e come ridurli al minimo

Grundfos Water Journal
I costi di esercizio negli impianti per le acque reflue
- e come ridurli al minimo
Perché preoccuparsi dei costi di
esercizio?
Perché preoccuparsi dei costi di esercizio degli impianti di pompaggio? Ebbene se vi interessa ridurre i consumi energetici, questo
è il punto da cui cominciare:
Quasi il 20% dell’energia elettrica mondiale
è utilizzata per gli impianti di pompaggio
E non meno del 30% - 50% dell’energia
consumata dagli impianti di pompaggio
potrebbe essere risparmiata! Per i dettagli visitate il progetto Energy Project
(www.energyproject.com), sul sito web di
Grundfos o contattateci direttamente.
Thames Water: ”L’energia incide sui costi
totali per l’85%”
Per essere più precisi, quali sono le cifre nel
pompaggio delle acque reflue?
Il potenziale di risparmio è pari a quello degli
altri impianti. E non è solo Grundfos a dirlo.
Ad esempio, Thames Water ha condotto una
ricerca per individuare il costo di gestione reale dei propri impianti di pompaggio durante il
loro periodo totale di servizio.
I risultati ottenuti sono indicati a destra.
Impianti di pompaggio
Altri utilizzi
La scelta dell’efficienza ripaga
Dall’analisi di Thames Water possiamo trarre
una conclusione semplice:
Una spesa oculata si basa sul costo totale di
esercizio dei sistemi di pompaggio nel tempo
– non solo sul prezzo di acquisto iniziale.
Come mostra il grafico, la decisione di acquistare una pompa più efficiente si ripaga velocemente – e continua a produrre profitti reali.
SmartTrim è un’esclusiva di Grundfos – per
maggiori dettagli vedere l’articolo sulla distanza fra la girante e il corpo pompa e il relativo
impatto sui costi totali.
Pompa più economica
a basso rendimento
Costo di esercizio
Costo iniziale 5%
Costo di manutenzione 10%
Costo per l’energia 85%
Pompa a rendimento
elevato con SmartTrim
i ges
d
Costi
Costo iniziale
e
nzion
anute
em
tione
Costi di gestione e manutenzione
Punto di recupero
dell’investimento
Tempo di recupero dell’investimento
Tempo
Come posso ridurre i costi a lungo termine?
In parole semplici, l’analisi basata sui costi di
esercizio è finalizzata a risparmiare su consumo energetico, manutenzione e riparazione e,
a lungo termine, ripaga. Ma come riuscirci?
Questa presentazione ha tre obiettivi
principali:
•
•
•
Fornire una panoramica dell’impatto del
rendimento e della manutenzione della
pompa sui costi di esercizio totali
Fornire la prova concreta di come potete
utilizzare le pompe per le acque reflue
Grundfos per ridurre i costi di gestione
totali
Illustrarvi delle equazioni che potrete
utilizzare par valutare i vostri costi
di esercizio
Gli elementi dei costi di esercizio
Per valutare il costo totale di esercizio derivante dal possesso e dall’utilizzo di una pompa per
acque reflue, si devono considerare i seguenti
elementi. Molti ne trascurano alcuni o non li
considerano nell’insieme. Ma vale la pena fare
uno sforzo e prenderli in esame tutti. E naturalmente basarsi su dati precisi, non su supposizioni. Questi elementi sono:
•
•
•
•
•
•
•
•
Cic = costo iniziale, prezzo di acquisto
Cin = installazione e messa in servizio
Ce = costi energetici
Co = costi di gestione
Cm = costi di manutenzione
Cs = costi dovuti a interruzioni di servizio
Cenv = costi ambientali
Cd = disinstallazione e smaltimento
Fase di programmazione e progettazione
• Qual è il miglior investimento?
• Devo sostituire le vecchie pompe con
altre nuove? E quali sono le pompe
migliori?
• Quali sono le pompe più idonee per il
design del mio progetto? E qual è il
miglior design?
Fase di acquisto
• Qual è la miglior soluzione per le mie
necessità?
Il periodo di valutazione è generalmente di 10
anni.
Quando eseguire un’analisi dei costi
di esercizio?
Sono due le fasi in cui l’analisi dei costi di esercizio è utile a livello commerciale: quando si
programma/progetta un impianto e quando si
acquistano le relative pompe. Conoscere l’esatto costo di esercizio delle diverse soluzioni vi
aiuterà a rispondere a domande quali quelle
riportate di seguito.
Design del sistema di pompaggio
Dimensioni e prezzo della pompa
Ripartizione dei costi
Energia specifica
Ridotto rendimento della pompa
Perdite
Analisi dei costi di esercizio della pompa
Impatto di una maggiore distanza fra la
girante e il corpo pompa
Attuale valore dei costi di esercizio
X3
X1
Min. F + F1
+ 200 mm
Min. 200 mm
Lx)
X2
Min. 200 mm
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Min. 100 mm
Min. 200 mm
Argomenti
Ci sono molti elementi da considerare per ridurre i costi di esercizio totali. Questa presentazione tratta i seguenti argomenti:
F1
A
60o
F
Costi
I possibili tranelli dell’analisi dei costi
di esercizio
L’analisi dei costi di esercizio è uno strumento
eccellente per confrontare le varie offerte tenendo presenti i vantaggi per l’utente. Potrete
focalizzarvi sul costo totale e non sul solo prezzo di acquisto iniziale.
È tuttavia importante disporre dei dati corretti. Se le cifre utilizzate per valutare i costi
energetici e di manutenzione sono basate su
supposizioni, il risultato dell’analisi non sarà
affidabile. Quindi, verificate i dati!
Tenendo presente questo, esaminiamo ora più
attentamente la fase di programmazione e
progettazione – e gli elementi da considerare.
Progetto dell’impianto di pompaggio
Quando si progetta un impianto di pompaggio, i costi delle apparecchiature e i costi di
gestione sono direttamente correlati alla dimensione della tubazione premente.
Un diametro ridotto del tubo ascendente
comporta
• Minor costo di acquisto della tubazione premente
• Maggior investimento per la pompa
• Costi energetici più elevati
La tubazione premente viene scelta in base ai
seguenti fattori:
• Economia
• Diametro interno richiesto per il tipo di
applicazione
• Portata minima richiesta
• Velocità dell’applicazione
200
Price/PN
(%) PN (%)
Prezzo
100
Dimensioni del tubo
0
Velocità di flusso
1. Costo di acquisto della tubazione premente
2. Costo di acquisto della stazione di pompaggio
3. Costo dell’energia
4. Costo totale
Progettazione della stazione di pompaggio
Quindi cosa scegliere? Il diametro ottimale
del tubazione premente dipende dal tipo di
funzionamento della stazione di pompaggio:
continuo o a intermittenza.
2
50
10
100
PN (kW)
500
I costi reali delle stazioni di pompaggio di
piccole dimensioni
Come mostra l’immagine, nelle stazioni di
pompaggio di piccole dimensioni la manutenzione è in realtà il principale fattore di costo e
precede di poco il consumo energetico.
43%
Costi di manutenzione

40% Costi energetici
• Le stazioni con un numero di ore di funzionamento relativamente limitato possono
essere connesse a tubazioni prementi di dimensioni inferiori, perché è accettabile una
perdita di carico (pdc) superiore. Per compensare la maggior pdc dovrete far fronte a costi
energetici maggiori, ma questi ultimi non saranno necessariamente elevati.
• Le stazioni con un numero di ore di funzionamento elevato devono essere connesse
a tubazioni prementi di dimensioni superiori
per ridurre l’attrito, riducendo così anche il
consumo energetico di ogni ora di funzionamento.

16%
Prezzo di acquisto

1%
Costi ambientali
I costi reali delle stazioni di pompaggio di
dimensioni elevate.
Questo contrasta con l’immagine generale
delle stazioni di pompaggio di grandi dimensioni, dove i calcoli di Grundfos sono in linea
con l’analisi di Thames Water.
10%
Costi di manutenzione

84% Costi energetici

5%
Prezzo di acquisto

Funzionamento intermittente < 1000
Funzionamento
continuo
0
20
40
60
80
100 120 140 160 180 200
Consumo energetico / manutenzione …
Nelle pompe per acque reflue di potenza inferiore (10kW o meno), il consumo energetico
non è necessariamente il punto principale da
considerare.
Il numero di ore di funzionamento annue spesso è basso e il prezzo di acquisto di una pompa
efficiente può sembrare alto.
Ed è qui che si devono considerare i costi di manutenzione associati ai diversi tipi pompe.
1%
Costi ambientali
Conclusioni
Per riassumere, durante la fase di programmazione e progettazione si devono considerare
diversi elementi.
• Nelle stazioni di grandi dimensioni, una
elevata efficienza della pompa è molto più
importante del prezzo di acquisto iniziale – se
desiderate risparmiare nel lungo periodo.
Calcolo dell’energia specifica
L’energia specifica è funzione della portata.
Pgr è l’energia assorbita dall’unità.
Ne consegue che l’energia specifica misurata
in kWh/1000 m3 è:
Dove
µ= 0,6 è un coefficiente di flusso
g = 9.81 m/s2
D = mm
t = mm
H=m
Pompa standard con raccordo di mandata
metallo-metallo
Portata dissipata Q
• Per stazioni di piccole dimensioni e/o con
funzionamento discontinuo, un funzionamento affidabile e senza problemi è più importante dell’efficienza energetica. Qui i costi
di manutenzione risultano i più importanti.
La densità þ 1000 kg/m3
Di seguito troverete qualche calcolo insieme a
delle considerazioni molto dettagliate.
Evitare i tranelli dei calcoli
Spesso i calcoli del consumo energetico partono da presupposti che impediscono di ottenere risultati precisi. Ecco come evitare i tranelli
più frequenti:
•
•
•
Non presumere mai che l’efficienza della
pompa rimanga invariata
– si deve considerare l’influenza di un pos
sibile ingresso d’aria. Ma molti non lo fanno.
Non dimenticare l’influenza dell’usura
– considerare sempre gli standard di prova
Non eseguire il calcolo solo per una pompa
singola che funziona a un punto di lavoro
fisso
– è importante includere l’influenza di
funzionamento in parallelo e a punti di
lavoro variabili
Energia specifica: il costo per muovere l’acqua
Proviamo a calcolare. Un dato utile da conoscere è l’“energia specifica” del vostro impianto. Il
principio è semplice: un impianto di pompaggio è progettato per spostare un certo volume
di acque reflue dal punto A al punto B.
Calcolo dell’energia specifica
Un esempio:
Capacità della pompa: 1000 l/s
Prevalenza della pompa: 11,8 m
Rendimento totale: 76%
Potenza assorbita: 152 kW
Perdite
Un altro importante elemento che viene spesso dimenticato è il problema delle perdite che
si verificano tra la flangia di mandata della
pompa e il piede di accoppiamento – nelle
pompe standard, le perdite si riscontrano in
particolare nei raccordi metallo-metallo.
La sezione di pompaggio è
E la portata dissipata è
• L’“energia specifica” ci indica il costo per lo
spostamento di tale volume in Watt/ore per
m3 pompato
Energia utilizzata
Volume pompato
Energia specifica
Pompa standard con attacco pompa/piede
metallo-metallo
Portata dissipata Q
Perdite, attacco piede/pompa
metallo-metallo
La portata Q è quindi
Perdita di portata Q
Riduzione del rendimento della pompa
Le perdite causano una riduzione dell’efficienza della pompa.
Un esempio:
Flangia di mandata della pompa: DN350
Piede di accoppiamento: DN350
Apertura della perdita: 3 mm
Prevalenza della pompa: 45 m
0,0042 x 350 x 3 = 30 l/s
Pompa convenzionale con raccordo in mandata metallo-metallo
Portata dissipata Q
Evitate le perdite con SmartSeal
Grundfos ha progettato una soluzione che impedisce tali perdite: una tenuta in gomma sagomata tra la mandata della pompa e il piede
di accoppiamento impedisce il trafilamento.
Piede di accoppiamento in DN65 – DN500
Altre cause di perdita
Le perdite riducono l’efficienza della pompa e
possono avere diverse cause:
H
η
H
H’
η
η’
• Le perdite interne possono essere il risulta to di pressione differenziale tra la girante e
il corpo pompa.
•
Sostanze abrasive come sabbia e ghiaia nelle acque reflue e nell’acqua piovana
possono causare l’aumento della
distanza tra la girante e il corpo pompa.
Q
100
s = 1 mm
• Perdite si verificano comunemente nel
raccordo di mandata
L’esperienza dimostra che l’efficienza della
pompa diminuisce dell’1-3% l’anno nelle applicazioni per acque reflue
Distanza girante/corpo pompa e calo di rendimento della pompa
La diminuzione del rendimento può essere
causata da un aumento della distanza fra la
girante e il corpo pompa.
In questo esempio, la curva descrive una pompa da 200 kW con girante bicanale e l’impatto
dell’aumento della distanza fra la girante e il
corpo pompa.
Al momento della consegna, la distanza è pari
a 1 mm, ma non rimane così. E con l’aumento
della distanza, l’efficienza diminuisce.
Questa curva mostra la differenza di rendimento e efficienza causata da un aumento
della distanza a 3 mm e 6 mm.
80
80
60
60
40
40
20
20
0
0
Semi-aperta
S
S
S
200
300
400
500
600
0
Riduzione del rendimento nei diversi tipi
di pompa
In pratica, le pompe per acque reflue in funzione da qualche tempo diventano meno efficienti rispetto a quando erano nuove. Tuttavia,
una distanza regolabile può essere di grande
aiuto. In media, il rendimento dei diversi tipi di
girante diminuisce come indicato di seguito:
•
•
•
•
Girante semi-aperta senza luce
regolabile: - 5%
Girante semi-aperta con luce
regolabile: - 3%
Girante chiusa senza luce in aspirazione
regolabile: - 3 % (luce radiale)
Girante chiusa con luce in aspirazione
regolabile: - 1.5 % (luce assiale)
S
S
S
100
S
S
Chiusa; luce radiale
S
Chiusa; luce assiale
Rispristino dell’efficienza della pompa
Fortunatamente, le pompe Grundfos possono essere riportate all’efficienza che avevano
al momento di lasciare la fabbrica – grazie a
SmartTrim.
Calcolo dell’effetto dell’aumento della
distanza fra girante e corpo pompa
La pressione fuori dalla luce è circa la metà della prevalenza della pompa (H/2)
Il coefficiente di flusso per le luci è circa 0,6
In base a quanto sopra, possiamo calcolare la
portata dissipata:
SmartTrim Grundfos
SmartTrim è un sistema che consente di regolare la distanza fra la girante e il corpo pompa senza scollegare o smontare la pompa. Le
pompe per acque reflue tradizionali devono
essere staccate dai tubi e smontate, quindi
SmartTrim è un modo molto più veloce e facile
per ripristinare il rendimento.
Il valore relativo della riduzione di rendimento
è:
Di seguito sono riportate le formule che vi
consentiranno di calcolare come influisce la
distanza sul rendimento della vostra pompa.
L’usura e la distanza fra girante e corpo pompa
L’usura aumenta l’effetto di distanza fra la
girante e il corpo pompa riducendo così l’efficienza della pompa. A meno di non ripristinare l’impostazione di fabbrica, l’efficienza
continuerà a diminuire come indicato.
Calcolo dell’effetto dell’aumento della
distanza fra girante e corpo pompa
Il diametro in aspirazione della girante è
Diminuzione del rendimento della pompa in punti
Distanza fra la girante e il corpo pompa
impostata in fabbrica
Attorno al punto di efficienza ottimale, la velocità di aspirazione è 4,5m/s
L’area di aspirazione è
Anni
H
H
H’
η
η
η’
Q
Calcolo dell’effetto dell’aumento della
distanza fra girante e corpo pompa
Un esempio:
Portata pompa: 1800 l/s
Prevalenza pompa: 20 m
Luce girante: 2 mm
Valore dei costi di esercizio
Valore dei costi di esercizio = costo di acquisto
+ PV (valore) di:
– costi energetici
– manutenzione di routine
– parti di ricambio di routine
– revisioni programmate
– parti di ricambio delle revisioni
PV= costo annuo / [1+(tasso di interesse – tasso di inflazione)]]1-n - vedere le definizioni nelle
pagine seguenti
Calcolo dell’effetto dell’aumento della
distanza fra girante e corpo pompa
Quando la distanza aumenta, H deve essere
sostituita da
Definizione: Manutenzione programmata
Ai fini di questo calcolo, la “manutenzione programmata” comprende:
Quindi vediamo che l’aumento della distanza
fra girante e corpo pompa causa una perdita di
rendimento pari all’11%.
La portata dissipata aumenta e di conseguenza
aumenta la velocità di vortice tra corpo pompa
e girante, riducendo così la pressione all’esterno dell’aspirazione.
Misurazioni in situazioni reali dimostrano che
questo fattore praticamente raddoppia la diminuzione di pressione, il che significa che H può
essere sostituita da
L’equazione che abbiamo visto sopra diventa
Calcolo dell’effetto dell’aumento della
distanza fra girante e corpo pompa
Dopo aver elaborato l’equazione e le unità,
possiamo calcolare la riduzione relativa di
rendimento e prevalenza tramite le equazioni
seguenti
dove:
Q = l/s
H=m
S = mm
e
sono valori relativi. L’equazione è
approssimativamente valida attorno al punto
di efficienza ottimale.
1.
2.
3.
Controllo annuale e rispristino della
distanza fra la girante e il corpo pompa
Questo è consigliato per le pompe con
distanza regolabile quando lo spazio è pari
a 2 mm
Controllo dell’olio
Controllo visivo della pompa / stazione di pompaggio
Guardare avanti ci permette di
offrirvi le migliori soluzioni anche per il futuro
Valore dei costi di esercizio
Un’altra utile formula serve a calcolare il valore
della riduzione al minimo dei costi di esercizio
totali. Può essere molto istruttivo farsi un’idea
di quanto risparmiereste oggi spendendo un
po’ di più.
Cp= elemento di costo
n= numero di anni
i = tasso di interresse
p= inflazione annua media prevista
i-p = tasso netto reale
Valore dei costi di esercizio
Un esempio:
Elemento di costo considerato su un periodo
di 10 anni
Tasso di interesse: 5%
Inflazione media annua: 2%