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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

15

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


Consumo energeticoTempoTempoTempo

Ren

dim

ento

Video girante inintasabile


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.


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


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%




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 )


• Funzionamento pompe ( assorbimento / portata )• Condotta mandata ( valvole / ostruzioni )


• 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

[email protected]

N Adattiva: il movimento assiale

Mechanical stop

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