pompe e inverter

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pompe e inverter

ITT Flygt
SISTEMI DI POMPAGGIO CON
INVERTER
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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’arresto
del motore in maniera graduale agendo di base sui parametri di
tensione e corrente, ma una volta terminato l’avviamento, alimenta
il motore a frequenza fissa di 50 Hz, o viene addirittura bypassato.
L’inverter invece gestisce la variazione di velocità del motore
secondo la formula n. giri = 120xHz esempio 3000 = 120x50
n. poli
2
Da momento che 120 è un numero fisso ed i poli del motore non
variano, l’unico fattore che può incidere per la variazione di velocità
è la variazione di frequenza. L’ inverter è quindi un apparato che
effettua la variazione di frequenza. La capacità di variare la
frequenza non è solo limitata alle fasi di avvio-arresto ma anche
durante tutto il tempo di marcia del motore.
2
Softstart
Inverter
Pro e contro degli inverter
PRO
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 componenti
meccanici, idraulici ed elettrici.
Si ottengono significativi risparmi energetici in quanto la pompa
viene utilizzata per le effettive richieste del sistema idraulico,
inoltre il cosfì di sistema si attesta attorno a 0,98 rendendo
superflui i condensatori di rifasamento.
Le protezioni elettroniche presenti nei convertitori consentono
una efficace e completa protezione della pompa.
Si aboliscono gli spunti di avviamento, permettendo così di
non dover sovradimensionare i componenti elettrici e gli eventuali
gruppi elettrogeni di soccorso.
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CONTRO
Pro e contro degli inverter
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’inverter
Quando si usa l’inverter nei pompaggi ?
Le applicazioni dell’inverter nei sistemi di pompaggio sono
molteplici ad esempio:
Pompaggio a livello costante
Pompaggio a portata costante
Pompaggio a pressione costante
E’ bene definire con chiarezza cosa si vuole ottenere in quanto
spesso 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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Non ha molto senso usare l’inverter per ottenere delle regolazioni
di portata o pressione su più di 2 unità funzionanti in parallelo,
in quanto la regolazione potrebbe subire dei pendolamenti, inoltre
l’utilizzo di 3 o 4 macchine in parallelo, funzionanti a velocità
fissa, consentono già un buon frazionamento della capacità totale
di pompaggio.
VFD
VFD
P1
P2
Min 50 l/s Max 100 l/s
per ciascuna pompa
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Min 50 l/s
Max ~ 200
l/s
Min 50 l/s
Max ~ 200
l/s
P1
Caso con
inverter
P2
P1
50 l/s nominali per
ciascuna pompa
P2
Caso con
avviamento
diretto
Nel pompaggio di acque reflue la gestione con inverter,
in alternativa al sistema on-off, può essere impiegata per ridurre
le perdite energetiche; questo nei casi in cui il sistema idraulico
presenta alte perdite di carico dovute ad attrito, rispetto al dislivello
geodetico (pompaggi in pressione su lunghe condotte)
otta
Cond
Condotta breve
VFD
VFD
P1
P2
VFD
lunga
VFD
P1
P2
Prevalenza totale con alto
valore di perdite di carico
Prevalenza bassa
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Caso in cui il pompaggio
con inverter non è
conveniente
Caso in cui il pompaggio
con inverter può essere
conveniente
Il caso del pompaggio a livello costante
Il caso:
Abbiamo un pozzo di fognatura vecchio, gli afflussi, nel corso degli
anni si sono modificati notevolmente e riscontriamo quindi grandi
variazioni tra le portate massime e minime in ingresso; le pompe
sono 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 il
livello in vasca con un misuratore analogico sarà possibile
regolare la velocità della pompe (e quindi la portata) in maniera
tale 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
Logica di funzionamento
L’operatore definisce un set-point di livello tale da
ottenere la massima capacità di polmonazione del
pozzo; il sistema si attiva al raggiungimento della
soglia di abilitazione, la regolazione di velocità viene
effettuata secondo un algoritmo PID che dipende dallo
scostamento del livello in vasca rispetto al set-point
impostato. Se il livello cresce, la pompa verrà azionata
a velocità maggiore, se il livello scende, la pompa
rallenterà. Così facendo si limiterà al massimo il numero
di sequenze marcia-arresto della pompa.
FMC
INVERTER
Arrivo
Sfioro
Mandata
Allarme H
Abilitazione
Set-point
Arresto
Allarme L
Sensore di livello
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P1
Volume di
polmonazione
Apparecchiature occorrenti
1 sensore di livello analogico
2 interruttori di livello digitali
1 inverter per ciascuna pompa
1 controllore di gestione
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 flusso
costante al fine di ottenere la massima efficienza dall’impianto.
Soluzione:
“a portata costante”, possiamo risolvere il problema. Rilevando la
portata sul collettore, con un misuratore magnetico sarà possibile
regolare la velocità della pompe (e quindi la portata) in maniera
tale 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
L’operatore definisce un set-point di portata.
Il sistema si attiva al raggiungimento della
soglia di abilitazione, la regolazione di velocità viene
effettuata secondo un algoritmo PID che dipende dallo
scostamento della portata misurata rispetto al set-point
impostato. Se la portata cresce, la pompa verrà azionata
a velocità minore, se la portata scende, la pompa
aumenterà di velocità. Così facendo si otterrà un flusso
pompato con portata pressochè costante. Importante
è poter disporre di un’adeguato volume polmone.
FMC
INVERTER
Arrivo
Ampio volume
di
polmonazione
Mandata
Misura portata
Allarme H
Abilitazione
Volume di
polmonazione
Arresto
Allarme L
Sensore di livello
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P1
1 misuratore di portata
2 interruttori di livello digitali
Il caso del pompaggio a pressione costante
Il caso:
Il ns. impianto irriguo preleva acqua da un bacino di accumulo e
pompa in una rete di distribuzione; lo scopo è quello di mantenere
una determinata pressione in rete, seppur le portate richieste dagli
utenti variano notevolmente nel corso della giornata.
Soluzione:
“a pressione costante”, possiamo risolvere il problema. Rilevando la
pressione sul collettore, con un trasmettitore analogico, sarà possibile
regolare la velocità della pompe (e quindi la pressione) in maniera
tale 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
FMC
INVERTER
Arresto (es. 4,5 Bar)
Set-point (es. 4 Bar)
Abilitazione (es. 3,5 Bar)
Arrivo
L’operatore definisce un set-point di pressione.
Il sistema si attiva su consenso operatore,
la regolazione di velocità viene effettuata
secondo un algoritmo PID che dipende dallo
scostamento della pressione misurata rispetto al set-point
impostato. Se la pressione cresce, la pompa verrà azionata
a velocità minore, se la pressione scende, la pompa
aumenterà di velocità. Così facendo si otterrà una
pressione in rete pressochè costante, ed in ogni caso
entro le bande di tolleranza impostate.
Mandata
Misura pressione
Allarme L
P1
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1 sensore di pressione analogico
1 interruttore di livello digitale
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LA PROPOSTA
ITT FLYGT
Il sistema di pompaggio evoluto
Ancora 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) ma
per 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 modo
definito “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 tutti
i componenti sono progettati e configurati per
operare in perfetta sintonia (personalizzazione
dei vari componenti) e cosa importantissima,
tutto il pacchetto è fornito direttamente da
ITT Flygt.
SISTEMA ATTUABILE per
1 o 2 pompe da 2 a 70 kW
unitari
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I vantaggi del sistema
Vantaggi di tipo generale nell’uso dei convertitori di frequenza

I convertitori di frequenza consentono di regolare la velocità
della pompa e quindi la portata, adeguando il volume pompato
all’afflusso in vasca con indubbi vantaggi in termini di dimensionamento e flessibilità del sistema
Gli avvii e gli stop graduali riducono gli stress sui componenti
meccanici, idraulici ed elettrici
Si ottengono sigificativi risparmi energetici in quanto la pompa
viene utilizzata per le effettive richieste del sistema idraulico,
inoltre il cosfì di sistema si attesta attorno a 0,98 rendendo
superflui i condensatori di rifasamento
Le protezioni elettroniche presenti nei convertitori consentono
una efficace e completa protezione della pompa
Si aboliscono gli spunti di avviamento permettendo così di
dimensionare al minimo i componenti elettrici e gli eventuali
gruppi 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 della
girante pompa, riducendo così gli interventi di manutenzione
Il convertitore è presettato con funzioni specifiche per il pompaggio di acque reflue, questo riduce
fino al 90% le normali operazioni di start-up
Il 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 costante
possibile il livello in vasca.
Ne risulta quindi che la portata pompata in uscita è pressochè identica all’ afflusso in ingresso
seguendo 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 ridotti
Non si hanno problemi di eccessivi avvii/ora della macchina
Il flusso pompato non subisce il classico effetto “a dente di sega” tipico dei pompaggi on-off
ma risulta molto più omogeneo, ed in ogni caso le inevitabili variazioni di portata vengono
decisamente 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 richiede
una portata senza brusche variazioni).
Il sistema (di seguito raffigurato) comprende quindi:

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1 o 2 elettropompe, da dimensionare in base ai valori minimi e massimi della portata teorica
in ingresso alla vasca (il Progettista dovrà decidere se intende considerare una riserva passiva
o 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 variazione
d’assetto (aventi funzione di allarme e comandi d’emergenza)
1 o 2 convertitori di frequenza correttamente dimensionati
1 controllore generale del sistema (centralina FMC + accessori)
1 quadro elettrico generale
1 sistema SCADA di supervisione remota (componente opzionale)
Il concetto “Livello costante”
L’intervento dell’interruttore di emergenza avvia la
pompa/e e la tiene in marcia per un tempo tarabile
Soglia (su ingresso analogico)per allarme altissimo
livello
Soglia (su ingresso analogico)per allarme alto livello
Arrivo liquame
02.80 m
02.50 m
Troppopieno
02.00 m
01.00 m
00.70 m
Interruttore di
livello a variazione d’assetto
Sensore di livello
a pressione
idrostatica
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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 della
prima pompa non è sufficiente a mantenere il set-point
Soglia (su ingresso analogico)per arresto pompe
qualora la portata in ingresso sia inferiore alla portata
minima di una pompa
Soglia (su ingresso analogico)per allarme basso livello
00.60 m
Soglia (su ingresso analogico)per allarme bassissimo
livello
L’intervento dell’interruttore di emergenza blocca le
pompe e le tiene bloccate per un tempo tarabile
Esempio di sistema applicato ad un pozzo di fognatura con un’altezza utile di
vasca pari a 3 metri e con il range di pompaggio fissato a 2 metri
Il concetto “Pulizia girante pompa”
L’intasamento delle giranti è uno dei problemi
più importanti da risolvere nel pompaggio di
acque reflue. ITT Flygt opera su più fronti in
merito a questo aspetto. Una soluzione viene
sicuramente dall’adozione di pompe dotate
delle 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 a
livello 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 idraulica
Capacità 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 sistema
di 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 velocità
per un tempo x
-marcia inversa in rampa fino ad
una velocità prefissata
-mantenimento della velocità a
marcia inversa per un tempo x
-ripartenza della macchina secondo
la normale logica di funzionamento
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I componenti e la gamma
I componenti necessari per l’implementazione del sistema sono:

1 o 2 elettropompe dimensionate per soddisfare I requisiti di portata minima e massima del sistema
1 o 2 convertitori di frequenza dimensionati sulla base della corrente nominale della elettropompa,
da scegliere tra la seguente gamma disponibile
In convertitore
In convertitore Sigla convertitore
Sigla convertitore
Si raccomanda di scegliere
un convertitore di frequenza
che abbia una corrente
nominale con un margine di
sovradimensionamento pari
a circa il 15% rispetto alla
corrente nominale della
pompa

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 espansione
1 modulo di espansione RIO R02, 2 AO
1 programma software specifico CLC 200
2 interruttori di livello a variazione d’assetto
Eventuali accessori di completamento quali: alimentatore, filtro, batterie tampone per FMC,
modem gsm per trasmissione allarmi e dati, ecc.
ITT Flygt può fornire sia i singoli componenti da installare a cura del Cliente, sia
21 il quadro elettrico completamente cablato e configurato, pronto all’uso.
Documentazione
Per maggiori approfondimenti in merito all’utilizzo degli inverter
nella gestione degli impianti di pompaggio, ITT Flygt ha redatto
un opuscolo informativo.
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