Spiegazione della curva della pompa in tempo reale SAM4

Scoprite come SAM4 utilizza i dati elettrici per determinare e visualizzare in tempo reale il funzionamento di una pompa rispetto alla sua curva e al punto di massima efficienza. Questa conoscenza è accompagnata da consigli automatici su come raggiungere l'efficienza e individuare i guasti in corso. Una volta implementato, questo sistema consente di ridurre i tempi di inattività, prolungare la vita della macchina e ridurre i costi.

Elementi essenziali della curva della pompa

Le pompe sono un punto focale delle operazioni in diversi settori e le curve delle pompe sono essenziali per scegliere la pompa più adatta all'applicazione richiesta. Sono fondamentali per determinare l'efficienza delle pompe, per aiutare a risolvere potenziali danni e per ottimizzare le prestazioni e il consumo energetico. Il calcolo dell'effettivo funzionamento di una pompa rispetto alla sua curva di pompaggio, ossia la sua vicinanza al punto di massima efficienza (BEP), comporta costi operativi evitabili.

L'impatto di operare lontano dal punto di massima efficienza

A seconda del settore, molti fattori possono influenzare il funzionamento delle pompe lontano dal loro punto di massima efficienza. L'apparecchiatura potrebbe non essere impostata in modo ottimale o essere sovradimensionata rispetto ai requisiti operativi; potrebbero esserci guasti in fase di sviluppo e potrebbero essere presenti diversi tipi di intasamenti.

Una pompa dovrebbe funzionare nel suo punto di massima efficienza per garantire affidabilità ed efficienza ottimali. Tuttavia, nella pratica ci sono diverse ragioni per cui questo non è sempre vero. Ci possono essere ragioni di progettazione; ad esempio, i fattori di sicurezza dell'ingegnere di processo, dell'ingegnere meccanico e del produttore della pompa si sommano, dando luogo a una pompa sovradimensionata. Una stazione di pompaggio può persino essere sovradimensionata di proposito, per poter far fronte alla crescita demografica prevista per i prossimi 20-30 anni. D'altra parte, i problemi operativi possono causare un funzionamento lontano dal BEP: usura, blocchi o valvole (parzialmente) chiuse, o anche una logica di controllo non ottimale. Il funzionamento lontano dal BEP può anche essere dovuto semplicemente a variazioni regolari della domanda operativa. Qualunque sia la ragione, più una pompa opera lontano dal BEP, più è dannosa.

Lo spreco di energia aumenta anche quanto più una pompa si allontana dal BEP, con conseguente aumento dei costi operativi. Dal punto di vista della salute degli asset, la cavitazione e la turbolenza del fluido possono causare la rapida usura di guarnizioni, alberi, cuscinetti e giranti della pompa. Portate molto basse possono anche causare un rapido aumento della temperatura all'interno della pompa, che può portare a un guasto completo della pompa o addirittura alla sua distruzione.

Tutto ciò comporta una perdita di produzione e un aumento dei costi di manutenzione. Inoltre, riduce la durata delle apparecchiature, con conseguente aumento dei costi di capitale. Per questo motivo, è vantaggioso rilevare tali problemi il più rapidamente possibile per ridurre il rischio di guasti e ottimizzare il consumo energetico.

Visite della pompa rispetto alla curva delle prestazioni della pompa in tempo reale SAM4

La prassi standard per stimare l'efficienza delle pompe richiede di visitare le sedi delle pompe. Vengono effettuate misurazioni della pressione e della portata all'ingresso e alla mandata di ciascuna pompa e i dati vengono confrontati con la curva della pompa del produttore. Questi test fisici delle pompe vengono spesso eseguiti solo una volta ogni 5-10 anni e forniscono un'indicazione dell'efficienza statica della pompa, ma non permettono di capire i flussi e le perdite quotidiane.

Tuttavia, se si sospetta un potenziale problema, sono necessari ulteriori strumenti diagnostici per capire quale possa essere la causa principale. Questo processo può richiedere molto tempo e comporta costi finanziari e ambientali, come le emissioni legate al trasporto, soprattutto se le pompe operano in un ambiente difficile.

La soluzione SAM4 di Samotics incorpora una funzione di generazione automatica della curva della pompa che evita la necessità di recarsi fisicamente presso le sedi delle pompe. Calcola stime continue e accurate delle misure di pressione e portata dai dati elettrici e le confronta con la curva della pompa del produttore o con una curva di prova più recente, se disponibile. In questo modo si ottiene una base comparativa a fini analitici.

Viene visualizzato in Samotics'. curva della pompa in tempo reale e il cruscotto delle prestazioni della pompa. Il cruscotto fornisce una visione in tempo reale e storica del funzionamento di una pompa rispetto al suo BEP (Figura 2). Basato sulla teoria dell'affidabilità, mostra chiaramente in che misura le operazioni della pompa rientrano nell'area delle migliori pratiche (verde), nell'area dell'inefficienza (giallo) o nell'area delle cattive pratiche (rosso).

Ulteriori funzioni di SAM4 e della sua suite di prestazioni della pompa determinano se e quali azioni aggiuntive devono essere eseguite per migliorare l'efficienza di funzionamento della pompa.

Il monitoraggio continuo ha il grande vantaggio di poter rilevare molto più rapidamente i segni di inefficienza operativa o di comportamento subottimale. Questo può aiutare a modificare le impostazioni operative per far funzionare le pompe più vicine al BEP e contribuire a ridurre il consumo energetico e i costi in tempi più brevi. Il monitoraggio continuo consente inoltre di seguire i miglioramenti operativi per verificare se persistono e, soprattutto, per identificare quando la situazione inizia a peggiorare. Questo non sarebbe possibile con un test delle pompe di cinque o dieci anni.

Le apparecchiature danneggiate possono essere riparate non appena iniziano a degradarsi, quando le riparazioni sono più rapide ed economiche, consentendo alle pompe di funzionare più vicino al BEP e prolungando la durata della macchina. Il monitoraggio a distanza, tramite sensori ad alta frequenza collocati nell'armadio di controllo del motore della pompa, evita i costi delle visite in loco alle pompe per eseguire ispezioni e raccogliere dati. Questo, a sua volta, garantisce una maggiore flessibilità nella programmazione.

Come la curva di prestazione della pompa SAM4 stima accuratamente pressione e portata

SAM4, e tutte le sue caratteristiche incorporate, funziona secondo il principio di analisi della firma elettrica (ESA). Si basa sul fatto che piccole variazioni nel funzionamento di una macchina influenzano il campo elettromagnetico del motore collegato, che a sua volta influisce sulla tensione di alimentazione e sulla corrente di esercizio.

SAM4 analizza continuamente i segnali di corrente e tensione ad alta frequenza utilizzando potenti algoritmi di apprendimento automatico. In questo modo è possibile rivelare le caratteristiche della pompa, come il numero di giri della girante, i fattori che potrebbero causare lo sviluppo di guasti, come la cavitazione della pompa, e identificare i guasti in corso.

Per mappare le operazioni della pompa in tempo reale rispetto alla sua curva di pompaggio, vengono calcolate stime accurate della pressione (prevalenza) e della portata utilizzando dati elettrici, valori noti dalla documentazione della pompa e le leggi di affinità delle pompe centrifughe. Queste ultime esprimono la relazione tra le variabili coinvolte nelle prestazioni della pompa (come prevalenza, portata, diametro della girante, frequenza di rotazione della girante) e la potenza meccanica.

Caso 1: Individuazione rapida di un blocco in una stazione di pompaggio dell'azienda idrica

In una stazione di pompaggio con tre pompe co-locate, SAM4 ha rilevato segni di cavitazione e intasamento nei dati analizzati per una delle pompe del suo cliente del settore idrico. Le altre due pompe non mostravano un comportamento simile. Le differenze nella potenza attiva indicavano che la pompa difettosa non era in grado di produrre la portata richiesta. Si pensava che la pompa fosse in parte intasata, con conseguente riduzione del flusso e cavitazione. La situazione era chiaramente visibile sulla pompa associata in tempo reale.
(Figura 4), dove la maggior parte dei dati operativi si trovava nell'area delle cattive pratiche.

Una volta informato, il cliente ha ispezionato la pompa ed è stato effettivamente riscontrato un intasamento. Una volta eliminato il blocco, i dati sono tornati ai valori normali (Figura 4). Il rilevamento di questo intasamento è stato molto vantaggioso per il cliente, poiché la risoluzione del problema ha evitato ulteriori problemi a valle. Il cliente ha calcolato che tra 20.000-40.000 euro di risparmio sono stati generati grazie al risparmio sui costi di una riparazione completa e sui costi aggiuntivi dovuti all'impossibilità della stazione di pompaggio di svolgere le proprie funzioni.

Caso 2: Risoluzione di operazioni di pompaggio inefficienti per ridurre il consumo energetico

SAM4 ha analizzato tre pompe (due più grandi da 55 kW e una più piccola da 11 kW) che costituiscono il nucleo di una stazione di pompaggio di acqua pulita. La piattaforma SAM4 ha informato l'azienda idrica che le due pompe più grandi venivano spesso utilizzate in modo inefficiente per fornire portate che potevano essere coperte in modo molto più efficiente dalla pompa più piccola. La situazione poteva essere chiaramente visualizzata sulla curva di pompaggio, dove le due pompe più grandi operavano solo per poco più di 20% nella zona di migliore pratica e la pompa più piccola operava per tre quarti del tempo nella zona di cattiva pratica.

SAM4 ha inoltre determinato che una parte significativa delle perdite energetiche era dovuta alla modalità di funzionamento. Seguendo le raccomandazioni del SAM4, il cliente ha implementato due semplici modifiche alle impostazioni per ottenere un pompaggio più efficiente durante i periodi di bassa portata. In primo luogo, è stata aumentata la soglia di portata a cui la pompa più piccola eroga il flusso, in quanto era in grado di erogare il basso flusso in modo indipendente e più efficiente rispetto alle due pompe più grandi. In secondo luogo, è stata aumentata la velocità della pompa più piccola per ampliare ulteriormente l'intervallo operativo utile della pompa più piccola, in modo da fornire una portata maggiore alla pressione richiesta. Questo è stato fatto aumentando la frequenza di alimentazione del VFD, senza superare la potenza nominale del motore e le capacità della pompa. In questo modo si è ottenuto un intervallo di portata più ampio per la pompa più piccola, attivando le pompe più grandi solo quando era veramente necessario. Il cliente è stato in grado di implementare queste modifiche nel giro di poche ore, senza alcuna spesa di capitale aggiuntiva.

Una volta implementate queste semplici modifiche al processo, è stato possibile confrontare immediatamente la situazione prima e dopo e calcolare il miglioramento. Tutte e tre le pompe funzionavano più vicino al punto di massima efficienza e l'efficienza totale della stazione di pompaggio era migliorata di 7,1%.

Conclusione

La curva di pompaggio in tempo reale SAM4 fornisce un metodo continuo e accurato per vedere in che misura una pompa sta operando in tempo reale rispetto alla sua curva di pompaggio e quindi quanto è vicina al suo BEP. Piuttosto che tirare a indovinare quale pompa testare successivamente, la curva di pompaggio in tempo reale SAM4 fornisce una visione continua di quali sono le pompe che presentano maggiori ritardi e che dovrebbero essere considerate prioritarie.

Questo riduce la necessità e i costi associati alle visite alle pompe per effettuare misurazioni di pressione e portata e consente alle aziende di individuare molto più rapidamente i problemi associati alle pompe. In questo modo si riducono i tempi di fermo, i costi e si ottiene una maggiore flessibilità nella programmazione della manutenzione.

Molte aziende utilizzano già il sistema di manutenzione predittiva SAM4, che include la pump performance suite. La suite, con la sua funzione di curva della pompa in tempo reale, monitora lo stato di salute e le prestazioni delle pompe industriali (e di altre apparecchiature), contribuendo a ridurre i tempi di fermo, le perdite di produzione e i costi operativi e di capitale.