Sistemi per il sollevamento di acque potabili:

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1 Sistemi per il sollevamento di acque potabili: scelte impiantistiche e risparmio energetico ING. DOMENICO SANTORO domenico.santoro@xyleminc.com

2 Approvvigionamento idrico Acque destinate al consumo umano Prelevata da sottosuolo Da acque superficiali

3 Introduzione Pompe da pozzo Pompe di superficie

4 Che cosa sta cambiando?

5 Cos è la direttiva EcoDesign? L Ecodesign è un insieme di requisiti stabilita dal parlamento europeo, che si prefigge l obiettivo di ridurre il consumo energetico e gli impatti negativi sull ambiente relativi ai prodotti. Questa regolamentazione fa riferimento principalmente ai produttori di pompe per acqua nel mercato europeo.

6 Cos è la direttiva EcoDesign? Perché requisiti di efficienza? 20% di I sistemi di pompaggio utilizzano circa il 20% della domanda mondiale energia elettrica Più del 30% dell energia elettrica consumata in Europa viene usata per motori elettrici

7 Direttiva Ecodesign In accordo con la regolamentazione ErP, le direttive riguardanti le elettropompe sono 3: /2009 & 4/2014: specifiche per la progettazione ecocompatibile dei motori elettrici /2009 & 622/2012: specifiche per la progettazione ecocompatibile dei circolatori senza premistoppa indipendenti e dei circolatori senza premistoppa integrati in prodotti /2012: specifiche per la progettazione ecocompatibile delle pompe per acqua

8 547/2012 Il regolamento istituisce specifiche per la progettazione ecocompatibile di pompe centrifughe per acqua per il pompaggio di acqua pulita: Pompa ad aspirazione assiale con supporto (ESOB) Pompa ad aspirazione assiale monoblocco orizzontale (ESCC) Pompa ad aspirazione assiale monoblocco in linea (ESCCi) Pompa verticale multistadio (MS-V) Pompa sommersa multistadio: una pompa per acqua centrifuga, multistadio (i > 1), con diametro esterno nominale di 10,16 cm (4 ) o 15,24 cm (6 ), progettata per l uso in un pozzo a una velocità nominale di rpm, a temperature di funzionamento comprese tra 0 C e 90 C;

9 547/2012 Dal 1 gennaio 2013, tutte le pompe per acqua soggette alla direttiva UE 547/2012 devono rispettare un MEI 0,10 A partire dal 1 gennaio 2015, il valore da rispettare è MEI 0,40

10 Cos è l indice MEI? L indice minimo di efficienza (MEI) è un numero che indica il livello minimo al quale devono attenersi le idrauliche delle pompe per acqua. Permette di stabilire uno standard di comparabilità tra tutti i prodotti sul mercato

11 Cos è l indice MEI? Un MEI di 0,1 implica che il 10% delle pompe sul mercato ha una minore efficienza idraulica Un MEI di 0,4 implica che il 40% delle pompe sul mercato ha una minore efficienza idraulica

12 Direttiva EcoDesign Le pompe per acqua che non rispettano l indice minimo di efficienza (MEI) non potranno essere immesse nel mercato Europeo, poiché non conformi ai requisiti CE

13 Pompe da pozzo - motori sommersi RIAVVOLGIBILI INCAPSULATI 4OS L6W, L8W, L10W, L12W L4C L6C 0, kw 0,25 37 kw

14 Idrauliche Superfici lisce e software di simulazione Cuscinetti lubrificati dal liquido pompato Anello di rasamento dinamico

15 Le diverse componenti del risparmio Motori Idraulica Ma è sufficiente per ottenere un reale risparmio energetico? 15

16 Le diverse componenti del risparmio Motori Idraulica Corretta realizzazione d impianto Inverter velocità variabile 16

17 Principali inconvenienti dei pozzi

18 Pozzi Passante A spirale A ponte

19 Livello statico livello dinamico Il livello che naturalmente raggiunge l acqua nel pozzo in assenza di pompaggio si chiama livello statico Quando si attiva il pompaggio il livello dell acqua cala gradualmente fino a raggiungere un punto di equilibrio, detto livello dinamico

20 Definizioni L altezza dell acqua di falda si abbassa gradualmente dal livello statico a quello dinamico, formando un cono di depressione concentrico attorno al pozzo

21 Sistemi di pozzi e principio di reciprocità Il livello di un pozzo è influenzato dal cono di depressione dei pozzi circostanti

22 Principali inconvenienti dei pozzi L efficienza idraulica dei pozzi generalmente diminuisce con il tempo

23 Principali inconvenienti dei pozzi - Conseguenze

24 Principali inconvenienti dei pozzi

25 1. Trascinamento di sabbia A B Diminuire la portata dell acqua estratta dal pozzo. In questo modo diminuisce anche la forza di trascinamento sui grani del terreno Ritubare il pozzo completamente con una nuova tubazione di diametro minore, munita di filtri con finestrature più piccole

26 1. Sabbia - Prevenzione

27 1. Sabbia - Prevenzione Installare la pompa sempre al di sopra della zona fenestrata

28 2. Fenomeni di intasamento Depositi di minerali: ferro

29 2. Fenomeni di intasamento Depositi di minerali: carbonato di calcio

30 2. Fenomeni di intasamento - Prevenzione Analisi delle acque Prevedere una superficie filtrante ampia, in grado di ridurre la velocità di ingresso dell acqua Spurgare bene il pozzo Preferire la perforazione di più pozzi di bassa portata piuttosto che uno di portata elevata

31 2. Fenomeni di intasamento

32 2. Fenomeni di intasamento

33 2. Fenomeni di intasamento

34 2. Fenomeni di intasamento

35 Perdita di efficienza: cosa NON fare Nel caso il pozzo non fornisca più una portata sufficiente, NON si deve sostituire la pompa esistente con una pompa più potente oppure approfondire la posizione della pompa. Questo provoca: Aumento dei consumi di energia Aumento della velocità di flusso dell acqua verso il pozzo, con trascinamento di sabbie e limi Ulteriore peggioramento dell efficienza idraulica

36 Perdita di efficienza: cosa fare 1. Monitoraggio 2. Prove di portata 3. Ispezioni televisive 4. Registrazione dei dati di funzionamento del pozzo

37 Resistenza alla corrosione da cloruri

38 Vaiolatura Gli acciai inossidabili, pur essendo resistenti alla corrosione generalizzata perché hanno una forte tendenza a passivarsi, in presenza di ioni cloro, capaci di rompere localmente lo strato passivante, sono soggetti all attacco localizzato per vaiolatura

39 Compatibilità dei materiali in funzione di T e C cl Temperatura ( C) Concentrazione (ppm) > >1000 AISI 304 AISI 316 DUPLEX

40 Corretta installazione

41 Corretta installazione 1. Elettropompa sommersa 2. Tubo di mandata 3. Cavo di discesa 4. Quadro di comando 5. Valvola di non ritorno 6. Manometro 7. Valvola di intercettazione 8. Sonde di livello per la marcia a secco 9. Fascetta di fissaggio cavo

42 Raffreddamento del motore IDRAULICA MOTORE

43 Raffreddamento del motore I motori sommersi hanno la necessità di un buon raffreddamento La velocità dell acqua tra l intercapedine pozzo - pompa v = Q 2 Π 4 (D2 d 2 )

44 Raffreddamento del motore Il flusso di acqua che lambisce il motore deve avere una velocità sufficiente a garantire il corretto raffreddamento v m Tipo di motore Indicazioni del costruttore

45 Raffreddamento del motore v v m Il motore è raffreddato in modo corretto v < v m Necessario montare una camicia di raffreddamento

46 Raffreddamento del motore: esempio Elettropompa: XXX Diametro motore: d = 0,144 m Pozzo da 8 : D = 0,203 m V m = 0,2 m/s Portata: Q = 20 m3 h = 0, 0055 m3 s v = Q 2 Π 4 (D2 d 2 ) = 0, 17 m s v < v m È necessario montare una camicia di raffreddamento

47 Raffreddamento del motore Diametro massimo di una camicia di raffreddamento D = 4 ( Q v m Π + d2 4 )

48 Raffreddamento del motore Cementazione Pompa sommersa La pompa deve essere installata sempre sopra il filtro Evitare eccessivo richiamo di materiale in sospensione Dreno Raffreddare il motore Filtro

49 Raffreddamento del motore Cementazione Pompa sommer sa Dreno Se la pompa viene posizionata al di sotto della zona filtrante, l acqua immediatamente assorbita dalla bocca di aspirazione non riesce a venire in contatto col motore Filtro Il motore è costretto a smaltire il proprio calore in acqua decisamente stagnante

50 Apparecchiature di avviamento e controllo

51 Introduzione I dispositivi elettrici che vengono installati tra la linea di alimentazione e il motore devono essere scelti ad hoc Caratteristiche del motore Linea di alimentazione Pompa La corrente di avviamento del motore di una pompa è pari a 4 7 volte la corrente a pieno carico

52 Sistemi di avviamento I sistemi di avviamento più comunemente utilizzati sono i seguenti: Diretto in linea (DOL) Stella/triangolo (SD) Autotrasformatore (AF) Avviatore morbido (SS) Convertitore di frequenza (FC)

53 Convertitore di frequenza Limita la corrente di avviamento Riduce lo stress del motore dovuto a brusche manovre Agisce sulla frequenza di rete modulandone il valore La velocità di rotazione del motore, direttamente proporzionale al valore di frequenza, subisce un decremento

54 Convertitore di frequenza Controllare una o più pompe attraverso un convertitore di frequenza vuol dire: a. Risparmio energetico b. Adattabilità in tempo reale alle esigenze dell impianto c. Possibilità di regolare le prestazioni delle pompe in funzione di più parametri variabili, quali portata, pressione, livello dinamico della falda d. Minori sollecitazioni meccaniche,

55 Utilizzo inverter: raccomandazioni Motor frequency limits Maximum Frequency Nominal frequency written in the motor nameplate Recommended Minimum Frequency (*) 30Hz Motor frequency limits Maximum Acceleration ramp time (0 Hz Recommended minimum frequency) 4OS 3 s L4C L6C LW 1 s Maximum Deceleration ramp time (Recommended minimum frequency 0 Hz) 4OS 4 s L4C L6C LW 1 s

56 Installazione elettropompa con inverter Filtri Motore LW Standard LW HT version Lunghezza del cavo 20 m 20 m < Lunghezza del cavo 100 m Lunghezza del cavo > 100 m Filtro sinusoidale Filtro sinusoidale Filtro sinusoidale Non necessario Filtro dv/dt Filtro sinusoidale L4C Non necessario Filtro dv/dt Filtro sinusoidale L6C Non necessario Filtro dv/dt Filtro sinusoidale 4OS Non necessario Filtro dv/dt Filtro sinusoidale Maggiore è la lunghezza dei cavi, maggiore è l effetto di induttanza che ho sugli stessi

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