Soluzioni tecnologiche per aumentare l`efficienza delle stazioni di

22 Marzo 2013
Soluzioni tecnologiche per aumentare l’efficienza
delle stazioni di sollevamento fognario
ANDREA MARIANI
Efficienza globale del sistema
Per ottenere un’alta 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
• Il sistema di alimentazione
elettrica, l’automazione
ed il controllo
Caratteristiche della Vasca - Effetti idraulici
sfavorevoli
Zone eccessiva turbolenza
Irregolare distribuzioni delle
velocita nell’aspirazione
delle pompe
Aspirazione di aria
Vortici
Sedimentazione
Sedimentazione sul fondo
• Pulizie periodiche costose
• Bloccaggi delle pompe
• Cattivi odori
Sostanze flottanti
Grassi e solidi flottanti
• Formazione di crostoni superficiali
• Blocco dei regolatori di livello
Che provocano:
• Pulizie periodiche costose
• Mancata attivazione pompe
( sversamento dei liquami)
• Intasamento delle pompe
• Cattivi odori
Le caratteristiche ideali della vasca
Apertura
Muro smorzatore
Setto intermedio
Divisorio
Riempimento
inclinato vano
posteriore
Luci guida
Deflettore di flusso
Fondo inclinato
Realisticamente non è sempre possibile realizzare un’opera civile
ottimale, ma si consiglia di implementare almeno il muro smorzatore e i
fondi inclinati .
Case study 2
Ottimizzazione disegno stazione, ~ 20
m3/s
Soluzione originale
Soluzione modificata
La pompa, cuore
dell’impianto
Dedicare grande attenzione alla
scelta delle pompe è cruciale per
ottimizzare il funzionamento
dell’impianto e ridurre il consumo
energetico
Potenza Q ( lt/sec) * H (metri)
___________________
assorbita = dalla rete
102 * TOT .

Rendimento Elettrico
elet .

TOT . =
idr. * elet .
Potenza nominale = motore
Max. potenza
trasferita
all’albero
idr.
= (kW)
Q ( lt/sec) * H (metri)
Potenza _______________
trasferita = 102 * idr .
all’albero
= (kW)
Q ( lt/sec) * H (metri)
Potenza _______________
trasferita = 102
al liquido
= (kW)

Rendimento Idraulico = (kW)
L’idraulica adatta al liquido da pompare
Rendimenti idraulici tipici, in acqua pulita, nel punto di miglior rendimento :
. Girante a vortice
45 %
. Girante monocanale
68 %
. Girante bicanale
78 %
.
Girante N
80 %
Definizioni
CASO 1
CASO 2
CASO 3
NP 3202 MT 641
NP 3202 HT 460
CP 3201 MT 630
Portata [Litri / sec]
118
115
125
Prevalenza [metri]
11,8
11,7
12
Rendimento Idraulico 81,9%
59,8%
77,0%
Rendimento Elettrico
89,6%
91,6%
83,0%
22
30
22
73,38%
54,78%
63,91%
Potenza Trasferita al Liquido [kW]
13,65
13,19
14,71
Potenza Trasferita all'albero [kW]
16,67
22,06
19,10
Potenza Assorbita dalla rete [kW]
18,60
24,08
23,01
Scelta Ottimale
Scelta NON Corretta
Scelta corretta con idraulica C
Modello Pompa
Potenza Nominale Motore [kW]
Risultati del Calcolo
Rendimento Totale
Dimensionamento corretto della pompa
Corretto
Esempio scelta
corretta pompa di
nuova concezione
Errato
Motori ad efficienza premium
Gamma prodotti: N3085-3301
Sono conformi con lo standard internazionale dei motori ad alta
efficienza (Premium o IE3)
La minore temperatura aumenta la vita dei motori e dei cuscinetti
Possono essere avviati in tutti i modi possibili.
Risparmi energetici globali modesti soprattutto nei sollevamenti
fognari con un limitato numero di ore di funzionamento giornaliero
La tecnologia LSPM
Motori a magneti permanenti con avviamento diretto (Line
Started Permanent Magnet motor)
per pompe da fognatura.
E’ una tecnologia consolidata:
- Flygt 4650, primi mixer al mondo con motore LSPM lanciati
nel 2009
- La prima installazione di un motore LSPM con una N3153 è stato
installato nel 2000 e sta ancora funzionando perfettamente a
Langenhagen, Germania
- Efficienza fino al 4% superiore rispetto al valore dello standard
internazionale
IL motore LSPM Flygt Experior™
Si avvia in linea come un normale motore a gabbia di scoiattolo
Una volta a regime funziona come un motore a magneti permanenti
In pratica il minor consumo energetico
deriva dal fatto che non viene utilizzata
corrente di linea per creare il campo
magnetico Possibile
nel rotore;avviamento
il campo magnetico
diretto
viene generato dai magneti permanenti
Alta efficienza
Alto fattore di potenza
Corrente più bassa
L’efficienza dei motori LSPM paragonata all’
IEC standard 50Hz, 2 & 4 poli
95
94
93
92
91
90
89
88
87
86
85
84
83
82
81
80
LSPM
IE3 nom
IE3 min
50 Hz
L’efficienza degli LSPM è fino al 4%
superiore rispetto agli standard
internazionali
(IEC 60034-30 standard)
3085
3102
3127
3153
Mantenimento dell’alto rendimento
Tipologia idraulica
Motore elettrico
Mantenimento del
rendimento
Che cos’è?
Prestazioni senza
intasamento
Usura
Fermo macchina
Rendimento idraulico
Efficenza motore
Rendimento
totale
nel tempo
Dal concetto di “Passaggio Libero”
alla tecnologia N a bassissimo intasamento
Girante bipalare
autopulente
Dente di guida
Scanalatura di espulsione
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
Rendimento idraulico
Mantenimento dell’alto
rendimento
Consumo energetico
Tempo
Tempo
Video girante tradizionale
Tempo
Video girante inintasabile
Adaptive N: COME FUNZIONA
Video
Gestione pompe con inverter
I vantaggi degli azionamenti a frequenza variabile
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.
Può essere una valida soluzione in alcuni casi, ma
non sempre
è la soluzione ottimale, soprattutto in fognatura
Gestione pompe con inverter
Precauzioni da tenere in considerazione nell’utilizzo degli inverter:
La riduzione della velocità di rotazione può creare
problemi di intasamento nella girante della pompa.
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.
Flygt SmartRun™
Flygt SmartRun™
Famiglia di prodotti composta da unità di
controllo intelligenti pre-programmate per
il pompaggio delle acque reflue
Basta premere il pulsante di avvio
Flygt SmartRun™ è in grado di ridurre il consumo
energetico in una stazione di pompaggio normale
di ~ 30% rispetto ad un tradizionale controllo
on / off. Il costo per la manutenzione e le
chiamate di emergenza viene ridotto anche grazie
alle funzioni pre-programmate di pulizia di pozzo,
tubi e pompa.
Confronto fra Smartrun™ e un inverter
Smartrun™
Inverter
Sistema di Regolazione
Sistema di Regolazione
•Calcolo Energia Specifica minima
•Livello / Pressione / Portata
costante
Funzioni specifiche
Funzioni specifiche
•Pulizia tubi, pozzetto, girante,
protezione pompa Minicas
•Solo pulizia girante su modelli più
evoluti
Facilità di programmazione e
avviamento
Facilità di programmazione e
avviamento
•Tutto impostato, con pochissimi
parametri eventualmente da
modificare
•Lavoro di programmazione lungo e
specifico (oltre 50 parametri)
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%
Esempio di Calcolo
Energy H

Es 
Volume 
VFD performance curve MT version
25
Caso 2
60%
20
Caso 1
70%
Head (m)
80%
80%
15
70%
60%
10
5
25hz
0
0
Portata Giornaliera
3000
m3/day
50
Caso 1
100
50 Hertz
Portata
Prevalenza
Rendimento Totale
Ore di Funzionamento
Energia Specifica
35hz
30hz
150
Flow (l/s)
140
14
77
200
Caso 2
l/s
metri
%
5,95
ore
0,04951476 kWh/m3
Energia Consumata
Costo Giornaliero
148,54
26,74
kWh
€ / giorno
Costo Annuo
9.759,36
€ / anno
45hz
40hz
50hz
250
45 Hertz
Portata
Prevalenza
Rendimento Totale
105
12
80
l/s
metri
%
Ore di Funzionamento
Energia Specifica
7,94
ore
0,04085 kWh/m3
Energia Consumata
Costo Giornaliero
122,55
Costo Annuo
8.051,47 € / anno
22,06
kWh
€ / giorno
La soluzione a pacchetto
Soluzioni Flygt SmartRun™
Interconnessione fra
i 2 SmartRun per
trasmissione dati
Gamma: N3085-3301 (1,3kW - 70 kW)
200-230V, 380 – 480V, 50/60Hz
Il pacchetto Flygt SmartRun :
• SmartRun™
• Pompe N
• Sensore LTU 401
• Galleggiante ENM 10
La soluzione a pacchetto garantisce
il massimo dell’efficenza e risparmio
energetico, è tuttavia possibile,
specialmente su impianti esistenti
dotati di pompe N, implementare
solo gli azionamenti SmartRun,
ottenendo sempre enormi vantaggi.
Azionamenti
SmartRun
Galleggiante per
comando di
emergenza
Pompe con
tecnologia N
Sensore di livello
per comando
principale
La ricerca della velocità ottimale (Brevettato)
Scopo del sistema
Far funzionare la pompa alla
velocità ottimale.
0.7
Velocità ottimale
0.6
kwh/m3
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
10
20
30
40
Frequenza
50
60
70
La ricerca della velocità ottimale (Brevettato)
Energia
specifica
consumata
0.7
Ogni giorno una nuova velocità
ottimale viene calcolata
0.6
0.5
0.4
Ieri
0.3
Oggi
Domani
0.2
0.1
0
0
10
20
30
40
50
60
La ricerca della velocità ottimale (Brevettato)
0.7
Energia specifica consumata
0.6
0.5
0.4
Oggi
Domani
0.3
Ieri
0.2
SmartRun è costantemente alla ricerca della velocità
ottimale al fine di ottenere un pompaggio con la minor
energia specifica consumata.
0.1
0
0
10
20
30
40
50
60
La ricerca della velocità ottimale (Brevettato)
Flusso in ingresso
Frequenza di lavoro
Frequenza
Flusso in entrata
alla stazione
Time trend
60
1400
50
1200
1000
40
800
30
600
20
400
10
200
0
0
0
10
20
30
40
50
60
Tempo in giorni
SmartRun trova la velocità ottimale di funzionamento indipendentemente dai
picchi di flusso tramite un software predittivo brevettato.
Funzioni Pulizia delle tubazioni
Ad ogni avviamento la
pompa si avvia in rampa
ma raggiunge sempre la
massima velocità di
rotazione e poi ritorna
alla frequenza di
funzionamento più
economica
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
La pompa, regolarmente si attiva
alla velocità massima,
garantendo il flussaggio delle
tubazioni
Rischio
COME FUNZIONA:
Sedimentazione, Consumo
aria nella girante eccessivo di
energia
VALORE PER IL CLIENTE
- AFFIDABILITA‘ –
Elimina i fenomeni di
sedimentazione nelle tubazioni,
tipica degli azionamenti tradizionali
e riduce quindi gli interventi di
manutenzione straordinaria
Velocità del fluido
Velocità ottimale
per un pompaggio
con bassi consumi
specifici
Velocità ottimale
per limitare
sedimentazioni
>1.7m/s tutte le particelle di sabbia vengono rimosse
<0.7m/s i materiali pesanti possono sedimentare
Pulizia pozzo
COME FUNZIONA:
A intervalli regolari il sistema
tiene in marcia la pompa fino
allo svuotamento quasi totale
del pozzo.
VALORE PER IL CLIENTE
- MANUTENZIONE RIDOTTA -
Pozzo senza
sistema di pulizia
Pozzo con
sistema di pulizia
Minor sedimentazione nel pozzo
riduce gli odori, impedisce
l’intasamento delle pompe e
Livello di avvio
dei misuratori di livello, allunga
i cicli di manutenzione
Livello normale di arresto
programmata.
Livello di arresto con ciclo pulizia
SoftStart e SoftStop
Frequenza
On/off
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.
Frequenza diretto
Frequenza SmartRun
Tempo
SmartRun
L’avvio in rampa e, ancora più importante l’arresto in rampa,
limita fortemente i problemi dovuti al colpo d’ariete.
Monitoraggio dati e allarmi
Da pannello operatore è
possibile:
Allarme alto
livello e
comando di
emergenza con
galleggiante
Monitoraggio
temperatura
motore
Monitoraggio
infiltrazione
statore
Monitoraggio
livello e allarme
disfunzione
sensore
•Comandare manualmente la
pompa
•Selezionare la pompa in
automatico
•Visualizzare livello vasca
•Visualizzare frequenza di
lavoro
•Visualizzare la potenza
assorbita
•Visualizzare le ore di lavoro
•Visualizzare i livelli di
comando
•Visualizzare gli allarmi
•Ecc.
Siti di Experior e del simulatore di risparmio
SITO EXPERIOR ITALIANO
http://www.flygt.com/enus/Pumping/ExperiorIT/Pages/default.aspx
SITO CALCOLATORE RISPARMIO
http://www.flygt.com/enus/Pumping/Experior/Energy_savings_calculator/Pages
/Energy%20savings%20calculator.aspx
Esempi di impianto
DN 200 10m
20 l/s
0,6 m/s
H Geodetica 4m
H totale
5m
Rapporto
80%
Ore lavoro 1460
Girante già N
Risparmio 10%
P
DN 150 450m
20 l/s
1 m/s
P
DN 150 1500m
20 l/s
1 m/s
P
H Geodetica 4m
H totale
8m
Rapporto
50%
Ore lavoro 2190
Gir. monocanale
Risparmio 48%
H Geodetica 4m
H totale
16m
Rapporto
25%
Ore lavoro 2920
Gir. monocanale
Risparmio 61%
Sollevamento P3 - Sardegna
Abbiamo sostituito 2 CP 3152 MT 430 da 13,5 kW con 2 NP 3153
MT 431 da 13,5 kW, 28A e installato un nuovo quadro elettrico con
azionamenti SmartRun.
Consumo medio mensile reale relativo al
mese di agosto 2011 sollevamento P3
191 kWh giorno
Consumo medio mensile reale relativo al
mese di agosto 2012 sollevamento P3
121 kWh giorno
Risparmio percentuale 35%.
ovvero € 4.500,00 anno
Sollevamento in Lombardia
In questo caso il Cliente aveva il grosso problema che le 4 macchine esistenti
(modello di punta della concorrenza) si intasavano spesso e settimanalmente
una macchina era da disintasare manualmente).
Abbiamo proposto una prova con la nostra NP 3202 chopper da 30 kW 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 verificato 20%
Calcolo economico
Risparmio energetico
63.490 kWh/anno X 0,223 euro/kWh = 35.525,00 Euro
Risparmio costi personale
6 h/sett. X 52 settimane X 15 euro/h =
4.680,00 Euro
Pulizia bimestrale con autospurgo e relativo smaltimento
= 10.000,00
___________________
Totale
50.205,00 Euro
___________________
Sistema di automazione e controllo
Per avere sempre il controllo della rete fognaria
•
Controllo totale degli impianti
periferici e della rete da postazione
remota
•
Gestione degli allarmi e protocolli di
intervento in base alla gravità
•
Interventi programmati e non “in
emergenza”
•
Analisi dei dati per attuare gli
adeguamenti necessari al corretto
funzionamento della rete
•
Salvaguardia dell’ambiente
Analisi comparativa dati di funzionamento
• Funzionamento pompe ( assorbimento / portata )
• Condotta mandata ( valvole / ostruzioni )
Efficienta
mento
degli
impianti di
pompaggi
o
44
25 March 2013
Analisi comparativa dati di funzionamento
• Controllo dei livelli in arrivo (stato condotte / scaricatori )
Analisi comparativa dati di funzionamento
• Controllo degli sfiori (individuazione impianti sottodimensionati)
• Impianti con capacità maggiore del necessario