Perchè utilizzare una girante S-tube®?

Perchè utilizzare una girante S-tube®?Una girante Grundfos S-tube® è progettata per trasportare una grande quantità e tipologie di acque reflue su grandi distanze mentre utilizza meno energia e fluido per il trasporto.
Analisi tecnica

Gli aspetti fondamentali della girante rivoluzionaria S-tube®, presente sul mercato dal 2012, sono stati da decenni nella mente di progettisti di sistemi di pompaggio. Il problema è che per molti anni nessun produttore di sistemi di pompaggio per acque reflue è riuscito a rendere il design di questa girante un successo. Il volume e la diversità del materiale di scarto che doveva essere trasportato era relativamente poco. I dettagli quali l'utilizzo di acqua e di energia erano a mala pena considerati dai fornitori di soluzioni di pompaggio.

E' solo nelle ultime due decadi che una serie di fattori hanno reso significativo il design della girante S-tube®. Questi includono: una spiccata consapevolezza ambientale, nuove normative e direttive del Governo e l'aumentato costo dell'acqua, dell'energia e del trasporto di materiale di scarico.

Le sfide riguardanti le aziende di servizio pubblico
Le principali sfide interconnesse riguardanti le società di servizio pubblico in termini di trasporto di materiale di scarto possono essere così riassunte:

• Aumento del prezzo dell'acqua e maggiori controlli governativi (es. eco-tasse sull'acqua e l'energia per i consumatori)
• Minor consumo idrico e utilizzo energetico
• Minore miscelazione del fluido delle acque reflue attuali

Una delle ragioni principali che ha portato le società di servizio pubblico a modificare il proprio approccio gestionale per le acque reflue è stato l'aumento dei costi idrici (vedi Figura 1). Di conseguenza, i consumatori hanno tagliato i propri consumi, che ha portato ad un cambiamento nella composizione delle acque reflue, con una proprorzione incrementata di contenuto solido secco rispetto a prima.

FIGURA 1: I costi crescenti per le acque reflue sono tra i fattori più importanti che hanno fatto sì che le società di servizio globali cambiassero il loro atteggiamento in termini di gestions idrica. Fonte: GWI Water Tariff Survey – 2013 Update

Si sono poi aggiunte le normative governative, aggiungendo così ulteriori complicazioni. Per esempio, la clausola 5 della normativa europea sulle installazioni di pompaggio EN 752-6: 2008 afferma che le installazioni di pompaggio dovrebbero essere pianificate e progettate prendendo in considerazione" fattori quali il "consumo energetico", "le specifiche di funzionamento e manutenzione" e l'"impatto ambientale".

Oltre a controlli di utilizzo più rigidi, l'aumento dei costi energetici ha fatto sorgere il desiderio di trovare metodi più efficienti per il trasporto delle acque reflue. E le innovazioni per il risparmio idrico hanno creato nuovi problemi. Per esempio, dei w.c. più efficienti utilizzano un minor quantitativo di fluido da trasporto, diminuendo il rischio di intasamento all'interno della tubazione.

Le pompe per acque reflue tradizionali causano spesso questo problema di intasamento a causa dei seguenti errori nel design:

• Lati sporgenti sul quale si attacca spesso il materiale di scarto
• Piegature delle tubature
• Meccanismi di taglio
• Passaggi liberi ridotti.

"Vediamo l'esistenza di due grandi sfide per quanto riguarda il trasporto delle acque reflue," afferma Maurice Martaud, Ingegnere per il supporto tecnico della società d'acqua francese Lyonnaise des Eaux, parte del multinazionale Suez Environnement Group. "La prima sfida riguarda le abitudini sociali dei consumatori in continuo cambiamento. Da un lato, questo questo sta portando alla creazioni di installazioni per la riduzione deo consumo idrico in grado di portare quest'ultimo ad un minimo. Dall'altro lato però vi è un aumento del materiale di scarto all'interno dei sistemi di raccolta. Questi cambiamenti portano nuove sfide per quanto riguarda l'idraulica dei sistemi di pompaggio per acque reflue poiché il materiale solido delle acque reflue diventa sempre più denso e difficle quindi da trasportare.

"La seconda sfida si incentra sulla necessità in aumento di monitorare i sistemi di raccolta per prevenire intasamenti di sistemi fognari a gravità, delle pompe e delle condotte pressurizzate," afferma. "L'intasamento causato dalla miscelazione di grassi, sedimenti e dai macro-detriti è un problema in crescita che chiede molto alle risorse manutentive. Ogni intasamento deve essere, il più possibile, evitato in partenza."

FOTO: Una girante Grundfos S-tube® offre efficienza idraulica e un passaggio libero, prevenendo il verificarsi di intasamenti.

Ogni girante ha i suoi problemi
La risposta industriale a questi cambiamenti e a queste sfide è stata una tendenza generale all'utilizzo di sistemi di gestione delle acque reflue centralizzati, dove possibile. L'utilizzo di sistemi di pompaggio a velocità variabile è un altro modo per risparmiare energia, ma una ridotta velocità porta un rischio maggiore di intasamento, che impatta sia l'efficienza sia la durevolezza.

Le seguenti cose rappresentano un difficile problema per i progettisti di sistemi di pompaggio per acque reflue: come spostare un quantitativo maggiore di acque reflue maggiore rispetto a prima, su distanze lunghe, utilizzando meno acqua, meno energia, e senza o con poca manutenzione post-installazione.

Sono state implementati diversi modelli di giranti negli anni per cercare una maggiore affidabilità e un'efficienza idraulica maggiore - modelli vortex, semi-aperte o chiuse o varianti ibride.

"I clienti avrebbero dovuto acquistare parti aggiuntive decisamente costose," afferma Mikael Nedergaard, Global Product Manager, Grundfos. "Queste dovrebbero condurre, tagliare o trattare le acque reflue durante il passaggio nella pompa, ma spesso non offrono grande affidabilità."

Girante S-tube®: nessun "trade-off"
EN 752-6: 2008 identifica sia "l'ottimizzazione dell'efficienza" e "la capacità di fare passare dei solidi senza causare intasamenti" come attributi vitali di una pompa. Secondo Mikael Nedergaard, comunque, "I clienti sono stati spesso spinti a credere che uno deve sceglire tra le due cose". La girante S-tube®, in dotazione tra le pompe per acque reflue Grundfos, al contrario, permette di avere sia un'ottima efficienza idraulica e un passaggio sempre libero, che previene un intasamento della pompa.

"Il vantaggio principale del design di una girante S-tube® rispetto a giranti con bordi di attacco è che non ci sono superfici su cui può attaccarsi del materiale solido causando poi un intasamento," spiega Flemming Lykholt-Ustrup, Head of Global WW Fluid & Mechanics, Grundfos.

FIGURA 2: L'immagine a colori mostra come la pressione possa agire sulla superficie di una girante S-tube® (nessun materiale aggiunto). Il colore blu indica la pressione più bassa, aumentando nell'ordine verde-giallo-rosso, quest'ultima la pressione più elevata, ovvero il momento in cui il fluido lascia la girante. Questa pressione graduale indica un'efficienza promettente e nessun flusso di ritorno in grado di causare l'accumulo di materiale solido. Nel punto indicato, dove vi è una maggiore piegatura della tubazione, è quasi impossibile per dei materiali solidi rimanere incastrati all'interno di una girante S-tube|® , poiché non ci sono superfici adatte perchè questo possa accadere.

"Le caratteristiche speciali di cui è dotata una girante S-tube® ottimizza anche le perdite nelle cavità tra la girante in rotazione e il corpo pompa stazionario.

Siccome il diametro interno della girante S-tube® è uniforme (vedi Figura 2), esiste una minore probabilità ci intasamento anche se il liquido di trasporto è minimo, come accade oggi.

"Una maggiore efficienza idraulica permette al consumatore di diminuire i costi energetici," spiega Flemming Lykholt-Ustrup. "Oltre a questo, l'assenza di un bordo d'attacco permette di abbassare l'NPSH all'interno della pompa centrifuga dove l'impianto idraulico è più soggetto a cavitazione."

Un approccio olistico
Materiale pubblicato nel libro "Pump Life Cycle Costs: A Guide to LCC Analysis for Pumping Systems" edito da Europump e dall' Hydraulic Institute, mostra che il prezzo iniziale di acquisto rappresenta solo il 5% del costo totale di una pompa lungo l'arco di vita della stessa. Il consumo energetico è il fattore più significativo poiché rimane all'85% delle spese totali, mentre i costi di manutenzione portano via il 10%.

E' quindi comprensibile che alcuni tra i rappresentanti più importanti del mercato abbiano riconosciuto l'importanza di un approccio olistico in termini di sistemi di pompaggio e la loro ottimizzazione. Il modus operandi di Grundfos è basato principalmente sulla filosofia iSOLUTIONS , che racchiude l'intero ciclo di una pompa, dalla progettazione al suo riciclo.

Il feedback ricevuto dai clienti è importante in questo tipo di approccio, secondo Mikael Nedergaard.

"Il coinvolgimento finale durante la fase di sviluppo del progetto garantisce che le soluzioni nel prodotto finale possano soddisfare le aspettative del cliente," afferma. Questa, però, non è l'unica fonte di ispirazione che porta a questi miglioramenti, aggiunge. Per esempio, una cosa spesso sottovalutata dai clienti è la gestione dell'aria (vedi foto sotto). E' importante che una pompa sia in grado di gestire una certa quantità d'aria all'interno del fluido. Gli ingegneri della Grundfos hanno portato avanti delle verifiche CFD per ottimizzare le aree critiche di accumulo aria così da minimizzare la riduzione di portata attraverso la girante S-tube® in casi di gestione di fluidi con gas o aria.

FOTO: In questa simulazione multifase CFD, le due giranti sono delle medesima misura, ma possiedono differenze geometriche minime (si parla di pochi mm) per quanto riguarda la forma. La portata è la medesima per entrambe le giranti, con l'8% di aria continuamente aggiunta al fluido. Le aree segnate mostrano le bolle d'aria accumulate in ciascuna e come la gestione dell'aria può essere gestita attraverso un design specifico.

Sommario
I sistemi moderni di trasporto delle acque reflue devono essere in grado di trasportare acque reflue in grandi quantità e per una distanza lunga, ma utilizzando quantitativi di energia e liquido di trasporto inferiori. Ciò richiede una pompa centrifuga che non si intasi, che sia efficiente in termini di idraulica, che sia durevole e che richieda una manutenzione minima. E' stata adottata la soluzione più efficace, migliorata da ingegneri del 21 secolo.





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