Ottimizzazione energetica e funzionale degli Impianti di pompaggio
ANDREA MARIANI
Fognature a Gravità e sollevamenti Fognari
2
( da Fognature di Da Deppo – Datei 2009)
Sistema di Pompaggio
Per ottenere 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’automazioneed il controllo
Caratteristiche della vasca - Effetti idraulici sfavorevoli
• Zone con eccessiva turbolenza
• Irregolare distribuzione dellevelocità del flusso nell’aspirazionedelle pompe
• Aspirazione di aria
• Vortici
Caratteristiche della vasca - Sedimentazione
Sedimentazione sul fondo:
• Pulizie periodiche costose
• Bloccaggi delle pompe
• Cattivi odori
Caratteristiche della vasca - Sostanze flottanti
Grassi e solidi flottanti
• Formazione di crostoni superficiali• Blocco/malfunzionamento dei regolatori di livello
Che provocano:
• Pulizie periodiche costose• Mancata attivazione pompe e quindirischio di sversamento dei liquami
• Intasamento delle pompe• Cattivi odori
Le caratteristiche ideali della vasca
Apertura
Muro smorzatore
Divisorio
Luci guida
Fondo inclinato
Riempimentoinclinato vanoposteriore
Setto intermedio
Deflettore di flusso
Realisticamente non è sempre possibile realizzare u n’opera civile ottimale, ma si consiglia di implementare almeno il muro smorzatore e i fondi inclinati.
Dimensioni in funzione della portata
http://www.xylemwatersolutions.com/it� Angolo del tecnico > Manuali di progettazione
Case study 2
Soluzione originale
Ottimizzazione disegno stazione, ~ 20 m 3/s
Soluzione ottimizzata
La pompa, 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.
Potenza
trasferita =
al liquido
_______________Q ( lt/sec) * H (metri)
102
= (kW)
Rendimento
Idraulico
.idrη
Potenza
trasferita =
all’albero
_______________Q ( lt/sec) * H (metri)
102 *
= (kW)
.idrη
Potenza
assorbita =
dalla rete
___________________Q ( lt/sec) * H (metri)
102 *
= (kW)
.TOTηRendimento
Elettrico
.eletη.TOTη .idrη .eletη= *
Potenza
nominale =
motore
Max. potenza
trasferita
all’albero
= (kW)
Il rendimento totale
Dimensionamento corretto della pompa
Esempio sceltacorretta pompa di nuova concezione
Corretto Errato
. Girante a vortice di liquido 40 %
Rendimenti idraulici tipici, in acqua pulita, nel p unto di miglior rendimento :
. Girante monocanale 68 %
. Girante bicanale 78 %
. Girante autopulente N 80 %
Le idrauliche per liquidi carichi
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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. Gli oggetti realmente solidi e duri, come la pietra, il mattone o l'acciaio, sono anche rari.
I solidi di gran lunga più comuni che si trovano nelle acque reflue urbane sono organici e spesso 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. Questi prodotti dovrebbero essere smaltiti nei rifiuti o nel compost, ma molti li gettano nel WC, aggiungendo così fibre sintetiche al flusso di acque reflue.
Acque reflue moderne
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Dimensioni di oggetti solidi e sferici
Possibile presenza di corpi solidi nelle acque reflue moderne
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, sabbia, graniglia, limo, ecc.), mentre il lato destro mostra oggetti di varie dimensioni e forme, da circolari a molto grandi e allungate. La curva di distribuzione mostra che vi è una probabilità molto bassa di trovare grandi oggetti duri rispetto a particelle piccole e dure e vari oggetti organici piccoli e grandi, morbidi e filamentosi.
Dimensioni dioggetti morbidie filamentosi
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Impatto sulle idrauliche tradizionali
Figura A: Accumulo in una Figura B: Accumulo in unagirante monocanale girante monocanale
Figura C: Accumulo in una Figura D: Accumulo in unagirante a vortice girante a vortice
Gli oggetti filamentosi tendono ad impigliarsi nei tipi di girante tradizionali, nonostante il passaggio libero sia ampio.Come illustrato di seguito, 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.
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Il passaggio libero di una pompa non è un parametro utile per specificare il funzionamento senza intasamento di una pompa per acque reflue, in particolare nei moderni sistemi per acque reflue. L'utente finale di una pompa per acque reflue necessita di una pompa affidabile ed efficiente nei cicli di lavoro brevi e lunghi.
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.
Risultati sperimentali
Tecnologia N
Scanalatura di espulsione
Dente di guida
Girante bipalareautopulente
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.
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
Mantenimento dell’alto rendimento
Consumo energeticoTempoTempoTempo
Ren
dim
ento
Video girante inintasabile
Mantenimento dell’alto rendimento
Rendimento e costi d’esercizio?
Motore elettrico Rendimento motore
Tipologia idraulica
Prestazioni senza intasamento
Usura
Fermo macchina
Rendimento idraulico
Rendimento totale nel tempo
Man
teni
men
to d
el
rend
imen
to
Grande flessibilità col design modulare
Adattabile per soddisfare virtualmente ogni richiesta di applicazione.
Esempi:
• Fognatura con presenza di sabbie abrasive (Hard Iron)
• Acque meteoriche • Fognature contenenti grandi
quantità di fibre lunghe (Chopper con dispositivo di taglio)
• Fanghi
11/17/2015 21
Tecnologia N adattiva : principio di funzionamento
N Adattiva: come funziona
2. Distribuzione delle forze quando un corpo entra nella girante
I motori ad alta efficienzaLa 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
Effi
cien
za %
Potenza kW
Tabella classe di efficienza IE per motori 4 poli 50 Hz secondo IEC 60034-30
0,75 1,1 1,5 2,2 3 4 5,5 7,5 11 15 18,5 22 30 37 45 55 75 90 110 132 160 200 250 315 255 375
IE1
IE2IE3
97,0
92,0
87,0
82,0
77,0
72,0
L’efficienza dei motori LSPM Flygt comparata allo standard IEC 50Hz 4 poli
4 poli, 50 HzL’efficienza dei motori LSPM Flygt può arrivare fino al 4% in più rispetto allo standard nominale IE3(IEC 60034-30 standard)80
818283848586878889909192939495
3085 3102 3127 3153
LSPMIE3 nomIE3 min
Eff. %
Importanza del pacchetto dei prodotti
La riduzione della velocità di rotazione può creare problemi di intasamento nella girante a canali della pompa.e squilibri dinamici che generando vibrazioni danno luogo ad una rapida usura dei componenti.
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.
Difficoltà di implementazione dei parametri e delle logiche di funzionamento
Precauzioni da tenere in considerazione nell’utilizzo degli inverter conpompe ad idrauliche tradizionali non autopulenti:
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.
Gestione pompe : Flygt SmartRun ™
Unità di controllo intelligenti pre-programmate per il pompaggio delle acque reflue con azionamento pompe a velocità variabile
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)
Confronto fra Smartrun™ e un inverter
Smartrun™ Inverter
La soluzione a pacchetto Flygt Experior ™
Il pacchetto Flygt Experior™ :
• SmartRun™• Pompe N• Sensore LTU 401• Galleggiante ENM 10
Soluzioni Flygt SmartRun™
Azionamenti SmartRun
Galleggiante per comando di emergenza
Pompe con tecnologia
autopulente N
Sensore di livello per comando
principale
Interconnessione fra2 SmartRun per
trasmissione dati
Energia specifica
][3m
kWhH
Volume
EnergiaE
ts =∝=
η<<<<
Volume
<Volume
= rendimento totaletη
L’energia specifica è la grandezza fisica che definisce quanto lavoro deve essere fatto per spostare un volume. Nel nostro caso si tratta dell’energia elettrica necessaria per spostare un metro cubo d’acqua da una quota iniziale ad una quota finale.
La ricerca della velocità ottimale (Brevettato)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 10 20 30 40 50 60 70
Frequenza
kwh/
m3
Velocità ottimale
Scopo del sistemaFar funzionare la pompa alla velocità ottimale.
La ricerca della velocità ottimale (Brevettato)
Energia specifica consumata
Ciclo precedente
Ciclo attualeCiclo seguente
Ad ogni ciclo di pompaggio unanuova velocità ottimale vienecalcolata
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 10 20 30 40 50 60
La ricerca della velocità ottimale (Brevettato)E
nerg
ia s
peci
fica
cons
umat
a
Ciclo precedente
Ciclo attuale
Ciclo seguente
SmartRun è costantemente alla ricerca della velocità ottimale al fine di ottenere un pompaggio con la minor energia specifica consumata.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 10 20 30 40 50 60
La ricerca della velocità ottimale (Brevettato)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0
10
20
30
40
50
60
Time trend
Tempo
FrequenzaFlusso in entrata alla stazione
SmartRun trova la velocità ottimale di funzionamento indipendentemente dai
picchi di flusso attraverso un software predittivo brevettato.
Flusso in ingressoFrequenza di lavoro
SmartRun ™- risparmio energetico
System curve Savings
16m @90l/s static head 12m 11%
16m @90l/s static head 8m 30%
16m @90l/s static head 4m 56%
16m @90l/s static head 0m 63%
Calcolatore del risparmioenergetico
http://www.xylemwatersolutions.com/scs/italy/it-it/products/catalogo-prodotti-xylem/Flygt%20Experior/Documents/EscROW3_it.html
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
Pulizia tubazioni
RISULTATI:
Elimina i fenomeni di sedimentazione nelle tubazioni,tipica degli azionamenti ad inverter tradizionali
COME FUNZIONA:
La pompa, ad ogni inizio ciclo si attiva alla velocità massima, garantendo il flussaggio delle tubazioni
Pulizia pozzo
COME FUNZIONA:
Ad intervalli regolari il sistematiene in marcia la pompa fino allo svuotamento quasi totaledel pozzo.
VALORE PER IL CLIENTE - MANUTENZIONE RIDOTTA -
Minor sedimentazione nel pozzoriduce gli odori, impedisce l’intasamento delle pompe e dei misuratori di livello, allungai cicli di manutenzione programmata.
Livello di arresto con ciclo pulizia
Livello normale di arresto
Livello di avvio
Pozzo senza sistema di pulizia
Pozzo con sistema di pulizia
SoftStart e SoftStop
L’avvio in rampa e, ancora più importante l’arresto in rampa, limita fortemente i problemi dovuti al colpo d’ariete.
On/off
SmartRun
Tempo
Fre
quen
za
Frequenza direttoFrequenza SmartRun
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.
Comodepur sollevamento Tavernolail Cliente aveva il grosso problema che le 4 macchine esistenti che si intasavano. 2 interventi settimanali per lo sbloccaggio delle pompe intasate.
Abbiamo proposto una prova con la nostra NP 3202 chopper 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 27%.
Controllo remoto
Litorale Ionico della Calabria
Zona Nord Orientale della Sardegna
SEZIONE DI AUTOMAZIONE
SEZIONE DI POTENZA
SENSORE DI MISURA LIVELLO
GALLEGGIANTE BASSISSIMO
LIVELLO
GALLEGGIANTE ALTISSIMO
LIVELLO
ELETTROPOMPA SOMMERSA
TUBAZIONE DI MANDATA
TUBAZIONE DI TROPPOPIENO
VANO VALVOLAME
GRUPPO VALVOLE DI SEZIONAMENTO E
RITEGNO
POZZO IN CEMENTO O
PREFABBRICATO
Sollevamento fognario con telecontrollo
Centraline Automazione pompe
• Alternanza di intervento e avvio su livellipredefinti per ciascuna pompa
• Limitazione del numero di pompe in marcia contemporaneamente
• Ciclo di pulizia• Ritardo di avvio ed arresto• Allarme sensori interni pompe• Allarme anomalie di funzionamento• Allarme intrusione / personale addetto• Registrazione ore funzionamento
Componenti del sistema
Centraline periferiche
Modem
Centro di ControlloAquaView
Sistema di automazione e controlloPer avere sempre il controllo della rete fognaria
• Riduzione dei costi operativi
• Controllo totale degli impiantiperiferici da postazione remota
• Gestione degli allarmi
• Interventi programmati e non “in emergenza”
• Salvaguardia dell’ambiente
• Rapportistica e statistiche
Analisi comparativa dati di funzionamento
• Controllo dei livelli in arrivo (stato condotte / scaricatori )
Analisi comparativa dati di funzionamento
• Funzionamento pompe ( assorbimento / portata )• Condotta mandata ( valvole / ostruzioni )
Analisi comparativa dati di funzionamento
• Controllo degli sfiori (individuazione impianti sottodimensionati)• Impianti con capacità maggiore del necessario
Analisi comparativa dati di funzionamento• Individuazione acque parassite
• Portate costanti non giustificate• Incrementi significative delle portate rispetto allo storico
N Adattiva: il movimento assiale
Mechanical stop