La progettazione degli impianti di sollevamento acque con l utilizzo di azionamenti a velocità variabile

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1 La progettazione degli impianti di sollevamento acque con l utilizzo di azionamenti a velocità variabile dott. ing. Salvatore Villani* * libero professionista, socio A.I.I.

2 VARIAZIONE DELLA CURVA CARATTERISTICA IN FUNZIONE DELLA VELOCITA' DI ROTAZIONE DELLA POMPA PER DIVERSE VELOCITA DI ROTAZIONE n DELLA STESSA POMPA SI HANNO CURVE CARATTERISTICHE DIFFERENTI. IN BASE ALLA LEGGE DI SIMILITUDINE QUESTE CURVE SONO IN RELAZIONE TRA LORO. OSSIA, SE PER LA VELOCITA DI ROTAZIONE n1 SONO NOTI I VALORI DI Q1, H1 E P1, I VALORI RELATIVI ALLA VELOCITA DI ROTAZIONE n2 DIVENTERANNO: Q2 = (n2 /n1 ) x Q1 H2 = (n2/n1 )² x H1 P2 = (n2 /n1 )³ x P1 QUINDI: LA PORTATA DI UNA POMPA VARIA PROPORZIONALMENTE AL NUMERO DI GIRI LA PREVALENZA DI UNA POMPA VARIA CON IL QUADRATO DEL NUMERO DI GIRI LA POTENZA DI UNA POMPA VARIA CON IL CUBO DEL NUMERO DI GIRI

3 L utilizzo degli azionamenti a velocità variabile per le centrali di sollevamento comporta i seguenti vantaggi: Quando la portata da sollevare è variabile, ad esempio su base stagionale nel caso di acquedotti o in funzione di eventi meteorici come nel caso di impianti fognari, l utilizzo di questa tecnologia comporta la semplificazione dell impianto idraulico perché rende possibile l utilizzo di un numero inferiore di elettropompe; Ne consegue la semplificazione dell impianto elettrico sia per il ridotto numero di elettropompe sia perché è sufficiente l installazione di un unico inverter per l azionamento di più elettropompe in luogo dei tradizionali avviatori per ciascuna di esse; In fase di costruzione vi è, quindi, una sensibile riduzione di spesa sia sulle opere civili che su quelle impiantistiche; In fase di esercizio si ottiene una minore usura delle apparecchiature rotanti, in fase di avviamento e di arresto perché è possibile generare delle rampe di avviamento ed arresto graduale, ciò comporta economia sui costi di manutenzione alla quale si aggiunge l economia sui costi energetici che si ottiene modulando la portata sollevata con la regolazione in frequenza;

4 Per contro, l utilizzo degli azionamenti a velocità variabile per le centrali di sollevamento comporta i seguenti svantaggi: Gli inverter introducono distorsioni sulla forma d onda della corrente e quindi delle armoniche di ordine superiore che aumentano le perdite nel circuito magnetico dei motori asincroni di cui si deve tener conto in fase di acquisto; La coppia motrice del motore deve mantenersi costante e pari alla coppia massima in un ampio campo di variazione della velocità corrispondente ad una frequenza variabile fra 20 e 50 Hz; La coppia motrice è sostenuta dall inverter che durante la generazione della rampa di avviamento aumenta la tensione di alimentazione, il che migliora la prestazione del motore, ma bisogna tener conto di ciò migliorando l isolamento elettrico degli avvolgimenti di statore;

5 SCHEMA DELL ALIMENTAZIONE DA Q. 130

6 Pompa tipo LNN Ingersol Dresser avente le seguenti caratteristiche: centrifuga ad asse orizzontale, unico stadio a doppia aspirazione, cassa divisibile; Portata: 500 l/s; prevalenza 40 m; numero di giri alla portata nominale: 985 al minuto; cassa in ghisa sferoidale; girante in bronzo; pressione di prova idraulica 16 Bar

7 Motore asincrono trifase avente le seguenti caratteristiche: Potenza: 250 kw; alimentazione: 380 V; corrente assorbita: 444 A; Fattore di potenza: cosφ 0,84; numero di poli: sei; avvolgimento in classe: F; classe di sovratemperatura garantita: B; declassamento per armonica di corrente inverter: da 300 a 250 kw; statore con doppia impregnazione in autoclave per garantire un invecchiamento minore degli avvolgimenti dovuti ai transitori di tensione in uscita dall inverter; coppia costante da 20 a 50 Hz per funzionamento sotto variatore di frequenza; tre termistori per il controllo della temperatura negli avvolgimenti statorici

8 Principali funzioni dell inverter da 250 kw Inverter campo di regolazione della frequenza: 0 60 Hz; minima risoluzione: 0,01 Hz; tempi di accelerazione e decelerazione: superiori a 10 s; selettore della pompa da avviare; avviamento della elettropompa selezionata a frequenza variabile; commutazione dell alimentazione della pompa in funzione su by pass; messa in attesa dell inverter con pompa funzionante a frequenza di rete; procedura di blocco e ripresa in caso di buchi di tensione;

9 Punti di lavoro dell elettropompa da 500 l/s alle portate di 300, 400, 500 l/s con regolazione tradizionale

10 Dati sperimentali alle portate d utilizzo

11 Sollevamento per S. Sebastiano gruppo elettropompa da 500 l/s

12 Pompa Ingersol Dresser Vista frontale

13 Quadro avviatore ad inverter per avviamento e regolazione a frequenza variabile