Modelli per il calcolo del risparmio energetico negli impianti di pompaggio dell'acqua e di refrigerazione industriale

The aim of this thesis is the evaluation and the quantification of energy saving resulting from the use of high efficiency electric motors and VSD (variable speed drive) for the feeding and modulation of centrifugal pumps and rotary screw compressors, employed in water-pumping systems and in industrial refrigeration ones. In order to satisfy the water flow rate or the refrigeration power uninterruptedly demanded by the users, those machines can adopt different control methods. The two suggested calculation models can estimate the energy consumption of the considered machines in case they adopt different modulation systems. Thanks to the estimation of the consumption by knowing a particular user demand, the two models permit the evaluation of energy saving benefits coming from substituting low efficiency electric motor with high efficiency one and VSD, in order to control the machine by varying its rotational speed. This study pays attention to the incoming data for both models, considering only data that can be found normally in a company. In fact in order to describe the characteristics of the system, pump, compressor and electric machines involved, only nominal characteristics have been taken into account. They can be found in technical catalogues given by manufacturers or in the nameplates of machines. Then, the validation of the calculation models is presented, comparing the consumption forecasts with the energy audit results. Later, the implementation of the two generated and validated models is shown in two spreadsheets that allow automatizing the calculation procedure and making it simpler. At the end of the work there are some examples of spreadsheets usage. Those examples, together with economic considerations, show the energy and economic saving that can be reached in a specific plant under particular operating conditions, in order to support the evaluation phase of the investment in the considered technologies.

L’obiettivo di questa tesi è la quantificazione del risparmio energetico derivante dall’applicazione di motori elettrici ad alta efficienza e inverter per alimentare e modulare le pompe centrifughe e i compressori a vite, rispettivamente impiegati nel settore del pompaggio dell’acqua e della refrigerazione industriale. Per soddisfare la portata di acqua o di potenza frigorifera richieste in ogni istante dall’utenza, tali macchine possono impiegare diversi sistemi di regolazione. I due modelli di calcolo proposti permettono di stimare il consumo energetico alla rete delle macchine considerate quando adottano diversi sistemi di modulazione e, a fronte di un particolare profilo di domanda derivante dall’utenza, consentono al contempo di valutare i benefici raggiungibili grazie all’introduzione nel sistema di un inverter e di un motore ad alta efficienza, in sostituzione di uno a bassa efficienza. L’approccio usato per la realizzazione di questo studio pone particolare attenzione ai dati richiesti in ingresso dai due modelli, considerando solamente quelli che si hanno a disposizione normalmente nella realtà industriale; per descrivere le caratteristiche del sistema, della pompa, del compressore e delle macchine elettriche coinvolte, infatti, si fa affidamento alle caratteristiche nominali ritrovabili nei cataloghi tecnici forniti dai relativi costruttori o nei dati di targa delle macchine. Si presenta poi la validazione dei metodi di calcolo proposti, andando a confrontare le previsioni di consumo con i risultati di audit energetici. È inoltre riportata l’implementazione dei due modelli sviluppati e validati in due fogli elettronici di calcolo che permettono di rendere automatizzata e facilmente utilizzabile la procedura. Nella parte finale del lavoro si propongono degli esempi in cui si mostra come possano essere usati i due fogli elettronici creati. Questi, unitamente a considerazioni di carattere economico, consentono di valutare il risparmio raggiungibile all’interno di uno specifico impianto sottoposto a particolari condizioni di funzionamento e permettono quindi di supportare la fase di valutazione dell’investimento nelle tecnologie considerate.