguato, a fine di ottenere un risparmio energetico e una maggiore affidabiità ne pompaggio. Acuni inverter sono preprogrammati per i controo di pompe con agoritmi per varie appicazioni. Tai inverter devono essere configurati e progettati per 'appicazione specifica. Per appicazioni specifiche i controi inteigenti per acque refue sono preprogrammati con agoritmi avanzati e preconfigurati a fine di garantire i pompaggio in maniera affidabie e una messa in servizio sempice. Tai dispositivi, recentemente anciati su mercato, aumentano 'affidabiità dee stazioni di pompaggio e garantiscono a reaizzazione de risparmio energetico cacoato. Inotre, non sono necessarie uteriori ore di progettazione per trovare un agoritmo di controo personaizzato in un'appicazione comune Pompaggio di acque refue a veocità variabie. 1. IT P 12 Fygt is a brand of Xyem. For the atest version of this document and more information about Fygt products visit Xyem, Inc.