Grundfos offre una soluzione per coprire l'assenza di una classe IE3 per pompe per acque reflue

Pompe SL per acque reflue in una stazione di pompaggio PUSTPompe SL per acque reflue in una stazione di sollevamento PUST
Acque reflue e IE3

Grundfos offre un chiarimento relativo alla classe di efficienza dei motori delle pompe sommergibili

Motori normalizzati Grundfos MG

Oggi le pompe idrauliche consumano il 10% dell'energia elettrica prodotta nel mondo e due terzi delle pompe sprecano il 60% di elettricità, a causa della loro bassa efficienza. Se, in ogni settore si utilizzassero sistemi di pompaggio ad alta efficienza energetica, si potrebbero realizzare risparmi globali pari al 4% del consumo totale di energia elettrica. O, per dirlo in altre parole, pari all'elettricità utilizzata da 1 miliardo di utenti domestici. La riduzione dei consumi energetici è divenuta un'esigenza prioritaria per gli utenti finali, i legislatori, i governi e i produttori. Ciò è ottenibile grazie allo sviluppo dei motori ad alta efficienza energetica.

FOTO: Motori normalizzati Grundfos MG

Durante l'ultimo decennio uno sforzo importante è stato fatto per armonizzare le norme di classificazione e di collaudo, differenti in tutto il mondo e le tipologie di etichettature utilizzate. La International Electrotechnical Commission (IEC) ha lavorato intensamente con NEMA, CEMEP, IEEE e altre oragnizzazioni internazionali. Questa collaborazione ha prodotto due nuove normative:

• IEC 60034-2-1 (Ed. 1.0): Macchine elettriche rotanti - Parte 2-1: Metodi standard per
determinare le perdite e l'efficienza dai collaudi (eccetto macchinari per veicoli a trazione,
2007) che descrive i metodi utilizzati per determinare l'efficienza elettrica dei motori.

• IEC 60034-30: Macchine elettriche rotanti - Parte 30 (Ed. 1.0): Classi di efficienza per motori trifase a velocità fissa (classe IEx), che definisce le classi energetiche per motori a induzione.

Pompa Grundfos SE montata su giunto automatico

FOTO: Pompa Grundfos SE montata su sistema di autoaccoppiamento

"Ci sono due modi per determinare l'efficienza di un motore", afferma Mikael Nedergaard, Global Product Manager, Grundfos Holding A/S. "Uno di questi è una verifica o collaudo diretto, atto a misurare la potenza in ingresso (tensione e corrente assorbita) e la potenza in uscita, funzione della velocità di rotazione e della coppia disponibile all'albero. L'altro metodo, indiretto, è la misurazione della potenza di ingresso e il successivo calcolo delle perdite totali, ottenute addizionando i singoli fattori di perdita. Questo metodo può essere impiegato solo con motori trifase."

La norma attuale di classificazione - l'IEC60034-30 - per motori a induzione, a velocità fissa, trifase definisce tre livelli di efficienza energetica:
• IE3 - Efficienza Premium (Simile alla NEMA Premium)
• IE2 - Efficienza Elevata (Simile a NEMA Energy Efficient)
• IE1 - Efficienza Standard (Simile alla precedente CEMEP EFF2)

Pompa sommersa Grundfos SL, 22 kW, Pressione Media, con motore integrato

FOTO: Pompa sommersa Grundfos SL, 22 kW, Pressione Media, con motore integrato

Nel 2014 una nuova norma IEC60034-30-1 definirà il quarto livello di efficienza - IE4, Super Premium. Questa norma sostituirà l'attuale norma IEC 60034-30.

"Il livello di efficienza IE2 venne introdotto dalla Direttiva sull'EcoDesign nel Giugno del 2011. In base a questa, da Gennaio 2015, tutti i motori dotati di una potenza nominale tra 7.5 e 375 kW dovranno essere in classe IE3, o IE2 se accoppiati ad un VFD." spiega Robert Bork Hansen, Global Product Specialist, Grundfos Holding A/S. "Queste specifiche si applicano ai motori trifase, a induzione, a velocità fissa, aventi 2, 4 o 6 poli, con tensione nominale fino a max 1000 V per funzionamento continuo. I motori progettati per funzionare totalmente sommersi in un liquido e/o i motori completamente integrati in un prodotto, dove le prestazioni energetiche del motore non possono essere collaudate se non insieme al prodotto, non possono essere dotati di classe di efficienza."

La domanda che spesso viene posta è se una pompa con motore integrato e progettata per essere sommersa in acqua, come una pompa per acque reflue, possa essere descritta come appartenente alle classi IE2 o IE3. Visto che il motore non può essere collaudato se non con la pompa, perchè non vi è un collegamento stardardizzato tra pompa e motore, non vi è un sistema di raffreddamento ben definito o un metodo di collaudo unificato, la risposta deve essere "No".

"Teoricamente, collaudare un motore su una pompa per acque reflue, dovrebbe essere molto semplice, poiché il motore contiene un albero che può essere testato in termini di coppia e potenza." Afferma Leo Andersen, Regional Program Manager, Grundfos Holding A/S. "Ma vi sono alcune problematiche, come il raffreddamento e la potenza utilizzata per raffreddare il motore che dovrebbero essere discusse. Due ulteriori elementi in grado di contribuire alla richiesta di potenza dell'albero motore sono le perdite per attrito della tenuta meccanica e le perdite per attrito nei cuscinetti, che sono il risultato dell'utilizzo di cuscinetti con contatti angolari. Le pompe per acque reflue utilizzano normalmente una doppia tenuta meccanica, in modo da prevenire trafilaggi del liquido pompato nel motore."

Leo Andersen aggiunge: "Bisogna anche considerare il fattore installazione. Per esempio, un motore installato in camera asciutta, avrà una determinata efficienza, mentre installato sommerso in un pozzetto, ne avrà un'altra. Per riassumere, sono le perdite dell'impianto a richiedere uno specifico metodo di collaudo, ma per potere fare questo sarebbe necessario creare un luogo dove poter replicare l'impianto stesso."

Testimonianze provenienti dai nostri clienti del settore wastewater rivelano che i requisiti più importanti in una pompa per fognatura sono affidabilità ed efficienza. Una volta installata la pompa gli utenti non desiderano più intervenire su di essa. Sarebbero persino pronti a sacrificare una parte dell'efficienza energetica se questo consentisse di avere meno guasti. L'efficienza è un argomento che tocca tutti gli utilizzatori di pompe nel settore fognario, diventando sempre più importante con l'aumentare delle dimensioni della pompa. L'obiettivo di Grundfos è quello di fornire la migliore efficienza energetica per le pompe del settore wastewater.
 


Se le specifiche di una gara d'appalto richiedono che le pompe per acque reflue debbano essere in classe di efficienza energetica IE3, allora qualunque produttore potrebbe fornire queste pompe, poiché non vi è alcuna normativa di riferimento.

SE-SL pump curves#

FOTO: Le curve di prestazione della pompa per acque reflue Grundfos SL/SE1.95.150.220.4.52H. La curva Eta 1 mostra l'efficienza totale. La curva Eta 2 mostra l'efficienza idraulica.

Soluzione Grundfos
Poiché non è possibile affermare che una pompa per acque reflue con motore integrato appartenga alla classe IE2 o IE3, Grundfos offre una soluzione che vuole rispondere alla richiesta di chiarezza sull'argomento. Le pompe Grundfos SE1/SEV e SL1/SLV per acque reflue incorporano ora parti elettriche, ovvero il rotore e lo statore di un motore IE3.

"Ciò che rende un motore di una pompa per acque reflue differente da un motore normalizzato IE3 sono i cuscinetti, le tenute meccaniche e l'assenza della ventola di raffreddamento, come descitto più sopra," ci spiega Robert Bork Hansen. "Nelle installazioni "bagnate", il raffreddamento è garantito dal liquido in cui la pompa è immersa. I rotori e gli statori di un motore Grundfos IE3 sono collaudati a campione e certificati secondo quanto disposto dalla normativa per i motori TEFC, e i collaudi sono documentati in appositi rapporti, per cui, a tutti gli effetti si tratterebbe di un motore conforme a requisiti IE3. Ma il cambio di cuscinetti, l'aggiunta di una ulteriore tenuta meccanica e l'assenza di un sistema di raffreddamento, nega l'appartenenza alla classe IE3."

La ragione principale della non creazione di una normativa specifica per l'efficienza delle pompe per acque reflue potrebbe essere perchè i produttori, il legislatore e gli enti promulgatori di standard/norme, considerano erroneamento il motore e l'idraulica di una pompa per acque reflue come unità separate. Arduo, a questo punto, definire le perdite per attrito e l'efficienza del motore.

I produttori di pompe che dichiarano la conformità delle proprie pompe per acque reflue con quanto specificato dai requisiti IE3, tendono a fuorviare clienti ed utenti. Se le specifiche di un appalto richiedono che le pompe per acque reflue debbano essere in linea con il livello di efficienza energetica IE3, allora qualunque produttore potrebbe fornire queste pompe, poiché non vi è alcuna normativa di riferimento per pompe con motori integrati.

L'utilizzo dei componenti elettrici di un motore IE3 e la loro installazione all'interno di una pompa per acque reflue permette di capire quanto sia efficiente l'intera unità. Ciò che non fornisce è un valore specifico, poichè le perdite per attrito in una pompa per acque reflue sono differenti da quelle presenti in una pompa di superficie e queste perdite non sono tenute in considerazione. E non dice nulla nemmeno in termini di idraulica, dove è possibile raggiungere una maggiore efficienza energetica.

"Per poter raggiungere il miglior livello di efficienza in un sistema di pompaggio, la pompa selezionata, dovrebbe possedere un BEP (Best Efficiency Point) il più adatto possibile al punto di lavoro" Afferma Mikael Nedergaard. "Il BEP dipende principalmente dalla caratteristiche della pompa, ovvero dalla potenza, portata e prevalenza. Esso è il punto sulla curva della pompa che dispone della massima efficienza di funzionamento. E' importante ricordare che l'efficienza di una pompa scenderà notevolmente man mano che questa si allontana dal BEP stabilito."

Grundfos crede fermamente che i produttori, progettisti ed utenti finali debbano concentrarsi di più sull'efficienza totale e non solo sull'efficienza del motore, come definito dall norma ISO 9906: 2012, "Performance acceptance test for rotodynamic pumps" o la norma l'ANSI/HI 11.6.2012 "Performance acceptance test for rotodynamic submersible pumps’, quando devono trattare argomenti relativi a pompe per acqua. La parte idraulica di una pompa è più importante dell'efficienza del motore, in quanto esiste molto più spazio di miglioramento. In assenza di una norma specifica per questo tipo di pompe, è inevitabile che i produttori e i venditori pongano l'accento sulla questione IE3. Questa situazione sta cambiando, da che Europump sta discutendo le proposte per la creazione di una norma specifica per questo settore. La spinta verso la creazione di una norma adeguata non può provenire solo dai produttori di pompe, ma deve anche includere politici ed enti legislatori.

"Negli ultimi anni è stata creata la Direttiva energetica per i piccoli circolatori, che come le pompe sommerse hanno motore e idraulica in un unico corpo e non possono essere testati separatamente," afferma Mikael Nedergaard. "Appoggiata dall'UE, la norma redatta da Europump, l'associazione dei produttori di pompe, consiste in una classificazione che prende in considerazione il risparmio energetico e che suddivide le pompe in sette categorie. L'indice di efficienza energetica (EEI) della pompa è calcolato in funzione di un profilo di carico annuale e la pompa è etichettata in base alla propria efficienza energetica. Con l'introduzione della marcatura energetica, l'utente finale può confrontare i prodotti e individuare la pompa più appropriata o le pompe più appropriate, per l'installazione."

Se questo è stato fatto per i circolatori, allora dovrebbe essere creata un'apposita regolamentazione per le pompe sommerse. Poiché l'industria delle acque reflue si sta gradualmente orientando a centrali di trattamento che richiedono pompe di dimensioni più grandi, la questione dei costi energetici diventerà sempre più importante. L'industria e gli enti regolatori dovranno reagire di conseguenza e investire in un percorso di verifiche che darà agli utenti finali le informazioni di cui hanno bisogno.

Articolo di Bryan Orchard

Riferimenti:

Dati Grundfos relativi a pompe e all'energia

Grundfos Blueflux® Energy Label

Commissione Elettrotecnica Internazionale

Pubblicazioni TC2 Rotating Machinery Work Programme (14)

National Electrical Manufacturers Association (NEMA)

Europump

Guida Europump sull'efficienza delle pompe centrifughe monofase

Linea guida Europump sull'applicazione del Regolamento 640/2009/CE sull'efficienza dei motori elettrici - Maggio 2011

Studi preparatori sulle pompe per la progettazione ecosostenibile (ENER Lot 28: Pompe per acque reflue)
 





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