Fattori per l'installazione di pompe nelle applicazioni di irrigazione e acque sotterranee
Sapevi che circa il 10% dell'elettricità mondiale viene consumata dalle pompe elettriche? Tale tasso di consumo potrebbe essere ridotto di quasi la metà se le apparecchiature obsolete venissero adattate con le tecnologie di pompaggio ad alta efficienza energetica che esistono oggi. Questa statistica presenta un enorme potenziale per i membri del settore delle pompe per avere un impatto nella conservazione del clima e nella riduzione dell'energia, sfruttando al contempo nuove opportunità di business. Questo articolo presenterà tre esempi di come questi cambiamenti nel settore del pompaggio delle acque sotterranee possano fare la differenza.
L'efficienza della pompa, il consumo energetico, la facilità/velocità di manutenzione, la comprovata affidabilità e disponibilità delle pompe incidono tutti sul costo totale di proprietà: questi sono fattori importanti quando si seleziona una pompa o un sistema per una nuova installazione o un retrofit. Il tipo di attrezzatura selezionata influisce su due diverse linee di fondo:
Il secondo è il costo di proprietà a vita. Sulle pompe più grandi (dimensioni del motore), dal 5% al 10% circa del costo si riferisce all'investimento e una stima dal 2% al 4% si riferisce alla manutenzione della pompa per tutta la sua durata. Quindi circa il 90% indica il consumo energetico, il che significa che l'efficienza è il vero motore per la riduzione delle spese operative (opex) durante il funzionamento della pompa. Supponiamo che una pompa consumi 100 chilowattora (kWh) di energia. Un punto di miglioramento dell'efficienza si trasforma facilmente in una riduzione di potenza da 5.000 a 7.500 kWh anno dopo anno, a seconda delle ore di funzionamento giornaliere.
Di seguito sono riportati tre esempi di pompe comuni utilizzate nel settore delle acque sotterranee e dell'irrigazione e dei fattori che dovrebbero essere considerati quando si seleziona ciascun tipo di pompa.
Pompa sommergibile a magneti permanenti
Nel 1929, la prima pompa a turbina sommersa fu progettata per essere installata in un pozzo dove il motore e la pompa erano entrambi sott'acqua. La maggior parte dei motori sommersi sono motori sommergibili asincroni a induzione a filo avvolto con un design rotore/statore e sono in circolazione da anni. I motori sommersi a bassa potenza (hp) che incorporano un design a magneti permanenti sono sul mercato da 20 anni. Dai un'occhiata più da vicino al motore sommerso per acque sotterranee a magneti permanenti (PM) da 6 pollici. Sul motore PM, l'avvolgimento del filo della vecchia scuola viene sostituito con un design ad alta efficienza a magneti permanenti.
Con l'aumento del flusso e del carico dinamico totale (TDH) (1.500+galloni al minuto [gpm]/2.000 piedi+TDH), le applicazioni per le installazioni di acque sotterranee aumentano sicuramente. La temperatura massima del liquido per i motori standard è di 104 F, mentre alcuni motori PM sommersi sono aerati a 140 F. In un motore PM, l'efficienza è maggiore e le perdite sono inferiori. Ciò significa che viene generato meno calore dal motore, il che aiuta il motore a gestire temperature del liquido più elevate, quindi un motore più forte ed efficiente.
I produttori offrono anche la costruzione del motore in acciaio inossidabile 304 (SS) e un'opzione per l'acciaio 904 L quando può essere presente acqua aggressiva. Alcuni motori PM vengono forniti di serie con un silicio/silicio
tenuta meccanica in carburo. Un'altra caratteristica importante da ricercare nella progettazione di un motore PM è che i magneti sono protetti in un involucro scatolato in acciaio inossidabile. Questo aiuta ad evitare la smagnetizzazione e aumenta la robustezza del motore.
Tutti i motori PM necessitano di un azionamento a frequenza variabile (VFD) per il funzionamento, il che comporta vantaggi. Poiché i motori PM sono diversi rispetto ai motori asincroni, ecco alcune cose da sapere sul funzionamento di un motore PM:
Il motore è un magnete permanente interno (IPM), quindi non tutti i VFD funzioneranno. Il VFD deve essere progettato e configurato per far funzionare motori sommersi IPM PM. Utilizzare solo un VFD progettato per far funzionare i motori PM per sicurezza, o controllare un VFD di marca diversa per la compatibilità IPM con i motori sommersi PM.
Pompa multistadio verticale
La prima pompa in linea multistadio verticale al mondo è stata sviluppata nel 1971. Questa pompa è diventata uno standard del settore delle acque sotterranee e continua a spingere i limiti di ciò che è possibile per gli utenti. Il primo è stato sviluppato per un agricoltore che aveva bisogno di una pompa per l'irrigazione della falda freatica. Al giorno d'oggi, molti produttori forniscono questo tipo di pompa per acque sotterranee residenziali, agricoltura, trasferimento dell'acqua, municipali, industriali e altro ancora.
La selezione del produttore della pompa è importante per garantire che il produttore fornisca esperienza dimostrando affidabilità, prestazioni, efficienza e basso costo di proprietà. Negli ultimi due anni,
queste pompe di tipo multistadio verticale hanno mostrato ulteriori miglioramenti, soprattutto in termini di efficienza energetica e migliori capacità di aspirazione (altezza di aspirazione positiva netta o NPSH).
Azionamenti a frequenza variabile e/o inverter solari rinnovabili
I VFD possono controllare le prestazioni della pompa PM sommersa e multistadio verticale regolando la velocità del motore. Aiutano anche a far funzionare la pompa vicino al punto di massima efficienza (BEP), il che aiuta a ridurre il consumo di energia.
Quando si seleziona un VFD per le pompe, è importante selezionarne uno progettato per far funzionare le pompe. Un VFD progettato specificamente per le pompe fornisce un'ottima protezione della pompa contro sovraccarico, sottocarico, perdita di gamba, sovratensione, sottotensione, squilibrio di fase, funzionamento a secco e altro.
Il VFD avvierà la pompa come un soft start, quindi questo riduce la corrente di spunto. La tecnologia di avviamento graduale riduce anche lo stress del colpo d'ariete sulla pompa e sulle linee di alimentazione. I veri VFD della pompa sono programmati per le applicazioni di pompaggio e una procedura guidata di configurazione rapida può aiutare a configurare i VFD in pochi minuti poiché molti parametri sono precaricati per tipo di pompa.
Alimentare le pompe con energia rinnovabile
Esistono tre modi per alimentare le pompe sommergibili PM o le pompe multistadio verticali. Il primo è l'alimentazione di rete a 460 volt fornita da una società di servizi pubblici.
Un altro modo è guardare al funzionamento delle normali pompe a corrente alternata (alimentazione di rete CA) con alimentazione a corrente continua (CC). I progressi nella tecnologia degli inverter solari consentono di far funzionare un'ampia varietà di pompe e potenze maggiori con tensione CC. Gli inverter solari stanno diventando sempre più popolari per alimentare pompe e motori nuovi ed esistenti. Possono essere programmati per fornire tutte le opzioni e la protezione offerte da un VFD.
Un ultimo esempio di funzionamento dei sistemi di pompaggio consiste nell'incorporare il meglio di entrambi i mondi, utilizzando e combinando sia l'alimentazione CA che CC. Gli inverter solari ora dispongono della tecnologia per combinare simultaneamente l'alimentazione CC e CA. Sia la combinazione di CA e CC che l'uso della sola CC offrono risparmi e un modo per offrire agli utenti qualcosa che può avere un impatto. L'aumento dell'efficienza del 10% può consentire agli utenti di erogare più acqua a parità di CV e può anche ridurre il numero di pannelli solari richiesti in alcune applicazioni.
Gli utenti delle acque sotterranee e delle pompe di irrigazione hanno l'opportunità di fornire acqua facendo anche la loro parte per ridurre l'impronta di carbonio e avere un impatto positivo sull'ambiente.