ITT Flygt SISTEMI DI POMPAGGIO CON INVERTER

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1 ITT Flygt SISTEMI DI POMPAGGIO CON INVERTER 1

2 Cos è l inverter? Talvolta gli inverter vengono confusi con altri apparecchi, i softstart, che hanno sembianze analoghe ma concetti di funzionamento, caratteristiche e prestazioni diverse. Il softstart è un avviatore elettronico che permette l avvio e l arresto del motore in maniera graduale agendo di base sui parametri di tensione e corrente, ma una volta terminato l avviamento, alimenta il motore a frequenza fissa di 50 Hz, o viene addirittura bypassato. L inverter invece gestisce la variazione di velocità del motore secondo la formula Da momento che 120 è un numero fisso ed i poli del motore non variano, l unico fattore che può incidere per la variazione di velocità è la variazione di frequenza. L inverter è quindi un apparato che effettua la variazione di frequenza. La capacità di variare la frequenza non è solo limitata alle fasi di avvio-arresto ma anche durante tutto il tempo di marcia del motore. 2 n. giri = 120xHz esempio 3000 = 120x50 n. poli 2 Softstart Inverter

3 Pro e contro degli inverter PRO Consentono la regolazione di velocità e quindi la variazione di portata delle pompe (in genere vi è un limite sotto i 30 Hz), permettendo così di implementare varie soluzioni progettuali. Gli avvii e gli arresti graduali riducono gli stress sui componenti meccanici, idraulici ed elettrici. Si ottengono significativi risparmi energetici in quanto la pompa viene utilizzata per le effettive richieste del sistema idraulico, inoltre il cosfì di sistema si attesta attorno a 0,98 rendendo superflui i condensatori di rifasamento. Le protezioni elettroniche presenti nei convertitori consentono una efficace e completa protezione della pompa. Si aboliscono gli spunti di avviamento, permettendo così di non dover sovradimensionare i componenti elettrici e gli eventuali gruppi elettrogeni di soccorso. 3

4 CONTRO Pro e contro degli inverter Apparecchiature costose (anche se meno che in passato). (nei confronti di un avviamento diretto non ha senso fare un paragone, nei confronti di un avviamento softstart vi è un rapporto 1/3 che sale ad 1/5 per potenze sopra i 100 kw) Apparecchiature delicate nel senso che si tratta di elettronica di potenza e quindi sensibile alle caratteristiche ambientali (umidità, polvere, ecc). Problemi di compatibilità elettromagnetica (armoniche, disturbi ad apparecchiature elettroniche, ecc.) Necessitano di una corretta installazione (ventilazione, ecc.) Richiedono che l installazione sia fatta in prossimità del motore alimentato (più l azionamento è vicino al motore, meglio è; nella maggior parte dei casi una distanza tra motore ed azionamento superiore ai 200 m, può essere causa di guasto dell azionamento) 4

5 Quando si usa l inverter Quando si usa l inverter nei pompaggi? Le applicazioni dell inverter nei sistemi di pompaggio sono molteplici ad esempio: Pompaggio a livello costante Pompaggio a portata costante Pompaggio a pressione costante E bene definire con chiarezza cosa si vuole ottenere in quanto spesso l inverter viene impiegato in maniera impropria (solo per realizzare avviamenti ed arresti graduali) o in maniera errata, rendendone vano l impiego e l investimento effettuato. 5

6 Quando si usa l inverter Non ha molto senso usare l inverter per ottenere delle regolazioni di portata o pressione su più di 2 unità funzionanti in parallelo, in quanto la regolazione potrebbe subire dei pendolamenti, inoltre l utilizzo di 3 o 4 macchine in parallelo, funzionanti a velocità fissa, consentono già un buon frazionamento della capacità totale di pompaggio. VFD VFD Min 50 l/s Max ~ 200 l/s Min 50 l/s Max ~ 200 l/s 6 P1 P2 P1 P2 P1 P2 Min 50 l/s Max 100 l/s per ciascuna pompa Caso con inverter 50 l/s nominali per ciascuna pompa Caso con avviamento diretto

7 Quando si usa l inverter Nel pompaggio di acque reflue la gestione con inverter, in alternativa al sistema on-off, può essere impiegata per ridurre le perdite energetiche; questo nei casi in cui il sistema idraulico presenta alte perdite di carico dovute ad attrito, rispetto al dislivello geodetico (pompaggi in pressione su lunghe condotte) Condotta breve Condotta lunga VFD VFD VFD VFD P1 P2 P1 P2 Prevalenza bassa Prevalenza totale con alto valore di perdite di carico 7 Caso in cui il pompaggio con inverter non è conveniente Caso in cui il pompaggio con inverter può essere conveniente

8 Il caso del pompaggio a livello costante Il caso: Abbiamo un pozzo di fognatura vecchio, gli afflussi, nel corso degli anni si sono modificati notevolmente e riscontriamo quindi grandi variazioni tra le portate massime e minime in ingresso; le pompe sono sollecitate dai molti avviamenti/ora che effettuano. Soluzione: Adottando un inverter e gestendo il pompaggio con la logica a livello costante, possiamo risolvere il problema. Rilevando il livello in vasca con un misuratore analogico sarà possibile regolare la velocità della pompe (e quindi la portata) in maniera tale che il livello rimanga costate, ovvero tanta acqua entra in vasca, tanta ne viene pompata via dal sistema. 8

9 Esempio pompaggio a livello costante Arrivo FMC INVERTER Logica di funzionamento L operatore definisce un set-point di livello tale da ottenere la massima capacità di polmonazione del pozzo; il sistema si attiva al raggiungimento della soglia di abilitazione, la regolazione di velocità viene effettuata secondo un algoritmo PID che dipende dallo scostamento del livello in vasca rispetto al set-point impostato. Se il livello cresce, la pompa verrà azionata a velocità maggiore, se il livello scende, la pompa rallenterà. Così facendo si limiterà al massimo il numero di sequenze marcia-arresto della pompa. Sfioro Mandata Allarme H Allarme L Abilitazione Set-point Arresto Volume di polmonazione Apparecchiature occorrenti 1 sensore di livello analogico 2 interruttori di livello digitali 1 inverter per ciascuna pompa 1 controllore di gestione Sensore di livello P1 9

10 Il caso del pompaggio a portata costante Il caso: Stiamo realizzando un pompaggio iniziale di un depuratore, il ns. scopo è quello di alimentare la linea di trattamento con un flusso costante al fine di ottenere la massima efficienza dall impianto. Soluzione: Adottando un inverter e gestendo il pompaggio con la logica a portata costante, possiamo risolvere il problema. Rilevando la portata sul collettore, con un misuratore magnetico sarà possibile regolare la velocità della pompe (e quindi la portata) in maniera tale che venga mantenuto un set-point fissato dall operatore. E ovvio che questo sistema richiede una vasca di polmonazione per sopperire ai momenti di punta e a quelli di bassa portata. 10

11 Esempio pompaggio a portata costante Arrivo FMC INVERTER Logica di funzionamento L operatore definisce un set-point di portata. Il sistema si attiva al raggiungimento della soglia di abilitazione, la regolazione di velocità viene effettuata secondo un algoritmo PID che dipende dallo scostamento della portata misurata rispetto al set-point impostato. Se la portata cresce, la pompa verrà azionata a velocità minore, se la portata scende, la pompa aumenterà di velocità. Così facendo si otterrà un flusso pompato con portata pressochè costante. Importante è poter disporre di un adeguato volume polmone. Ampio volume di polmonazione Allarme H Misura portata Abilitazione Mandata Apparecchiature occorrenti 1 sensore di livello analogico Arresto Volume di polmonazione 1 misuratore di portata 2 interruttori di livello digitali 1 inverter per ciascuna pompa Allarme L 1 controllore di gestione Sensore di livello P1 11

12 12 Il caso del pompaggio a pressione costante Il caso: Il ns. impianto irriguo preleva acqua da un bacino di accumulo e pompa in una rete di distribuzione; lo scopo è quello di mantenere una determinata pressione in rete, seppur le portate richieste dagli utenti variano notevolmente nel corso della giornata. Soluzione: Adottando un inverter e gestendo il pompaggio con la logica a pressione costante, possiamo risolvere il problema. Rilevando la pressione sul collettore, con un trasmettitore analogico, sarà possibile regolare la velocità della pompe (e quindi la pressione) in maniera tale che venga mantenuto un set-poin fissato dall operatore. In questi casi non è richiesta una pressione costante in assoluto, bensì un funzionamento entro un determinato range.

13 Esempio pompaggio a pressione costante FMC INVERTER Arresto (es. 4,5 Bar) Set-point (es. 4 Bar) Abilitazione (es. 3,5 Bar) Arrivo Logica di funzionamento L operatore definisce un set-point di pressione. Il sistema si attiva su consenso operatore, la regolazione di velocità viene effettuata secondo un algoritmo PID che dipende dallo scostamento della pressione misurata rispetto al set-point impostato. Se la pressione cresce, la pompa verrà azionata a velocità minore, se la pressione scende, la pompa aumenterà di velocità. Così facendo si otterrà una pressione in rete pressochè costante, ed in ogni caso entro le bande di tolleranza impostate. Mandata Misura pressione Apparecchiature occorrenti 1 sensore di pressione analogico 1 interruttore di livello digitale 1 inverter per ciascuna pompa 1 controllore di gestione Allarme L P1 13

14 LA PROPOSTA 14 ITT FLYGT

15 Il sistema di pompaggio evoluto Ancora una volta ITT Flygt presenta una novità in tema di pompaggio. Non per il principio in sè stesso (già implementato da diverso tempo nelle installazioni più avanzate) ma per la completezza e particolarità della soluzione. In cooperazione con ABB (Società leader nel campo degli azionamenti a velocità variabile) ITT Flygt propone un sistema di pompaggio a velocità variabile che permette di gestire la vasca nel modo definito a livello costante ed inoltre implementa la funzione definita ciclo di pulizia pompa Il pacchetto comprende - le elettropompe - I convertitori di frequenza - la centralina di automazione e regolazione - lo SCADA di telecontrollo L unicità della proposta sta nel fatto che tutti i componenti sono progettati e configurati per operare in perfetta sintonia (personalizzazione dei vari componenti) e cosa importantissima, tutto il pacchetto è fornito direttamente da ITT Flygt. SISTEMA ATTUABILE per 1 o 2 pompe da 2 a 70 kw unitari 15

16 I vantaggi del sistema Vantaggi di tipo generale nell uso dei convertitori di frequenza I convertitori di frequenza consentono di regolare la velocità della pompa e quindi la portata, adeguando il volume pompato all afflusso in vasca con indubbi vantaggi in termini di dimensionamento e flessibilità del sistema Gli avvii e gli stop graduali riducono gli stress sui componenti meccanici, idraulici ed elettrici Si ottengono sigificativi risparmi energetici in quanto la pompa viene utilizzata per le effettive richieste del sistema idraulico, inoltre il cosfì di sistema si attesta attorno a 0,98 rendendo superflui i condensatori di rifasamento Le protezioni elettroniche presenti nei convertitori consentono una efficace e completa protezione della pompa Si aboliscono gli spunti di avviamento permettendo così di dimensionare al minimo i componenti elettrici e gli eventuali gruppi elettrogeni di soccorso Ulteriori vantaggi derivanti dall utilizzo del sistema ITT Flygt Il software speciale sviluppato da ITT Flygt consente di attivare (quando necessario) la pulizia della girante pompa, riducendo così gli interventi di manutenzione Il convertitore è presettato con funzioni specifiche per il pompaggio di acque reflue, questo riduce fino al 90% le normali operazioni di start-up Il convertitore si interfaccia direttamente con il sistema di automazione e telecontrollo ITT Flygt 16

17 Il concetto Livello costante Con il termine pompaggio a livello costante si intende un sistema che gestisce la marcia-arresto e la regolazione di velocità (quindi la portata) della pompa in maniera tale da mantenere il più costante possibile il livello in vasca. Ne risulta quindi che la portata pompata in uscita è pressochè identica all afflusso in ingresso seguendo così in maniera costante le variazioni di flusso. I vantaggi da un punto di vista del processo e del dimensionamento sono facilmente intuibili: I volumi di dimensionamento della vasca possono essere ridotti Non si hanno problemi di eccessivi avvii/ora della macchina Il flusso pompato non subisce il classico effetto a dente di sega tipico dei pompaggi on-off ma risulta molto più omogeneo, ed in ogni caso le inevitabili variazioni di portata vengono decisamente smorzate dal sistema di regolazione automatico. (si pensi ad esempio ad un sollevamento a monte di un depuratore o ad una alimentazione di un processo che richiede una portata senza brusche variazioni). Il sistema (di seguito raffigurato) comprende quindi: 17 1 o 2 elettropompe, da dimensionare in base ai valori minimi e massimi della portata teorica in ingresso alla vasca (il Progettista dovrà decidere se intende considerare una riserva passiva o se la portata massima deve essere smaltita dalla 2 pompe in marcia contemporanea) 1 sensore analogico di livello (per la gestione del sistema) e 2 interruttori a variazione d assetto (aventi funzione di allarme e comandi d emergenza) 1 o 2 convertitori di frequenza correttamente dimensionati 1 controllore generale del sistema (centralina FMC + accessori) 1 quadro elettrico generale 1 sistema SCADA di supervisione remota (componente opzionale)

18 Il concetto Livello costante L intervento dell interruttore di emergenza avvia la pompa/e e la tiene in marcia per un tempo tarabile Soglia (su ingresso analogico)per allarme altissimo livello Soglia (su ingresso analogico)per allarme alto livello Arrivo liquame Troppopieno m m m Set-point di livello; con questa quota si fissa il livello che si vuole mantenere in vasca, se l afflusso in vasca tende a far aumentare il livello, il sistema aumenta la portata della pompa, viceversa se il livello tende a diminuire, il sistema diminuisce la portata della pompa. L eventuale seconda pompa entra in funzione con alternanza a tempo, con alternanza ciclica o dopo un tempo x tarabile da quando il funzionamento della prima pompa non è sufficiente a mantenere il set-point Interruttore di livello a variazione d assetto Sensore di livello a pressione idrostatica m m m Soglia (su ingresso analogico)per arresto pompe qualora la portata in ingresso sia inferiore alla portata minima di una pompa Soglia (su ingresso analogico)per allarme basso livello Soglia (su ingresso analogico)per allarme bassissimo livello L intervento dell interruttore di emergenza blocca le pompe e le tiene bloccate per un tempo tarabile 18 Esempio di sistema applicato ad un pozzo di fognatura con un altezza utile di vasca pari a 3 metri e con il range di pompaggio fissato a 2 metri

19 Il concetto Pulizia girante pompa L intasamento delle giranti è uno dei problemi più importanti da risolvere nel pompaggio di acque reflue. ITT Flygt opera su più fronti in merito a questo aspetto. Una soluzione viene sicuramente dall adozione di pompe dotate delle nuove giranti N inintasabili. In altri casi, ove siano presenti macchine con giranti tradizionali, il sistema VFD di ITT Flygt, oltre a realizzare la funzione di pompaggio a livello costante, implementa anche la funzione Pulizia girante pompa COME FUNZIONA!!!??? Il sistema sfrutta le seguenti potenzialità offerte dai convertitori di frequenza: Misurare con grande precisione la coppia resistente richiesta dalla macchina idraulica Capacità di azionare il motore sia in senso diretto che in senso inverso (si raccomanda di verificare sempre la possibilità della macchina a girare in senso inverso) Queste due funzioni, unite ai programmi software dei convertitori di frequenza e del controllore FMC, appositamente sviluppati in collaborazione con ABB, consentono di realizzare un efficace sistema di controllo dell intasamento delle pompe e di pulizia automatica delle stesse. Di seguito la descrizione del ciclo di pulizia. 19

20 Il concetto Pulizia girante pompa Il sistema effettua un monitoraggio costante della coppia resistente richiesto dalla macchina idraulica, quando questo valore supera, per un determinato periodo, il valore nominale settato dall operatore, inizia la sequenza di pulizia della girante secondo il ciclo evidenziato nel diagramma seguente: -richiesta inizio sequenza pulizia -decelerazione della macchina -tempo di arresto della macchina -marcia avanti a piena velocità -mantenimento della piena velocità per un tempo x -decelerazione della macchina -tempo di arresto della macchina -marcia inversa in rampa fino ad una velocità prefissata -mantenimento della velocità a marcia inversa per un tempo x -decelerazione della macchina -tempo di arresto della macchina -ripartenza della macchina secondo la normale logica di funzionamento 20

21 I componenti e la gamma I componenti necessari per l implementazione del sistema sono: 1 o 2 elettropompe dimensionate per soddisfare I requisiti di portata minima e massima del sistema 1 o 2 convertitori di frequenza dimensionati sulla base della corrente nominale della elettropompa, da scegliere tra la seguente gamma disponibile Sigla convertitore In convertitore Sigla convertitore In convertitore Si raccomanda di scegliere un convertitore di frequenza che abbia una corrente nominale con un margine di sovradimensionamento pari a circa il 15% rispetto alla corrente nominale della pompa 1 controllore FMC nella versione per montaggio a parete o a fronte quadro (da definire in base alle richieste di installazione) 1 scheda TCX 1601 per pilotaggio moduli di espansione 1 modulo di espansione RIO R02, 2 AO 1 programma software specifico CLC interruttori di livello a variazione d assetto 1 sensore di livello analogico Eventuali accessori di completamento quali: alimentatore, filtro, batterie tampone per FMC, modem gsm per trasmissione allarmi e dati, ecc. 21 ITT Flygt può fornire sia i singoli componenti da installare a cura del Cliente, sia il quadro elettrico completamente cablato e configurato, pronto all uso.

22 Documentazione Per maggiori approfondimenti in merito all utilizzo degli inverter nella gestione degli impianti di pompaggio, ITT Flygt ha redatto un opuscolo informativo. 22

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