Monitorare il consumo energetico e le variabili di sistema

Misurare il consumo energetico di un sistema di pompaggio può essere molto semplice. La semplice installazione di un contatore davanti alla linea principale che fornisce energia all'intero sistema di pompaggio mostrerà il consumo energetico di tutti i componenti elettrici del sistema, come motori, controller e valvole.

Un’altra caratteristica importante del monitoraggio energetico a livello di sistema è che può mostrare come cambia l’utilizzo dell’energia nel tempo. Un sistema che segue un ciclo di produzione può avere periodi fissi in cui consuma più energia e periodi di inattività in cui consuma meno energia. La cosa migliore che i contatori elettrici possono fare per ridurre i costi energetici è permetterci di scaglionare i cicli di produzione delle macchine in modo che consumino la minima quantità di energia in momenti diversi. Ciò in realtà non riduce il consumo di energia, ma può abbassare i costi energetici riducendo i picchi di utilizzo.

Strategia di pianificazione

Un approccio migliore consiste nell'installare sensori, punti di test e strumentazione in aree critiche per monitorare le condizioni dell'intero sistema. I dati critici forniti da questi sensori possono essere utilizzati in molti modi. Innanzitutto, i sensori possono visualizzare flusso, pressione, temperatura e altri parametri in tempo reale. In secondo luogo, questi dati possono essere utilizzati per automatizzare il controllo della macchina, evitando così l’errore umano che può derivare dal controllo manuale. In terzo luogo, i dati possono essere accumulati nel tempo per mostrare le tendenze operative.

Monitoraggio in tempo reale - Stabilisci punti di regolazione per i sensori in modo che possano attivare allarmi quando le soglie vengono superate. Ad esempio, un'indicazione di bassa pressione nella linea di aspirazione della pompa può far suonare un allarme per impedire la vaporizzazione del fluido nella pompa. Se non c'è risposta entro un tempo specificato, il controllo spegne la pompa per evitare danni. Schemi di controllo simili possono essere utilizzati anche per sensori che emettono segnali di allarme in caso di temperature elevate o vibrazioni elevate.

Automazione per controllare le macchine: esiste una progressione naturale dall'utilizzo dei sensori per monitorare i setpoint all'utilizzo dei sensori per controllare direttamente le macchine. Ad esempio, se una macchina utilizza a caso diviso pompa centrifuga per far circolare l'acqua di raffreddamento, un sensore di temperatura può inviare un segnale a un controller che regola il flusso. Il controller può modificare la velocità del motore che aziona la pompa o modificare l'azione della valvola per adattarla pompa centrifuga a cassa divisail flusso alle esigenze di raffreddamento. Alla fine lo scopo di ridurre il consumo energetico è raggiunto.

I sensori consentono anche la manutenzione predittiva. Se una macchina si guasta a causa di un filtro intasato, un tecnico o un meccanico deve prima assicurarsi che la macchina sia spenta e quindi bloccare/etichettare la macchina in modo che il filtro possa essere pulito o sostituito in sicurezza. Questo è un esempio di manutenzione reattiva: intervenire per correggere un guasto dopo che si è verificato, senza preavviso. I filtri devono essere sostituiti regolarmente, ma fare affidamento su periodi di tempo standard potrebbe non essere efficace.

In questo caso l'acqua che passa attraverso il filtro potrebbe essere più contaminata del previsto e per un periodo di tempo più lungo. Pertanto, l'elemento filtrante dovrebbe essere sostituito prima del tempo previsto. D'altro canto, modificare i filtri in base a una pianificazione può essere uno spreco. Se l'acqua che passa attraverso il filtro rimane insolitamente pulita per un lungo periodo di tempo, potrebbe essere necessario sostituire il filtro settimane dopo il previsto.

Il nocciolo della questione è che l’utilizzo di sensori per monitorare la differenza di pressione attraverso il filtro può mostrare esattamente quando è necessario sostituire il filtro. Infatti, le letture della pressione differenziale possono essere utilizzate anche al livello successivo, la manutenzione predittiva.

Raccolta dati nel tempo - Tornando al nostro sistema recentemente messo in servizio, una volta che tutto è acceso, regolato e messo a punto, i sensori forniscono letture di base di tutta la pressione, flusso, temperatura, vibrazione e altri parametri operativi. Successivamente, possiamo confrontare la lettura corrente con il valore migliore per determinare quanto sono usurati i componenti o quanto è cambiato il sistema (ad esempio un filtro intasato).

Le letture future eventualmente si discosteranno dal valore di base impostato all'avvio. Quando le letture vanno oltre i limiti predeterminati, ciò potrebbe indicare un guasto imminente o almeno la necessità di un intervento. Si tratta di manutenzione predittiva: avvisa gli operatori prima che un guasto sia imminente.

Un esempio comune è l'installazione di sensori di vibrazione (accelerometri) nelle posizioni dei cuscinetti (o sedi dei cuscinetti) di pompe e motori centrifughi a cassa divisa. La normale usura dei macchinari rotanti o il funzionamento della pompa al di fuori dei parametri impostati dal produttore possono causare cambiamenti nella frequenza o nell'ampiezza della vibrazione rotazionale, manifestandosi spesso come un aumento dell'ampiezza della vibrazione. Gli esperti possono esaminare i segnali di vibrazione all'avvio per determinare se sono accettabili e specificare valori critici che indicano la necessità di attenzione. Questi valori possono essere programmati nel software di controllo per inviare un segnale di allarme quando l'uscita del sensore raggiunge i limiti critici.

All'avvio, l'accelerometro fornisce un valore di base della vibrazione che può essere salvato nella memoria di controllo. Quando i valori in tempo reale raggiungono eventualmente i limiti predeterminati, i controlli della macchina avvisano l'operatore che la situazione deve essere valutata. Naturalmente, anche improvvisi e gravi cambiamenti nelle vibrazioni possono avvisare gli operatori di potenziali guasti.

I tecnici che rispondono a entrambi gli allarmi potrebbero scoprire un semplice guasto, come un bullone di montaggio allentato, che potrebbe causare lo spostamento della pompa o del motore dal centro. Ricentrare l'unità e serrare tutti i bulloni di montaggio potrebbero essere le uniche azioni necessarie. Dopo il riavvio del sistema, le letture delle vibrazioni in tempo reale mostreranno se il problema è stato corretto. Tuttavia, se la pompa o i cuscinetti del motore sono danneggiati, potrebbero essere comunque necessarie ulteriori azioni correttive. Ma ancora una volta, poiché i sensori avvisano tempestivamente di potenziali problemi, è possibile valutarli e rinviare i tempi di inattività fino alla fine di un turno, quando è pianificato un arresto o quando la produzione viene spostata su altre pompe o sistemi.

Molto più che semplice automazione e affidabilità

I sensori sono posizionati strategicamente in tutto il sistema e vengono spesso utilizzati per fornire controllo automatizzato, operazioni di supporto e manutenzione predittiva. E possono anche dare un'occhiata più da vicino a come funziona il sistema in modo da poterlo ottimizzare, rendendo l'intero sistema più efficiente dal punto di vista energetico.

Infatti, applicare questa strategia a un sistema esistente può ridurre il consumo energetico esponendo pompe o componenti che hanno notevoli margini di miglioramento.