Aquatech, azienda specializzata in tecnologie elettriche e per l'automazione, ha ridotto il consumo energetico di un’azienda idrica tedesca grazie all’implementazione di motori IE4 e convertitori di frequenza di Eaton. Grazie alla collaborazione, il nuovo sistema di pompaggio degli acquedotti impiega ora il 15% in meno di energia, riducendo al contempo i costi operativi e di manutenzione.
Situata in un’area rurale della Baviera, Zweckverband Stauden-Wasserversorgung fornisce circa 2,4 milioni di metri cubi di acqua potabile a 37.000 persone attraverso una rete di tubature che si estende per una lunghezza totale di circa 570 chilometri. Quando l’azienda ha deciso di effettuare un aggiornamento della sua stazione di pompaggio, il contratto è stato assegnato ad Aquatech AG, un Solution Partner di Eaton, specializzato in sistemi di approvvigionamento idrico, smaltimento delle acque reflue e impianti per le energie rinnovabili.
Diminuire gli sprechi
In precedenza, la stazione di pompaggio consumava fino a 2,5 milioni di kW/ora di energia, principalmente per riempire le tre torri idriche e per pompare l’acqua trattata all’interno delle tubature. Per gli standard odierni, il consumo energetico non era solo elevato, ma rappresentava anche un fattore di costo consistente; l’obiettivo dell’aggiornamento era quindi ridurre i costi del ciclo di vita e migliorare l’efficienza generale del sistema.
Una delle cause dell’inefficienza dell’impianto nella configurazione precedente era costituita dall’impiego di valvole a saracinesca volte a regolare la portata, così da evitare gli sbalzi di pressione all’avvio. Inizialmente chiuse, queste venivano aperte lentamente una volta raggiunta la capacità massima delle pompe, aumentando gradualmente la pressione nel sistema di approvvigionamento idrico. Ciò comportava uno spreco dell’energia generata dai motori poiché le pompe operavano "contro" le valvole a saracinesca chiuse durante l'avvio.
Dal punto di vista delle prestazioni, questa tecnologia di azionamento era particolarmente inefficace in quanto la velocità delle pompe era fissa. Pertanto, le pompe non potevano lavorare in modo ottimale: funzionavano a piena potenza oppure non funzionavano del tutto. Inoltre, una valvola di non ritorno evitava che l'acqua venisse respinta dal sistema di alimentazione quando non necessaria. Sebbene le valvole a saracinesca venissero impiegate per ridurre il flusso inverso durante gli arresti, ogni arresto comportava una maggiore usura delle valvole di non ritorno.
Protagonista la tecnologia Eaton
Collaborando con il cliente, Aquatech ha sviluppato un nuovo sistema di azionamento basato su motori IE4, efficienti dal punto di vista energetico, e su convertitori di frequenza PowerXL DG1 di Eaton. L’azienda ha inoltre implementato una soluzione per il controllo della velocità del motore che assicura un avvio e uno spegnimento senza problemi, oltre a prevenire che le pompe operino contro le valvole. Oltre ad aumentare l’efficienza dell’applicazione, questo ha permesso di ridurre l’usura delle valvole di non ritorno ed evitare l’impiego di valvole a saracinesca.
Il convertitore di frequenza DG1 è stato progettato per il controllo di motori fino alla classe di efficienza più elevata IE4. Grazie ad un algoritmo unico per l’ottimizzazione energetica, azionare i motori con il DG1 consuma tra il 2% e il 10% in meno di energia rispetto agli inverter convenzionali. Tutti i modelli comprendono un filtro EMC Categoria 2 per il collegamento alla rete. È inoltre disponibile una versione IP54 impermeabile, che rende possibile alloggiare i convertitori direttamente nel locale pompe. Non sono quindi necessari né un quadro di comando né un sistema di raffreddamento separati, consentendo un ulteriore risparmio di energia.
La nuova configurazione
Questa configurazione rende inoltre possibile un funzionamento a velocità controllata e, con l’aumento graduale della capacità della pompa all’avvio, è possibile evitare gli sbalzi di pressione e i picchi di tensione che si verificavano nel vecchio sistema. Anche i cambiamenti improvvisi della pressione nelle tubature sono un ricordo del passato, grazie ai convertitori di frequenza che riducono gradualmente la potenza in uscita delle pompe, permettendo alle valvole di non ritorno di chiudersi in maniera molto più delicata.
Il contributo principale in termini di efficienza è costituito dal funzionamento delle pompe al loro punto di lavoro ottimale compreso tra 42 e 53 Hertz. A questo punto, tenendo presente la portata, il sistema di controllo del processo calcola la quantità d'acqua e il numero di pompe necessarie per riempire le torri idriche. In tal modo è possibile risparmiare una notevole quantità di energia rispetto al sistema precedente.
Dispositivo pronto all’uso
Grazie alla funzionalità out-of-the-box e al limitato numero di parametri standard, i drive DG1 possono essere messi in servizio senza bisogno di investire tempo aggiuntivo nella configurazione in loco. Inoltre, grazie ai numerosi protocolli di comunicazione standard di cui sono dotati, Aquatech non ha dovuto aggiungere alcun hardware esterno per metterli in rete. I drive si collegano al PLC e al sistema di controllo del processo tramite Modbus TCP, rendendo possibile il controllo e il monitoraggio centralizzati di tutti i parametri.
"Grazie all'interfaccia Ethernet IP integrata, abbiamo accesso diretto ai convertitori di frequenza individuali installati nella stazione di pompaggio", ha dichiarato Markus Huber, project manager di Aquatech. "Questo semplifica l’implementazione della manutenzione da remoto e aumenta quindi la disponibilità del sistema. Nel complesso, integrare i motori IE4 con i convertitori di frequenza DG1 ha permesso di ridurre i costi energetici dei servizi idrici di circa il 15%. Se si considera una media di 5.000 ore di funzionamento all'anno per ogni convertitore di frequenza, ciò comporterà un notevole risparmio".
