Strategie per aumentare l'efficienza energetica delle pompe centrifughe

L'implementazione di strategie per aumentare l'efficienza energetica delle pompe centrifughe può, in molti casi, ridurre i costi energetici del sistema di pompaggio di un impianto fino a 20% e, come sappiamo, questo è uno dei costi che incide maggiormente sulle industrie.

D'altra parte, nel settore industriale di processo, il prezzo di acquisto di una pompa centrifuga rappresenta in genere da 5 a 10% del costo totale di proprietà, considerando le attuali pratiche di progettazione. Il costo del ciclo di vita (LCC) di un sistema di pompe da 100 CV, compresi i costi di installazione, funzionamento, manutenzione e smantellamento, sarà più di 20 volte il prezzo di acquisto iniziale.

Pertanto, l'implementazione di strategie per incrementare l'efficienza energetica delle pompe centrifughe in un mercato che non dà tregua ai costi è una considerazione sempre più importante, per cui è necessario tenere presente che, una volta installata una pompa, la sua efficienza è determinata principalmente dalle condizioni di processo, e i principali fattori che influenzano le prestazioni includono:

1. Efficienza della pompa e dei componenti del sistema.
2. Progettazione complessiva del sistema.
3. Controllo efficiente della pompa.
4. Cicli di manutenzione adeguati. 

Quando si cerca di ottenere efficienze meccaniche di progetto, i produttori di pompe devono lavorare a stretto contatto con gli utenti finali e gli ingegneri progettisti, in modo da prendere in considerazione tutti questi fattori al momento di specificare le pompe da utilizzare in un'installazione, poiché devono andare oltre i costi energetici ed evitare problemi futuri nell'impianto dovuti a varie perdite all'interno del sistema.

A questo proposito, spieghiamo come ottenere un efficace controllo della portata delle pompe centrifughe applicando le migliori strategie per aumentare l'efficienza energetica delle pompe, nonché effettuando un'analisi specifica delle perdite che si verificano durante il funzionamento delle pompe.

Tra le soluzioni che possono ridurre al minimo queste perdite di energia nel sistema vi è l'utilizzo di alcune strategie per aumentare l'efficienza energetica delle pompe centrifughe, quali:

• Considerare la sostituzione con pompe di dimensioni adeguate, poiché le condizioni operative effettive sono molto diverse (variazione della prevalenza o della portata di oltre il 25% a 30%) rispetto alle condizioni di progetto.
• Impostare il funzionamento di più pompe in serie o in parallelo in base alle esigenze dell'impianto.
• Ridurre il numero di pompe (quando i requisiti di pressione, prevalenza e portata del sistema sono inferiori).
• Migliorare la progettazione delle tubazioni per ridurre le perdite per attrito è una delle più importanti strategie di efficienza energetica per le pompe centrifughe, riducendo il numero di curve e valvole nel sistema di tubazioni.
• Evitare il processo di strozzatura per ridurre la portata richiesta.
• Accorciare o sostituire le giranti quando la capacità richiesta è bassa grazie all'uso di azionamenti a velocità variabile.

Tipi di perdite nel sistema di pompaggio da evitare quando si implementano strategie per aumentare l'efficienza energetica delle pompe centrifughe

• Perdita di attrito meccanico tra parti fisse e rotanti per ciascuno dei componenti, che dipenderà dal tipo e dalle condizioni della pompa.. Per evitare questo problema è importante mantenere una corretta lubrificazione dei cuscinetti e dei premistoppa.
• Perdita di attrito del disco tra il liquido e le facce rotanti esterne dei dischi del rotore. Il gioco assiale influisce sulla perdita di potenza. Qualsiasi elemento fluido a contatto con il disco rotante sarà trascinato con esso, almeno per un breve tratto, e durante questa corsa l'elemento sarà necessariamente soggetto alla forza centrifuga. 

Si tratta del momento di attrito che ha creato su scala molto piccola l'effetto di pompaggio che la spinta diretta delle pale della girante crea su scala effettiva. Tuttavia, sembra probabile che, nello spazio tra il disco e l'involucro, la distanza assiale influenzi le componenti di velocità radiali e tangenziali. 

Se questa distanza è grande, sarà facile che grandi quantità di liquido entrino nella circolazione secondaria e quindi rubino energia al disco, mentre se la distanza è piccola, l'energia dovrebbe essere minore.

• Perdita di potenza per dispersione. Si verifica quando il fluido che perde viene spurgato dal flusso principale in più punti, ciascuno a pressioni diverse, causando perdite in una regione diversa dagli anelli di tenuta. Le perdite attraverso i premistoppa o le tenute meccaniche possono essere ridotte intervenendo di tanto in tanto su queste perdite.
• Perdita di potenza idraulica. Questo tipo di perdita può verificarsi sia nel rotore che nel recuperatore. Questo è un buon segno che indica la necessità di cercare strategie per aumentare l'efficienza energetica delle pompe centrifughe per ridurre al minimo i costi.

La stragrande maggioranza dei sistemi di pompaggio opera lontano dal punto di massima efficienza (BEP). Per ragioni che vanno dalla progettazione, dalle specifiche e dagli acquisti miopi o troppo conservativi a decenni di cambiamenti incrementali nelle condizioni operative, la maggior parte delle pompe, delle tubazioni e delle valvole di controllo sono troppo grandi o troppo piccole. 

In previsione di una futura crescita del carico, l'utente finale, il fornitore e gli ingegneri progettisti aggiungono abitualmente da 10 a 50% di «margini di sicurezza» per garantire che la pompa e il motore siano in grado di gestire gli aumenti di capacità previsti.

In queste circostanze, la curva di capacità di prevalenza si interseca con la curva di prevalenza del sistema a una capacità di gran lunga superiore alla portata richiesta, con un eccesso di potenza. Naturalmente, la pompa può essere riportata alla capacità richiesta e la potenza viene ridotta. 

È possibile ottenere significativi risparmi energetici se, al momento della selezione delle condizioni di servizio, si adottano ragionevoli restrizioni per evitare l'uso di margini di sicurezza eccessivi fino all'ottenimento della condizione di servizio nominale. Tuttavia, in un impianto esistente, se le pompe presentano margini eccessivi, è possibile applicare altre strategie per aumentare l'efficienza energetica delle pompe centrifughe:

1. La girante esistente può essere tagliata per soddisfare le condizioni di servizio richieste per l'installazione.
2. È possibile ordinare una girante di ricambio con il diametro ridotto richiesto presso il produttore della pompa.
3. In alcuni casi, per la stessa pompa possono essere disponibili due modelli di girante separati, uno dei quali ha una larghezza più ridotta rispetto a quello fornito in origine. Il ricambio più stretto avrà la sua migliore efficienza a una capacità inferiore rispetto alla girante di larghezza normale.

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