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SISTEMI DI POMPAGGIO CON INVERTER

ITT Flygt

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Cos’è l’inverter ?Talvolta gli inverter vengono confusi con altri apparecchi, i softstart,che hanno sembianze analoghe ma concetti di funzionamento, caratteristiche e prestazioni diverse.

Il softstart è un avviatore elettronico che permette l’avvio e l’arrestodel motore in maniera graduale agendo di base sui parametri ditensione e corrente, ma una volta terminato l’avviamento, alimentail motore a frequenza fissa di 50 Hz, o viene addirittura bypassato.

L’inverter invece gestisce la variazione di velocità del motoresecondo la formula

Da momento che 120 è un numero fisso ed i poli del motore nonvariano, l’unico fattore che può incidere per la variazione di velocitàè la variazione di frequenza. L’ inverter è quindi un apparato cheeffettua la variazione di frequenza. La capacità di variare la frequenza non è solo limitata alle fasi di avvio-arresto ma anchedurante tutto il tempo di marcia del motore.

n. giri = 120xHz esempio 3000 = 120x50n. poli 2

Softstart

Inverter

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Pro e contro degli inverterPRO

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.Gli avvii e gli arresti graduali riducono gli stress sui componentimeccanici, idraulici ed elettrici.Si ottengono significativi risparmi energetici in quanto la pompaviene utilizzata per le effettive richieste del sistema idraulico,inoltre il cosfì di sistema si attesta attorno a 0,98 rendendosuperflui i condensatori di rifasamento.Le protezioni elettroniche presenti nei convertitori consentonouna efficace e completa protezione della pompa.Si aboliscono gli spunti di avviamento, permettendo così dinon dover sovradimensionare i componenti elettrici e gli eventualigruppi elettrogeni di soccorso.

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Pro e contro degli inverterCONTRO

Apparecchiature costose (anche se meno che in passato).(nei confronti di un avviamento diretto non ha senso fare un paragone, nei confronti di un avviamento softstart vi è un rapporto 1/3 che sale ad 1/5 per potenze sopra i 100 kW)

Apparecchiature “delicate” nel senso che si tratta di elettronica di potenza e quindi sensibile alle caratteristiche ambientali (umidità, polvere, ecc).“Problemi” di compatibilità elettromagnetica (armoniche, disturbi ad apparecchiature elettroniche, ecc.)Necessitano di una corretta installazione (ventilazione, ecc.)

Richiedono che l’installazione sia fatta in prossimità del motore alimentato (più l’azionamento è vicino al motore, meglio è; nella maggior parte dei casi una distanza tra motore ed azionamento superiore ai 200 m, può essere causa di guasto dell’azionamento)

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Quando si usa l’inverterQuando si usa l’inverter nei pompaggi ?

Le applicazioni dell’inverter nei sistemi di pompaggio sonomolteplici ad esempio:

Pompaggio a livello costantePompaggio a portata costantePompaggio a pressione costante

E’ bene definire con chiarezza cosa si vuole ottenere in quantospesso l’inverter viene impiegato in maniera impropria (solo per realizzare avviamenti ed arresti graduali) o in maniera errata,rendendone vano l’impiego e l’investimento effettuato.

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Quando si usa l’inverterNon ha molto senso usare l’inverter per ottenere delle regolazionidi portata o pressione su più di 2 unità funzionanti in parallelo,in quanto la regolazione potrebbe subire dei pendolamenti, inoltrel’utilizzo di 3 o 4 macchine in parallelo, funzionanti a velocitàfissa, consentono già un buon frazionamento della capacità totaledi pompaggio.

P1 P2 P1 P2 P1 P2

Min 50 l/s Max 100 l/sper ciascuna pompa

Min 50 l/sMax ~ 200 l/s

Min 50 l/sMax ~ 200 l/s

50 l/s nominali per ciascuna pompa

Caso con inverter

Caso con avviamento

diretto

VFDVFD

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Quando si usa l’inverterNel pompaggio di acque reflue la gestione con inverter,in alternativa al sistema on-off, può essere impiegata per ridurrele perdite energetiche; questo nei casi in cui il sistema idraulicopresenta alte perdite di carico dovute ad attrito, rispetto al dislivellogeodetico (pompaggi in pressione su lunghe condotte)

P1 P2 P1 P2

Condotta breve

Prevalenza bassa

Condotta lunga

Prevalenza totale con altovalore di perdite di carico

Caso in cui il pompaggio con inverter non è

conveniente

Caso in cui il pompaggio con inverter può essere

conveniente

VFD VFD VFD VFD

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Il caso del pompaggio a livello costante

Il caso:Abbiamo un pozzo di fognatura vecchio, gli afflussi, nel corso deglianni si sono modificati notevolmente e riscontriamo quindi grandivariazioni tra le portate massime e minime in ingresso; le pompesono sollecitate dai molti avviamenti/ora che effettuano.

Soluzione:Adottando un inverter e gestendo il pompaggio con la logica“a livello costante”, possiamo risolvere il problema. Rilevando illivello in vasca con un misuratore analogico sarà possibileregolare la velocità della pompe (e quindi la portata) in manieratale che il livello rimanga costate, ovvero tanta acqua entra in vasca, tanta ne viene pompata via dal sistema.

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Esempio pompaggio a livello costante

Allarme H

Sensore di livello

Arrivo

Sfioro

P1

Mandata

Abilitazione

FMC

Volume dipolmonazione

Set-point

Allarme L

Arresto

INVERTER

Apparecchiature occorrenti1 sensore di livello analogico2 interruttori di livello digitali1 inverter per ciascuna pompa1 controllore di gestione

Logica di funzionamentoL’operatore definisce un set-point di livello tale daottenere la massima capacità di polmonazione delpozzo; il sistema si attiva al raggiungimento della soglia di abilitazione, la regolazione di velocità vieneeffettuata secondo un algoritmo PID che dipende dalloscostamento del livello in vasca rispetto al set-pointimpostato. Se il livello cresce, la pompa verrà azionataa velocità maggiore, se il livello scende, la pomparallenterà. Così facendo si limiterà al massimo il numerodi sequenze marcia-arresto della pompa.

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Il caso del pompaggio a portata costante

Il caso:Stiamo realizzando un pompaggio iniziale di un depuratore, il ns.scopo è quello di alimentare la linea di trattamento con un flussocostante al fine di ottenere la massima efficienza dall’impianto.

Soluzione:Adottando un inverter e gestendo il pompaggio con la logica“a portata costante”, possiamo risolvere il problema. Rilevando laportata sul collettore, con un misuratore magnetico sarà possibileregolare la velocità della pompe (e quindi la portata) in manieratale che venga mantenuto un set-point fissato dall’operatore. E’ovvio che questo sistema richiede una vasca di polmonazione per sopperire ai momenti di punta e a quelli di bassa portata.

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Esempio pompaggio a portata costante

Allarme H

Sensore di livello

Arrivo

P1

Mandata

Abilitazione

FMC

Volume dipolmonazione

Allarme L

Arresto

INVERTER

Apparecchiature occorrenti1 sensore di livello analogico1 misuratore di portata 2 interruttori di livello digitali1 inverter per ciascuna pompa1 controllore di gestione

Logica di funzionamentoL’operatore definisce un set-point di portata.Il sistema si attiva al raggiungimento della soglia di abilitazione, la regolazione di velocità vieneeffettuata secondo un algoritmo PID che dipende dalloscostamento della portata misurata rispetto al set-pointimpostato. Se la portata cresce, la pompa verrà azionataa velocità minore, se la portata scende, la pompaaumenterà di velocità. Così facendo si otterrà un flusso pompato con portata pressochè costante. Importante è poter disporre di un’adeguato volume polmone.

Ampio volume di

polmonazione Misura portata

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Il caso del pompaggio a pressione costanteIl caso:Il ns. impianto irriguo preleva acqua da un bacino di accumulo epompa in una rete di distribuzione; lo scopo è quello di mantenereuna determinata pressione in rete, seppur le portate richieste dagliutenti variano notevolmente nel corso della giornata.

Soluzione:Adottando un inverter e gestendo il pompaggio con la logica“a pressione costante”, possiamo risolvere il problema. Rilevando lapressione sul collettore, con un trasmettitore analogico, sarà possibileregolare la velocità della pompe (e quindi la pressione) in manieratale che venga mantenuto un set-poin fissato dall’operatore.In questi casi non è richiesta una pressione costante in assoluto, bensì un funzionamento entro un determinato range.

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Esempio pompaggio a pressione costante

Arrivo

P1

Mandata

Abilitazione (es. 3,5 Bar)

FMC

Allarme L

Arresto (es. 4,5 Bar)INVERTER

Apparecchiature occorrenti1 sensore di pressione analogico1 interruttore di livello digitale1 inverter per ciascuna pompa1 controllore di gestione

Logica di funzionamentoL’operatore definisce un set-point di pressione.Il sistema si attiva su consenso operatore,la regolazione di velocità viene effettuatasecondo un algoritmo PID che dipende dalloscostamento della pressione misurata rispetto al set-pointimpostato. Se la pressione cresce, la pompa verrà azionataa velocità minore, se la pressione scende, la pompaaumenterà di velocità. Così facendo si otterrà una pressione in rete pressochè costante, ed in ogni casoentro le bande di tolleranza impostate.

Misura pressione

Set-point (es. 4 Bar)

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LA PROPOSTA ITT FLYGT

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Il sistema di pompaggio evolutoAncora una volta ITT Flygt presenta una novità in tema di pompaggio.Non per il principio in sè stesso (già implementato da diverso tempo nelle installazioni più avanzate) maper la completezza e particolarità della soluzione.In cooperazione con ABB (Società leader nel campo degli azionamenti a velocità variabile) ITT Flygt propone un sistema di pompaggio a velocità variabile che permette di gestire la vasca nel mododefinito “a livello costante” ed inoltre implementa la funzione definita “ciclo di pulizia pompa”Il pacchetto comprende- le elettropompe- I convertitori di frequenza- la centralina di automazione e regolazione- lo SCADA di telecontrollo

L’unicità della proposta sta nel fatto che tuttii componenti sono progettati e configurati per operare in perfetta sintonia (personalizzazionedei vari componenti) e cosa importantissima,tutto il pacchetto è fornito direttamente daITT Flygt.

SISTEMA ATTUABILE per

1 o 2 pompe da 2 a 70 kW

unitari

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I vantaggi del sistemaVantaggi di tipo generale nell’uso dei convertitori di frequenza

I convertitori di frequenza consentono di regolare la velocitàdella pompa e quindi la portata, adeguando il volume pompatoall’afflusso in vasca con indubbi vantaggi in termini di dimen-sionamento e flessibilità del sistemaGli avvii e gli stop graduali riducono gli stress sui componentimeccanici, idraulici ed elettriciSi ottengono sigificativi risparmi energetici in quanto la pompaviene utilizzata per le effettive richieste del sistema idraulico,inoltre il cosfì di sistema si attesta attorno a 0,98 rendendosuperflui i condensatori di rifasamentoLe protezioni elettroniche presenti nei convertitori consentonouna efficace e completa protezione della pompaSi aboliscono gli spunti di avviamento permettendo così didimensionare al minimo i componenti elettrici e gli eventualigruppi elettrogeni di soccorso

Ulteriori vantaggi derivanti dall’ utilizzo del sistema ITT Flygt

Il software speciale sviluppato da ITT Flygt consente di attivare (quando necessario) la pulizia dellagirante pompa, riducendo così gli interventi di manutenzioneIl convertitore è presettato con funzioni specifiche per il pompaggio di acque reflue, questo riducefino al 90% le normali operazioni di start-upIl convertitore si interfaccia direttamente con il sistema di automazione e telecontrollo ITT Flygt

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Il concetto “Livello costante”Con il termine “pompaggio a livello costante” si intende un sistema che gestisce la marcia-arresto e la regolazione di velocità (quindi la portata) della pompa in maniera tale da mantenere il più costantepossibile il livello in vasca. Ne risulta quindi che la portata pompata in uscita è pressochè identica all’ afflusso in ingressoseguendo così in maniera costante le variazioni di flusso.I vantaggi da un punto di vista del processo e del dimensionamento sono facilmente intuibili:

I volumi di dimensionamento della vasca possono essere ridottiNon si hanno problemi di eccessivi avvii/ora della macchinaIl flusso pompato non subisce il classico effetto “a dente di sega” tipico dei pompaggi on-offma risulta molto più omogeneo, ed in ogni caso le inevitabili variazioni di portata vengonodecisamente smorzate dal sistema di regolazione automatico. (si pensi ad esempio ad un sollevamento a monte di un depuratore o ad una alimentazione di un processo che richiedeuna portata senza brusche variazioni).

Il sistema (di seguito raffigurato) comprende quindi:

1 o 2 elettropompe, da dimensionare in base ai valori minimi e massimi della portata teoricain ingresso alla vasca (il Progettista dovrà decidere se intende considerare una riserva passivao se la portata massima deve essere smaltita dalla 2 pompe in marcia contemporanea)1 sensore analogico di livello (per la gestione del sistema) e 2 interruttori a variazioned’assetto (aventi funzione di allarme e comandi d’emergenza)1 o 2 convertitori di frequenza correttamente dimensionati1 controllore generale del sistema (centralina FMC + accessori)1 quadro elettrico generale1 sistema SCADA di supervisione remota (componente opzionale)

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Il concetto “Livello costante”

01.00 m

02.00 m

02.50 m

02.80 m

00.60 m

00.70 m

Arrivo liquame

Soglia (su ingresso analogico)per allarme bassissimo livello

Soglia (su ingresso analogico)per allarme basso livello

Soglia (su ingresso analogico)per allarme alto livello

Soglia (su ingresso analogico)per allarme altissimolivello

L’intervento dell’interruttore di emergenza blocca lepompe e le tiene bloccate per un tempo tarabile

Set-point di livello; con questa quota si fissa il livello che si vuole mantenere in vasca, se l’afflusso in vasca tende a far aumentare il livello, il sistema aumenta la portata della pompa, viceversa se il livello tende a diminuire, il sistema diminuisce la portata della pompa.L’eventuale seconda pompa entra in funzione con alternanza a tempo, con alternanza ciclica o dopo un tempo x tarabile da quando il funzionamento dellaprima pompa non è sufficiente a mantenere il set-point

Soglia (su ingresso analogico)per arresto pompequalora la portata in ingresso sia inferiore alla portataminima di una pompa

L’intervento dell’interruttore di emergenza avvia la pompa/e e la tiene in marcia per un tempo tarabile

Troppopieno

Interruttore dilivello a variazio-ne d’assetto

Sensore di livello a pressioneidrostatica

Esempio di sistema applicato ad un pozzo di fognatura con un’altezza utile divasca pari a 3 metri e con il range di pompaggio fissato a 2 metri

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Il concetto “Pulizia girante pompa”L’intasamento delle giranti è uno dei problemipiù importanti da risolvere nel pompaggio diacque reflue. ITT Flygt opera su più fronti in merito a questo aspetto. Una soluzione vienesicuramente dall’adozione di pompe dotatedelle nuove giranti “N inintasabili”.

In altri casi, ove siano presenti macchine con giranti tradizionali, il sistema VFD di ITT Flygt, oltre a realizzare la funzione di pompaggio alivello costante, implementa anche la funzione“Pulizia girante pompa”

COME FUNZIONA !!!???Il sistema sfrutta le seguenti potenzialità offerte dai convertitori di frequenza:

Misurare con grande precisione la coppia resistente richiesta dalla macchina idraulicaCapacità di azionare il motore sia in senso diretto che in senso inverso(si raccomanda di verificare sempre la possibilità della macchina a girare in senso inverso)

Queste due funzioni, unite ai programmi software dei convertitori di frequenza e del controllore FMC,appositamente sviluppati in collaborazione con ABB, consentono di realizzare un efficace sistemadi controllo dell’intasamento delle pompe e di pulizia automatica delle stesse.

Di seguito la descrizione del ciclo di pulizia.

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Il concetto “Pulizia girante pompa”

Il sistema effettua un monitoraggio costante della coppia resistente richiesto dalla macchina idraulica,quando questo valore supera, per un determinato periodo, il valore nominale settato dall’operatore,inizia la sequenza di pulizia della girante secondo il ciclo evidenziato nel diagramma seguente:

-richiesta inizio sequenza pulizia-decelerazione della macchina-tempo di arresto della macchina-marcia avanti a piena velocità-mantenimento della piena velocitàper un tempo x

-decelerazione della macchina-tempo di arresto della macchina-marcia inversa in rampa fino ad una velocità prefissata

-mantenimento della velocità amarcia inversa per un tempo x

-decelerazione della macchina-tempo di arresto della macchina-ripartenza della macchina secondola normale logica di funzionamento

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I componenti e la gammaI componenti necessari per l’implementazione del sistema sono:

1 o 2 elettropompe dimensionate per soddisfare I requisiti di portata minima e massima del sistema1 o 2 convertitori di frequenza dimensionati sulla base della corrente nominale della elettropompa,da scegliere tra la seguente gamma disponibile

1 controllore FMC nella versione per montaggio a parete o a fronte quadro (da definire in base alle richieste di installazione)1 scheda TCX 1601 per pilotaggio moduli di espansione1 modulo di espansione RIO R02, 2 AO1 programma software specifico CLC 2002 interruttori di livello a variazione d’assetto1 sensore di livello analogicoEventuali accessori di completamento quali: alimentatore, filtro, batterie tampone per FMC,modem gsm per trasmissione allarmi e dati, ecc.

Si raccomanda di scegliereun convertitore di frequenzache abbia una correntenominale con un margine disovradimensionamento paria circa il 15% rispetto allacorrente nominale della pompa

Sigla convertitore In convertitore Sigla convertitore In convertitore

ITT Flygt può fornire sia i singoli componenti da installare a cura del Cliente, siail quadro elettrico completamente cablato e configurato, pronto all’uso.

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DocumentazionePer maggiori approfondimenti in merito all’utilizzo degli inverter nella gestione degli impianti di pompaggio, ITT Flygt ha redattoun opuscolo informativo.