Ecco come una soluzione di alimentazione caldaia diretta permette di risparmiare denaro

Analisi tecnica

Gli ingegneri Grundfos hanno progettato un sistema di alimentazione caldaia che non richiede una valvola di regolazione e che quindi permette di ottenere degli importanti risparmi in termini di installazione e funzionamento.

I benefici e gli aspetti negativi dei sistemi regolati con valvola di alimentazione
Nei sistemi di alimentazione caldaia con valvola di alimentazione (vedi Fig. 1), il livello dell'acqua è controllato dalla valvola, che a sua volta è regolata da un sensore di livello collocato sulla caldaia. La valvola di alimentazione regola l'ingresso idrico, modificato in funzione del consumo di vapore. Ciò richiede, comunque, che la pompa alimento sia impostata in modalità "funzionamento continuo".

FIGURA 1: Alimentazione caldaia tramite valvola di alimentazione

"Senza alcun dubbio, il sistema funziona in modo perfetto e ha il vantaggio di poter essere utilizzato da caldaie a vapore di tutte le dimensioni," afferma Søren Mortensen, Application Manager di Grundfos Industrial Solutions. "Poichè il quantitativo di acqua che entra nella caldaia è proporzionale al consumo di vapore, il rischio di una sovraebollizione è minimo e la qualità del vapore rimane elevato grazie al livello costante nella caldaia. L'alimentazione caldaia tramite valvola di alimentazione con pompe a velocità variabile offre gli stessi vantaggi ma con in più notevoli risparmi in termini di funzionamento pompa."


Abbiamo pensato per prima cosa al sistema e come evitare l'utilizzo di valvole di alimentazione utilizzando sensori all'interno del sistema per controllare le pompe.

Søren Mortensen, Application Manager, Grundfos

Søren Mortensen, identifica tre principali inconvenienti per quanto riguarda questi sistemi di alimentazione caldaia regolati con valvola:

• La valvola di alimentazione ha un costo elevato sia in termini di acquisto che di manutenzione.
• La perdita di pressione nella valvola di alimentazione vuol dire che è necessario utilizzare una pompa alimento più grande rispetto alla pompa utilizzabile se si utilizzasse un metodo diverso.
• Un bypass significa una portata eccessiva ed un costo più elevato per pompare l'acqua in eccesso.

"In installazioni più avanzate e costose, si aggiunge una valvola sul bypass per chiudere il bypass quando non serve," aggiunge Søren Mortensen. "Questo aggiunge dei costi."

FIGURA 2: Alimentazione caldaia con pompe a velocità variabile prive di valvola di alimentazione

L'approccio diretto
Per gestire al meglio queste situazioni, Grundfos ha deciso di adottare un approccio orientato all'intero sistema e di inserirlo nel suo progetto iSOLUTIONS.

"Abbiamo sviluppato l'idea di un'alimentazione diretta cercando di guardare la caldaia come fosse un serbatoio aperto con molta pressione che deve essere mantenuta ad un determinato livello," afferma Søren Mortensen. "Abbiamo pensato per prima al sistema e come evitare l'utilizzo di valvole di alimentazione utilizzando sensori all'interno del sistema per controllare le pompe."

Il risultato di tutto ciò è stato un sistema efficiente (vedi Figura 2) nel quale il livello dell'acqua nella caldaia è direttamente controllata attraverso una pompa a velocità variabile senza l'utilizzo di una valvola di alimentazione. Un sensore di livello posizionato sulla caldaia serve a controllare l'ingresso dell'acqua in funzione del consumo di vapore, così permettendo il mantenimento di un livello costante dell'acqua.

"Come per i sistemi regolati con valvole, l'impostazione senza valvola funziona in modo efficiente con tutti i tipi di caldaia e con tutte le dimensioni per minimizzare il rischio di una sovrabollitura," afferma Søren Mortensen. "Comunque, mentre i sistemi regolati a valvola hanno l'inconveniente di perdere pressione lungo la valvola di alimentazione, questo problema è risolto grazie all'approccio diretto."

I risparmi dei sistemi senza valvola
Ancora più importante, dal punto di vista del cliente, è che i risparmi generati grazie all'efficienza energetica delle soluzioni Grundfos senza valvola sono considerevoli, come visibile nei dati dei test (vedi Figura 3).

"Come è possibile vedere," afferma Søren Mortensen, "la perdita di pressione nelle valvole di alimentazione significa che verrà richiesta una potenza di funzionamento molto più grande - in questo esempio, 59,450 kWh rispetto a 32,095 kWh, o l'85% in più."

Fonte: Grundfos

FIGURA 3: I costi energetici annui utilizzando un sistema di alimentazione diretta della caldaia sono molto inferiori rispetto a quelli generati da un sistema di alimentazione caldaia dotato di valvola di regolazione. Il punto di partenza è quello di alimentare una caldaia a vapore con una pressione di 10 bar e 12 tonnellate/ora. Il consumo di potenza in entrambi i casi è relativo ad una pompa Grundfos CR - per l'alimentazione diretta della caldaia una pompa CRE15-8 e con una valvola di regolazione, una pompa CR15-14.

Di conseguenza, i costi energetici annuali utilizzando un sistema di alimentazione diretta della caldaia Grundfos risultano essere il 46% in meno rispetto ai sistemi regolati con valvola. Il costo per la manutenzione della valvola aggiunge ulteriori €1,000 annui al costo per l'alimentazione della caldaia, innalzando le spese annue totali a €3,972.50, più del doppio dei costi annui di esercizio con un sistema di alimentazione caldaia diretto.

I soldi risparmiati in un solo anno utilizzando un sistema di alimentazione caldaia diretto coprirebbe il costo della costosa valvola di alimentazione (€1,500-€2,000) con azionatore elettrico per la caldaia a regolazione con valvola utilizzata in questo esperimento, afferma Søren Mortensen.


Quanto possa essere piccola una pompa dipende dalla pressione, dalla portata e dagli elementi di sicurezza obbligatori, ma con l'alimentazione diretta una pompa sarà sempre più piccola con valvola di alimentazione.

Søren Mortensen, Application Manager, Grundfos

Installazione più economica
Un sistema di alimentazione caldaia privo di valvola di alimentazione e bypass permette di ridurre i costi di installazione.

"Con alimentazione diretta, la pompa sarà più piccola di una pompa dotata di valvola di alimentazione, poiché non vi è alcuna perdita di pressione dalla valvola," aggiunge Søren Mortensen. "La picolezza di una pompa dipende dalla pressione, dalla portata e dai fattori di sicurezza obbligatori, ma una pompa sarà sempre più piccola se dotata di sistema di alimentazione diretta, e quindi meno costosa.

"I costi di installazione variano nel mondo, ma maggiore la pressione, più costosa la valvola di alimentazione richiesta. Quindi, quando è richiesta una pressione maggiore, i risparmi saranno ancora maggiori se si utilizza un sistema di alimentazione diretta."

FOTO: Per le caldaie prive di valvola o bypass, un sistema efficiente permette di ridurre i costi di installazione e di manutenzione, secondo Søren Mortensen, Grundfos Application Manager.

L'alimentazione diretta non può, però, essere applicata nel caso più caldaie condividano una condotta di alimentazione in comune.

"La pompa può solo reagire ad un segnale di sensore," spiega Søren Mortensen. "Questa situazione è spesso presente all'interno di vecchie fabbriche - per esempio, birrifici, macelli, stabilimenti lattiero-caseari, ecc. - che hanno prodotto poco vapore all'inizio della loro attività, ma che poi, successivamente, hanno aggiunto un'altra caldaia e poi un'altra ancora collegata ad una condotta di alimentazione singola. Per questi casi, possiamo fornire una soluzione con valvola di alimentazione. Se possibile però, forniamo un sistema di alimentazione diretta, molto più efficiente e meno costoso."

Sommario
Per caldaie dotate della propria condotta di alimentazione, i vantaggi offerti da un sistema Grundfos di alimentazione caldaia diretta sono ancora più rilevanti. Senza valvola o bypass, un sistema efficiente permette di ridurre i costi di installazione e di manutenzione.

Eliminando il problema della perdita di pressione causata dalla valvola di alimentazione, una persona può quindi utilizzare pompe più piccole e meno costose, dimezzando quasi l'energia richiesta per alimentare le pompe. Questi guadagni in termini di efficienza energetica significano una caduta netta dei costi di esercizio annuali.

Grundfos iSOLUTIONS - Una introduzione
Grundfos iSOLUTIONS è un approccio sistemico. La gamma Grundfos iSOLUTIONS racchiude quasi tutti i prodotti Grundfos, tra cui pompe standard ed integrate dotate di sistemi di regolazione, sensori e VFD. Troverai sicuramente una soluzione intelligente che permette di soddisfare ogni esigenza di sistema. Ciò permette di abbassare il costo totale di acquisto delle pompe e allo stesso tempo di innalzare le prestazioni.
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