Efficienza idraulica, risparmio energetico e semplicità gestionale con Flygt Experior ROBERTO MOCCHETTI & MARIO GATTI

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1 Efficienza idraulica, risparmio energetico e semplicità gestionale con Flygt Experior ROBERTO MOCCHETTI & MARIO GATTI

2 Competenza su tutto il ciclo dell acqua Efficienza idraulica, risparmio energetico e semplicità gestionale con Flygt Experior Applicazioni : stazioni di sollevamento per acque reflue

3 Efficienza globale del sistema di sollevamento L audit energetico consiste nella rilevazione dei fabbisogni energetici di un impianto di sollevamento. L analisi consente di individuare le aree in cui è maggiore lo spreco di energia. L obiettivo principale è individuare una serie di azioni attraverso cui ridurre il consumo energetico e conseguentemente i costi della spesa legata all energia. Xylem però non si limita a questo: partendo dall esperienza maturata in anni di attività, ha messo a punto una serie di indagini e soluzioni operative specifiche, mirate al miglioramento della efficienza globale del sistema di pompaggio.

4 Efficienza globale del sistema Per ottenere un alta efficienza del sistema di pompaggio bisogna analizzare tutte le sezioni che lo compongono: Le caratteristiche della vasca; Il sistema di tubazioni ed il circuito idraulico; Le elettropompe installate; Il sistema di alimentazione elettrica, l automazione ed la logica di controllo.

5 Caratteristiche della vasca 1. Evitare effetti idraulici sfavorevoli Zone con eccessiva turbolenza; Irregolare distribuzione delle velocità del flusso nell aspirazione delle pompe. Aspirazione di aria; Formazione di vortici

6 Caratteristiche della vasca 2. Evitare fenomeni di sedimentazione Causano pulizie periodiche costose Possono causare bloccaggi delle pompe Generano cattivi odori

7 Caratteristiche della vasca 3. Prestare attenzione alle sostanze flottanti Causano formazione di crostoni superficiali Possono causare bloccaggi e malfunzionamenti dei regolatori di livello con rischio di sversamento liquami. Generano cattivi odori

8 Caratteristiche della vasca 4. Caratteristiche geometriche della vasca Realisticamente non è sempre possibile realizzare un opera civile ottimale, ma si consiglia di implementare almeno il muro smorzatore e i fondi inclinati.

9 Caratteristiche della vasca

10 Caratteristiche della vasca SECAD (Systems Engineering Computer Aided Design) è un pacchetto software completo, costituito da database di disegni ("immagini" e disegni dimensionali), programmi di disegno e programmi di utility. Questo software semplifica enormemente e automatizza il lavoro dei progettisti. Il pacchetto SECAD è rivolto essenzialmente a ingegneri e responsabili della progettazione di stazioni di pompaggio e applicazioni per il trattamento delle acque reflue. SECAD 4.0 è un programma stand alone e non richiede AutoCAD.

11 Analisi con simulatore CFD La fluidodinamica computazionale (o CFD, Computational Fluid Dynamics in inglese) è la tecnica che permette lo studio dei problemi di fluidodinamica mediante l'utilizzo del computer. Il colore rappresenta le velocità Le linee rappresentano la direzione dei flussi

12 Case study 1 Progetto nuova stazione di pompaggio, ~23 m 3 /s Disegno originale Disegno modificato

13 Case study 2 Ottimizzazione disegno stazione, ~ 20 m 3 /s Soluzione originale Soluzione ottimizzata

14 Analisi del moto vario - Colpo d ariete Cause Arresto pompe dovuto a blackout Chiusura / Apertura di valvole Rapidi cambiamenti di flusso e pressione Effetti Repentini cambiamenti di velocità Sovrappressioni o creazione di vuoto Rottura di valvole e accessori Scoppio di tubature Danneggiamento delle pompe Fessurazione Indebolimento Rotture instantanee Collasso per depressione Rottura per sovrappressione Indebolimento delle condotte Corrosione Erosione dovuta al flusso Cavitazione - Implosione Sovrappressione Depressione Rottura

15 Sistemi di Protezione Analisi sistema tubazioni Casse d aria Valvole di disadescamento

16 L elettropompa, il cuore dell impianto Dedicare grande attenzione alla scelta delle pompe è cruciale per ottimizzare il funzionamento, aumentare l affidabilità dell impianto e ridurre il consumo energetico.

17 I più bassi costi di possesso Efficienza energetica Pompaggio affidabile Dispositivi progettati per lavorare assieme Unico fornitore Investimento Non pianificati Operativi

18 Il rendimento totale Rendimento Elettrico elet. Potenza assorbita = dalla rete Q ( lt/sec) * H (metri) 102 * TOT. = * elet. TOT. idr. = (kw) Potenza nominale = motore Max. potenza trasferita all albero = (kw) Potenza trasferita = all albero Q ( lt/sec) * H (metri) 102 * idr. = (kw) Rendimento Idraulico idr. Potenza da trasferire = al liquido Q ( lt/sec) * H (metri) 102 = (kw)

19 Le idrauliche per liquidi carichi Rendimenti idraulici tipici, in acqua pulita, nel punto di miglior rendimento :. Girante a vortice di liquido 40 %. Girante monocanale 68 %. Girante bicanale 78 %. Girante autopulente N 80 %

20 Acque reflue moderne Ricerche e studi sulle acque reflue moderne hanno dimostrato che raramente contengono oggetti duri, solidi e sferici, con un diametro maggiore rispetto al diametro interno delle tubazioni. Questi elementi raggiungono raramente la pompa in quanto vengono intrappolati su una superficie piana orizzontale in cui il liquido ristagna o la velocità di trasporto è ridotta. I solidi di gran lunga più comuni sono costituiti da forme lunghe e filamentose, come le fibre. Le acque reflue moderne contengono anche una maggiore quantità di tessuto sintetico e fibre artificiali rispetto al passato. Ciò è dovuto alla vasta gamma di nuovi prodotti per la pulizia domestica, quali fazzoletti, salviettine e strofinacci.

21 Possibile presenza di corpi solidi nelle acque reflue moderne Dimensioni di oggetti solidi e sferici Dimensioni di oggetti morbidi e filamentosi La figura è concettuale e mostra la probabilità di trovare diversi tipi di solidi nelle acque reflue. Il lato sinistro mostra i principali oggetti sferici (pietra, ghiaia,ecc.), mentre il lato destro mostra oggetti fibrosi di varie dimensioni e forme, alcune anche molto allungate. La curva di distribuzione mostra che vi è una probabilità molto bassa di trovare grandi oggetti duri rispetto vari oggetti organici piccoli e grandi, morbidi e filamentosi.

22 Impatto sulle idrauliche tradizionali Gli oggetti filamentosi tendono ad impigliarsi nei tipi di girante tradizionali, nonostante il passaggio libero sia ampio. Il problema principale è il bordo d'entrata delle pale della girante. Tutti i design tradizionali delle giranti presentano uno o più bordi d'attacco. Figura A: Accumulo in una girante monocanale Figura B: Accumulo in una girante monocanale Figura C: Accumulo in una girante a vortice Figura D: Accumulo in una girante a vortice

23 Risultati sperimentali Il passaggio libero di una pompa non è un parametro utile per specificare il funzionamento senza intasamento di una pompa per acque reflue moderne.l'utente finale di una pompa per acque reflue necessita di una pompa affidabile ed efficiente nei cicli di lavoro brevi e lunghi. La soluzione L'utilizzo di pompe con moderne idrauliche, munite di giranti autopulenti, garantisce notevoli risparmi operativi, grazie alla maggiore resistenza all'intasamento e alla capacità di fornire alta efficienza continuata durante il pompaggio delle acque reflue.

24 Superiorità tecnologica da continua innovazione (video1) Flygt Experior Incrementa l affidabilità della tua stazione di pompaggio e risparmia fino al 50% del costo energetico

25 Il pacchetto Experior + + = Pompe con idraulica N Opzione Motore ad alta efficienza Opzione SmartRun Flygt Experior approved product

26 Tecnologia N Girante bipalare autopulente Dente di guida Scanalatura di espulsione Un design autopulente all'avanguardia, con bordi d'ingresso curvati ed una scanalatura in rilievo, si è dimostrato la soluzione ideale della maggior parte dei problemi di intasamento.

27 L alto rendimento Definizioni: Alto rendimento Esecuzione di una certa quantità di lavoro utilizzando la minor energia possibile. In acqua pulita Alto rendimento continuo Esecuzione continua di una certa quantità di lavoro utilizzando la minor energia. In acqua sporca Rendimento = Potenza idraulica Potenza assorbita

28 Mantenimento del rendimento Mantenimento dell alto rendimento Che cos è? Prestazioni senza intasamento Tipologia idraulica Usura Fermo macchina Rendimento idraulico Rendimento totale nel tempo Motore elettrico Rendimento motore Dove? In fognatura o comunque in presenza di corpi solidi

29 Grande flessibilità col design modulare Adattabile per soddisfare virtualmente ogni richiesta di applicazione. Esempi: Fognatura Acque meteoriche Acque di raffreddamento Fanghi Reflui industriali Agricoltura

30 Tecnologia N adattiva: principio di funzionamento Video 1

31 N Adattiva: come funziona 2. Distribuzione delle forze quando un corpo entra nella girante

32 N Adattiva: il movimento assiale Mechanical stop

33 I motori ad alta efficienza La domanda di motori ad alta efficienza segue un trend sempre in costante crescita. La richiesta è influenzata da: Direttive comunitarie Incentivi governativi Ottimizzazioni energetiche Salvaguardia dell ambiente Facilità di comunicazione Ma nel campo del pompaggio fognario il motore ad alta efficienza contribuisce per una piccola parte al risparmio energetico

34 La normativa di riferimento IEC Nuovo std. in accordo con IEC Classi di efficienza Super Premium efficiency IE4 - Vecchia classificazione Premium efficiency IE3 (Premium) High efficiency Standard efficiency IE2 IE1 Comparabile a EFF1 Comparabile a EFF2 Campo di applicazione IEC : Motori trifase a singola velocità, 50 e 60 Hz 2, 4 e 6 poli Potenza nominale da 0,75kW a 375kW Tensione nominale fino a 1000 V

35 Efficienza % Tabella classe di efficienza IE per motori 4 poli 50 Hz secondo IEC ,0 92,0 87,0 82,0 IE3 IE2 IE1 77,0 72,0 0,75 1,1 1,5 2, ,5 7, , Potenza kw

36 I motori ad alta efficienza Flygt Motore LSPM Line Started Permanent magnet motor (LSPM) Gamma fino a 15kW Pompe 3085, 3102, 3127, 3153 Motore ad induzione Motore ad induzione ad efficienza aumentata Gamma da 18,5kW a 70kW ed oltre Pompe 3171, 3202, 3301 QUESTI MOTORI RIENTRANO NELLA CLASSIFICAZIONE IE3

37 L efficienza dei motori LSPM Flygt comparata allo standard IEC 50Hz 4 poli Eff. % LSPM IE3 nom IE3 min 4 poli, 50 Hz L efficienza dei motori LSPM Flygt può arrivare fino al 4% in più rispetto allo standard nominale IE3 (IEC standard)

38 Gestione pompe: Flygt SmartRun Unità di controllo intelligenti pre-programmate per il pompaggio delle acque reflue Vantaggi immediati: Flygt SmartRun è in grado di ridurre il consumo energetico in una stazione di pompaggio standard di ~ 30% rispetto ad un tradizionale controllo on / off. I costi per la manutenzione e le chiamate di emergenza vengono ridotti anche grazie alle funzioni pre-programmate di pulizia di pozzo, tubi e pompa.

39 Energia Specifica - SmartRun Il sistema di controllo intelligente SmartRun riconosce il contesto in cui la pompa opera, le variabili dinamiche dell impianto ed interpreta le informazioni che provengono dal funzionamento della macchina. Smart run, operando una variazione di frequenza, ricerca il punto di lavoro ottimale, dove l energia specifica è minima, e quindi la pompa consuma di meno.

40 Differenze fra Smartrun e un inverter Smartrun Inverter Sistema di Regolazione Calcolo Energia Specifica minima Funzioni specifiche Pulizia tubi, pozzetto, girante, protezione pompa Minicas Facilità di programmazione e avviamento Tutto impostato, con pochissimi parametri eventualmente da modificare Sistema di Regolazione Livello / Pressione / Portata costante Funzioni specifiche Solo pulizia girante su modelli più evoluti Facilità di programmazione e avviamento Lavoro di programmazione lungo e specifico (oltre 50 parametri)

41 Energia Specifica Potenza assorbita = dalla rete Q ( lt/sec) * H (metri) 102 * TOT. = (kw) Q ( m3/h) = Q ( lt/sec) * 3,6 Potenza assorbita = dalla rete Q (m3/h) * H (metri) 3,6 * 102 * TOT. = (kw) Energia specifica = Potenza assorbita Portata = (kwh/m3) Energia specifica = H (metri) 102 * 3,6 * TOT. = (kwh/m3)

42 Head (m) Esempio di Calcolo VFD performance curve MT version E s Energy Volume H % 70% Caso 2 80% 80% 70% Caso 1 60% 5 0 Portata Giornaliera 3000 m3/day 25hz Caso 1 50 Hertz Flow (l/s) 30hz Portata 140 l/s Prevalenza 14 metri Rendimento Totale 77 % 35hz Caso 2 40hz 45 Hertz 45hz 50hz Portata 105 l/s Prevalenza 12 metri Rendimento Totale 80 % Ore di Funzionamento 5,95 ore Energia Specifica 0, kwh/m3 Energia Consumata 148,54 kwh Costo Giornaliero 26,74 / giorno Costo Annuo 9.759,36 / anno Ore di Funzionamento 7,94 ore Energia Specifica 0,04085 kwh/m3 Energia Consumata 122,55 kwh Costo Giornaliero 22,06 / giorno Costo Annuo 8.051,47 / anno

43 Funzioni implementate nell azionamento RICERCA VELO- CITA OTTIMALE CICLO PULIZIA POMPA AVVIA SIMULATORE FUNZIONI CICLO PULIZIA TUBAZIONI CICLO PULIZIA POZZO SOFTSTART E SOFTSTOP ALLARMI E PROTEZIONI FUNZIONAMENTO NORMALE ALTERNANZA RANDOM

44 kwh/m3 La ricerca della velocità ottimale (Brevettato) Scopo del sistema Far funzionare la pompa alla velocità ottimale Velocità ottimale Frequenza

45 La ricerca della velocità ottimale (Brevettato) Frequenza Flusso in ingresso Frequenza di lavoro Time trend Flusso in entrata alla stazione Tempo SmartRun trova la velocità ottimale di funzionamento indipendentemente dai picchi di flusso tramite un software predittivo brevettato.

46 SmartRun - risparmio energetico System curve Savings static head 12m 11% static head 8m 30% static head 4m 56% static head 0m 63%

47 Grazie per la cortese attenzione

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