La tecnologia PMSM di Bauer e le pompe Allweiler consentono all'impianto di trattamento delle acque reflue Stendal di diventare autosufficiente dal punto di vista energetico
I comuni di tutta Europa stanno cercando di ridurre il proprio consumo energetico e di limitare al minimo l'impronta di carbonio. La produzione di biogas dai processi di trattamento delle acque reflue offre agli stabilimenti la possibilità di diventare autosufficienti. Tuttavia, il raggiungimento dell'autosufficienza dipende dall'utilizzo di attrezzature efficienti.
Bauer Gear Motor, uno dei principali produttori tedeschi di motoriduttori, ha collaborato con Allweiler per ridurre il consumo energetico delle pompe a vite eccentrica installate presso l'impianto di trattamento delle acque reflue di Stendal, in Germania, montando motori sincroni a magneti permanenti (PMSM) ad alta efficienza.
Guardate il video del caso di studio.
L'impianto di trattamento delle acque reflue di Stendal punta a essere completamente autosufficiente dal punto di vista energetico entro il 2025. Lo stabilimento dispone di un impianto di produzione di biogas che fornisce energia a basso tenore di carbonio dai rifiuti. I fanghi prodotti dal trattamento delle acque reflue vengono convogliati in cisterne di stoccaggio per poi essere trasferiti all'impianto di biogas.
Per ridurre la dipendenza dalla rete e aumentare la percentuale di operazioni supportate da energia a basse emissioni di carbonio, gli operatori dell'impianto hanno iniziato a valutare la possibilità di migliorare le attrezzature per raggiungere questo obiettivo. Le pompe a vite eccentrica sono state rapidamente identificate come un ambito da migliorare.
Le pompe a vite eccentrica (note anche come pompe monovite) sono utilizzate per convogliare le grandi quantità di fango generate durante il trattamento delle acque reflue. Questo tipo di pompa è preferibile in quanto è resistente all'intasamento e può gestire fluidi contenenti solidi. Le pompe a vite eccentrica funzionano ininterrottamente, favorendo i processi continui di trattamento delle acque reflue.
Il funzionamento ininterrotto richiede tuttavia una grande quantità di energia. Inoltre, spesso le pompe lavorano a bassi regimi, il che può causare un funzionamento inefficiente dei motori che le alimentano. Con l'obiettivo dichiarato dell'autosufficienza energetica, i gestori dell'impianto di trattamento delle acque reflue di Stendal desideravano migliorare l'efficienza di queste pompe per ridurre il fabbisogno energetico complessivo. Fortunatamente una soluzione comprovata era pronta e disponibile per loro.
"Siamo leader mondiali nel settore dei motoriduttori", spiega Marc Piwko, Key Account Manager di Bauer Gear Motor, uno dei principali marchi di Altra Industrial Motion Corp. “Questo è dimostrato dalla nostra gamma di PMSM, che offre un'efficienza eccezionale in termini di prestazioni. Queste unità sono la soluzione ideale per le attività continue in cui gli operatori cercano di ridurre il consumo energetico e massimizzare l'efficienza dei costi."
I PMSM Bauer sono caratterizzati da un design del rotore incredibilmente efficiente abbinato a magneti permanenti ottimizzati, che offrono un netto vantaggio in termini di prestazioni ed efficienza rispetto ai modelli tradizionali. Non vi sono perdite di calore dal rotore, con una riduzione delle perdite totali del 25%. Gli operatori beneficiano in genere di significativi miglioramenti dell'efficienza del motore superiori al 10% rispetto ad altri convertitori di frequenza. I PMSM Bauer sono disponibili per soddisfare gli standard di efficienza IE3, IE4 e persino IE5 in conformità alla norma IEC TS 60034-30-2.
Un vantaggio chiave per i PMSM nelle applicazioni con pompe a vite eccentrica è che forniscono una coppia elevata a basse velocità con una maggiore efficienza. A Stendal le pompe solitamente funzionano a circa 25 Hz per ridurre l'usura e fornire una riserva di prestazioni per elevate quantità d'acqua - una frequenza alla quale un motore asincrono dovrebbe essere sovradimensionato per erogare la coppia richiesta, con conseguente inefficienza energetica. Tuttavia, grazie alle caratteristiche intrinseche a carico parziale, i PMSM possono erogare l'intera coppia a questa velocità con un motore di dimensioni inferiori. La coppia elevata è disponibile anche dall'avvio, ideale per le applicazioni di pompaggio. Inoltre, i gestori possono prevedere risparmi energetici superiori al 30% in condizioni di carico parziale rispetto ai motori asincroni.
Questi vantaggi non sono passati inosservati alla società tedesca Allweiler GmbH di CIRCOR, un'azienda leader nella produzione di pompe che ha collaborato con Bauer per combinare le sue pompe con i PMSM. Nel 2017 entrambe le aziende hanno testato un'installazione presso l'impianto di trattamento delle acque reflue di Bayreuth, che ha consentito un notevole miglioramento dell'efficienza.
Per Stendal, Allweiler ha scelto le pompe a vite eccentrica serie AE2E, una soluzione molto apprezzata nelle applicazioni per le acque reflue per la capacità di gestire liquidi altamente viscosi o aggressivi che contengono solidi o fibre. Le pompe hanno inoltre un'elevata resistenza all'usura, che ne prolunga la durata. Queste sono state abbinate a riduttori della serie elicoidale BG30 di Bauer con PMSM e installate nei sotterranei della sala di pompaggio dell'impianto.
"Un altro vantaggio del design del PMSM è la sua elevata densità di potenza. Ciò significa che siamo in grado di ridimensionare efficacemente i motori senza alcuna perdita di prestazioni, migliorando al contempo l'efficienza. A Stendal siamo riusciti a ridurre la potenza dal motore asincrono originale da 5,5 kW a 3 kW", spiega Marc.
"Inoltre, data la bassa intensità di calore dei PMSM, è possibile eliminare le ventole di raffreddamento forzato, con un ulteriore vantaggio in termini di valore."
I vantaggi per l'impianto derivanti dal passaggio alle pompe Allweiler alimentate da motoriduttori PMSM elicoidali Bauer sono evidenziati dai dati, come ha dimostrato Micheal Riske, responsabile del dipartimento acque reflue/acqua di Stendal: "Abbiamo messo in funzione due pompe identiche alternativamente con un PMSM e un motore asincrono IE3 per un mese ciascuna, confrontando il fabbisogno di elettricità e il pompaggio dei fanghi primari. Si è constatato che la pompa con il PMSM installato ha consumato il 24% in meno di energia."
Durante la valutazione la pompa con PMSM ha consumato 495,3 kW di energia per pompare 2.410 m3 di fango primario. Il motore asincrono IE3 ha richiesto 729,3 kW per pompare 2.699,5 m3 di fango. Ciò equivale a 4,866 m3 per kW per il PMSM e a 3,7 m3 per kW per il motore IE3. A Stendal le pompe a vite eccentrica Allweiler sono in grado di pompare quasi un terzo di fango in più a parità di potenza. Oltre a garantire una potenza più elevata, i motoriduttori Bauer hanno anche migliorato le prestazioni dell'applicazione.
Klaus Kaiser, Sales Engineer presso Allweiler, illustrando i risultati di diverse installazioni, ha aggiunto: "In base alla nostra esperienza, non ci vogliono più di sei mesi per ottenere un ritorno sull'investimento (ROI) su un PMSM."
Infatti il basso consumo energetico dei convertitori di frequenza di Stendal ha garantito il raggiungimento del ROI dopo soli tre mesi. Tutto questo riducendo il consumo di energia, migliorando le prestazioni e compiendo un grande passo avanti nel passaggio a un'energia a basse emissioni di carbonio presso il sito.