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L'innovativa soluzione motorizzata offre un trattamento delle acque reflue economico ed ecologico

Sistema ProfiNet Bus

Il trattamento dell'acqua e delle acque reflue è un compito essenziale per proteggere le nostre risorse idriche e ridurre il nostro impatto sull'ambiente. Tuttavia, le risorse energetiche necessarie per svolgere tali processi di trattamento hanno anche un impatto sull'ambiente; per non parlare di un impatto sul portafoglio mentre i prezzi dell'energia continuano a salire.

Di conseguenza, molti impianti di trattamento delle acque reflue stanno perseguendo attivamente una campagna di miglioramento dell'efficienza energetica. Bauer Gear Motor ha ottimizzato l'uso di energia di un impianto a Bayreuth, in Germania, riducendo il carico ambientale e i costi energetici con una soluzione innovativa per l'impianto del futuro.

Sebbene questo esempio si riferisca a un impianto di trattamento delle acque reflue, i processi e le attrezzature coinvolti sono molto simili a quelli utilizzati nelle applicazioni di trattamento delle acque commerciali e industriali. In questo modo, i vantaggi in termini di efficienza, affidabilità e costi operativi possono essere applicati anche qui.

L'impianto municipale di trattamento delle acque reflue di Bayreuth, in Germania, ha voluto ottimizzare i motori che alimentano l'impianto al fine di migliorare la sua efficienza energetica e ridurre i suoi costi di consumo energetico.

Il sistema originale, costruito in 1999, era composto da più motori asincroni 1.5 kW Direct On Line (DOL) diretti su 50 Hz. I motori sono stati forniti da Bauer Gear Motor (tipo BF50-35A / D09LA4-TF-D) e funzionavano senza guasti dalla loro installazione. Tuttavia, poiché la loro efficienza energetica non poteva raggiungere i livelli delle ultime tecnologie, è stato deciso di ritirare il sistema esistente e specificare un'alternativa hi-tech.

Come fornitore di attrezzature originali, Bauer Gear Motor, parte di Altra Industrial Motion Corporation, è stata invitata a suggerire una soluzione che avrebbe continuato a operare con lo stesso livello di affidabilità pur offrendo un'efficienza energetica all'avanguardia. Le credenziali di Bauer come leader per soluzioni di motoriduttore innovative ed energeticamente efficienti lo hanno reso un partner ideale per il progetto.

Harald Bezold, capo operatore di macchina presso l'impianto municipale di trattamento delle acque reflue, ha commentato:

"Ci siamo accontentati delle soluzioni originali Bauer, sviluppate quando l'impianto di trattamento delle acque reflue è stato costruito per la prima volta. Tuttavia, dopo 19 anni di servizio, ritenevamo che un investimento intelligente potesse aiutarci a migliorare le nostre operazioni.

Come parte della ristrutturazione sapevamo che era essenziale considerare l'impatto ambientale dei nostri processi. Il nostro obiettivo è fornire il miglior servizio di gestione dell'acqua, a costi minimi, con un impatto minimo sull'ambiente circostante. "

Markus Kutny, Business Development Manager di Bauer, ha aggiunto:

"Abbiamo condotto una revisione del sito e un audit delle attrezzature esistenti. Mettiamo un inverter su un'attrezzatura esistente, per misurare il comportamento di questa applicazione. Con questi dati siamo stati in grado di fare un calcolo per il cliente, per mostrare i vantaggi della tecnologia del motore sincrono a magneti permanenti (PMSM).

I valori teorici, i risparmi e il comportamento sono stati simulati e presentati al cliente. Oltre a raggiungere gli obiettivi ambientali e prestazionali, siamo stati in grado di creare un sistema conforme ai più recenti standard Industry 4.0. Come tale, abbiamo aggiunto un livello senza precedenti di controllo del motore al sito. "

La richiesta iniziale da parte del cliente era quella di sostituire i motori originali con i motori a induzione IE3: questo è ciò che viene normalmente visto come la "soluzione efficiente dal punto di vista energetico" nell'industria dell'acqua. Tuttavia, come risultato della valutazione di Bauer sugli impianti, è diventato evidente che l'impianto di trattamento delle acque reflue potrebbe trarre ulteriore vantaggio dalle specifiche dei PMSM che funzionano alla stessa frequenza, 50 Hz.

Il vantaggio con PMSMs non era solo il risparmio energetico; hanno anche il vantaggio per il cliente di controllare tutti i motoriduttori direttamente dall'ufficio tramite "ProfiNet Bus system". Un ulteriore vantaggio enorme è stato dimostrato che, con il sistema di inverter e di bus intelligente, i tecnici dell'assistenza possono monitorare le prestazioni dei motori e vedere immediatamente sul monitor se le applicazioni non funzionano correttamente.

La tecnologia PMSM IE3 consuma meno energia e richiede valori di potenza inferiori per lo stesso carico di coppia rispetto ai motori a induzione IE3 equivalenti. Quando il sistema funziona a carico parziale, il motore asincrono ha un livello di efficienza drasticamente ridotto rispetto ai PMSM nelle stesse condizioni.

Più precisamente, Bauer ha misurato la potenza richiesta per questa applicazione e ha scoperto che era inferiore alla potenza effettiva del motore in funzione e quindi erano in grado di ridurre le dimensioni del motore dal 1.5 kW iniziale a 1.1 kW mantenendo le stesse prestazioni.

Inoltre, in base alle misurazioni effettuate dal cliente dopo l'installazione delle applicazioni con i nuovi motori, la sostituzione dei motori a induzione con le alternative PMSM in esecuzione a 50 Hz potrebbe far risparmiare oltre 93.000 kW / h all'anno. Supponendo un prezzo energetico di € 0.20 kW / h, una riduzione di 93.000 kW / h si traduce in oltre € 18,600 risparmiati in un solo anno.

Un'altra proposta era quella di utilizzare un motore di servizio inverter per ridurre la frequenza di linea senza influenzare il comportamento di miscelazione. Il risultato è stato che per avviare il processo di miscelazione era necessaria la frequenza di 50-60 Hz. Dopo che l'acqua di scarico era in movimento e il fango era sospeso nell'acqua, la velocità poteva essere ridotta a 34 Hz.

Questa riduzione della velocità con lo stesso risultato di miscelazione e la stessa qualità di trattamento, ha offerto un potenziale risparmio di oltre 260.000 kW / h nel consumo di energia e € 52,000 nei costi energetici annuali.

Il ridotto consumo di energia dei PMSM rispetto ai motori a induzione standard è una conseguenza intrinseca del loro design. Mentre i motori a induzione richiedono una corrente elettrica nel rotore per creare l'induzione che gira il rotore e produrre la coppia, i PMSM si basano su un magnete permanente per far girare il rotore.

Impianto di trattamento di Bayreuth

L'introduzione di motoriduttori a magneti permanenti in tutto l'impianto di trattamento ha ridotto sia i costi energetici che il carico ambientale.

Rispetto ai motori a induzione con rating simile, la tecnologia PMSM ha dimostrato di offrire miglioramenti delle prestazioni fino al 40% in alcune applicazioni di trattamento delle acque. Come tale, molti PMSM pagheranno da soli nel giro di pochi mesi.

Come parte del processo di progettazione, gli ingegneri di Bauer dovevano assicurarsi che i nuovi motori si adattassero all'impronta dei motori esistenti. Ciò garantirebbe che i supporti e i riduttori originali non avrebbero bisogno di essere sostituiti, contribuendo a minimizzare i costi del progetto.

Inoltre, poiché dovevano essere collocati all'esterno, era essenziale che i nuovi motori fossero equipaggiati per sopravvivere alle intemperie e ai pericoli generali che si trovano in tale ambiente. Pertanto, Bauer ha optato per motori conformi ai valori nominali IP65 e all'inverter associato in IP66, che garantiscono la protezione dall'ingresso di polvere e da getti d'acqua ad alta pressione da qualsiasi direzione.

Per rendere efficace la combinazione di motore e azionamento a frequenza variabile, sono stati preferiti gli inverter singoli montati direttamente sui motori (motoriduttori EtaK2.0) per collegare tutti gli inverter in serie. In questo modo, se un'unità dovesse guastarsi, non influenzerebbe gli altri motoriduttori, che continuerebbero a funzionare, riducendo al minimo i tempi di fermo impianto e i costi di manutenzione.

Inoltre, la nuova soluzione fornita da Bauer ha semplificato il sistema e ridotto l'attrezzatura necessaria. Gli inverter integrati nell'EtaK2.0 eliminavano la necessità di cavi schermati nell'impianto e alimentavano i motori in modo decentralizzato, quindi non sarebbero necessari gli inverter nelle cabine di comando. In questo modo, le attività di manutenzione sono state ridotte, il che ha comportato ulteriori risparmi sui costi.

EtaK2.0 offre inoltre ulteriori funzionalità di comunicazione e controllo. Più precisamente, gli inverter integrati inviano un flusso costante di dati al controllore programmabile (PLC) tramite la connessione standard industriale Ethernet PROFINET ampiamente utilizzata. Ciò ha permesso di monitorare le condizioni di ogni unità da remoto, senza la necessità di ispezioni fisiche.

Impianto di acque reflue di Bayreuth

Gli operatori di impianti possono controllare e monitorare tutti i motoriduttori direttamente dall'ufficio tramite il sistema ProfiNet Bus.

In questo modo, l'impianto di trattamento delle acque reflue potrebbe beneficiare di una rete automatizzata ed essere pronto per l'industria 4.0 e l'Internet of Things industriale (IIoT). Inoltre, abilitando maggiori capacità di controllo, i segnali di guasto potrebbero essere rilevati in modo più semplice e rapido, riducendo al minimo le attività di manutenzione ei costi.

Harald Bezold continua:

"Quando abbiamo contattato gli ingegneri di Bauer, abbiamo detto loro che volevamo rendere il sito a prova di futuro, assicurando che la soluzione funzionasse con la più recente tecnologia come standard. Creando una rete automatizzata siamo ora in grado di monitorare con precisione i dati delle prestazioni dei motori per garantire che funzionino in modo efficiente in ogni momento. "

Lavorando a stretto contatto con gli ingegneri in loco presso l'impianto di trattamento delle acque reflue di Bayreuth, Bauer è stata in grado di comprendere le esigenze dell'applicazione e utilizzare la sua esperienza nel settore per offrire una soluzione all'avanguardia nell'ingegneria ambientale e nelle comunicazioni industriali.

La tecnologia non solo ha apportato miglioramenti misurabili in termini di efficienza energetica e produttività, ma è stata gestita in modo tale da non richiedere la reingegnerizzazione e il contenimento delle interruzioni al minimo.

Con questo progetto, Bauer ha dimostrato che i miglioramenti dell'efficienza energetica possono non solo ridurre i costi per generare, trasmettere e distribuire energia dalle centrali elettriche all'impianto finale, ma anche ridurre in modo sostanziale i costi operativi e di manutenzione.

Per ulteriori informazioni, si prega di contattare:

Philip Crowe
Bauer Gear Motor GmbH
Tel: + 49 711 3518276 Fax: + 49 711 3518456
Web: www.bauergears.com
E-mail: [Email protected]

Process Industry Informer

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