Pump Audit VW: le pompe a velocità variabile fanno risparmiare energia

Un aumento della purezza del liquido refrigerante e minore consumo energeticoRACCONTO: Nils-Stefan Bang, responsabile della pianificazione della produzione motori presso Volkswagen a Salzgitter, spiega come una interfaccia di comunicazione CIU funziona con le pompe a velocità variabile.
Sistema di levigazione migliorato

Volkswagen aveva bisogno di una purezza maggiore per i propri liquidi lubrificanti e refrigeranti (LCF) per lo stabilimento di produzione motori sito a Salzgitter, Germania. Nel modernizzare la propria tecnologia filtro LCF per un sistema di levigazione, la società ha deciso di sostituire le proprie pompe per la fornitura di LCF con pompe Grundfos NK a velocità variabile. Il risultato: una migliore qualità del liquido lubrificante e minore consumo energetico.

Pompe di alimentazione Grundfos NK

Questi numeri sono sufficienti per stupire chiunque: Volkwagen, presso il proprio stabilimento di Salzgitter, produce fino a 7,000 motori ogni giorno nella propria area di produzione di 320,000 m2 (80 acri). Qui, la società produce più di 370 varianti di motori diesel, motori industriali, motori ad uso navale e per impianti di cogenerazione. La gamma motori comprende motori da tre a 16 cilindri, con una potenza motore da 55 kW a 736 kW.

FOTO: Queste pompe per alimentazione Grundfos NK forniscono al sistema di levigazione 1,000 litri di liquido refrigerante al minuto.

Per poter produrre una così vasta gamma di motori, lo stabilimento di Salzgitter possiede circa 6,200 macchine utensili pronte a fresare, perforare, girare e macinare parti di metallo fuso e lingotti in blocchi motore, teste cilindro, alberi di distribuzione e alberi a gomiti. Lo stabilimento produce anche diversi componenti motore come collettori di alimentazione, volani e pompe ad olio e ad acqua. I componenti passano attraverso dodici linee di assemblaggio prima che il motore sia terminato.

Liquido refrigerante: Vitale per la levigatura
Nils-Stefan Bang ha lavorato nello stabilimento di Salzgitter, occupandosi di pianificazione della produzione dei motori VW, per undici anni. Insieme ai propri colleghi, deve garantire che i macchinari di processo abbiano il necessario quantitativo di liquido di processo (acqua di raffreddamento, acqua refrigerata, aria compressa e liquidi lubrificanti e di raffreddamento (LCF)) e deve assicurare lo smaltimento sicuro delle emulsioni e degli oli con residui metallici.


Un tecnico considera un sistema di levigatura come fosse una scatola nera - deve fornire il lubrificante necesario e deve consumare poca energia.

Niels-Stefan Bang, Volkswagen Salzgitter

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FOTO: La Volkswagen produce fino a 7.000 motori al giorno nel proprio stabilimento di Salzgitter, in Germania (immagine: Volkswagen AG).

Lo stabilimento di Salzgitter è dotato di più di 120 sistemi per lubrificanti di raffreddamento e fanno circolare circa 6000m2 di lubrificanti di raffreddamento nel processo di produzione. In aggiunta, circa 100 tonnellate di filamenti metallici devono essere recuperati ogni giorno.

Nils-Stefan Bang non pianifica solo il funzionamento dei sistemi LCF. Il lavoro quotidiano svolto da questa persona ha più a che vedere con adattare i sistemi e impianti esistenti a quanto richiesto dai regolamenti esistenti e di modernizzare e sostituire dispositivi ormai obsoleti.

Il sistema di levigazione utilizzato per la lavorazione di monoblocchi a 4 cilindri ha subito di recente questo upgrade. Il monoblocco dei cilindri è il componente del motore nel quale i cilindri del motore funzionano dopo l'assemblaggio. E' richiesta quindi una qualità del tipo di superficie estremamente elevata. Secondo Niels-Stefan Bang, l'utilizzo della levigatura come lucidatura finale riduce le perdite del motore; una superficie dotata di un leggero disegno con linee incrociate in rilievo garantisce che l'olio del motore possa meglio aderire durante i funzionamenti successivi.

Vi era la necessità di aumentare la purezza del liquido lubrificante richiesto per la levigatura delle superfici. La qualità del liquido lubrificante incide indirettamente sulla qualità del motore (ovvero le successive prestazioni e efficacia rapporto qualità-prezzo). Migliore la lucidatura finale (riduzione perdite di frizione), più basse le tolleranze ottenibili.

Pompe Grundfos NK/NKG

Per migliorare la qualità del lubrificante refrigerante, fu aggiunto un filtro aggiuntivo con funzione di filtro di riflusso. In aggiunta, una centrifuga a rotazione rapida fu impostata per la modalità di bypass per rimuovere le particelle più fini.

Questi cambiamenti al sistema di distribuzione LCF hanno fatto sì che ci fosse bisogno di sostituire il tipo di pompa. Per esempio, le particelle grigie di ghisa che possono risultare durante la lavorazione dei materiali sono abbastanza pesanti, affondano rapidamente e quindi bloccano le condotte di raffreddamento. Per questo motivo, il raffreddamento deve essere effettuato ad alta pressione e con un'elevata velocità.

FOTO: Le pompe Grundfos NK/NKG sono dotate di una protezione giunti resistentissima.

"Un tecnico considera un sistema di levigatura come fosse una scatola nera - deve fornire il lubrificante necesario e deve consumare poca energia," spiega Niels-Stefan Bang. In questo caso, le specifiche prestazionali richiedevano una pressione di mandata di 3.5 bar e una portata pari a 1,000 litri/minuti ad una temperatura di 25°C.


L'esperienza dimostra che è sempre un vantaggio se un sistema come questo ha la capacità di "respirare". Una pompa a velocità variabile è flessibile sia in termini di portata che di pressione di mandata.

Niels-Stefan Bang, Volkswagen Salzgitter

La regolazione della velocità offre flessibilità
Nel Maggio 2011, Volkswagen installò due pompe Grundfos NK, a velocità variabile (clicca sulla voce "Fornito da Grundfos" in cima alla pagina) La società decise di installare anche un convertitore di frequenza Grundfos CUE (37 kW) e un'interfaccia di comunicazione CIU 150 con una connessione Profibus verso il sistema di controllo PLC.

Perchè queste pompe erano dotate di un sistema di regolazione della velocità?

Produzione meccanica in Volkswagen

"L'esperienza dimostra che è sempre un vantaggio se un sistema come questo ha la capacità di "respirare". Una pompa a velocità variabile è flessibile sia in termini di portata e di pressione di mandata," spiega Niels-Stefan Bang. Una pompa a velocità variabile pompa sempre ad una velocità richiesta dal processo, sempre. Può altresì essere adattata ad altri impianti, permettendone il riutilizzo. "Con una pompa regolata da convertitore di frequenza risulta molto facile operare o simulare vari stadi di funzionamento," aggiunge. Ciò permette di risparmiare moltissima energia elettrica che altrimenti sarebbe inviata nella forma di calore al lubrificante di raffreddamento.

FOTO: Produzione meccanica presso lo stabilimento Volkswagen di Salzgitter (immagine: Volkswagen AG).

In questo caso, è fornita una pulizia aggiuntiva con scatole Knoth, nel quale il pezzo è pulito con aria compressa o - utilizzando una condotta LCF - ad alta pressione e con alti volumi di lubrificante di raffreddamento. Questo è un processo a tempo, con intervalli da 10 a 15 minuti, ai quali la pompa con lubrificante di raffreddamento deve rispondere.

Altri vantaggi
Una pompa a velocità variabile offre benefici anche per il funzionamento durante i weekend. Quando il lubrificante di raffreddamento non è utilizzato, non deve essere lasciato immobile per troppo tempo, poiché il processo di stagnazione può creare il rischio di contaminazione microbiotica. Una pompa a velocità variabile può essere utilizzata per configurare il processo in modo che il sistema non debba sprecare molta energia o essere contaminato.

Circa il 10% dei sistemi di filtraggio presso Volkswagen sono attualmente dotati di pompe a velocità variabile. Nils-Stefan Bang crede fermamente nell'utilità economica di sostituire gradualmente il 30% alle pompe in uso adottando pompe a velocità variabile. Le pompe a velocità variabile hanno diversi benefici rispetto a pompe con velocità fissa, oltre ai risparmi energetici:

• Il convertitore di frequenza permette procedure di cablaggio semplici (questo è il caso particolare per esempio di quando si utilizza un motore Grundfos MGE fino a 22 kW, chè è dotato di un convertitore di frequenza integrato)
• Non vi è la necessità di utilizzare porte di trasferimento ad alto consumo energetico, di controlli per la chiusura delle condotte e per le valvole per il settaggio del punto di lavoro
• Il lavoro di modifica (che richiede molto tempo) non è più richiesto in caso di cambiamenti alla linea di produzione
• Il telecomando e dispositivo di regolazione parametri Grundfos R100 può essere utilizzato per il monitoraggio, la modifica e il salvataggio di stadi di funzionamento delle singole pompe
• Non accadono più sbalzi di pressione durante la fase di riscaldamento del sistema, grazie all'avvio morbido, generando così maggiore durevolezza
• Punti di lavoro alterni, definiti e facilmente regolabili.

Con una pompa regolata da convertitore di frequenza risulta molto facile operare o simulare vari stadi di funzionamento.

Niels-Stefan Bang, Volkswagen Salzgitter

Normalizzata vs. a bocche radiali
Fu scelta una pompa normalizzata. Le pompe normalizzate offrono all'utente dei benefici in termini di manutenzione e parti di ricambio. Il design di processo permette la semplice rimozione del giunto, staffa del cuscinetto e girante senza il bisogno di disassemblare il corpo pompa o le condotte. Le tenute meccaniche sono a norma EN 12756.

Grundfos offre pompe normalizzate NK e anche pompe a bocche radiali NB, in conformità alla norma EN 733 (Norma europea sull'acqua), ma anche pompe NKG e NBG secondo la norma EN 22858 (norma UE prodotti chimici), impiegando diversi materiali per il corpo pompa (ghisa di colore grigio, acciaio inox, duplex) e varianti di guarnizione.

Le pompe normalizzate NK e NKG sono dotate di default di un giunto spaziatore. Il vantaggio risiede nel fatto che qualora fosse necessario effettuare attività manutentive o di riparazione sull apompa o sulla guarnizione, il motore può rimanere posizionato sul basamento. Il giunto può essere rimosso senza il disassemblaggio del motore. Dopo aver fatto questo rimane spazio a sufficienza per rimuovere l'intera unità albero/girante dal corpo pompa (estrazione retro) per poi reinstallare tutto dopo la manutenzione. Quest'operazione può essere portata avanti da un'unica persona con l'assistenza di un gancio di sollevamento. Non è necessario riallineare l'albero e l'unità motore utilizzando giunti distanziatori - ciò permette di ridurre i costi dovuti ai tempi di inattività.

Racconto di Heinz Maier, Industry Division, Key Account Manager Automotive, Grundfos GmbH, Germania

Fornito da Grundfos
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FOTO: Il giunto distanziatore è una caratteristica standard nelle pompe Grundfos NK/NKG (estrazione da retro). Ciò permette di semplificare la manutenzione e di effettuare riparazioni con maggiore facilità.

Grundfos ha fornito i seguenti prodotti allo stabilimento Volkswagen di Salzgitter:
Pompe NK 80-400
Convertitore di frequenza CUE, 37 kW
Regolatore CIU 150
Collegamento del Profibus





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