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