regolazione - Le soluzioni KSB
Argomenti. 1. Motori elettrici con efficienza energetica secondo le nuove classi (IE) e la vecchia nomenclatura (EFF). 2. Alta efficienza nei circolatori per impianti di climatizzazione 3. Variazioni delle prestazioni nelle pompe centrifughe 4. Esempi di calcolo energetico con pompa a giri fissi e a velocità variabile 5. Utilizzo del Regolo KSB per il calcolo del risparmio energetico 6. PumpDrive - Il più avanzato e multifunzioni sistema di regolazione per pompe fino a 45 KW 7. Esempi di risparmio energetico con programmi applicativi KSB 2
Motori elettrici con efficienza energetica secondo le nuove classi (IE) e la vecchia nomenclatura (EFF). 3
Nuovo standard di efficienza Vecchia norma EN 60034-2:996 EFF3 = motori a basso livello di rendimento EFF2 = motori a livello di rendimento standard EFF1 = motori ad alto livello di rendimento I livelli minimi definiti per ciascuna classe in tale accordo si basano sulle misure del rendimento in accordo a quanto stabilito nella vecchia norma EN 60034-2:996. 1) CEMEP = European Committee of Manufacturers of Electrical Machines and Power Electronics; valutazione del rendimento come da DIN EN 60034. 4
Nuovo standard di efficienza Vecchia norma EN 60034-2:996 Nel 1998 CEMEP decise, in collaborazione con l UE, di attuare misure finalizzate a incrementare il rendimento degli azionamenti elettrici. CEMEP fornì uno schema delle classi di efficienza energetica, relativo ai motori a 2 e a 4 poli, da 1,1 fino a 90 kw. Questo schema di classificazione è costituito da tre classi di efficienza energetica. 5
Nuovo standard di efficienza Vecchia norma EN 60034-2:996 - Nel 2007 con la nuova norma IEC 60034-2-1:2007, viene rivisto il metodo di misura del rendimento dei motori elettrici. - Tale norma prevede condizioni di prova e metodi di misura del rendimento molto più precisi ed accurati e andrà a sostituire la norma EN 60034-2:1996 riferimento per l accordo CEMEP - La nuova norma IEC 60034-2-1 può essere applicata ma la vecchia edizione (EN 60034-2) perderà validità a fine 2010. - Entro questo termine, tutti i motori elettrici dovranno essere valutati con l applicazione del nuovo metodo - Confrontando direttamente lo stesso motore, si prevede che i livelli di rendimento misurati in conformità al nuovo metodo saranno inferiori di qualche punto percentuale a quelli determinati utilizzando il vecchio metodo. - Per il periodo transitorio in cui la vecchia e la nuova norma si troveranno a convivere, molti produttori. 6
EFF1: motori ad alta efficienza EFF2: motori con rendimento migliorato Motori IE2 ad alta efficienza Classe Efficienza 1 come standard I motori elettrici a 2 e 4 poli secondo standard IEC di potenza nominale compresa tra 1,1 kw e 90 kw sono suddivisi in classi di efficienza in funzione del loro rendimento. EFF3: motori standard Fonte: Catalogo Siemens D81.1 20081/2 (classificazione secondo CEMEP) 7
1,5% 1,2% Motori IE2 ad alta efficienza Rendimento dei motori KSB (Siemens) Rendimento [%] 90 80 3% EFF1 100% carico EFF2 100% carico Rispetto ai motori EFF2, i motori EFF1 consentono un riduzione del consumo di energia fino al 3,5 %. 70 60 1,1 1,5 2,2 3,0 4,0 5,5 7,5 11,0 15,0 18,5 22,0 30,0 37,0 45,0 Potenza [kw] Fonte: Catalogo Siemens D 81.1 2006 dei motori a bassa tensione 8
Nuovo standard di efficienza per motori elettrici Nuove classi di efficienza energetica - IE1, IE2, IE3, ( IE4 ) La nuova norma IEC 60034-30:2008 stabilisce le classi di rendimento internazionali dei motori elettrici. IE1 = rendimento standard (paragonabile a EFF2) IE2 = alto rendimento (paragonabile a EFF1) IE3 = Premium Efficiency Le vecchie diciture europee (EFF3, EFF2 ed EFF1) non perderanno validità, ma spariranno gradualmente dal mercato. I livelli di rendimento in accordo alla norma IEC 60034-30, devono essere misurati con l applicazione del metodo specificato nella norma IEC 60034-2-1. 9
Nuovo standard di efficienza Definizione del prodotto oggetto della regolamentazione - Motori asincroni trifase a singola velocità 2, 4 e 6 poli, conformi alla EN 60034-1 - Intervallo di potenza da 0,75 a 375kW con frequenza nominale: 50Hz o 50/60Hz e tensione nominale fino a 1000 V - Servizio continuo S1 - Raffreddamento: TEFC Totally Enclosed, Fan Cooled - Motori asincroni per applicazioni generali, in grado di essere testati dopo essere stati rimossi dalla macchina 10
Nuovo standard di efficienza Definizione del prodotto NON oggetto della regolamentazione - Motori Autofrenanti - Motori completamente integrati nella macchina/prodotto, tipo riduttori, pompe, ventilatori o compressori, tali da non essere testati dopo essere stati rimossi dalla macchina/prodotto stesso. - Motori per atmosfere potenzialmente esplosive, ATEX (esempio: Eexd; Eexe; Eexn; Zona 21 e Zona 22. - Motori progettati per operare in immersione. Motori senza ventilazione TENV (ns serie AG) e motori speciali progettati per operare in: - Ambienti con Tamb > 40 C - Altitudine oltre i 1.000 mt 11
Nuovo standard di efficienza Direttiva EuP (Energy Using Products) Tempi di applicazione - 16 Giugno 2011 - i motori da 0,75 a 315kW 2, 4 e 6 poli, dovranno avere livello di rendimento non inferiore a IE2-1 Gennaio 2015 - i motori da 7,5 a 315kW 2, 4 e 6 poli, dovranno avere livello di rendimento non inferiore a IE3 oppure IE2 alimentati da inverter (convertitore di frequenza) - 1 Gennaio 2017 - i motori da 0,75 a 315kW 2, 4 e 6 poli, dovranno avere livello di rendimento non inferiore a IE3 oppure IE2 alimentati da inverter (convertitore di frequenza) La EuP approvata il 22 Luglio 2009 è un Regolamento Europeo che impone a Stati / Governi membri, l Eco-Design definito nella Direttiva Europea 2005/32/EC. Il recepimento da parte degli Stati membri della CE è automatico dall 11 Giugno 2011. 12
Nuovo standard di efficienza Direttiva EuP (Energy Using Products) Tempi di applicazione 13
Nuovo standard di efficienza per motori elettrici Comparazione vecchia EFF e nuova IE 14
Nuovo standard di efficienza per motori elettrici Comparazione tra rendimenti EFF1 e nuovi IE2 Tabella categorie IE secondo IEC 60034-30 Tabella categorie EFF secondo CEMEP 15
Nuovo standard di efficienza Tabella confronti Com è adesso Come sarà 16
Nuovo standard di efficienza Cosa cambia nella targhetta con logo IE2 17
Nuovo standard di efficienza Nuova targhetta motori 18
Ore di funzionamento [h] Etanorm 100-200 G11 (37 kw, 2 poli) Pompa normalizzata secondo EN 733 Motori IE2 ad alta efficienza Vantaggi nell utilizzo di motori IE2 (EFF 1) Risparmio energetico tra motori ad IE2 (EFF 1) rispetto a motori IE1 (EFF 2). 2190 0 Q = 240 33.77 kw 91.3 % di 37 kw Portata [m³/h] Es. con pompa da 37 kw: Portata = 240 m³/h Potenza resa asse pompa = 33,8 kw Nella tabella successiva vedremo le differenze di potenze perse associando alla pompa un motore di EFF1 e EFF2 19
Motori IE2 ad alta efficienza Vantaggi nell utilizzo di motori con EFF 1: guadagno di rendimento Poten za nomin ale Caric o attual e Rendimento Potenza persa in Kw in base al rendimento motore kw kw 2 poli 4 poli 2 poli 4 poli 2,70 kw (EFF 2) 2,26 kw (EFF1)= 0,44 kw risparmiati 91% EFF2 EFF1 EFF2 EFF1 EFF2 EFF1 EFF2 EFF1 18.5 16.9 90.0% 91.8% 90.0% 92.2% 1.69 1.39 1.69 1.32 22.0 20.1 90.5% 92.2% 90.5% 92.6% 1.91 1.57 1.91 1.49 30.0 27.4 91.4% 92.9% 91.4% 93.2% 2.36 1.94 2.36 1.86 37.0 33.8 92.0% 93.3% 92.0% 93.6% 2.70 2.26 2.70 2.16 45.0 41.1 92.5% 93.7% 92.5% 93.9% 3.08 2.59 3.08 2.51 55.0 50.2 93.0% 94.0% 93.0% 94.2% 3.52 3.01 3.52 2.91 0,44 kw x 2190 ore = 961,7 kw risparmiati Potenz a nominal e Potenza persa risparmiata con l utilizzo di EFF 1 Risparmio energetico annuale in kwh in funzione delle ore di funzionamento grazie all utilizzo di motori EFF 1 2 poli 4 poli kw 2-pole 4-pole 2190 4380 6570 8760 2190 4380 6570 8760 18.5 0.30 0.37 665.8 1,331.6 1,997.5 2,663.3 813.8 1,627.6 2,441.4 3,255.1 22.0 0.34 0.42 747.8 1,495.6 2,243.4 2,991.2 923.8 1,847.5 2,771.3 3,695.0 30.0 0.41 0.49 899.8 1,799.5 2,699.3 3,599.0 1,079.7 2,159.4 3,239.1 4,318.9 37.0 0.44 0.54 961.7 1,923.5 2,885.2 3,847.0 1,183.7 2,367.4 3,551.1 4,734.7 45.0 0.49 0.58 1,079.7 2,159.4 3,239.1 4,318.9 1,259.7 2,519.3 3,779.0 5,038.7 55.0 0.50 0.60 1,099.7 2,199.4 3,299.1 4,398.8 1,319.7 2,639.3 3,959.0 5,278.6 20
Motori IE2 ad alta efficienza Vantaggi nell utilizzo di motori con EFF 1: risparmio di energia in kw Potenza nominale Potenza persa risparmiata con l utilizzo di EFF 1 Risparmio energetico annuale in kwh in funzione delle ore di funzionamento grazie all utilizzo di motori EFF 1 2 poli 4 poli kw 2-pole 4-pole 2190 4380 6570 8760 2190 4380 6570 8760 1.1 0.07 0.08 145.2 290.3 435.5 580.6 167.2 334.3 501.5 668.6 1.5 0.08 0.09 168.0 335.9 503.9 671.8 194.9 389.9 584.8 779.8 2.2 0.09 0.11 202.3 404.7 607.0 809.4 237.5 475.1 712.6 950.1 3.0 0.11 0.13 245.9 491.9 737.8 983.7 287.9 575.8 863.8 1,151.7 4.0 0.12 0.15 271.9 543.9 815.8 1,087.7 327.9 655.8 983.7 1,311.7 5.5 0.15 0.18 318.9 637.8 956.7 1,275.7 384.9 769.8 1,154.7 1,539.6 7.5 0.17 0.21 374.9 749.8 1,124.7 1,499.6 464.9 929.8 1,394.6 1,859.5 11.0 0.21 0.26 461.9 923.8 1,385.6 1,847.5 571.8 1,143.7 1,715.5 2,287.4 15.0 0.26 0.33 569.8 1,139.7 1,709.5 2,279.4 719.8 1,439.6 2,159.4 2,879.2 18.5 0.30 0.37 665.8 1,331.6 1,997.5 2,663.3 813.8 1,627.6 2,441.4 3,255.1 22.0 0.34 0.42 747.8 1,495.6 2,243.4 2,991.2 923.8 1,847.5 2,771.3 3,695.0 30.0 0.41 0.49 899.8 1,799.5 2,699.3 3,599.0 1,079.7 2,159.4 3,239.1 4,318.9 37.0 0.44 0.54 961.7 1,923.5 2,885.2 3,847.0 1,183.7 2,367.4 3,551.1 4,734.7 45.0 0.49 0.58 1,079.7 2,159.4 3,239.1 4,318.9 1,259.7 2,519.3 3,779.0 5,038.7 55.0 0.50 0.60 1,099.7 2,199.4 3,299.1 4,398.8 1,319.7 2,639.3 3,959.0 5,278.6 75.0 0.68 0.75 1,499.6 2,999.2 4,498.8 5,998.4 1,649.6 3,299.1 4,948.7 6,598.3 90.0 0.90 0.90 1,979.5 3,959.0 5,938.4 7,917.9 1,979.5 3,959.0 5,938.4 7,917.9 21
Motori IE2 ad alta efficienza Vantaggi nell utilizzo di motori con EFF 1: riduzioni di costo annuali Potenza nominale Riduzioni di costi di energia con l utilizzo di motori EFF1 in funzione delle ore di funzionamento e considerando 0,11 Euro / kwh 2-pole kw 2190 4380 6570 8760 2190 4380 6570 8760 18.5 73.24 146.48 219.72 292.96 89.52 179.03 268.55 358.07 22.0 82.26 164.52 246.77 329.03 101.61 203.23 304.84 406.45 30.0 98.97 197.95 296.92 395.90 118.77 237.54 356.31 475.07 37.0 105.79 211.58 317.38 423.17 130.21 260.41 390.62 520.82 45.0 118.77 237.54 356.31 475.07 138.56 277.13 415.69 554.25 55.0 120.97 241.94 362.90 483.87 145.16 290.32 435.48 580.65 4-pole 961,7 kw risparmiati x 0,11 euro/kwh = 105,79 euro anno risparmiati 22
Alta efficienza nei circolatori per impianti di climatizzazione 23
Alta efficienza per circolatori per impianti di climatizzazione L etichetta energetica L etichettatura energetica è stata introdotta per un vasto numero di apparecchiature vendute nell Unione Europea. Lo scopo dell etichetta energetica è: - fornire informazioni chiare e obiettive sulle prestazioni energetiche delle apparecchiature, in modo armonizzato in tutta Europa; - informare i consumatori circa l efficienza energetica dei prodotti acquistati; - consentire un confronto diretto delle prestazioni energetiche di prodotti equivalenti; - stimolare la vendita di apparecchiature ad alta efficienza 24
Alta efficienza per circolatori per impianti di climatizzazione Etichetta energetica Europump Europump, Associazione Europea dei produttori di pompe ha proposto un sistema di etichettatura energetica per le pompe molto simile all etichetta energetica ufficiale dell UE sviluppata per altre apparecchiature domestiche. Per il momento l etichetta: - è utilizzata solo su base volontaria; - si riferisce solo a pompe stand-alone (le pompe integrate nelle caldaie non sono etichettate). - la determinazione della classe di efficienza energetica è basata su un Indice di Efficienza Energetica (EEI) calcolata come rapporto tra consumo medio di potenza elettrica pompa e una potenza di riferimento 25
Alta efficienza per circolatori per impianti di climatizzazione Etichetta energetica Europump L efficienza di una pompa può essere aumentata prevalentemente: - migliorando la fluidodinamica (ad esempio ottimizzando il disegno della girante) - utilizzando un motore senza spazzole in modo da ridurre le perdite per attrito legate allo strisciamento delle spazzole sui contatti del rotore (i motori a magneti permanenti dotati di commutatori elettronici risultano particolarmente efficienti). - utilizzando un variatore di velocità (Variable Speed Drive - VSD), che consente prestazioni elevate anche in condizioni di carico parziale. 26
Alta efficienza per circolatori per impianti di climatizzazione Etichetta energetica Europump Pompe con motore a magneti permanenti con commutatore elettronico: - il rotore è costituito da materiali magnetizzati in modo permanente; - il rotore è mosso da un campo elettromagnetico pilotato da un convertitore elettronico - perdite di energia molto ridotte - variatore di velocità automaticamente incluso - efficienza energetica molto elevata (da 30 a 40 % per le pompe nel settore residenziale) 27
Variazioni delle prestazioni nelle pompe centrifughe. 28
Variazioni delle prestazioni della pompa Regolazione di portata con strozzamento Mediante strozzamento della valvola - aumento delle resistenze dell'impianto - la curva caratteristica dell'impianto diventa più ripida. A velocità di rotazione costante della pompa, il punto di funzionamento si sposta lungo la curva caratteristica verso una portata inferiore (B1 a B2). In questo punto la pompa crea una pressione (prevalenza) superiore a quella necessaria per l'impianto. L eccedenza di prevalenza è abbattuta nella valvola strozzata quale caduta di pressione (perdita di carico). Risparmio di potenza limitato rispetto al funzionamento a pieno carico 29
Variazioni delle prestazioni della pompa Regolazione di portata con strozzamento Vantaggi Regolazione poco dispendiosa e poco impegnativa Vantaggiosa se prevale il funzionamento a pieno carico Adeguata per applicazioni che richiedono brevi intervalli di funzionamento Ben adeguata per curve caratteristiche tendenzialmente piatte Svantaggi Pressione della pompa troppo elevata, soprattutto con curve caratteristiche ripide Basso rendimento della pompa con carico parziale Risparmio di potenza limitato con carico parziale Regolazione poco favorevole a valori di prevalenza troppo elevati Necessità di prevedere una valvola di strozzamento Sollecitazioni meccaniche a cui è soggetta la valvola di strozzamento Rischio di rumorosità se lo strozzamento è troppo accentuato (es. nelle valvole termostatiche) 30
Variazioni delle prestazioni della pompa Regolazione della portata mediante variazione delle tubazioni bypass La tubazione di bypass è disposta parallelamente alla pompa. La portata della pompa si suddivide in portata utile (la portata che attraversa l impianto) e di bypass. Questa ultima rappresenta la parte di fluido che, direttamente o indirettamente, torna all ingresso della pompa. Variando la cosiddetta portata di bypass, o meglio la curva caratteristica della tubazione di bypass, agendo sulla valvola di regolazione, varia la portata utile. In queste condizioni la pompa continua a funzionare a carico totale, ossia nel punto di dimensionamento dell impianto. Nessun risparmio di potenza. 31
Variazioni delle prestazioni della pompa Regolazione della portata mediante variazione delle tubazioni bypass Vantaggi Non causa incrementi eccessivi di prevalenza anche con carico parziale Contrariamente allo strozzamento, a portata variabile corrisponde una pressione costante Adeguata quando ad una prevalenza ridotta corrisponde una portata elevata Adeguata quando prevale il funzionamento a carico totale Svantaggi Più complessa dal punto di vista costruttivo (collegamenti di bypass) Non richiede riduzioni di potenza nemmeno con carico parziale Si evidenziano comunque eccessi di prevalenza a carico parziale In termini di risparmio energetico questi tipo di variazione della portata è sfavorevole 32
Variazioni delle prestazioni della pompa Regolazione mediante tornitura della girante La tornitura della girante è un metodo semplice e veloce per ridurre il diametro della girante per far corrispondere esattamente la portata fornita dalla pompa alle richieste o specifiche del cliente ottenendo inoltre per un risparmio energetico mediamente superiore al 10 % D rid D int 2 = Q rid Q int H rid H int P ~ Q x H ØD rid ØD int 33
Variazioni delle prestazioni della pompa Regolazione mediante tornitura della girante 34
Variazioni delle prestazioni della pompa Regolazione con pompe avviate in parallelo I singoli valori di portata si sommano fra loro. Per tracciare la curva caratteristica funzionamento in parallelo sommare i valori parziali di portata per ognuna delle pompe coinvolte dato un valore di prevalenza costante, variabile da zero al valore minimo di prevalenza stabilito. In pratica è necessario considerare che all aumento della portata corrisponde un incremento delle resistenze all interno dell impianto. Durante il funzionamento in parallelo il punto di esercizio si trova ad un livello di pressione più alto. La conseguenza è una crescita di portata ridotta rispetto alle aspettative iniziali. Curve caratteristiche delle pompe, della potenza e del rendimento di una, due o tre pompe con funzionamento parallelo. 35
Variazioni delle prestazioni della pompa Regolazione con pompe avviate in parallelo Vantaggi Ben adeguata per curve caratteristiche dell impianto tendenzialmente piatte e con una componente di prevalenza statica elevata Regolazione del carico parziale soddisfacente Elevato rendimento dell impianto Avviamento della pompa in base al livello di pressione con comandi/controlli semplici Sicurezza di funzionamento elevata grazie alla presenza di più pompe (ridondanza) Svantaggi Più complessa in termini di costruzione / assemblaggio (tubazione, valvole, pompe, ingombro) Frequenza degli avviamenti elevata se il dimensionamento non è favorevole Con curve caratteristiche (di pompa/impianto) tendenzialmente piatte l avviamento della pompa avviene in base alla portata Problematica nel caso di oscillazioni della pressione in ingresso 36
Variazioni delle prestazioni della pompa Regolazione della portata mediante variazione di velocità Una pompa centrifuga a diverse velocità di rotazione n ha diverse curve caratteristiche collegate l una con l altra secondo la legge delle similitudini legge delle affinità. Se alla velocità di rotazione n 1 sono note le curve caratteristiche H e P in funzione della portata Q, in base alle seguenti equazioni si calcolano tutti i punti delle curve caratteristiche alla velocità di rotazione n 2 La portata è direttamente proporzionale alla velocità di rotazione La prevalenza è proporzionale al quadrato della velocità di rotazione La potenza assorbita è proporzionale al cubo della velocità di rotazione Portata Prevalenza Potenza assorbita Q 2 = Q 1 H 2 = H 1 P 2 = P 1 n 2 n 1 n 2 n 1 n 2 n 1 2 3 37
Variazioni delle prestazioni della pompa Regolazione della portata mediante variazione di velocità Funzionamento di una pompa a velocità di rotazione variabile con diverse curve caratteristiche dell impianto H A1 (preminente le perdite di carico rispetto alla prevalenza geodetica) ed H A2 (preminente la prevalenza geodetica). Potenza risparmiata P 1 e P 2 a mezzo carico rispetto allo strozzamento. Se la curva caratteristica dell impianto è una parabola che parte dall origine degli assi - H A1 - dimezzando la velocità di rotazione la prevalenza H si riduce a un quarto, la potenza P si riduce ad un ottavo del valore iniziale Velocità 100% 80% 50% Portata 100% 80% 50% Pressione 100% 64% 25% Potenza 100% 51% 13% 38
Variazioni delle prestazioni della pompa Regolazione della portata mediante variazione di velocità Con la regolazione proporzionale della velocità della pompa la variazione della portata Q della pompa è ottenuta sulla curva di sistema. Nota: la variazione della portata Q con la regolazione della velocità è sempre meglio di una valvola di controllo perché consente: - maggiore efficienza energetica del sistema (costi energetici più bassi) - affidabilità del sistema superiore (basso costo di manutenzione e tempi di inattività) 39
Variazioni delle prestazioni della pompa Regolazione della portata mediante variazione di velocità Oltre al risparmio di energia, possono esserci altri vantaggi per diminuire la velocità Le forze idrauliche sulla girante, create dal profilo di pressione all'interno del corpo pompa, si riducono all incirca con il quadrato della velocità n 2 Queste forze si scaricano sui cuscinetti della pompa, e quindi riducendo la velocità si aumenta la durata dei cuscinetti Inoltre le vibrazioni e il rumore vengono attenuati ridotti ed il ciclo di vita della tenuta aumenta, a condizione che il punto di lavoro resti nel campo di funzionamento ammissibile 40
Variazioni delle prestazioni della pompa Regolazione della portata mediante la combinazione del funzionamento in parallelo e variazione della velocità Prevalenza pompe Portata pompe Schema con una singola pompa a velocità variabile Schema con più pompe a velocità variabile Campo di funzionamento con una pompa con velocità variabile e due a giri fissi Estensione del campo di funzionamento se tutte e tre le pompe funzionano a velocità variabile 41
B 1 Variazioni delle prestazioni della pompa Confronto metodi di controllo della portata con sua riduzione del 80% Valvola Bypass Tornitura girante Regolazione velocità ØD r ØD t H [%] H [%] H [%] H [%] P W [%] Q [%] P W [%] Q [%] P W [%] Q [%] P W [%] Q [%] P W1 Q = 80% H = 125% P = 94% Q [%] Q = 80% H = 100% P = 100% Q = 80% H = 64% P = 51% Q [%] 42 Q = 80% H = 64% P = 51% Valori validi per una girante Q [%]
Pompa centrifuga Selezione in funzione del rendimento idraulico Etanorm 100-160 Pompa Portata = 220 m3/h Prevalenza = 34 m Giri = 2900/1 Rendimento = 77,6 % (*) Pot. Ass. = 26,3 kw Motore elettrico Pot. Mot. = 30 kw Rendimento = 92,3 % (*) Gruppo pompa-motore Rendimento = 71,6 % (*) Pot. Ass. = 28,5 kw Prezzo = 3.839,00 Etanorm 125-315 Pompa Portata = 220 m3/h Prevalenza = 34 m Giri = 1450/1 Rendimento = 80,5 % (*) Pot. Ass. = 25,3 kw Motore elettrico Pot. Mot. = 30 kw Rendimento = 93,0 % (*) Gruppo pompa-motore Rendimento = 74,8 % (*) Pot. Ass. = 27,2 kw Prezzo = 5.700,00 (*) Nel punto di lavoro (*) Nel punto di lavoro di potenza assorbita dalla rete fra le 2 pompe = 1,3 kw 43
Pompa centrifuga Selezione in funzione del rendimento idraulico Le due pompe rappresentano una scelta valida tecnicamente, in quanto si sono paragonate due pompe con rendimenti più che accettabili prescindendo dal prezzo di acquisto od altro. Si vuole comunque dimostrare che una valutazione meno superficiale conduce a scelte diverse da quelle che si sarebbero fatte istintivamente, la elettropompa a 2900 g/1 ha un prezzo decisamente inferiore di quella con analoghe caratteristiche idrauliche a 1450 g/1. Una ipotesi di valutazione dei consumi energetici porta ai seguenti risultati. Ore di funzionamento/giorno Giorni anno Numero anni considerato = 8 h = 300 giorni = 5 anni Maggior consumo della Etanorm 100-160 = 8 x 300 x 5 x 1,3 = 15.600 kw/h Maggiore spesa per energia = 15.600 x 0,11 cent/kwh = 1.716,00 euro 44
Pompa centrifuga Selezione in funzione del rendimento idraulico I rendimenti sia delle pompa che del motore sono rilevati dalle curve delle pompe e da tabelle di motori in commercio. Benché si noti una differenza abbastanza ridotta del rendimento del gruppo pompa-motore delle due macchine prese in esame, si genera un aumento del costo di gestione abbastanza concreto. Per la scelta dell una o dell altra pompa dovranno essere presi in considerazione anche i seguenti elementi: - maggiore consumo energetico della pompa a 2900 g/1 (Etanorm 100-160) - maggiore costo della pompa a 1450 g/1 (Etanorm 125-315) - minore usura nel tempo della pompa a 1450 g/1 (Etanorm 125-315) - minori spese di manutenzione della pompa a 1450 g/1 (Etanorm 125-315) - maggiore durata della pompa a 1450 g/1 (Etanorm 125-315) 45
Esempi di calcolo energetico con pompa a giri fissi e a velocità variabile 46
Formula per il calcolo costo energetico Potenza elettrica assorbita = potenza resa asse pompa / rendimento motore Costo elettrico annuale = Potenza assorbita * ore di lavoro * costo energia per kwh 47
Controllo della portata di una pompa Controllo con valvola di parzializzazione Q Controllo con regolazione della velocità Q P M P ~~ M H Curva del sistema H Curva del sistema Energia potenzialmente risparmiata P Curva della pompa P Curva della pompa Q 2 Q 1 Q Q 2 Q 1 48 Q
Esempio di profilo di carico idraulico variabile Pompa a giri fissi: Etaline GN 150-250 / 2204 Ore di funzionamento [h] Esempio: controllo con valvola t Totale = 4000 h/a 0 Q min 200 250 300 Q max Portata [m³/h] Speed control 49
Costi energetici pompa a giri fissi: Etaline GN 150-250 / 2204 Q min Prevalenza [m] 20 10 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Portata [m³/h] 1,00 h 15.53 kw = 15,530 kwh 2,00 h 17.10 kw = 34,200 kwh 1,00 h 18.30 kw = 18,300 kwh 68,030 kwh / 0.86 = 79.104 kwh @10 Cent 7.910,40 Portata [m 3 /h] Prevalenza [m] Rendimento idraulico [%] Potenza assorbita [kw] 200.00 22.53 78.9 15.53 250.00 20.74 82.4 17.10 300.00 18.58 82.8 18.30 50
Perdite di prevalenza = f (L, Q) 0.. 0,25 bar Setpoint 2 bar p M 2.. 1,5 bar 0.. 0,25 bar 51
Pompa a giri variabili: Etaline GN 150-250 / 2204 PDB 40 Q min Q min 30 Q min Q min Prevalenza [m] 20 Q min Q min 1612 rpm 1800 rpm 1758 rpm 10 Q min Q min Q min 879 rpm 1026 rpm 1172 rpm 1465 rpm 1391 rpm 1319 rpm Q min 0 +1 rpm 100 200 300 400 500 BEP operation at the most common operating point! Regolazione a pressione costante 52 Portata [m³/h]
Perdite di prevalenza = f (L, Q) 0.. 0,25 bar 1,5.. 2,0 bar Setpoint 1,5 bar Compensazione 0,5 bar Preset setpoint 2,0 bar p M Comp. 0,5 bar Setpoint 1,5 bar Q 1,5 bar 0.. 0,25 bar Setp Comp = compensazione dinamica del setpoint di pressione 53
Pompa a giri variabili: Etaline GN 150-250 / 2204 PDB 40 Q min Q min 30 Q min Q min Prevalenza [m] 20 Setp Comp 10 Q min Q min Q min Q min Q min 879 rpm 1026 rpm 1172 rpm 1465 rpm 1391 rpm 1319 rpm 1612 rpm 1800 rpm 1758 rpm Q min 0 +1 rpm 100 200 300 400 500 Regolazione con compensazione dinamica del setpoint di pressione 54 Portata [m³/h]
Pompa a giri variabili: Etaline GN 150-250 / 2204 PDB Potenza assorbita [kw] 30 20 10 0 0 100 200 300 400 500 Portata 200.00 m 3 /h Prevalenza 17.00 m Rendimento idraulico 81,0 % Potenza assorbita Velocità NPSH richiesto NPSH 3 % PN 10.87 kw 1298 rpm 2.03 m 2.03 m 16.00 bar Portata [m³/h] Portata 250.00 m 3 /h Prevalenza 18.00 m Rendimento idraulico 82,9 % Potenza assorbita 14.06 kw Velocità 1385 min -1 NPSH richiesto NPSH 3 % PN 2.48 m 2.48 m 16.00 bar Portata 300.00 m 3 /h Prevalenza 55 20.00 m Rendimento idraulico 82,9 % Potenza assorbita 18.73 kw Velocità 1505 min -1 NPSH richiesto NPSH 3 % PN 3.26 m 3.26 m 16.00 bar
Costi energetici pompa a giri variabili: Etaline GN 150-250 / 2204 PDB Ore di funzionamento [h] BEP t Totale = 4.000 h/a Q min 0 200 250 300 Q max Portata [m³/h] 57,720 kwh / 0.86/ 0,97 = 69.192 kwh @10 Cent 6.919,2 1,000 h 18.73 kw = 18,730 kwh 2,000 h 14.06 kw = 28,120 kwh 1,000 h 10.87 kw = 10,870 kwh 56
Tabella costi giri fissi e variabili Etaline GN 150-250/2204 Giri fissi Funzionamento Giri variabili Punti di lavoro @ 1 @ 2 @ 3 Totale kwh 1.000 h/a @ 1 2.000 h/a @ 2 1.000 h/a @ 3 Totale Kwh/0,86/0,97 Energia per anno (10 Cent/kWh) Costo energetico anno: Differenza spese 15,53 kw 17,10 kw 18,30 kw 15.530 kwh 34.200 kwh 18.300 kwh 79.104 kwh 7.910,00 10,87 kw 14,06 kw 18,73 kw 10.870 kwh 28.120 kwh 18.730 kwh 69.192 kwh 6.919,00-991,00 57
Esercizio pratico: Costo totale comparazione 2 1 Etanorm 65-200 G10-30kW, 2 poli diametro girante 219mm Profilo di carico: 4.440 h/a in 1 3.210 n/a in 2 η Motore 92 % η Inv 97 % Q 1 = 125 m³/h, H 1 = 64 m Q 2 = 85 m³/h, H 2 = 72 m Q 2Inv = 85 m³/h, H 2Inv = 37 m P el = P mec /(η Motore *η Inv ) P 1 = 27 kw, P 2 = 21 kw P 2Inv = 11 P el1 = 29,3 kw, P el1inv = 29,3 kw P el2 = 22,8 kw, P el2inv = 12,4 kw 58
Etanorm 65-200 G10 Giri fissi Giri variabili 30 kw, 2 poli Costi iniziali 2.699 6.125 Punti di lavoro 4.440 h/a @ 1 29,3 kw 30,25 kw 3.210 n/a @ 2 22,8 kw 12,40 kw Totale kwh @ 1 130.092 kwh 134.310 kwh @ 2 73.188 kwh 39.804 kwh Totale 203.280 kwh 174.114 kwh Energia per anno (10 Cent/kWh): 20.328 17.411 Costo dopo 1 anno 23.027 23.536-10% Costo dopo 5 anno 104.339 93.180 59
Utilizzo del Regolo KSB per il calcolo del risparmio energetico. 60
La semplicità di utilizzo! Passo 1: Impostare i dati di funzionamento dell impianto e determinare il consumo di energia annuale. Passo 2: Leggere in funzione del profilo di carico il massimo risparmio energetico ottenibile. Regolo per il calcolo del risparmio energetico Stop allo spreco di energia! Regolo per il calcolo del risparmio energetico nelle pompe centrifughe Passo 3: Determina il tuo potenziale di risparmio energetico e quindi il potenziale di riduzione di costo. 61
20m³/h / 35m 2,6 kw 3 kw-motor @ 6.000 h/a: 15.500 kwh/a 62
15.500 kwh/a Info: 5.400 kwh/a pompa in un circuito chiuso, densità del fluido 1000 kg/m (es. acqua) a 20 C; altitudine max. 1000 m slm; motore asincrono standardizzato KSB di IE2 classe di efficienza (EFF1); efficienza Inverter 97%. In particolare il regolo permette di dimostrare che la funzione di Setpoint dinamico di compensazione della pressione (DFS), standardizzata nel PumpDrive, fornisce un maggiore potenziale di risparmio rispetto al controllo a pressione costante. @ 10 Cent/kWh: 540 Sovrapprezzo per pompa elettronica : ca. 800 63
PumpDrive - Il più avanzato e multifunzioni sistema di regolazione per pompe fino a 45 KW 64
Esempi di risparmio energetico con programmi applicativi KSB 65
EasySelect Nel programma Easy Select inserendo i parametri di esercizio vi guiderà attraverso la gamma di pompe KSB. Possibilità di selezionare pompe a giri fissi o con inverter PumpDrive. 66
EasySelect Inserire i punti di funzionamento, come per esempio: Q = 120 mc/h H = 12m 67
EasySelect Visualizzazione curva caratteristiche della pompa con miglior rendimento. 68
EasySelect Possibilità di stampare documentazione in formato pdf. 69
Assistant: il software per programmazione e monitoraggio PumpDrive Il nuovo programma è da installare sui computer per potersi connettere a qualsiasi PumpDrive. Possibilità di operare in modalità offline e online per verifica parametri e comandi. Possibilità di simulare le prestazioni della pompa. 70
Nuovo Assistant In modalità offline è possibile selezionare una pompa con inverter e verificare i vari punti di lavoro. 71
Nuovo Assistant Confronto energetico tra pompa a giri fissi e pompa con inverter con pressione costante e variabile. 72