La regolazione automatica di impianti idraulici per uso civile e industriale è un aspetto cruciale per ottimizzare le prestazioni e garantire l'efficienza dei sistemi. Faizanè commercializza numerosi componenti adatti a questo scopo.
Principi di Base della Regolazione Automatica
I principi della regolazione automatica dei sistemi elettro-meccanici sono, in generale, piuttosto semplici. Per regolare le prestazioni di un sistema complesso, ci si basa sulla logica dei segnali, che può essere messa in pratica con tecnologie differenti a seconda dei casi.
Esempio di Regolazione del Livello in un Serbatoio
Pensiamo ad un serbatoio che contenga un fluido di cui sia necessario mantenere un livello compreso tra due estremi, minimo e massimo. Questo è un esempio pratico di regolazione in un sistema idraulico.
Parametri Chiave dei Fluidi in Movimento
Dal punto di vista fisico, i parametri principali che caratterizzano un fluido in movimento sono tre:
- La velocità media di scorrimento
- La pressione esercitata sulle pareti di condotte e serbatoi
- La temperatura a cui viene effettuato il moto del fluido
Faizanè si occupa da anni di fornire la componentistica più adatta per realizzare misure su fluidi in svariate condizioni e per diverse applicazioni industriali e civili.
Misurazione della Temperatura e della Pressione
Spesso è necessario verificare la temperatura di un gas o un liquido all’interno di un serbatoio o una tubazione, per convogliare calore attraverso il fluido o per garantire la sicurezza dell’impianto stesso. La misura della pressione attraverso i manometri è necessaria in molte applicazioni, primariamente per ragioni di sicurezza, per garantire la tenuta dei componenti dell’impianto ed evitare rotture o fughe.
I prodotti nel magazzino di Faizanè sono tutti a lettura visiva con la possibilità di inserire contatti elettrici che generino un segnale quando viene raggiunto un determinato valore di pressione.
Automazione di Sistemi Idraulici Industriali
Automatizzare un sistema idraulico, soprattutto in ambito industriale, può significare cose molto diverse tra loro. Si tratta, in particolare, di impianti chimici, impianti per l’industria alimentare o siti in cui si svolgono lavorazioni che coinvolgono i fluidi in modo significativo, come le cartiere o le concerie.
Curve Caratteristiche delle Pompe Centrifughe
Le prestazioni idrauliche di una pompa centrifuga vengono rappresentate su una curva Q/H (portata/prevalenza) che, ad una velocità fissa, associa ad ogni portata la relativa prevalenza. Quindi tutti i punti rappresentati sulla curva sono punti di possibile funzionamento della macchina. Il reale punto di funzionamento sarà dato dall’intersezione della curva caratteristica della pompa con quella dell’impianto.
Le perdite di carico totali ( ΔHtot ) sono costituite dalle perdite in tutte le tubazioni (aspirazione e mandata).
La prevalenza dell’impianto Himp, è la somma di Hs, quota fissa che dipende solo dalle caratteristiche dell’impianto e di Hd, che è invece la parte variabile dipendente dalla portata.
Metodi di Regolazione della Portata
Nel nostro ragionamento abbiamo sempre utilizzato, e continueremo ad usare come fluido l’acqua. Esistono diversi metodi per la regolazione della portata:
Regolazione Tramite Valvola di Laminazione
È il criterio più semplice ed economico, esso consiste, nell’agire sul grado di apertura di una valvola di regolazione, montata immediatamente a valle della flangia di mandata della pompa. Si introduce in questo modo una perdita di carico localizzata variabile, con conseguente variazione della pendenza della curva caratteristica dell’impianto e, quindi, della sua intersezione con la curva caratteristica della pompa.
Un’aumentata pendenza della curva caratteristica dell’impianto, causata dalla parziale chiusura della valvola, permette di ridurre la portata erogata. La pompa genera una prevalenza superiore a quella necessaria per l’impianto, l’eccedenza viene utilizzata per vincere le perdite generate dalla valvola strozzata. Tale energia viene dissipata tutta sotto forma di calore e viene persa completamente.
Regolazione Tramite Valvola di Bypass
In questo caso a valle della pompa viene inserita una valvola che scarica la portata in eccesso nel serbatoio di aspirazione. Anche questo metodo è di tipo dissipativo. Le perdite che si realizzano con questo schema di regolazione sono maggiori di quelle che si realizzano con lo schema che utilizza una valvola di regolazione in mandata.
Leggi di Similitudine
Prima di illustrare questi sistemi di variazione del punto di funzionamento, occorre introdurre le cosiddette leggi di similitudine. Le leggi della similitudine permettono la previsione delle prestazioni di una macchina a partire dalla conoscenza del comportamento di un ' altra macchina o di un modello realizzato in laboratorio. Esse sono basate sul concetto che due macchine geometricamente simili avranno anche Io stesso rendimento idraulico. Partendo da questa tesi si possono sviluppare delle semplici relazioni fra prevalenza H, portata Q e numero di giri n.
Variazione della Velocità di Rotazione
Il punto di funzionamento della pompa può quindi essere modificato, modificando la velocità di rotazione della macchina. In questo modo si ottiene, per ogni velocità, una diversa curva caratteristica. Ogni curva è legata alle altre dalle leggi della similitudine. La curva dell’impianto incrocerà ogni curva della pompa, in un punto diverso. La macchina potrà quindi adattare le proprie prestazioni all’andamento della richiesta della rete idrica.
Il caso classico è quello di macchine adibite alla pressurizzazione di un condotto di distribuzione di acqua potabile. Le variazioni orarie della richiesta, vengono seguite dalla variazione delle prestazioni della/e pompa grazie all’uso di sistemi di controllo elettronici (sensori e inverter). In questo modo si ottiene anche un grande risparmio di energia, poiché le prestazioni della macchina seguono esattamente ciò che viene richiesto e non ci sono dissipazioni di energia.
Variazione del Diametro della Girante
Se invece di mantenere costante il diametro e variare la velocità, operiamo a velocità fissa e modifichiamo il diametro, otterremo delle curve caratteristiche analoghe alle precedenti. Questo tipo di intervento è molto più rigido rispetto a quello relativo alla variazione della velocità di rotazione.
Collegamento di Pompe in Parallelo o in Serie
Il punto di funzionamento dell’impianto può anche essere variato collegando le pompe in parallelo o in serie. Il collegamento in parallelo si ottiene quando più pompe, che aspirano ciascuna in modo indipendente, spingono all’interno dello stesso collettore di mandata. La portata in ogni punto della curva caratteristica risultante, sarà data dalla somma delle portate delle singole pompe alla medesima prevalenza. Nel collegamento in serie invece in tutte le pompe defluisce la stessa portata mentre la prevalenza del sistema è data dalla somma delle prevalenze delle singole pompe.
Efficienza Energetica e Controllo a Velocità Variabile
Per comprendere meglio l’incidenza dei due metodi sull’efficienza energetica, analizzeremo graficamente la caratteristica di regolazione partendo da quella di progetto che definisce il posizionamento del punto di funzionamento o di lavoro. Con questa configurazione la riduzione della portata rispetto a quella di progetto avviene attraverso la progressiva chiusura della valvola inserita a valle della pompa, normalmente con un sistema by-pass. In questo caso il punto di funzionamento di progetto della pompa si sposta lungo la curva caratteristica del sistema di tubazione posizionandosi in corrispondenza dell’intersezione con le varie curve caratteristiche ottenute per ogni valore di velocità di rotazione.
Diagramma Collinare o a Conchiglia
Nella pratica industriale viene utilizzato il diagramma collinare o a conchiglia, normalmente forniti dai costruttori, dove vengono rappresentati graficamente i rendimenti all’interno delle curve portata-prevalenza mediante le curve di iso-rendimento.
Ci sembra utile ricordare la relazione di proporzionalità tra la velocità di rotazione, e la portata, la prevalenza e la potenza assorbita.
Pompe ad Alta Efficienza di Stubbe
L’azienda Stubbe offre nel suo catalogo di prodotti la gamma di pompe ad elevata efficienza pompe X-Class con scocca in metallo interamente rivestita in materiale plastico che può essere scelto tra sette diversi polimeri per garantire altissima resistenza ad ogni genere di fluido.
Valvole Oleodinamiche per la Regolazione
Approfondiamo le differenti tipologie di valvole oleodinamiche utilizzate sia per la regolazione che la distribuzione dell’energia. La trasformazione dell’energia avviene attraverso una pompa che va a regolare la velocità del fluido trasformando l’energia meccanica in energia idraulica. La pompa avrà il compito di tutelare la tenuta tra la mandata e l’aspirazione.
Valvole Regolatrici di Portata
Le valvole regolatrici, per esempio, determinano quantità costanti di portata rendendo possibile la regolazione delle velocità, attraverso l’impostazione dei valori. Le valvole regolatrici di portata sono dispositivi quindi utilizzati per regolare il flusso all'interno di un impianto oleodinamico, ridurre o aumentare una qualsiasi portata a valori desiderati.
Il regolatore di flusso più diffuso e semplice è quello bidirezionale che controlla i flussi in pratica in entrambe le direzioni. Il regolatore di flusso in oleodinamica nella sua versione più semplice è costituito da un restringimento a sezione fissa. Quando in oleodinamica si ha l’esigenza quindi di far circolare il flusso solo in una direzione sono utilizzate le valvole regolatrici unidirezionali.
Valvole CETOP di Tognella
Vi sono poi le valvole oleodinamiche regolatrici CETOP il cui sistema di “normalizzazione”, fissa gli standard dimensionali per la Pneumatica e l'Oleoidraulica. Le valvole bidirezionali CETOP a piastra prodotte da Tognella permettono per esempio un’ottima resa nella regolazione del flusso in entrambi i sensi. Esse si presentano dotate di uno spillo che se adeguatamente configurato consente di ottenere grande linearità di flusso nell’apertura e una regolazione impeccabile e accurata sulla portata caratteristica. Questo avviene per la presenza del doppio sistema decimale presente sulla manopola e grazie ad un anello metallico con scala numerica graduata che permette di individuare, con velocità agli addetti del settore, le condizioni di flusso e pressione.
Tognella propone da più di 60 anni un supporto di qualità all’industria oleodinamica e agli addetti al controllo e alla regolazione delle portate.