Accoppiamento pompa motore elettrico: quale azionamento scegliere
La scelta della pompa centrifuga è spesso collegata alla scelta dell’azionamento elettrico: illustriamo in questo articolo i criteri da seguire per effettuare l’accoppiamento pompa motore elettrico adatto a una specifica applicazione.
Prima di entrare nel dettaglio possiamo individuare le fasi di questo processo che riassumono i punti più importanti da considerare:
1 – individuazione della pompa centrifuga idonea per l’applicazione
2 – verifica della cavitazione
3 – calcolo della potenza meccanica assorbita
4 – calcolo della potenza elettrica assorbita dal motore
5 – scelta e selezione del motore da accoppiare
6 – installazione del gruppo motore-pompa
Vediamo di seguito ogni fase da vicino, cercando di capire quali sono gli aspetti principali.
Le fasi preliminari dell’accoppiamento pompa/azionamento
1 – Individuazione della pompa centrifuga idonea per l’applicazione
Per scegliere la pompa più idonea per l’impianto è necessario sovrapporre le curve caratteristiche della pompa alla caratteristica della tubazione (vedi figura)
2 – Verifica della cavitazione
Il passo successivo è un punto importante per un corretto funzionamento. La cavitazione è un fenomeno molto conosciuto e studiato: all’interno di un fluido formazione si formano zone di vapore che poi implodono producendo un rumore caratteristico, con la possibilità di creare gravi danni.
3 – Calcolo della potenza meccanica assorbita
Infine si procede al calcolo della potenza meccanica assorbita e della potenza elettrica richiesta per l’applicazione.
Per calcolare la potenza elettrica è opportuno considerare i rendimenti di tipo meccanico (dovuto alla dispersione di energia delle parti in moto) e di tipo elettrico. Entrambi vanno a contribuire al rendimento globale e quindi alla potenza elettrica netta richiesta.
4 – Calcolo della potenza elettrica assorbita dal motore
Nel funzionamento delle pompe centrifughe e di conseguenza sulla scelta dell’azionamento, si deve tenere conto anche delle variazioni della velocità nominale di rotazione e della portata e, conseguentemente, anche di variazioni del punto di funzionamento, che potrebbero provocare un aumento della potenza P assorbita dalla pompa rispetto ai dati iniziali.
Nel determinare la potenza del motore bisogna pertanto considerare margini di sicurezza prescritti dal cliente o da normative tecniche (vedi figura seguente).
Scelta e accoppiamento pompa/azionamento
5 – Scelta e selezione del motore da accoppiare
Nella fase di scelta vera e propria dell’azionamento è necessario affrontare alcuni aspetti, tra cui:
• Verificare le condizioni iniziali: per selezionare il convertitore di frequenza e il motore in modo corretto, verificare il livello di tensione e di frequenza della rete di alimentazione.
• Verificare i requisiti di processo: velocità richiesta, carico effettivo, ecc…
• Selezionare il motore: il motore elettrico va considerato come una sorgente di coppia e deve resistere a sovraccarichi di processo ed essere in grado di produrre una determinata quantità di coppia. Il motore viene selezionato in base ai dati principali di processo: campo di velocità, curve di coppia, metodo di ventilazione e capacità di carico del motore forniscono indicazioni per la selezione. Per determinare la coppia massima disponibile nella fase del dimensionamento è sovente necessario prevedere un margine del 30% per la coppia massima del motore.
• Selezionare il convertitore di frequenza: il convertitore viene selezionato in base alle condizioni iniziali e al motore selezionato, verificando che sia idoneo a produrre la corrente e la potenza richieste.
6 – Installazione del gruppo motore-pompa
Ultima fase, ma non meno importate, è l’installazione vera e propria dell’azionamento, fase che dipenderà ovviamente dal tipo di applicazione e dagli attacchi compatibili con la pompa centrifuga.
Vediamo per concludere alcune applicazioni particolari ed un caso pratico in cui si è discusso l’utilizzo di azionamenti elettrici per pompe centrifughe in un certo impianto.
Applicazioni particolari
Per il convogliamento di liquidi aggressivi, tossici, facilmente evaporabili o costosi, soprattutto nel settore chimico e petrolchimico, vengono spesso impiegate pompe senza tenuta dell’albero, vale a dire pompe a trascinamento magnetico e pompe con motore a rotore immerso.
Le pompe a trascinamento magnetico funzionano con un campo magnetico primario che ruota esternamente al corpo ermeticamente chiuso trascinando un campo magnetico secondario posto all’interno del corpo stesso. Il campo primario viene accoppiato ad un normale motore di comando installato a secco. Le giranti delle pompe con motore a rotore immerso, invece, sono calettate direttamente sull’albero del motore ed il rotore gira immerso nel liquido, ma l’avvolgimento dello statore è protetto.
Questi gruppi di pompaggio senza tenuta dell’albero vengono generalmente selezionati tenendo conto di caratteristiche ulteriori:
• il rotore gira immerso nel liquido convogliato, la cui viscosità cinematica deve essere nota perché influisce sulle perdite di carico e, di conseguenza, sulla potenza del motore
• I setti metallici di separazione provocano perdite dovute alle correnti parassite che richiedono un aumento della potenza del motore; i setti non metallici nelle pompe a trascinamento magnetico invece non provocano perdite.
• La pressione di evaporazione del liquido convogliato deve essere nota per poter evitare danni ai cuscinetti in caso di funzionamento a secco dovuto all’evaporazione del liquido.
• Caratteristiche particolari del liquido, come il contenuto di corpi solidi, la tendenza a solidificarsi o a polimerizzare, e la formazione di incrostazioni o di patine devono essere note per poter selezionare la pompa giusta.
Anche le elettropompe sommerse (soprattutto per l’approvvigionamento idrico da pozzi) sono gruppi completamente montati i cui motori non richiedono un dimensionamento particolare. In queste pompe il rotore e l’avvolgimento
sono bagnati dall’acqua. I dati elettrici e la loro frequenza di avviamenti risultano dalla descrizione della serie costruttiva.
Un esempio concreto
In molti contesti industriali un corretto accoppiamento pompe centrifughe/azionamento ha garantito ottimi risultati. Vediamo un esempio in cui è stata studiata l’efficienza di un azionamento applicato a delle pompe centrifughe, con frenatura rigenerativa anziché frenatura meccanica.
Il consumo dell’intero ciclo del motore (inclusi riempimento, accelerazione e funzionamento ad alta velocità) è stato di 1.828 kWh. In fase di decelerazione del motore, 0,987 kWh di potenza sono tornati alla rete, riducendo di 0,841 kWh il consumo per ciclo e offrendo indubbi vantaggi (vedi figura)
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