Quattro modi rapidi per ridurre i costi energetici delle pompe utilizzando i dati in tempo reale

Esistono diversi modi per ridurre il consumo energetico di una pompa centrifuga. In generale, possiamo dividere queste strategie in due classi: modifiche a breve termine alle macchine, alle operazioni e alle pratiche esistenti e modifiche a lungo termine che si concentrano sulla riprogettazione di una parte o di tutto il sistema. Queste modifiche a lungo termine possono produrre ampi risparmi, ma richiedono mesi di pianificazione e investimenti significativi. In questo post esamineremo alcuni cambiamenti a breve termine che non richiedono grandi spese di capitale. Tutto ciò di cui avete bisogno per iniziare è un modo per vedere le prestazioni della vostra pompa in tempo reale, e probabilmente ce l'avete già.

Fase 1: utilizzare i dati macchina in tempo reale che si stanno già raccogliendo

Ci sono tre parametri di prestazione della pompa che possono essere utilizzati per identificare le inefficienze, e probabilmente ne state già monitorando almeno uno. Le letture dei sensori di portata, potenza e pressione possono essere utilizzate per calcolare il consumo energetico della pompa.

Dati di flusso e pressione

I flussimetri e i misuratori di pressione non rilevano direttamente il consumo energetico di una pompa. Tuttavia, tengono traccia di due parametri chiave che consentono di stimarlo abbastanza bene. Non è necessario fare i calcoli da soli: nella fase 2 esamineremo gli strumenti che lo faranno per voi. Ma se siete interessati, L'enciclopedia ingegneristica di Neutrium spiega come trasformare i pascal e i litri al secondo in chilowattora.

Dati di potenza

Se avete installato dei sensori di potenza per misurare direttamente il consumo energetico effettivo della pompa in tempo reale, siete in una posizione ancora migliore. Sebbene i dati di portata e pressione possano fornire una visione di alto livello del consumo energetico di una pompa, senza i dati di potenza essi dipendono da stime statiche dell'efficienza della pompa e del motore. Si tratta spesso di numeri idealizzati che possono essere o meno veri quando la pompa era nuova, ma che quasi certamente non sono più accurati man mano che la pompa invecchia.

Inoltre, le condizioni operative possono modificare l'efficienza effettiva della pompa da un momento all'altro, indipendentemente dalla sua portata. Ad esempio, i periodi di minore richiesta possono comportare un carico così basso per la pompa da renderla molto inefficiente, anche se la sua efficienza è buona al carico abituale. Sono questi fattori operativi che consentono la maggior parte delle modifiche rapide e a basso costo che consentono di risparmiare energia. I sensori che misurano direttamente la corrente e la tensione assorbita dal sistema forniscono tutti i dettagli necessari per monitorare questi fattori.

Fase 2: Eseguire l'analisi energetica su questi dati

Potreste già disporre delle competenze necessarie per analizzare i dati di portata, potenza e pressione in un'ottica di risparmio energetico. In caso contrario, esistono numerose piattaforme moderne di energy intelligence in grado di ingerire i dati esistenti e analizzarli per fornire raccomandazioni dettagliate.

Se decidete di optare per una piattaforma esterna, ecco alcuni elementi da tenere in considerazione:

• Visualizzazione e reportistica chiara e intuitiva. Dashboard interattivi, report personalizzati e raccomandazioni concrete vi aiuteranno a comprendere i modelli di consumo energetico, a identificare le inefficienze e a monitorare i risultati delle vostre iniziative di risparmio energetico.
• Metriche di prestazione energetica. Cercate una piattaforma di intelligence energetica che fornisca le principali metriche di prestazione, comprese quelle specifiche dei sistemi di pompaggio. I report dovrebbero includere informazioni sui punti in cui l'energia viene persa lungo la trasmissione, le curve di prestazione delle pompe, il consumo energetico specifico (SEC) e i benchmark di settore.
• Una guida chiara. La piattaforma non deve solo consigliare azioni di risparmio energetico, ma anche aiutare a classificarle in base al valore aziendale e al contesto.
• Integrazione e scalabilità. Considerate se la piattaforma può integrarsi con i sistemi di automazione industriale, i sistemi di archiviazione dati o altri sistemi di gestione dell'energia già in uso. Anche la scalabilità è fondamentale se si vuole espandere la copertura della piattaforma per includere altre pompe o altre apparecchiature in futuro.
• Supporto e assistenza. Valutare l'assistenza e il servizio forniti dal fornitore della piattaforma. Una volta installata, sarete da soli o ci sono esperti di energia industriale che vi aiutano a identificare, convalidare e monitorare le iniziative? Cosa dicono di loro i clienti? Un fornitore affidabile con un solido sistema di supporto garantisce un processo di implementazione senza intoppi e un'assistenza continua in caso di necessità.

Fase 3: iniziare a risparmiare energia

In questa sezione vi mostreremo quattro semplici modifiche ai processi per ridurre i costi energetici e le emissioni, utilizzando esempi reali tratti dalla nostra azienda. piattaforma di intelligenza energetica, SAM4.

Esempio 1: modifica delle soglie di flusso

In una stazione di pompaggio delle acque reflue, spesso due delle tre pompe funzionavano contemporaneamente in condizioni di bassa portata. La curva della pompa in tempo reale nella piattaforma SAM4 ha mostrato che entrambe le pompe funzionavano molto a sinistra del loro punto di massima efficienza (BEP), con conseguente spreco di energia. Utilizzando i dati operativi di un mese, SAM4 ha calcolato che una sola pompa potrebbe erogare la portata richiesta per il 100% del tempo, operando così molto più vicino al suo BEP. Invece di avere bisogno di 77,5 kW per erogare il flusso richiesto utilizzando entrambe le pompe, la stazione avrebbe bisogno solo di 55 kW, con una riduzione del 30% del consumo energetico.

Il proprietario della pompa ha modificato la logica di controllo della stazione per far funzionare una sola pompa in queste condizioni di basso flusso, aumentando la soglia di intervento della seconda pompa. Per questa stazione di pompaggio, questo semplice cambiamento di processo sta facendo risparmiare oltre 10.000 euro di costi energetici annuali e riduce le emissioni indirette di CO2 di 23,5 tonnellate all'anno.

Esempio 2: modifica della velocità della pompa

Una stazione di pompaggio delle acque grezze con due pompe più grandi e una più piccola ha mostrato grandi efficienze operative. L'analisi di SAM4 ha mostrato che le due pompe più grandi venivano spesso utilizzate in modo inefficiente per fornire flussi che potevano essere coperti dalla pompa più piccola. Sono state modificate due semplici impostazioni per ottenere un pompaggio più efficiente, letteralmente durante la notte.

Abbiamo già visto il primo cambiamento nell'esempio precedente: una modifica della logica di controllo. È stata aumentata la soglia di portata alla quale intervengono le pompe più grandi, in modo che la pompa più piccola operi da sola più a lungo. Per evitare la necessità di effettuare test fisici (come la misurazione della portata), l'aumento del set point è stato effettuato a piccoli passi.

In secondo luogo, è stata aumentata la velocità della pompa più piccola, per ampliare il suo campo operativo utile. Questa modifica è stata possibile perché la pompa era azionata da un inverter a frequenza variabile (VFD). La frequenza fornita dal VFD è stata aumentata, senza superare la potenza nominale del motore e le capacità della pompa.

Il flusso, il consumo energetico e l'efficienza risultanti sono stati successivamente monitorati dalla piattaforma SAM4. L'effetto di questi due cambiamenti di processo è stato significativo: l'efficienza di tutte e tre le pompe è aumentata, incrementando l'efficienza complessiva della stazione di pompaggio del 7,1%. Il proprietario della pompa spende ora 2.500 euro in meno all'anno per l'energia grazie a queste due modifiche semplici e veloci.

Esempio 3: aprire una valvola

In una stazione di pompaggio per fanghi, due pompe sommerse funzionavano continuamente a flussi molto bassi, ben lontani dal loro BEP. Dopo che la piattaforma SAM4 ha identificato il problema, il proprietario della pompa ha indagato e ha scoperto che entrambe le pompe funzionavano con valvole di scarico parzialmente chiuse. Le valvole sono state aperte e SAM4 ha registrato l'effetto nella sua curva delle prestazioni della pompa in tempo reale. Dopo la modifica, entrambe le pompe hanno funzionato in modo più efficiente, avvicinandosi al BEP e richiedendo meno tempo di funzionamento. Questa semplice modifica sta facendo risparmiare al proprietario della pompa circa 15.000 euro di energia ed elimina 30 tonnellate di emissioni di CO2 all'anno.

Esempio 4: rerazione idraulica della pompa

Questa operazione è un po' più complessa della semplice apertura di una valvola, ma è comunque una soluzione relativamente semplice e a basso costo che può garantire grandi risparmi.

In una stazione di pompaggio molto grande, due pompe da 500 kW funzionavano a basso carico. Dopo aver analizzato i dati, la piattaforma SAM4 ha stabilito che la modifica delle dimensioni della girante e l'aggiunta di una voluta secondaria avrebbero consentito alle pompe di erogare la portata richiesta con una potenza inferiore.

Il proprietario della pompa ha apportato le modifiche e SAM4 ha monitorato i risultati. L'efficienza delle pompe è più che raddoppiata, passando dal 23 al 55%, e il proprietario della pompa spende 100.000 euro in meno in energia e riduce l'impronta di carbonio di 250 tonnellate all'anno.

Volete andare un po' oltre?

Come abbiamo visto in precedenza, i sistemi di intelligenza energetica possono identificare facili modifiche a breve termine che possono far risparmiare molta energia. Naturalmente consigliano anche iniziative importanti a lungo termine e più costose: sostituzione delle pompe con versioni più recenti e più efficienti, aggiunta di VFD o di pompe supplementari e così via. Ma ci sono altre due strategie da prendere in considerazione, che non rientrano nell'ambito dell'analisi energetica.

Implementare un programma di manutenzione proattivo per mantenere le pompe in condizioni ottimali.

La salute e l'efficienza della pompa vanno di pari passo. Le modifiche che migliorano l'efficienza di una pompa ne riducono anche l'usura: ad esempio, le pompe che funzionano vicino al BEP subiscono una minore cavitazione e sollecitano meno le tenute meccaniche. È vero anche il contrario: le pompe sottoposte a buona manutenzione funzionano in modo più efficiente. L'usura dei cuscinetti, il disallineamento e altri problemi comuni fanno sì che la pompa lavori di più, spendendo più energia per svolgere lo stesso lavoro. Prima si scoprono e si risolvono questi problemi, meno energia verrà sprecata dalla pompa. Per ridurre al minimo il tempo che una pompa trascorre in silenzio sprecando energia a causa del degrado del suo stato di salute, si può prendere in considerazione l'idea di passare a una pompa strategia di manutenzione basata sulle condizioni sulla base dei dati di salute della macchina in tempo reale.

Educare gli operatori delle pompe e il personale addetto alla manutenzione sulle pratiche di efficienza energetica.

Ha senso formare le persone che trascorrono più tempo con le pompe su come mantenerle al massimo dell'efficienza. Oltre alle informazioni che la vostra piattaforma di intelligence energetica fornirà loro, considerate la possibilità di incentivare altre opportunità come workshop sull'ottimizzazione delle pompe, programmi di certificazione, conferenze e seminari. Potreste anche introdurre programmi di riconoscimento basati sulle prestazioni per motivare gli operatori delle pompe e il personale di manutenzione ad adottare pratiche di efficienza energetica. Questi potrebbero includere premi, bonus o semplicemente riconoscimenti per i singoli o i team che dimostrano un impegno eccezionale nella conservazione e nell'ottimizzazione dell'energia.

Buona fortuna!

Ci auguriamo che questa guida vi abbia dato alcune idee che potete iniziare a utilizzare già da oggi per ridurre il consumo energetico e le emissioni delle vostre pompe. Fino a quando non ci incontreremo di nuovo sulla strada di Net Zero!

[1] Cfr. Efficienza energetica nei sistemi a motore elettrico: Tecnologia, potenziale di risparmio e opzioni politiche per i paesi in via di sviluppo dell'Organizzazione delle Nazioni Unite per lo Sviluppo Industriale. Questo documento riporta che le pompe industriali rappresentano il 20-25% del consumo globale di elettricità dei motori industriali; nel nostro calcolo abbiamo utilizzato il limite inferiore, il 20%. Diverse fonti riportano che le pompe centrifughe rappresentano il 60-90% di tutte le pompe industriali; la maggior parte delle fonti riporta inoltre che la quota delle pompe centrifughe è in crescita. Nel nostro calcolo abbiamo utilizzato l'80%.