POMPELE DIN INSTALATII DE INCALZIRE Pompele din centralele de termoficare reprezintă elemente componente esenţiale ale
acestora, deoarece ele asigură circulaţia agentului termic (apei calde) între sursă şi
consumatori, participând astfel cu o cotă energetică importantă la consumul de
energie electrică total pe perioada de funcţionare a instalaţiei. Numărul, poziţia şi
caracteristicile de funcţionare ale acestor aparate se stabilesc în funcţie de sistemul
de încălzire adoptat, puterea termică şi regimul de funcţionare. Prin variaţia turaţiei
pompelor se poate controla continuu presiunea în funcţie de sarcina termică la un
moment dat.
Pe durata de funcţionare a unui sistem de încălzire, se urmăreşte ca, la consumatori,
să se asigure debitele de agent termic corespunzătoare condiţiilor de confort interior
cerute din faza de proiectare, şi în concordanţă cu parametrii climatici exteriori; din
acest motiv, instalaţia trebuie prevăzută cu un sistem de reglare calitativ, cantitativ
sau mixt.
Reglarea cantitativă impune o variaţie a debitului de agent termic în timpul
funcţionării instalaţiei păstrând constantă temperatura agentului termic, şi se poate
realiza:
- cu pompe cu caracteristici tehnice diferite (debit şi înălţime de pompare);
- cu pompe cu turaţie variabilă, având posibilitatea de a modifica debitul şi
înălţimea de pompare în funcţie de necesităţi, pentru a minimiza puterea
electrică consumată de pompă
Asigurarea debitelor de agent termic, respectiv a debitelor de căldură solicitate de
consumatori, impun asigurarea unei reglări pe traseul reţelei de conducte, între sursă
şi consumatori. În funcţie de metodele de reglare, adoptate în exploatare,
consumurile energetice sunt destul de diferite. În figura de mai jos sunt prezentate,
spre comparaţie, curbele de consum energetic pentru două metode de reglare: cu
turaţie constantă şi cu turaţie variabilă, în funcţie de diverse procente din debitul
nominal al pompei (maxim).
Consumul de energie in funcţie de tipul pompei
Forma unei curbe de consum energetic depinde şi de randamentul global al
instalaţiei, configuraţia reţelei de conducte, punctul de funcţionare şi natura
echipamentului de reglare şi comandă. Dependenţa randamentului de variaţia turaţiei
unei pompe este dată de relaţia:
( )5,0
2
112 11 ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−−=
nn
ηη
De fapt, la majoritatea pompelor, modificarea randamentului se poate neglija la un
domeniu de variaţie a turaţiei la 1/3 din turaţia nominală.
În figura de mai jos se prezintă variaţia caracteristicilor: H, G, P, η ale pompelor
centrifuge cu turaţia n, constatând că prin reducerea cu 20% a turaţiei, puterea
absorbită scade cu 50%, iar randamentul pompei rămâne neschimbat, de unde
reiese posibiliatea reducerii consumului de energie la pompare prin reglarea turaţiei
pompelor.
O dată cu aplicarea procedeelor electronice la acţionarea motoarelor electrice,
reglarea turaţiei a fost extinsă în unele ţări la scară industrială. Variaţia turaţiei
motorului de antrenare a pompei se poate realiza cu următoarele soluţii:
convertizoare de frecvenţă, motoare de curent continuu, controlul tensiunii şi cuplaje
cu curenţi turbionari. Dintre acestea motorul asincron cu rotorul în scurtcircuit,
asociat cu un convertizor static de frecvenţă cu tiristoare sau tranzistoare de putere
(200 Kw şi respectiv 25 kW) formează un echipament electric de acţionare cu turaţie
reglabilă în limite largi.
Analiza energetică comparativă a procedeelor de reglare optimizată Eficienţa energetică a procedeelor de reglare prezentate se evidenţiază printr-un
exemplu de analiză comparativă a funcţionării unei pompe şa patru turaţii diferite
(vezi figura).
Variaţia caracteristicilor pompelor centrifuge cu turaţia
Dacă încărcarea maximă este de 350 m3/h la o înălţime de pompare de 28 m,
puterea de alimentare va fi de 42,5 Kw. Prin vana de reglare, debitul este redus la
100 m3/h, iar înălţimea de pompare creşte la 50 m. Puterea necesară de alimentare
scade la 23 kW, la o turaţie constantă de 1650 ro/min. Curbele de funcţionare sunt
marcate cu A-B pe diagrama H-G şi cu A’-B’ în diagrama de putere.
Prin utilizarea de pompe cu turaţie variabilă, reglarea se bazează pe menţinerea
constantă a diferenţei de presiune de 8 m H2O într-un anumit loc din centrala
termică. Presiunea realizată de pompă va urmări curba D-A, după cum debitul de
apă creşte.
Corespondenţa cu relaţiile de putere este prezentată în graficul punctat din diagrama
de putere. Astfel este posibilă compararea necesarului de putere de alimentare a
pompelor în cele două variante: reglare cu vane şi reglare cu turaţie variabilă. Prin
urmare, dacă se cunoaşte distribuţia încărcărilor pe perioada unui an, se poate
calcula consumul de energie aferent.
Curbele de functionare si necesarul de putere pentru pompa, la turatii diferite
Din analiza efectuată pe cazul prezentat, se constată o scădere a consumului annual
de energie de la 275 064 kWh la 124 173 kWh prin reglarea turaţiei, realizând o
economie de energie de 151 000 kWh, respective de 55%.
Orice modalitate de reglare a turaţiei implică pierderi de energie. Pentru a calcula
pierderile de energie în motorul unei pompe aplicând reglarea debitelor cu ajutorul
vanelor, trebuie luate în considerare randamentul motorului şi puterea sa de
alimentare. În cazul reglării debitului prin variaţia turaţiei, randamentul sistemului
motor-convertizor de frecvenţă, mai scăzut, trebuie corelat cu scăderea substanţială
a puterii de alimentare.
Pompa analizată în exemplul precedent va fi conectată la un motor standard de 45
Kw. Randamentul unui astfel de motor este 90% şi se menţine constant pentru valori
ale puterii de alimentare (P) între 50% şi 100% din valoarea nominală a acesteia
(Pn). Randamentul convertizorului de frecvenţă este de 96% la încărcare nominală,
fără pierderi suplimentare în motor.
În figura de mai jos este prezentat graficul randamentului în funcţie de puterea de
alimentare. Ţinând seama de aceste randamente şi de puterile de alimentare
calculate în tabelul 1, se obţin pierderile de putere prezentate în tabelul 2. Rezultă că
prin procedeul variaţiei turaţiei, faţă de procedeul cu vană de reglare, s-a realizat o
scădere a pierderilor anuale de energie de la 30660 kWh la 27243 kWh, adică 11%.
Randamentul motorului pompei functie de putere
Distribuţia Vane de reglare Turaţie variabilă Debitul G
(m3/h) % ore Puterea P
(kW)
Energia E
(kW)
Puterea P
(kW)
Energia E
(kW)
350 5 438 42,5 18615 42,5 18614
300 15 1314 38,5 50589 29,0 38106
250 20 1752 35,0 61320 18,5 32412
200 20 1752 31,5 55188 10,0 17520
150 20 1752 28,0 49056 6,5 11388
100 20 1752 23,0 40296 3,5 6132
TOTAL 100 8760 - 275064 - 124173
Tabelul 1: Puterea de alimentare şi consumul de energie al unei pompe în cazul reglării prin vane, respectiv cu variaţia turaţiei
Vane de reglare Turaţie variabilă Debitul
G
(m3/h)
Ore
Puterea P
(kW)
ηM (%) Pierderi
de
putere
(kW)
Pierderi
de
energie
(kWh)
Puterea
P (kW)
ηM (%) Pierderi
de
putere
(kW)
Pierderi
de
energie
(kWh)
350 438 42,5 90 4,7 2059 42,5 86 6,9 3022
300 1314 38,5 90 4,3 5650 29,0 85 5,1 6701
250 1752 35,0 90 3,9 6833 18,5 84 3,5 6132
200 1752 31,5 90 3,5 6132 10,0 79 2,7 4730
150 1752 28,0 90 3,1 5431 6,5 74 2,3 4030
100 1752 23,0 90 2,6 4555 3,5 70 1,5 2628
TOTAL 8760 - - - 30660 - - - 27243
Tabelul 2: Pierderile de putere din motor în cazul reglajului prin vane şi cu variaţia turaţiei
Aspectul economic Practica a arătat că, costurile de investiţie cu instalaţiile auxiliare de menţinere a
siguranţei pompelor cu turaţie variabilă, reprezintă circa 10% din totalul cheltuielilor
de exploatare. Aşadar, 90% reprezintă consumul energetic pe durata vieţii unei
pompe, durată ce se poate estima între 15 şi 20 ani. De asemenea, trebuie subliniat
că, economia de energie realizată, utilizând pompele cu turaţie variabilă, duce la
amortizarea investiţiei într-un timp relativ scurt.
Orientativ, în diagrama de mai jos se poate calcula economia de energie electrică,
prin utilizarea de pompe cu turaţie variabilă, în funcţie de puterea motorului pompei,
raportul G/Gmax şi durata de funcţionare anuală a pompei. Astfel, pentru o putere a
motorului pompei de 15 kW, cu o funcţionare a pompei la un debit mediu de 70% din
debitul nominal, pe o durată de 60% din totalul orelor dintr-un an (5300 ore), se
realizează o economie de aproximativ 43000 kWh.
Generalizarea utilizării pompelor cu turaţie variabilă în sistemele de încălzire este de
preferat, pe de o parte pentru economia de energie, iar pe de altă parte, pentru
fiabilitatea lor.
Economia de energie anuala in cazul pompelor cu turaţie variabila
