IT201900009747A1

IT201900009747A1 - Metodo di gestione e controllo di un sistema di pressurizzazione

Info

Publication number: IT201900009747A1
Application number: IT102019000009747A
Authority: IT
Inventors: Tiziana Baroncini; Gianluca Marangon; Alberto Marchetti; Ivan Menara
Original assignee: Calpeda A Spa
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2019-06-21
Publication date: 2020-12-21
Also published as: EP3754201A1; EP3754201B1; ES3030859T3; EP3754201C0; US20200400145A1; CN112113621B; CN112113621A; US11365739B2

Description

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione si riferisce ad un metodo di gestione e controllo di almeno un parametro di funzionamento di un sistema di pressurizzazione, azionato mediante un motore elettrico.

Il suddetto metodo trova utile applicazione in particolare, ma non esclusivamente, nel settore delle pompe e dei gruppi di pressurizzazione dotati di motori elettrici a velocità fissa o variabile, in particolare i motori elettrici di tipo asincrono.

Arte nota

È noto, nel presente settore, che in reti di alimentazione idrica in cui la pressione di rete non è sufficiente o sufficientemente stabile per fornire l'acqua ai consumatori che si trovano ad un livello elevato, vengono adottati dispositivi di aumento di pressione, comunemente noti come “pompe booster”. Generalmente, è previsto almeno un sistema di pressurizzazione principale ed almeno un sistema di pressurizzazione ausiliario.

Questi dispositivi di aumento della pressione sono tipicamente progettati in modo tale che un livello di pressione richiesto in corrispondenza della mandata del dispositivo di aumento della pressione possa essere mantenuto entro un certo intervallo di valori. Di conseguenza, le pompe sono dimensionate in modo tale che, assunta una pressione di ingresso definita, mantengano la pressione di impianto compresa tra un valore limite inferiore e uno superiore. A tale scopo, le pompe booster si accendono sempre quando il livello di pressione sul lato di uscita del dispositivo di aumento della pressione scende al di sotto del valore limite inferiore e si spengono nuovamente quando si raggiunge il valore limite superiore. Se la pressione di ingresso delle pompe ausiliarie scende a un valore che non permette di raggiungere questo valore limite inferiore i dispositivi di incremento di pressione continuano a funzionare in modo illimitato alla massima potenza della pompa, comportando un consumo di energia corrispondentemente elevato, usura della pompa e riscaldamento del mezzo erogato, senza ottenere al contempo l'effetto desiderato per quanto riguarda il livello di pressione. In particolare, il componente maggiormente soggetto a danneggiamenti per un azionamento start-stop continuativo, particolarmente in pompe azionate con motore asincrono, risulta il condensatore.

Per ovviare a questo inconveniente viene generalmente adottato un serbatoio, anche denominato vaso di espansione, all'interno del circuito idraulico, al fine di mantenere il numero di accensioni e spegnimenti del generico sistema di pressurizzazione il più basso possibile. È pratica comune contenerlo entro trenta accensioni/spegnimenti all’ora. Tuttavia, questo accorgimento non risulta spesso sufficiente.

Al giorno d’oggi sono stati, quindi, sviluppati metodi e sistemi per la misurazione della portata al fine di determinare i valori corretti di pressione di funzionamento e stabilire condizioni di servizio ottimali per l’utenza. Tale stima risulta, in particolare, necessaria per il caso di pompe azionate con un motore asincrono.

La domanda di brevetto WO 2014/023642 Al descrive un metodo di stima matematica della portata di un sistema di pressurizzazione, in particolare una pompa centrifuga, che utilizza i valori di velocità di rotazione della pompa, di una variabile idraulica della pompa, tipicamente la pressione di erogazione, e una di variabile elettrica del motore di azionamento, ad esempio la potenza elettrica.

La domanda di brevetto WO 2005/085772 A1 descrive un metodo per misurare la portata di un sistema di pressurizzazione azionato da un motore a corrente alternata, la cui velocità di rotazione è controllata da un convertitore di frequenza. La portata viene determinata utilizzando dati caratteristici del sistema di pressurizzazione e parametri misurati quali, ad esempio, la velocità di rotazione del motore del sistema di pressurizzazione, la pressione del liquido e la potenza del motore.

Il brevetto GB 2 313 197 B descrive un metodo di stima della portata di un sistema di pressurizzazione confrontando i dati di collaudo forniti dal produttore del sistema di pressurizzazione, nella fattispecie la potenza assorbita dalla pompa del gruppo di pressurizzazione, le portate e prevalenze con le stesse grandezze misurate in condizioni operative. Per la determinazione della prevalenza H in condizioni operative vengono adottati due trasduttori di pressione, il primo in aspirazione e il secondo in mandata del sistema di pressurizzazione .

Sebbene vantaggiosi e alternativi all’utilizzo di costosi sensori di portata, i metodi attualmente noti prevedono l’adozione di una pluralità di strumenti di misurazione, con maggiore complessità e costo del sistema complessivo.

Ulteriormente, l’adozione di una pluralità di sistemi di misura può portare a differenti eventuali errori di misura, che possono combinarsi ed amplificarsi nella stima complessiva della portata.

Per questo motivo scopo della presente invenzione è quello di escogitare un metodo di gestione e controllo di un sistema di pressurizzazione che consenta di ottenere un valore confidente di portata minimizzando al contempo i parametri necessari per tale stima.

Ulteriore scopo è quello di prevedere un metodo in grado di monitorare le condizioni operative di un sistema di pressurizzazione al fine di ottimizzarne il funzionamento nelle varie fasi di un arco temporale.

Altro scopo è quello di prevedere un metodo che consenta di ottenere un’ottimizzazione del consumo energetico, mantenendo al contempo il massimo comfort di utilizzo per l’utenza.

Infine, ulteriore scopo è quello di prevedere un metodo che minimizzi i requisiti strutturali del sistema al fine di contenere i costi.

Sommario dell' invenzione

L’idea di soluzione alla base della presente invenzione è quella di realizzare un metodo che consenta di determinare e ottimizzare lo stato operativo di un sistema di pressurizzazione mediante una stima della portata a partire da un numero minimo di grandezze misurate.

Il suddetto problema tecnico è risolto da un metodo di gestione e controllo di almeno un parametro di funzionamento di un sistema di pressurizzazione, o pompa, azionato mediante un motore elettrico, tale metodo comprendente una fase di rilevazione di un valore di pressione di funzionamento in corrispondenza di un condotto di mandata del sistema di pressurizzazione, mediante un sensore di pressione. Il metodo comprende poi una fase di stima di velocità di rotazione del motore del sistema di pressurizzazione, sulla base del valore di pressione di funzionamento e numero di pale della girante del sistema di pressurizzazione. Il metodo comprende infine una fase di elaborazione di un segnale di accensione/ spegnimento del sistema di pressurizzazione in esito a tale stima.

Vantaggiosamente, la presente invenzione consente, mediante un unico sensore fisico di pressione integrato nel condotto di mandata del gruppo di pressurizzazione e mediante un algoritmo implementato nel software di controllo, la stima della portata idraulica, della velocità di rotazione del motore del sistema di pressurizzazione e della capacità del vaso di espansione richiesto. È possibile quindi regolare le soglie di pressione minima e massima di funzionamento del sistema di pressurizzazione e monitorare le condizioni di servizio prossime alla chiusura/ apertura di una utenza collegata al circuito idraulico del sistema di pressurizzazione. In tal modo viene garantito il massimo comfort di utilizzo per l’utente .

Preferibilmente, il metodo della presente invenzione comprende una fase preliminare di memorizzazione di parametri funzionali nominali del sistema di pressurizzazione in una porzione di memoria di un gruppo elettronico di controllo del sistema di pressurizzazione, o pompa.

Vantaggiosamente il sistema di pressurizzazione è quindi provvisto di una serie di dati di prova, acquisiti e memorizzati durante la fase di collaudo in linea di produzione, specifici per ciascun modello di pompa e o gruppo di pressurizzazione prodotto.

Ancora preferibilmente, la fase di elaborazione di un segnale comprende una fase di aggiornamento del valore di prevalenza nominale dei parametri funzionali nominali del sistema di pressurizzazione, a partire da detto valore di pressione di funzionamento e da detta velocità di rotazione del motore in condizioni di funzionamento una volta installata nell' impianto di pressurizzazione. In tal modo è possibile aggiornare il dato in base all'applicazione funzionale specifica richiesta in utenza.

In aggiunta a ciò e preferibilmente, la fase di elaborazione di un segnale comprende una fase di calcolo di un valore ottimale di prevalenza in ingresso e aspirazione del sistema di pressurizzazione, all’interno di un range di valori di riferimento.

In tal modo, vantaggiosamente, si ha una erogazione ottimale per l’utente in ogni condizione e in ogni momento nel corso di un arco temporale d’uso.

Ancora preferibilmente, la fase di elaborazione di un segnale comprende una fase di calcolo di una variazione di pressione tra la prevalenza in ingresso e la prevalenza nominale e di una relativa ottimizzazione di un tempo di accensione del sistema di pressurizzazione in funzione del segnale di accensione/spegnimento.

Vantaggiosamente, ciò consente una corretta temporizzazione di accensione del sistema di pressurizzazione, così da diminuire i consumi energetici e aumentare l’affidabilità dei componenti della pompa sottoposti ad usura a causa di accensioni e spegnimenti non necessari ai fini della corretta erogazione idrica dell’impianto di pressurizzazione .

Secondo una forma di realizzazione preferita, la fase di calcolo di un valore ottimale di prevalenza in ingresso del sistema di pressurizzazione viene effettuata mediante le fasi di: impostazione di parametri iniziali di pressione del sistema di pressurizzazione, taratura del sistema di pressurizzazione mediante un processo iterativo di confronto tra una differenza ponderata di prevalenza di funzionamento ed un valore preimpostato di riferimento, e individuazione di un valore della prevalenza in ingresso e aspirazione di riferimento e della una condizione di minimo consumo energetico in un arco temporale predefinito.

Vantaggiosamente, la presente procedura risulta la più rapida e contemporaneamente efficace per raggiungere la condizione di ottimo per l’utenza sia dal punto di vista operativo che di consumo energetico.

Preferibilmente, è prevista una ripetizione iterativa per una ottimizzazione energetica variabile del funzionamento di detto sistema di pressurizzazione e per un’individuazione di condizioni di funzionamento fuori progetto di detto sistema di pressurizzazione (1).

Vantaggiosamente, ciò consente di realizzare una condizione di massima efficienza per momenti differenti in un arco temporale.

Ulteriormente ciò consente, mediante la valutazione indiretta della portata, di identificare l’approssimarsi della condizione di chiusura del rubinetto, così come di individuare piccoli gocciolamenti consentiti. Tali gocciolamenti, infatti, comportano variazioni della pendenza della curva di funzionamento della portata ma non devono corrispondere a una risposta del sistema di pressurizzazione. Ciò consente di ridurre ulteriormente un numero non necessario di accensioni e spegnimenti del sistema di pressurizzazione.

Ancora preferibilmente, il metodo prevede l’applicazione di un parametro di comfort preimpostato ai valori di prevalenza nominale e prevalenza in ingresso e aspirazione.

Vantaggiosamente, ciò consente una correzione dei valori per migliorare ulteriormente l’erogazione per l’utenza.

Secondo una forma di realizzazione particolare, il metodo di gestione e controllo dell’invenzione comprende una fase di controllo di adescamento del sistema di pressurizzazione.

Vantaggiosamente, questa fase aggiuntiva consente un controllo di prevenzione che conferma il corretto funzionamento o identifica la necessità di un intervento di manutenzione in condizioni di autodiagnosi. In tal modo, si ha un’ottimizzazione dei tempi intervento per manutenzione e si prevengono eventuali danni ben più gravi.

Ancora preferibilmente, il metodo di gestione e controllo comprende una fase di stima della capacità volumetrica di un vaso di espansione in funzione delle condizioni operative di utilizzo del sistema di pressurizzazione atta a mantenere una soglia operativa minima preimpostata di accensioni e spegnimenti del suddetto sistema di pressurizzazione.

Vantaggiosamente, ciò consente di ottimizzare anche rinterfacciamento all'impianto di distribuzione idrica mediante suggerendo all'idraulico la dimensione minima di un vaso di espansione esterno da integrare nell'impianto.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione, è previsto un sistema di pressurizzazione, comprendente un sensore di pressione ed un gruppo elettronico di controllo atto ad eseguire un metodo secondo quanto definito.

Vantaggiosamente, un sistema di pressurizzazione così strutturato consente, con un minimo numero di componenti fisici, di funzionare in configurazione ottimale dal punto di vista della minimizzazione dei consumi e del corretto e duraturo funzionamento dei componenti, in particolare del condensatore elettrolitico.

Secondo una forma di realizzazione, il sistema di pressurizzazione comprende un motore elettrico di tipo asincrono.

Secondo un ulteriore forma di realizzazione preferita, il sistema di pressurizzazione comprende un vaso di espansione.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi appariranno maggiormente dalla descrizione dettagliata fatta qui di seguito di una forma realizzativa preferita, ma non esclusiva, della presente invenzione, con riferimento alle unite figure date a titolo esemplificativo ma non limitativo.

Breve descrizione dei disegni

In tali disegni:

• La Figura 1 rappresenta un gruppo di pressurizzazione esemplificativo secondo l’invenzione;

• La Figura 2 rappresenta un diagramma di flusso esemplificativo secondo l’invenzione;

• La Figura 3 rappresenta un diagramma di selezione di un vaso di espansione per un sistema di pressurizzazione secondo l’invenzione;

• La Figura 4 rappresenta un ulteriore diagramma di selezione di un vaso di espansione secondo l’invenzione;

• La Figura 5 rappresenta un ulteriore diagramma di flusso esemplificativo secondo l’invenzione.

Descrizione dettagliata

Con riferimento alle figure, con 1 viene globalmente e schematicamente indicato un gruppo di pressurizzazione, realizzato in accordo con la presente invenzione.

Il sistema di pressurizzazione 1 comprende un motore elettrico 2, un gruppo idraulico 3 e un gruppo elettronico 4 di controllo.

Motore elettrico 2 e gruppo idraulico 3 sono cinematicamente accoppiati mediante un albero motore.

Il motore elettrico 2 è preferibilmente del tipo asincrono bifase. Il gruppo idraulico 3 è ricevuto all’interno di una voluta 5, tramite un lato aperto 6 della voluta 5.

Dalla voluta 5 dipartono un condotto di aspirazione 7 di liquido ed un condotto di mandata 8 di liquido, che sono internamente filettate per l'accoppiamento con i tubi di alimentazione e di distribuzione (non mostrati) dell'impianto idraulico su cui il sistema di pressurizzazione 1 della presente invenzione è inserito.

Il motore elettrico 2, nella forma di realizzazione esemplificativa di Figura 1, è accoppiato lateralmente al gruppo elettronico 4 di controllo. Il gruppo elettronico 4 di controllo comprende una scheda elettronica di controllo 9 e un display di interfaccia 12. Il gruppo elettronico 4 comprende inoltre un sensore di pressione 10, connesso alla scheda elettronica di controllo 9 mediante un cavo di connessione 11. Il sensore di pressione 10 è atto a rilevare la pressione del liquido all’interno del condotto di mandata 8 di liquido, e dunque regolare i cicli di avviamento / arresto del sistema di pressurizzazione 1 .

In particolare, sulla superficie laterale 12 del condotto di mandata 8 di liquido viene ricavato un elemento di supporto 13, trasversale all’asse del condotto di mandata 8 di liquido, atto ad accogliere il sensore di pressione 10. Il sensore di pressione 10 viene vincolato in modo rimovibile, ad esempio per avvitamento, all’elemento di supporto 13.

Un elemento di tenuta 14, rappresentato nella presente forma di realizzazione in via esemplificativa da un o-ring, è interposto tra il gruppo elettronico 4 ed il sensore di pressione 10. Tale elemento di tenuta 14 esplica una funzione di ritenuta e di supporto compensando eventuali disallineamenti tra la voluta 5 ed il motore elettrico 2 .

Un ulteriore elemento di tenuta 15 viene interposto tra l’elemento di supporto 13 ed il sensore di pressione 10 per garantire la corretta tenuta idraulica tra i componenti.

Il gruppo elettronico 4 è atto a gestire e controllare almeno un parametro di funzionamento del sistema di pressurizzazione 1.

Durante la fase di collaudo del gruppo di pressurizzazione 1 si ha una fase preliminare di memorizzazione di parametri funzionali nominali del sistema di pressurizzazione. In particolare, vengono acquisiti i parametri funzionali idraulici ed elettrici del gruppo di pressurizzazione 1 . È nota la pressione Hin del fluido in corrispondenza del condotto di aspirazione 7 del gruppo di pressurizzazione 1. Viene misurata la pressione in corrispondenza del condotto di mandata 8 mediante il sensore di pressione 10. È ulteriormente nota la potenza Pn assorbita dal motore ed il numero di giri RPMn del motore elettrico 2, quest’ultimo essendo ricavato indirettamente dalle pulsazioni di pressione in mandata del sistema di pressurizzazione, in particolare una pompa centrifuga, noto il numero di pale Z della girante, con opportuno filtraggio elettronico passa basso. In funzione della potenza assorbita Pn e del numero di giri RPMn è ricavata la portata di fluido Qn. In funzione della portata di liquido Qn e del numero di giri RPMn è possibile determinare la pressione nominale assoluta Hn misurata dal sensore di pressione 10. Noti Hn e Hin è possibile quindi determinare la prevalenza ΔΡ del gruppo di pressurizzazione 1 in condizioni da banco prova come Hn-Hin.

Questi parametri vengono trasferiti nella memoria del gruppo elettronico 4.

In fase di funzionamento reale in utenza deve essere ricavato il corrispondente valore di prevalenza ΔΡ. Il valore di pressione nominale assoluta Hn deve essere aggiornato a seconda del caso applicativo particolare. Per questo, devono essere noti la portata in condizioni di funzionamento Qf, la pressione Hf misurata dal sensore di pressione 10 in corrispondenza del condotto di mandata 8 in condizione di funzionamento. Può essere ulteriormente ricavato il numero di giri RPMf in condizione di funzionamento, analogamente a quanto fatto in precedenza, ossia dalle pulsazioni di pressione in mandata del sistema di pressurizzazione, in particolare la pompa centrifuga, noto il numero di pale Z della girante, con opportuno filtraggio elettronico passa basso. In funzione dei suddetti parametri ed in funzione dei parametri memorizzati nel gruppo elettronico 4.

A partire dai parametri di funzionamento, in particolare la potenza assorbita Pf e dai parametri memorizzati nel gruppo elettronico 4 può quindi essere calcolata la potenza assorbita in condizioni nominali di taratura del sistema di pressurizzazione, secondo la similitudine meccanica delle turbomacchine, come

Analogamente può essere calcolata la portata in condizioni di funzion amento reale:

Quindi può essere calcolata la pressione nominale assoluta Hn aggiornata per il caso applicativo a partire da quella calcolata in fase di funzionamento:

In condizioni reali di installazione del sistema di pressurizzazione la pressione Hinf di aspirazione non è sempre costante, ad esempio quando si è in collegamento alla rete idrica locale o a impianti di pressurizzazione su reti idriche locali.

È, tuttavia, indispensabile, come su descritto, conoscere l’effettivo valore della pressione Hinf per il calcolo della prevalenza del sistema di pressurizzazione APf.

La presente invenzione prevede una fase di taratura per ricavare tale pressione Hin.

Viene innanzitutto operata una fase di impostazione di parametri F1. I parametri impostati sono la pressione assoluta nominale misurata Hmaxnom dal sensore di pressione 10, la pressione assoluta nominale misurata in condizione di funzionamento Hmaxf dal sensore di pressione 10 in condizioni di portata Q nulla, la pressione assoluta nominale Hinnom in aspirazione, la pressione assoluta nominale in funzionamento Hinf in aspirazione in condizioni di portata Q nulla, la potenza assorbita dal motore Pmaxnom, la potenza assorbita dal motore in fase di funzionamento Pmaxf. La prevalenza in condizioni di funzionamento ΔPf corrisponde alla differenza Hmaxnom-Hinnom.

Vengono impostati come parametri di riferimento iniziale: Hmaxr=Hmaxnom, Pmaxr= Pmaxnom, Hinr = Hinnom.

È ulteriormente impostato un valore di riferimento per la correzione dei parametri di riferimento impostati.

Viene dunque operato un confronto ponderato tra i parametri di funzionamento in condizioni di portata Q nulla rispetto ai parametri di riferimento impostati e questo valore di riferimento.

In particolare, se il rapporto risulta minore o uguale a questo valore di riferimento allora si imposta come pressione di ingresso di funzionamento di riferimento Hinfr= Hinnom e non si applica nessuna correzione del valore di portata in condizioni di funzionamento Qf. Si ricava quindi il valore di prevalenza APf=Hn-Hinfr.

Se invece il rapporto risulta maggiore di questo valore di riferimento, si imposta il valore rilevato di pressione assoluta nominale misurata in condizione di funzionamento Hmaxf dal sensore di pressione 10 in condizioni di portata Q nulla come nuovo parametro di riferimento Hmaxr, quindi Hmaxr = Hmaxf, e il valore di pressione di ingresso di funzionamento di riferimento Hinfr si corregge come Hmaxr-Hmaxnom. Sono quindi adottati i valori di riferimento Hmaxr e Hinfr come valori di accensione e spegnimento del sistema di pressurizzazione 1.

Il valore di potenza massima assorbita è sempre uguale a Pmaxnom, e si procede secondo le formule di similitudine meccanica delle turbomacchine per il calcolo di APf e Qf con il nuovo valore di Hinfr.

Dopo questo confronto ponderato si arresta la fase di taratura. Come detto, nel caso in cui il sistema di pressurizzazione 1 sia installato per aumentare la pressione della rete idrica pubblica, la Hinfr risulta variabile. Ciò può comportare un numero sovradimensionato di accensioni e spegnimenti del gruppo di pressurizzazione 1. Ulteriormente, soprattutto nelle fasce orarie di maggior utilizzo da parte dell’utenza, si hanno oscillazioni di pressione, e di conseguenza il sistema di pressurizzazione non è in grado di garantire la fornitura richiesta ad altezze superiori, ad esempio per i piani più elevati dei condomini, a causa delle perdite di carico dell’impianto, con una erogazione intermittente.

Di conseguenza, la presente invenzione prevede un procedimento auto-adattativo a valle della fase di taratura.

Una volta impostati i parametri Hinfnom e Hmaxnom, generalmente ma non limitatamente compresi tra 2 bar e 4 bar, e una volta effettuata la descritta fase di taratura per ricavare i valori di riferimento Hmaxr e Hinfr, si fa funzionare il sistema di pressurizzazione 1 in condizioni di utilizzo standard da parte dell’utenza. Si registrano, dunque, i parametri caratteristici Hinfr e Hmaxr per un arco di tempo predefinito.

A questo punto può essere impostata una modalità cosiddetta “eco” tale per cui il gruppo elettronico 4 comanda il gruppo di pressurizzazione 1 per ottimizzare in particolare il numero di accensioni e spegnimenti del sistema di pressurizzazione 1 nel periodo temporale di riferimento, ottimizzando il consumo energetico.

I valori medi di Hmaxr e Hinfr sono impostati come nuovi limiti di funzionamento fino a che non si verifica la condizione di Hmaxf maggiore di Hmaxr, in corrispondenza della quale il sistema di pressurizzazione 1 si spegne.

Verrà quindi ripetuta la fase di taratura dopo lo spegnimento. Se si rileva che la potenza massima assorbita alla pressione di spegnimento risulta diversa rispetto alla Pmaxnom, si associa una variazione delle condizioni di aspirazione, ed in particolare di Hinfr, e si ripete la fase di taratura anche se si è avuto uno spegnimento del sistema di pressurizzazione ad una pressione inferiore a Hmaxr.

Differentemente, può essere impostata una modalità cosiddetta “comfort”, tale per cui il gruppo elettronico 4 comanda il gruppo di pressurizzazione 1 per minimizzare le oscillazioni di pressione durante l’erogazione dell’acqua all’utenza.

In tal caso, determinato il valore medio di ΔPmed tra i valori medi di Hmaxr e Hinfr si determinano e si salvano in memoria al gruppo elettronico 4 come valori nominali:

con ε pari ad una costante predeiinita preferibilmente compresa tra 0,05 e 0,15.

Il metodo secondo l’invenzione prevede ulteriormente un algoritmo di combinazione che consente di ottimizzare in modo coordinato i requisiti di minimo tempo di accensione e massima stabilità di erogazione, schematizzato in Figura 2. In particolare, si prevede di aumentare il tempo minimo di accensione del sistema di pressurizzazione in modalità “comfort” riducendo allo stesso tempo la frequenza di spegnimento / accensione del sistema di pressurizzazione 1 nell’unità di tempo, spegnendo quindi quest’ultimo quando si ha la certezza che si sia arrestata la richiesta dall’utenza.

Tale algoritmo si basa sull’individuazione di una variazione positiva di pressione sufficientemente rapida, che superi un valore preimpostato di pressione, che funge da soglia, e che preannuncia quindi la condizione di chiusura dell’utenza. L’algoritmo utilizza i dati di fabbricazione del sistema di pressurizzazione 1, in particolare la curva caratteristica Q/H che lega la portata e la prevalenza del sistema di pressurizzazione 1 stesso.

Nello specifico la presente invenzione prevede una fase di acquisizione 16 di un segnale filtrato e mediato tramite un algoritmo di media mobile su un numero di campioni N, preferibilmente pari a 1024 campioni, e con un tempo di campionamento Tc, preferibilmente pari a 200 ps. L’acquisizione 16 di segnale è quindi iterativamente ripetuta, e dopo N acquisizioni si confronta il valore di pressione medio ottenuto con quello del periodo precedente.

Se questa differenza supera la soglia, si ha un incremento 17 un contatore, altrimenti si ha un azzeramento 18 dello stesso contatore.

Non appena il contatore incrementa si ha una fase di prima memorizzazione 19 di un cosiddetto “stato 1” con il valore di pressione associato al tempo di acquisizione (P1, t1). Non appena il contatore si azzera, ovvero la differenza di pressione non supera più la soglia, si ha una fase di seconda memorizzazione 20 di un cosiddetto “stato 2” con il valore di pressione associato al tempo di acquisizione (P2, t2). Viene quindi calcolata la derivata tra lo “stato 1” e lo “stato 2” e se questa è maggiore di un valore minimo, il metodo segnala la chiusura 21 dell’utenza.

Il valore della soglia per l’incremento del contatore è ricavato dalla curva caratteristica Q/H del sistema di pressurizzazione. È anche determinato un valore minimo della derivata, per scremare le variazioni lente di pressione.

Per tali determinazioni si considera la differenza Δρ tra la pressione del sistema di pressurizzazione 1 in condizioni di portata Q nulla e la pressione del sistema di pressurizzazione 1 in condizioni di portata Q pari a 0,5 m<3>/h, corrispondenti a circa 8 l/min.

I valori di soglia e di minima derivata sono quindi determinati tenendo in conto il parametro ε di comfort:

È preferibile un valore di ε pari a circa 0,125.

Secondo un aspetto preferito del metodo secondo l’invenzione, il suddetto metodo viene ulteriormente adottato per una fase di controllo di adescamento nel corso dell’avviamento del sistema di pressurizzazione 1.

In particolare, durante tale fase di avviamento il gruppo elettronico 4 monitora la derivata prima della potenza assorbita dal motore e verifica che questa sia crescente in un intervallo di tempo Δt scelto in funzione del modello di sistema, o pompa, di pressurizzazione 1.

Contemporaneamente si applica l’algoritmo sopra descritto per il rilevamento di una portata minima in corrispondenza del condotto di mandata 8 del sistema di pressurizzazione per verificare se viene superata una portata minimale Qmin tipica anch’essa del modello di sistema, o pompa, di pressurizzazione 1 .

Se nell’intervallo di tempo considerato Δt si verificano contemporaneamente le suddette condizioni, il sistema di pressurizzazione risulta adescato e segue un funzionamento standard. Differentemente, se entrambe tali condizioni non sono verificate, il sistema di pressurizzazione viene arrestato e la procedura di avviamento ripetuta per un numero prefissato n di volte, anch’esso tipico del modello di sistema di pressurizzazione 1. Se dopo il numero prefissato n di avviamenti le condizioni non sono verificate, il sistema di pressurizzazione 1 passa in uno stato di allarme e si arresta definitivamente richiedendo l’intervento di un operatore esterno.

I valori Δt, Qmin e n sono implementati in apposite tabelle di riferimento.

Il metodo secondo l’invenzione può prevedere, secondo un aspetto preferito, che il sistema di pressurizzazione 1 sia dotato di un serbatoio di accumulo, detto anche vaso di espansione che si attivi al raggiungimento una soglia operativa preimpostata.

La necessità di disporre di un sistema di accumulo deriva dalla possibilità di approvvigionamento di acqua a portata costante a fronte di richieste d’utenza durante la giornata.

La capacità di un serbatoio di accumulo deve essere tale da assicurare l’acqua occorrente durante i periodi di massima richiesta e contenere la stessa quando la portata richiesta dalle utenze risulta essere inferiore alla portata media fornita.

Una volta definiti le portate e i consumi orari, essi possono essere diagrammati in funzione del tempo per determinare la capacità minima di un vaso di espansione, come mostrato a titolo esemplificativo in Figura 3.

Nello specifico, individuati i punti estremi della curva integrale, O e P, si traccia la congiungente di tali punti e due parallele ad essa, condotte per i punti della curva integrale più distanti dal segmento O che congiunge i punti 0 e P. Il segmento verticale intercettato dalle due parallele individua, nella scala della curva integrale, la capacità minima V da del vaso di espansione nell'ipotesi in cui venga erogata una portata pari al consumo medio giornaliero.

Come vaso di espansione può essere ad esempio adottato un’autoclave, rispetto alla quale può essere ricavato tramite analisi note il tempo di ciclo, la capacità in particolare con l’adozione di un compressore d’aria di pressurizzazione dell’impianto e la massima frequenza di inserzione.

Le dimensioni del vaso di espansione possono essere definite in funzione della caratteristica Q/H del sistema di pressurizzazione, come mostrato a titolo esemplificativo in Figura 4.

Il metodo secondo l’invenzione prevede, quindi, la valutazione delle condizioni di perdita o erogazione della rete idrica a valle del sistema di pressurizzazione 1 stabilendo un limite di portata tra le condizioni evidenziate in Figura 4, che individuano un valore di confine tra “perdita” e “portata utile erogata all’utenza”, pari nell’esempio mostrato a Q = 6 l/min. Ciascuna retta risulta funzione dell’isteresi del sistema di pressurizzazione, del numero massimo di avviamenti e di cicli orari del sistema di pressurizzazione 1 e del tipo di vaso di espansione adottato. Dato un valore di portata e fissati i limiti menzionati, è possibile ricavare un valore minimo di capacità del vaso di espansione. Una volta connesso con il sistema di pressurizzazione 1, è possibile leggere sul display di interfaccia 12 il valore stimato della portata, la pressione misurata dal sensore di pressione 10 e i parametri elettrici del motore elettrico 2.

A titolo esemplificativo, in Figura 5 è mostrato un diagramma di flusso rappresentativo del metodo secondo l’invenzione per un sistema di pressurizzazione 1 comprendente un vaso di espansione.

Dopo una fase di controllo di pressione 22, in una condizione di pressione al di sotto della pressione di avviamento viene avviato il metodo secondo l’invenzione. All’aggiornamento del contatore 23, esplicitato in Figura 2, segue un secondo contatore 24 che funge da timer per misurare il tempo di funzionamento del sistema di pressurizzazione 1. In relazione al tempo di funzionamento e alla modalità selezionata, “eco” o “comfort”, si applica un ramo dell’algoritmo.

Nella modalità “eco” 25 il gruppo di pressurizzazione 1 viene arrestato dopo 30 secondi, dopo una fase di verifica 26 che la pressione non abbia superato la pressione di arresto pari alla Hmaxr.

Nella modalità “comfort” 27 viene effettuato il controllo di abilitazione alla chiusura dell’utenza 28. Se risulta abilitata e viene individuato l’evento di probabile chiusura utenza, il gruppo di pressurizzazione 1 viene arrestato dopo 5 secondi dopo una seconda fase di verifica 29 che la pressione non abbia superato la pressione di arresto pari alla Hmaxr.

Vantaggiosamente, mediante il metodo secondo l’invenzione, è possibile ricavare la portata per il controllo di un sistema di pressurizzazione, mediante la sola misurazione di una pressione con un sensore di pressione posizionato in corrispondenza del condotto di mandata del sistema di pressurizzazione e note le variabili elettriche del motore, ossia la corrente e la potenza assorbite.

Vantaggiosamente il sensore di pressione viene utilizzato per la stima della velocità di rotazione della girante del sistema di pressurizzazione a partire dalle pulsazioni di pressione nell’unità di tempo misurate dal sensore di pressione in corrispondenza del condotto di mandata del sistema di pressurizzazione.

Vantaggiosamente, sfruttando il solo sensore di pressione, il metodo secondo l’invenzione implementato nel gruppo elettronico del sistema di pressurizzazione, consente di rilevare una variazione positiva della pressione corrispondente ad una probabile chiusura parziale o totale utenza.

Ulteriormente, il metodo secondo l’invenzione consente un’ottimizzazione del consumo energetico, mantenendo al contempo il massimo comfort di utilizzo per l’utenza.

Un tecnico del settore apprezzerà altresì come risultino minimizzati i requisiti strutturali del sistema, con una conseguente minimizzazione dei costi a parità di confidenza dei dati ottenuti con sistemi più complessi.

L’esperto del settore comprenderà che la forma di realizzazione presentata può essere soggetta a varie modifiche e variazioni, secondo esigenze specifiche e contingenti, tutte comprese all’interno dell’ambito di protezione dell’invenzione, come definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo di gestione e controllo di almeno un parametro di funzionamento di un sistema di pressurizzazione (1) azionato mediante un motore elettrico (2), il metodo comprendente le fasi di: - rilevazione di un valore di pressione di funzionamento in corrispondenza di un condotto di mandata (8) di detto sistema di pressurizzazione (1), mediante un sensore di pressione (10); - stima di una velocità di rotazione del motore (2) di detto sistema di pressurizzazione (1) sulla base di detto valore di pressione di funzionamento e del numero di pale (Z) della girante di detto sistema di pressurizzazione (1); - elaborazione di un segnale di accensione/ spegnimento di detto sistema di pressurizzazione (1) in esito di detta stima.
2. Metodo di gestione e controllo secondo la rivendicazione 1, comprendente una fase preliminare di memorizzazione di parametri funzionali nominali di detto sistema di pressurizzazione (1) in una porzione di memoria di un gruppo elettronico (4) di controllo di detto sistema di pressurizzazione (1).
3. Metodo di gestione e controllo secondo la rivendicazione 2, in cui detta fase di elaborazione di un segnale comprende una fase di aggiornamento del valore di prevalenza nominale di detti parametri funzionali nominali di detto sistema di pressurizzazione (1), a partire da detto valore di pressione di funzionamento e da detta velocità di rotazione del motore.
4. Metodo di gestione e controllo secondo la rivendicazione 3, in cui detta fase di elaborazione di un segnale comprende una fase di calcolo di un valore ottimale di prevalenza in ingresso e aspirazione di detto sistema di pressurizzazione (1), all'interno di un range di valori di riferimento.
5. Metodo di gestione e controllo secondo la rivendicazione 4, in cui detta fase di elaborazione di un segnale comprende una fase di calcolo di una variazione di pressione tra detta prevalenza in ingresso e aspirazione e detta prevalenza nominale e di relativa ottimizzazione di un tempo di accensione di detto sistema di pressurizzazione (1) in funzione di detto segnale di accensione/ spegnimento.
6. Metodo di gestione e controllo secondo la rivendicazione 4, in cui detta fase di calcolo di un valore ottimale di una prevalenza in ingresso e aspirazione di detto sistema di pressurizzazione (1), comprende le fasi di: - impostazione di parametri iniziali di pressione di detto sistema di pressurizzazione (1); - taratura di detto sistema di pressurizzazione (1) mediante un processo iterativo di confronto tra una differenza ponderata di prevalenza di funzionamento ed un valore preimpostato di riferimento; - individuazione di un valore di detta prevalenza in ingresso e aspirazione di riferimento e di una condizione di minimo consumo energetico in un arco temporale predefinito.
7. Metodo di gestione e controllo secondo la rivendicazione 6, comprendente ulteriormente una ripetizione iterativa per un’ottimizzazione energetica variabile del funzionamento di detto sistema di pressurizzazione (1) e per un’individuazione di condizioni di funzionamento fuori progetto di detto sistema di pressurizzazione (1).
8. Metodo di gestione e controllo secondo la rivendicazione 6, comprendente una applicazione di un parametro di comfort preimpostato a detti valori di prevalenza nominale e prevalenza in ingresso e aspirazione.
9. Metodo di gestione e controllo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, ulteriormente comprendente una fase di controllo di adescamento del sistema di pressurizzazione (1).
10. Metodo di gestione e controllo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, ulteriormente comprendente una fase di stima di capacità volumetrica di un vaso di espansione in funzione delle condizioni operative di utilizzo di detto sistema di pressurizzazione (1), atta a mantenere una soglia operativa minima preimpostata di accensioni e spegnimenti di detto sistema di pressurizzazione (1).
11. Sistema di pressurizzazione (1), comprendente un sensore di pressione (10) ed un gruppo elettronico di controllo (4) atto ad eseguire un metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
12. Sistema di pressurizzazione (1) secondo la rivendicazione 11, ulteriormente comprendente un motore elettrico (2) di tipo asincrono.
13. Sistema di pressurizzazione (1) secondo la rivendicazione 12, ulteriormente comprendente un vaso di espansione.