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tua un movimento soggetto alla forza centrifuga, quindi l’acqua raccolta attraverso i canali della girante, viene scagliata all’esterno con una velocità che è determinata dal momento angolare.
Le coclee sono tipicamente utilizzate quando si tratta di sollevare liquidi da canali aperti e dove l’inclinazione tipica si trova tra i 30° e 38°, raramente si arriva a 40°. Ov- viamente le caratteristiche di portata e prevalenza sono strettamente legate alla lunghezza e all’inclinazione. Non di meno la scelta della coclea deve avvenire consideran- do l’angolo palare, il diametro esterno del condotto nel quale è contenuta e il diametro interno dei passi della vite. Maggiori lunghezze sono sconsigliate in quanto il peso della vite produce essioni dif cili da gestire mecca- nicamente e che comunque producono un usura acce- lerata dei cuscinetti. Per vincere prevalenze importanti è comunque suggerito utilizzare più coclee in serie. Si noti che i limiti applicativi sono determinati da 3 fattori princi- pali: impossibilità di lavorare a battenti negativi, ingombro delle opere meccaniche, limiti massimi di prevalenza su- perabile. ( gura 2).
Il principio di funzionamento tipico di una coclea si fonda sulla capacità di fare risalire il liquido lungo l’asse della vite per mezzo del suo avvitamento. L’idea della sua ap- plicazione è riconducibile indubbiamente al matematico e sico greco Archimede (287-212 a.c.), per poi trovare utilizzi continui nel XIV sec e poi solo nel XVIII come ruota motrice di trasmissione.
Come nota aggiuntiva si dovrà considerare tuttavia che il nuovo motore è di tipo sincrono, quindi la rotazione no- minale è di 1500 rpm (giri minuto) a 110 kW. La variazio- ne rispetto ai valori precedenti del motore a induzione potrebbe comportare un ulteriore risparmio ricavato dalla variazione dei valori nominali di velocità, per il tradizionale asincrono a 1485 rpm a 1500 rpm per quello a riluttan- za. Quindi per linearità si potrà, con veri ca sul campo, abbassare la velocità a 1485 rpm mantenendo inaltera- ti così i valori di portata e pressione. Inoltre, i soggetti meccanici tipicamente quadratici, pompe e ventilatori in testa, richiedono velocità minime di rotazioni alle quali è buona norma non scendere per non generare fenomeni di cavitazione degenerativi nelle tenute meccaniche.
Un basso valore di rotazione in una pompa non permet- te di vincere la spinta centrifuga per espellere il liquido, il quale continuerà a turbinare all’interno del corpo della stessa surriscaldandosi e provocando il relativo cedimen- to della tenuta. Un altro fenomeno degno di essere citato è il generarsi di vibrazioni tangenziali alla girante, la quale nel tempo tenderà a perdere le sue proprietà meccani- che.
Nel nostro caso speci co, abbiamo determinato che la coclea pur essendo un sistema di pompaggio, per effetto della sua geometria non è assimilabile a una coppia qua- dratica tipica, ma in ogni caso richiede un valore minimo di rotazione, nalizzata a mantenere quanto meno i valori minimi di portata che possano evitare un de usso verso la parte bassa della vite.
Il motore attualmente installato è di tipo asincrono a indu- zione fabbricato nel 1980 e riavvolto 2 volte. Come sug- gerito dalla letteratura i motori perdono circa il 2% (cau- telativo) di ef cienza per ogni operazione di upgrading, senza considerare eventuali ulteriori perdite generate da
Figura 2. Rappresentazione di una coclea tradizionale ove il liquido viene spinto verso l’alto attraverso la ro- tazione della vite. Osservando la gura il liquido si trova in una posizione iniziale alla sinistra in basso, per poi essere convogliato a sinistra in alto.
attriti meccanici. Poi secondo la nuova classi cazione IEC, tale manufatto verrebbe catalogato con ef cienza IE1.(1)
La differenza per ogni avanzamento di categoria di ef - cienza si aggira sul 3% teorico. Dato che il nuovo motore sincrono avrà grado di ef cienza IE4, la variazione sarà di circa il 9% (cautelativo). Si può considerare un valore prossimo al 9% di aumento di ef cienza, tenendo con- to che da rilevamenti sul campo, il motore attuale ha un cosj (2) prossimo allo 0,7. Il risparmio presunto sarà di kWh 15,41 (calcolati sulla media annua).
Analisi effettuate attraverso l’uso di opportuni strumen- ti informatici, consentono di veri care la variazione del cosj al motore, delle varie forme distorcenti derivate dall’utilizzo di convertitori di frequenza, per saggiarne il comportamento a diversi fattori di carico. Nella fatti- specie si evince che con un carico prossimo ai valori nominali, quindi a kW 110, avremo un cosj di 0.98 con un fattore di potenza totale(3) di 0,91 e un contenuto armonico THD(i)(4) pari a 38,9%, mentre con un funzio- namento ridotto al 20%, ossia con kW 22, non avremo una grande variazione del cosj pari a 0,97, mentre il fattore di potenza totale si attesterà allo 0,73, mentre avremo un incremento della forma distorcente con un valore di THD(i) pari all’87%.
Considerazioni ante e post intervento
A questo punto, proviamo a fare alcune considerazioni sulla situazione ante e post. Dalle analisi sopra menzio- nate e dalle rilevazioni effettuate si può considerare un carico medio del 50% del motore (il quale in avviamento DOL - DIRECT ON LINE(5) presenta un cosj pari allo 0,7, mentre nel nuovo scenario il cosj del motore è a 0,98, mentre il fattore di potenza è pari a cosj 0,85).
Il Δ pari a + 20% si allinea perfettamente con i valori della letteratura circa il miglioramento del motore e il potere di
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