Maiello pompe e sistemi costruzione e servizi by L.E.M. s.r.l. Gruppi di pressurizzazione con Inverter

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Livia Orsini
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1 Elettropompe con inverter: analisi tecnico economica Il risparmio energetico delle elettropompe è un elemento cruciale per il sistema produttivo, in quanto la presenza di motori elettrici nella produzione è talmente scontata che quasi mai vengono prese in considerazione soluzioni tali da offrire un risparmio di questa fonte di consumo. I problemi tipici nel consumo dei motori elettrici/elettropompe, sono legati innanzitutto ad alte correnti di avvio ed alte coppie che, oltre a costituire un prelievo di energia elettrica ed un extra carico meccanico, provocano prelievi di potenza allo spunto con elevati costi nella fatturazione elettrica: l assorbimento di corrente raggiunge valori pari a 6 8 volte il valore nominale. A regime, inoltre, i motori elettrici sono spesso soggetti ad una coppia variabile di carico che, soprattutto per carichi non regolari, non è coerente con la corrente di alimentazione: ciò causa anche durante l esercizio a regime del motore un consumo non ottimale dell energia elettrica, che è un vero e proprio spreco. Una soluzione per ridurre i consumi energetici ed ottimizzare il funzionamento dell impianto, è data dall utilizzo degli INVERTER; ossia convertitori statici di frequenza che pilotano il numero di giri delle elettropompe monofase o asincrone trifase; riducendo l assorbimento energetico. Per analizzare gli effettivi benefici derivanti dall istallazione di un inverter, possiamo prendere in esame un gruppo di pressurizzazione (fig.1) avente lo scopo di mantenere costante la pressione all interno di un impianto, per esempio un condominio. Figura 1 Il sistema di avvio delle elettropompe può essere diretto o con inverter. Qual è la sostanziale differenza tra i due tipi di avviamento?

I problemi tipici nel consumo dei motori elettrici/elettropompe, sono legati innanzitutto ad alte correnti di avvio ed alte coppie che, oltre a costituire un prelievo di energia elettrica ed un extra

2 Avvio diretto Realizzato con l ausilio di componenti elettromeccanici (contattore, relè termico, etc.). la sequenza di avvio e arresto è gestita con l ausilio di un pressostato che avrà il compito di mantenere un pressione costante. Questo sistema presenta: Costi contenuti (almeno in apparenza) Numero eccessivo di cicli (avvio/arresto elettropompa) Eccessive sollecitazioni meccaniche e termiche. Avvio con inverter. La gestione dell impianto con l avviamento tramite inverter permette di regolare la velocità dell elettropompa al fine di mantenere una pressione di esercizio costante. Impostato il valore di pressione desiderato, e avviato il sistema, la velocità alla quale si porterà l elettropompa, sarà funzione della pressione letta sull impianto tramite un trasduttore di pressione. Tale sistema avrà: Avvio e arresti graduali (assenza di sollecitazioni meccaniche e termiche) Mantenimento di un valore di pressione costante (al valore voluto) Risparmio energetico L inverter gestisce la variazione di velocità del motore secondo: n di giri = (120 x f) / n poli motore Con 120 = numero fisso; f= frequenza di alimentazione del motore (Hz). Vediamo un esempio pratico: Per un motore 2 poli con frequenza pari a 50 Hz; avremo: 120 x 50 / 2 = giri/min Per un motore 4 poli con frequenza 50 Hz; avremo: 120 x 50 / 4 = giri/min

Questo sistema presenta: Costi contenuti (almeno in apparenza) Numero eccessivo di cicli (avvio/arresto elettropompa) Eccessive sollecitazioni meccaniche e termiche. Avvio con inverter.

3 L unica grandezza elettrica che ci permette di effettuare la variazione di giri di un motore asincrono, è la frequenza espressa in Hertz (Hz). I dispositivi VSD od inverter, come più comunemente vengono chiamati, lavorano principalmente su questo parametro la cui variazione ci permette di trasformare un motore asincrono a velocità fissa in uno corrispondente, per potenza, coppia ecc., a velocità variabile le cui performance sono oggi paragonabili ad un motore in corrente continua, grazie a sofisticati algoritmi di calcolo ed ai processori di controllo, velocissimi, che ne controllano e governano il funzionamento. ANALISI ECONOMICA CON L UTILIZZO DI UN INVERTER. Consideriamo una pompa avente potenza pari a 3 Hp Per calcolare i benefici derivanti dall adozione di un inverter per pilotare il motore della suddetta pompa occorre conoscere i seguenti dati: Potenza del motore in cavalli (nel nostro caso 3HP) Costo dell energia elettrica per kwh (0,20 /kwh) Totale delle ore di operatività dell impianto (considerando un anno di funzionamento: h) Conoscere il metodo di controllo installato con cui si eseguono le variazioni di portata. Per i coefficienti utilizzati nelle formule si faccia riferimento alla seguente tabella: Pompa al 70% della capacità operativa Coefficiente Metodo di controllo della portata 0,40 Inverter 0,94 Valvola di scarico 1,00 Valvola By pass 1,00 Nessun controllo

uno corrispondente, per potenza, coppia ecc.

4 1) Convertiamo i cavalli motore in kw 3 x 0,746 = 2,2 kw 2) Moltiplichiamo il coefficiente relativo al controllo con inverter per il Numero di kw del motore di cui al risultato di punto 1: 0,40 x 2,2 = 0,88 kw (inverter) 3) Moltiplichiamo il coefficiente del tipo di controllo in uso per il numero di kw del motore 2,2 kw di cui al risultato di punto 1: 1,00 x 2,2 = 2,2 kw (nessun controllo in uso) 4) Sottraiamo il risultato di punto 2 (0,88 kw) al risultato di punto 3 (2,2 kw): 2,2 0,88 = 1,32 kw ( risparmio utilizzando inverter) 5) Infine moltiplichiamo il risultato del punto 4 (1,32 kw) per le ore di lavoro/anno e per il costo per Kwh dell energia elettrica: 1,32 kw x ore/anno x 0,20 /Kwh = 2.312,64 /anno (risparmio) Considerazioni finali Di seguito vengono elencati i vantaggi ottenuti utilizzando un inverter per il controllo della pressione; in quanto nelle applicazioni con pompe, il VSD, consente la migliore efficienza energetica per i sistemi a portata variabile. Eliminazione di picchi di pressione che possono danneggiare la pompa e l impianto. Protezione della pompa contro il funzionamento a secco Riduzione degli stress meccanici e dei costi di manutenzione Aumento della vita della pompa Incremento delle performance dell impianto cos F prossimo all unità. Minor calore dissipato dal motore elettrico

4) Sottraiamo il risultato di punto 2 (0,88 kw) al risultato di punto 3 (2,2 kw): 2,2 0,88 = 1,32 kw ( risparmio utilizzando inverter) 5) Infine moltiplichiamo il risultato del punto 4 (1,32 kw) per

5 Minori vibrazioni in avviamento ed esercizio conseguente ad una riduzione della rumorosità (fino al 30%) Possibilità di funzionamento in parallelo di due o più pompe controllate da inverter comunicanti Notevole risparmio su cablaggi e installazione rispetto ai normali gruppi pompe con quadro elettrico standard. Tempi di rientro dell investimento compreso tra 6 e 18 mesi.

inverter comunicanti Notevole risparmio su cablaggi e installazione rispetto ai normali

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