La velocità variabile è una soluzione magica per le pompe? Parte 2 di 2

Jul 13, 2023

Nota dell'autore: nella parte 1 di questa serie, nel numero di maggio 2021 di Pumps & Systems, ho affermato erroneamente che quando si utilizzano le leggi di affinità si potrebbe anche pensare ai cambiamenti come a un fattore 4 per la prevalenza e a un fattore 8 per la potenza . Queste affermazioni sono vere solo se la velocità viene raddoppiata (o dimezzata). La versione online è stata corretta e può essere trovata su pumpandsystems.com/author/jim-elsey.

La forma (geometria) della curva di una pompa è quasi interamente una funzione della forma fisica della girante, della variazione dell'angolo del percorso del flusso, del rapporto del diametro (complessivo rispetto all'occhio), della sovrapposizione delle alette, degli angoli delle alette e del numero di alette. Tutte queste cose sono essenzialmente la velocità specifica (Ns) della girante.

Una pompa funzionerà nel punto in cui la sua curva delle prestazioni interseca la curva del sistema o, al contrario, la curva del sistema determina il punto in cui la pompa opera sulla sua curva. Le curve della pompa sono normalmente descritte (in base alla loro pendenza/forma) come "piatte" o "ascendenti" e talvolta come "in forte aumento".

La curva della pompa piatta comporterà tipicamente una grande variazione della portata per una piccola variazione della prevalenza del sistema, mentre una forma della curva della pompa ripida (ascendente) avrà una piccola variazione della portata per una grande variazione della prevalenza del sistema. Queste caratteristiche sopra menzionate, se tracciate con la curva del sistema, funzioneranno come un grande vantaggio o come una diluizione degli sforzi per il risparmio energetico.

Una curva del sistema rappresenta tutte le restrizioni, la somma dei cambiamenti di elevazione e l'attrito totale nel sistema per l'intera gamma di portate di progetto. La curva di resistenza del sistema è composta da quattro fattori di prevalenza: prevalenza statica, prevalenza di pressione, prevalenza di attrito e prevalenza di velocità. Possiamo ignorare la prevalenza della velocità a causa dell'effetto minuscolo.

La prevalenza statica è la distanza verticale necessaria al liquido per essere spostato dalla pompa. Sebbene normalmente ci occupiamo del battente statico positivo, può anche essere negativo (sì, pompaggio in discesa) e questi casi possono essere problematici perché sposterà l'intersezione della curva di attrito del sistema con la curva della pompa più a destra.

La prevalenza è la pressione che la pompa deve superare per spostare il liquido in un recipiente come una caldaia o un reattore. La pressione in libbre per pollice quadrato (psi) necessaria per superare la resistenza al flusso viene semplicemente convertita in prevalenza. Ultima, ma non meno importante, è la testa di attrito. La prevalenza dell'attrito cambia con la portata e varia in base al quadrato della velocità del liquido (fare riferimento alla formula di Darcy-Weisbach). Oppure, in parole povere: l’attrito aumenta esponenzialmente all’aumentare delle portate.

Le curve di sistema non sono in realtà entità statiche, nonostante ciò che diverse procedure di calcolo e progettazione possano far credere. I livelli cambieranno con il processo così come la pressione (se applicabile) e il componente di attrito cambierà man mano che le valvole di controllo cambiano la loro posizione. Inoltre, i componenti del sistema e le tubazioni diventeranno più ristretti con l'età, la formazione di incrostazioni e la corrosione.

La forma finale della curva del sistema avrà un grande effetto sulla fattibilità e sulla decisione di incorporare un azionamento a frequenza variabile (VFD). Le curve di sistema sono normalmente classificate come "dominate dall'attrito" o "dominate dalla prevalenza statica", ma è anche possibile avere combinazioni di entrambi.

I VFD funzioneranno bene laddove la curva della pompa ha una forma ascendente e la curva del sistema è dominata dall'attrito. Quanto più piatta è la curva del sistema (dominata dalla prevalenza statica) e quanto più piatta è la curva della pompa, tanto meno efficace sarà il sistema VFD. In genere, quanto più ripida è la curva della pompa, tanto maggiore è il potenziale di risparmio energetico, ma per garantire la precisione è necessaria un'analisi. Solo perché la curva è piatta non significa che il ritorno sull'investimento non funzioni.

Tre categorie principali di sistemi che possono essere adatti/applicabili ai VFD sono:

Quando la curva del sistema è dominata dall'attrito, la riduzione della velocità farà sì che i punti operativi della pompa (seguendo la curva del sistema) seguano la pendenza del punto di migliore efficienza (BEP) per la pompa poiché anche la potenza, il flusso e la prevalenza diminuiscono. Quando la curva è piatta (prevalenza della prevalenza statica), la pompa esce rapidamente dal BEP e dall'intervallo operativo consentito (AOR) man mano che la velocità diminuisce. Puoi anche avvicinarti al flusso minimo continuo stabile (MCSF) sul lato sinistro della curva. I limiti sul lato destro della curva vengono raggiunti rapidamente nel piccolo intervallo operativo consentito.