Soluzioni tecnologiche per aumentare l efficienza delle stazioni di sollevamento fognario

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1 22 Marzo 2013 Soluzioni tecnologiche per aumentare l efficienza delle stazioni di sollevamento fognario ANDREA MARIANI

2 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 Il sistema di alimentazione elettrica, l automazione ed il controllo

3 Caratteristiche della Vasca - Effetti idraulici sfavorevoli Zone eccessiva turbolenza Irregolare distribuzioni delle velocita nell aspirazione delle pompe Aspirazione di aria Vortici

4 Sedimentazione Sedimentazione sul fondo Pulizie periodiche costose Bloccaggi delle pompe Cattivi odori

5 Sostanze flottanti Grassi e solidi flottanti Formazione di crostoni superficiali Blocco dei regolatori di livello Che provocano: Pulizie periodiche costose Mancata attivazione pompe ( sversamento dei liquami) Intasamento delle pompe Cattivi odori

6 Le caratteristiche ideali della vasca Apertura Muro smorzatore Setto intermedio Divisorio Riempimento inclinato vano posteriore Deflettore di flusso Luci guida Fondo inclinato Realisticamente non è sempre possibile realizzare un opera civile ottimale, ma si consiglia di implementare almeno il muro smorzatore e i fondi inclinati.

7 Case study 2 Ottimizzazione disegno stazione, ~ 20 m 3 /s Soluzione originale Soluzione modificata

8 La pompa, cuore dell impianto Dedicare grande attenzione alla scelta delle pompe è cruciale per ottimizzare il funzionamento dell impianto e ridurre il consumo energetico

9 Rendimento Elettrico elet. Potenza assorbita = dalla rete TOT. idr. Q ( lt/sec) * H (metri) 102 * TOT. = * elet. = (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 trasferita = al liquido Q ( lt/sec) * H (metri) 102 = (kw)

10 L idraulica adatta al liquido da pompare Rendimenti idraulici tipici, in acqua pulita, nel punto di miglior rendimento :. Girante a vortice 45 %. Girante monocanale 68 %. Girante bicanale 78 %. Girante N 80 %

11 Definizioni CASO 1 CASO 2 CASO 3 Modello Pompa NP 3202 MT 641 NP 3202 HT 460 CP 3201 MT 630 Portata [Litri / sec] Prevalenza [metri] 11,8 11,7 12 Rendimento Idraulico 81,9% 59,8% 77,0% Rendimento Elettrico 89,6% 91,6% 83,0% Potenza Nominale Motore [kw] Risultati del Calcolo Rendimento Totale 73,38% 54,78% 63,91% Potenza Trasferita al Liquido [kw] 13,65 13,19 14,71 Potenza Trasferita all'albero [kw] 16,67 22,06 19,10 Potenza Assorbita dalla rete [kw] 18,60 24,08 23,01 Scelta Ottimale Scelta NON Corretta Scelta corretta con idraulica C

12 Dimensionamento corretto della pompa Corretto Errato Esempio scelta corretta pompa di nuova concezione

13 Motori ad efficienza premium Gamma prodotti: N Sono conformi con lo standard internazionale dei motori ad alta efficienza (Premium o IE3) La minore temperatura aumenta la vita dei motori e dei cuscinetti Possono essere avviati in tutti i modi possibili. Risparmi energetici globali modesti soprattutto nei sollevamenti fognari con un limitato numero di ore di funzionamento giornaliero

14 La tecnologia LSPM Motori a magneti permanenti con avviamento diretto (Line Started Permanent Magnet motor) per pompe da fognatura. E una tecnologia consolidata: - Flygt 4650, primi mixer al mondo con motore LSPM lanciati nel La prima installazione di un motore LSPM con una N3153 è stato installato nel 2000 e sta ancora funzionando perfettamente a Langenhagen, Germania - Efficienza fino al 4% superiore rispetto al valore dello standard internazionale

15 IL motore LSPM Flygt Experior Si avvia in linea come un normale motore a gabbia di scoiattolo Una volta a regime funziona come un motore a magneti permanenti In pratica il minor consumo energetico deriva dal fatto che non viene utilizzata corrente di linea per creare il campo magneticopossibile nel rotore; avviamento il campo magnetico diretto viene generato dai magneti permanenti Alta efficienza Alto fattore di potenza Corrente più bassa

16 L efficienza dei motori LSPM paragonata all IEC standard 50Hz, 2 & 4 poli LSPM IE3 nom IE3 min 50 Hz L efficienza degli LSPM è fino al 4% superiore rispetto agli standard internazionali (IEC standard)

17 Mantenimento dell alto rendimento Che cos è? Tipologia idraulica Mantenimento del rendimento Prestazioni senza intasamento Usura Fermo macchina Rendimento idraulico Rendimento totale nel tempo Motore elettrico Efficenza motore

18 Dal concetto di Passaggio Libero alla tecnologia N a bassissimo intasamento Girante bipalare autopulente Dente di guida Scanalatura di espulsione

19 Mantenimento dell alto rendimento L auto-pulizia fa risparmiare denaro A. Pompa convenzionale a funzionamento continuo B. Pompa convenzionale a funzionamento intermittente C. Pompa N a funzionamento continuo Rendimento idraulico Rendimento Tempo Tempo Tempo Mantenimento dell alto rendimento Consumo energetico Video girante tradizionale Video girante inintasabile

20 Adaptive N: COME FUNZIONA Video

21 Gestione pompe con inverter I vantaggi degli azionamenti a frequenza variabile 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. Può essere una valida soluzione in alcuni casi, ma non sempre è la soluzione ottimale, soprattutto in fognatura

22 Gestione pompe con inverter Precauzioni da tenere in considerazione nell utilizzo degli inverter: La riduzione della velocità di rotazione può creare problemi di intasamento nella girante della pompa. La pressione del fluido può essere insufficiente ad aprire completamente le valvole di non ritorno La riduzione di velocità del fluido nella tubazione di mandata può creare problemi di sedimentazione.

23 Flygt SmartRun Flygt SmartRun Famiglia di prodotti composta da unità di controllo intelligenti pre-programmate per il pompaggio delle acque reflue Basta premere il pulsante di avvio Flygt SmartRun è in grado di ridurre il consumo energetico in una stazione di pompaggio normale di ~ 30% rispetto ad un tradizionale controllo on / off. Il costo per la manutenzione e le chiamate di emergenza viene ridotto anche grazie alle funzioni pre-programmate di pulizia di pozzo, tubi e pompa.

24 Confronto 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)

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

26 Esempio di Calcolo Head (m) % VFD performance curve MT version Caso 2 70% 80% 80% 70% Caso 1 60% E s Energy Volume H 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

27 La soluzione a pacchetto Soluzioni Flygt SmartRun Gamma: N (1,3kW - 70 kw) V, V, 50/60Hz Interconnessione fra i 2 SmartRun per trasmissione dati Il pacchetto Flygt SmartRun : SmartRun Pompe N Sensore LTU 401 Galleggiante ENM 10 Azionamenti SmartRun La soluzione a pacchetto garantisce il massimo dell efficenza e risparmio energetico, è tuttavia possibile, specialmente su impianti esistenti dotati di pompe N, implementare solo gli azionamenti SmartRun, ottenendo sempre enormi vantaggi. Galleggiante per comando di emergenza Pompe con tecnologia N Sensore di livello per comando principale

28 La ricerca della velocità ottimale (Brevettato) Scopo del sistema Far funzionare la pompa alla velocità ottimale Velocità ottimale 0.5 kwh/m Frequenza

29 La ricerca della velocità ottimale (Brevettato) Energia specifica consumata Ogni giorno una nuova velocità ottimale viene calcolata Domani Oggi Ieri

30 La ricerca della velocità ottimale (Brevettato) Energia specifica consumata Oggi Ieri Domani SmartRun è costantemente alla ricerca della velocità ottimale al fine di ottenere un pompaggio con la minor energia specifica consumata

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

32 Funzioni Pulizia delle tubazioni Ad ogni avviamento la pompa si avvia in rampa ma raggiunge sempre la massima velocità di rotazione e poi ritorna alla frequenza di funzionamento più economica

33 Pulizia della pompa COME FUNZIONA: La sequenza di pulizia della pompa rileva eventuali anomalie di blocco della girante e avvia una sequenza automatica di pulizia invertendo momentaneamente la rotazione della pompa. VALORE PER IL CLIENTE - AFFIDABILITA' Risparmio di costi dovuto alla risoluzione automatica dell eventuale bloccaggio

34 Pulizia tubazioni COME FUNZIONA: La pompa, regolarmente si attiva alla velocità massima, garantendo il flussaggio delle tubazioni Rischio Sedimentazione, aria nella girante Consumo eccessivo di energia VALORE PER IL CLIENTE - AFFIDABILITA Elimina i fenomeni di sedimentazione nelle tubazioni, tipica degli azionamenti tradizionali e riduce quindi gli interventi di manutenzione straordinaria Velocità ottimale per un pompaggio con bassi consumi specifici Velocità del fluido Velocità ottimale per limitare sedimentazioni >1.7m/s tutte le particelle di sabbia vengono rimosse <0.7m/s i materiali pesanti possono sedimentare

35 Pulizia pozzo COME FUNZIONA: A intervalli regolari il sistema tiene in marcia la pompa fino allo svuotamento quasi totale del pozzo. Pozzo senza sistema di pulizia VALORE PER IL CLIENTE - MANUTENZIONE RIDOTTA - Minor sedimentazione nel pozzo riduce gli odori, impedisce l intasamento delle pompe e dei misuratori di livello, allunga i cicli di manutenzione programmata. Pozzo con sistema di pulizia Livello di avvio Livello normale di arresto Livello di arresto con ciclo pulizia

36 SoftStart e SoftStop On/off La tabella evidenzia l effetto del colpo d ariete (su tubazioni con diversi tipi di valvole di ritegno), nel caso di arresto brusco e con softstop. Frequenza Frequenza diretto Frequenza SmartRun Tempo SmartRun L avvio in rampa e, ancora più importante l arresto in rampa, limita fortemente i problemi dovuti al colpo d ariete.

37 Monitoraggio dati e allarmi Allarme alto livello e comando di emergenza con galleggiante Monitoraggio temperatura motore Da pannello operatore è possibile: Comandare manualmente la pompa Selezionare la pompa in automatico Visualizzare livello vasca Visualizzare frequenza di lavoro Visualizzare la potenza assorbita Visualizzare le ore di lavoro Visualizzare i livelli di comando Visualizzare gli allarmi Ecc. Monitoraggio infiltrazione statore Monitoraggio livello e allarme disfunzione sensore

38 Siti di Experior e del simulatore di risparmio SITO EXPERIOR ITALIANO SITO CALCOLATORE RISPARMIO /Energy%20savings%20calculator.aspx

39 Esempi di impianto P DN m 20 l/s 0,6 m/s H Geodetica 4m H totale 5m Rapporto 80% Ore lavoro 1460 Girante già N Risparmio 10% P DN m 20 l/s 1m/s H Geodetica 4m H totale 8m Rapporto 50% Ore lavoro 2190 Gir. monocanale Risparmio 48% P DN m 20 l/s 1m/s H Geodetica 4m H totale 16m Rapporto 25% Ore lavoro 2920 Gir. monocanale Risparmio 61%

40 Sollevamento P3 - Sardegna Abbiamo sostituito 2 CP 3152 MT 430 da 13,5 kw con 2 NP 3153 MT 431 da 13,5 kw, 28A e installato un nuovo quadro elettrico con azionamenti SmartRun. Consumo medio mensile reale relativo al mese di agosto 2011 sollevamento P3 191 kwh giorno Consumo medio mensile reale relativo al mese di agosto 2012 sollevamento P3 121 kwh giorno Risparmio percentuale 35%. ovvero 4.500,00 anno

41 Sollevamento in Lombardia In questo caso il Cliente aveva il grosso problema che le 4 macchine esistenti (modello di punta della concorrenza) si intasavano spesso e settimanalmente una macchina era da disintasare manualmente). Abbiamo proposto una prova con la nostra NP 3202 chopper da 30 kw e azionamento SmartRun. Dal 10 dicembre, data di installazione, la pompa ha funzionato costantemente senza mai bloccarsi e senza perdere un litro/s di prestazioni. Le altre 3 macchine entrano in funzione solo qualche ora al giorno durante le punte. Risparmio energetico verificato 20%

42 Calcolo economico Risparmio energetico kwh/anno X 0,223 euro/kwh = ,00 Euro Risparmio costi personale 6 h/sett. X 52 settimane X 15 euro/h = 4.680,00 Euro Pulizia bimestrale con autospurgo e relativo smaltimento = ,00 Totale ,00 Euro

43 Sistema di automazione e controllo Per avere sempre il controllo della rete fognaria Controllo totale degli impianti periferici e della rete da postazione remota Gestione degli allarmi e protocolli di intervento in base alla gravità Interventi programmati e non in emergenza Analisi dei dati per attuare gli adeguamenti necessari al corretto funzionamento della rete Salvaguardia dell ambiente

44 Analisi comparativa dati di funzionamento Funzionamento pompe ( assorbimento / portata ) Condotta mandata ( valvole / ostruzioni ) Efficienta mento degli impianti di pompaggi o 25 March

45 Analisi comparativa dati di funzionamento Controllo dei livelli in arrivo (stato condotte / scaricatori )

46 Analisi comparativa dati di funzionamento Controllo degli sfiori (individuazione impianti sottodimensionati) Impianti con capacità maggiore del necessario

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