IT202100010505A1 - Dispositivo per comando automatico di pompe per fluidi - Google Patents

Description

dell'invenzione avente per TITOLO:

"Dispositivo per comando automatico di pompe per fluidi"

CAMPO DELLA TECNICA

Ogni utenza domestica e pubblica, come pure ogni attivit? industriale, commerciale e agricola ha la necessit? di utilizzare fluidi; infatti quasi la totalit? delle utenze dispone di macchine e azionamenti atti a pressurizzare acqua o fluidi in genere.

Applicazioni tipiche sono: pressurizzazione di acqua sanitaria e non, irrigazione, depurazione, movimentazione di fluidi tecnici.

L'invenzione in oggetto trova applicazione ovunque sia presente una pompa per fluidi; a titolo esemplificativo e non limitativo, si espone il caso di pressurizzazione dell'acqua.

STATO DELLA TECNICA

Nel campo degli azionamenti delle pompe per la pressurizzazione dell'acqua, i dispositivi di tipo noto sono sensibili al valore della pressione e taluni all'azzeramento del flusso, ma nessuno di essi misura la portata in condotta.

Nello specifico esponiamo il principio di funzionamento dei pi? diffusi.

Il pressoflussostato utilizza un pressostato e un sensore di arresto del flusso, azionando una elettropompa secondo l'algoritmo qui di seguito illustrato:

? l'elettropompa deve essere alimentata quando la pressione scende sotto una soglia minima; deve rimanere alimentata fin quando si ? in condizioni di flusso diverso da zero;

? l'elettropompa deve essere disalimentata quando permane per qualche secondo la condizione di flusso nullo e pressione massima;

? il sistema deve portarsi nello stato di blocco e disalimentare la elettropompa se per qualche secondo permane nella condizione di pressione nulla e flusso nullo con elettropompa avviata.

Pressostato e vaso di espansione, opportunamente assemblati, dove il pressostato comanda l'accensione della pompa quando la pressione in condotta scende sotto il valore minimo impostato e ne comanda lo spegnimento quando la pressione sale oltre il valore massimo impostato.

La tecnologia inverter prevede un sensore elettronico di pressione e un convertitore di frequenza che modula il funzionamento della pompa, in maniera da mantenere una pressione costante in condotta.

CRITICITA' DELLO STATO DELL'ARTE

Le criticit? dell'impiego del pressoflussostato sono un notevole spreco di energia e un accelerato degrado dei componenti, infatti:

? anche se la richiesta idrica dell'utenza ? inferiore alla portata minima nominale della pompa, quest'ultima continua a essere alimentata;

? in caso di piccola perdenza di fluido dall'impianto, ? probabile che la pompa non si arresti mai; ? l'elettropompa continua a essere alimentata per alcuni secondi dopo ogni azzeramento del flusso (rendimento energetico nullo).

L'installazione di pressostato e vaso di espansione presenta altre criticit?:

? pressione in condotta altalenante fra il valore minimo e massimo impostati sul pressostato, tale condizione riduce il comfort di utilizzo,

? l'assemblaggio dei numerosi componenti risulta lungo, laborioso e passibile di errori,

? costi elevati,

? ingombro elevato.

La tecnologia inverter garantisce pressione costante e ingombri ridotti, risulta per? molto costosa.

INNOVAZIONE

Il dispositivo per comando automatico di pompe per fluidi di cui si chiede brevetto, applica in maniera innovativa il principio del venturimetro, come descritto dallo scienziato Giovanni Battista Venturi.

Costituisce evoluzione del tubo Venturi perch? grazie all'utilizzo di due sensori modulanti e di un elaboratore elettronico, permette di calcolare istantaneamente la portata.

Ulteriore aspetto innovativo del dispositivo oggetto di brevetto consiste nella gestione della pompa sulla base della combinazione dei valori di pressione e portata del fluido (misurati e calcolati dal dispositivo medesimo). Caratteristiche di questa attenta gestione sono:

? la pompa non sar? mai in moto quando il flusso ? nullo,

? la pompa non permane accesa quando la portata da lei erogata ? inferiore alla portata minima caratteristica della pompa stessa,

? la pressione in condotta sar? mantenuta il pi? costante possibile,

? il punto di lavoro della pompa sar? mantenuto entro valori di rendimento energetico accettabili, ? semplicit? d'installazione,

? ingombri ridotti,

? costi contenuti,

? rilevazione tempestiva delle anomalie di funzionamento, come ad esempio assenza di flusso, guasto della pompa, guasto dell'ammortizzatore del colpo d'ariete, portata eccessiva.

PRESENTAZIONE

Il dispositivo per comando automatico di pompe per fluidi ? un innovativo automatismo atto ad azionare una o pi? pompe per il prelievo e la distribuzione di un fluido attraverso una conduttura.

Il funzionamento del dispositivo si basa sulla combinazione dei valori di pressione e di portata in conduttura; il dispositivo provvede a misurare e calcolare la pressione e la portata istantanee del fluido.

L'analisi combinata di pressione e portata permette al dispositivo oggetto di brevetto, di gestire l'automatismo in maniera innovativa, garantendo un notevole risparmio energetico e la riduzione della frequenza dei guasti, risultando cos? pi? eco sostenibile.

C OMPONENTI del DISPOSITIVO PER COMANDO AUTOMATICO DI POMPE PER FLUIDI Qui di seguito sono elencati i componenti che, dopo un opportuno assemblaggio, costituiscono il dispositivo (vedi disegno n?1):

1. tubo Venturi (altrimenti detto venturimetro);

2. sensore di pressione modulante;

3. sensore di pressione modulante;

4. ammortizzatore del colpo di ariete oppure vaso d'espansione;

5. elaboratore elettronico;

6. software originale per l'elaborazione dei dati, il comando dell'uscita e la segnalazione;

7. sistema di controllo per il comando discreto (acceso/spento) oppure modulato;

8. interfaccia utente;

9. sistema di trasmissione dei dati con o senza filo.

Il corpo principale del dispositivo ? costituito da un tubo Venturi (1) collocato tra il condotto di entrata (10) e il condotto di uscita (11) del fluido. Il tubo (1) ? caratterizzato da due rami, il primo convergente (effusore) e l'altro divergente (diffusore). Il tratto compreso tra l'effusore ed il diffusore ha sezione costante pari alla sezione contratta (Sc). Il tratto di tubo precedente all'effusore ed il tratto successivo al diffusore hanno sezione costante pari alla sezione nominale (Sn); l'area della sezione contratta (Sc) ? minore dell'area della sezione nominale (Sn); le due sezioni (Sn) e (Sc) sono dimensionate in funzione della portata del flusso in transito. Su di esso trovano una giusta collocazione il sensore (2) in corrispondenza della sezione nominale (Sn) e il sensore (3) in corrispondenza della sezione contratta (Sc); i sensori sono posti alla distanza "d".

Ai fini del corretto funzionamento del dispositivo, la posizione a monte o a valle del sensore (2) ? ininfluente, come anche lo ? la distanza tra i sensori "d", nonch? la proporzione fra le sezioni (Sn) e (Sc), pertanto il disegno non ? da ritenersi vincolante.

In prossimit? del venturimetro ? collocato l'ammortizzatore del colpo d'ariete (o vaso d'espansione) (4).

I sensori sono elettricamente collegati all'elaboratore (5), nel quale risiede il software (6), a esso vengono abbinati il sistema di controllo (7), l'interfaccia utente (8) e il sistema di trasmissione (9).

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

L'elaboratore elettronico programmato elabora i dati provenienti dai sensori e calcola istantaneamente la pressione e la portata del fluido (vedi disegno n?2):

? la pressione viene misurata elaborando il segnale proveniente dal sensore (2);

? la portata viene calcolata applicando l'equazione di Bernoulli, avendo note le aree delle sezioni (Sn) e (Sc), e i valori di presssione in corrispondenza delle medesime.

Il software originale, tenendo conto dei valori di pressione e di portata nella conduttura, comanda l'accensione e lo spegnimento delle pompe; pu? altres? pilotare la modulazione del regime di funzionamento delle pompe. Le pompe possono essere azionate da una qualsiasi tipologia di motore: elettrico, endotermico, idraulico o altra. Avendo a disposizione anche il valore della portata istantanea del fluido nella conduttura, il dispositivo mantiene il punto di lavoro della pompa entro valori accettabili di rendimento energetico.

Il dispositivo per comando automatico di pompe per fluidi, adeguatamente programmato, pu? gestire l'azionamento in funzione di una logica temporale oraria, settimanale, eccetera.

Il software originale individua le condizioni di:

? anomalia del funzionamento;

? guasto;

? pericolo;

? mancato avviamento della pompa;

? assenza di fluido;

? altro.

Il software, conseguentemente al riconoscimento dell'anomalia, adotta le opportune azioni di segnalazione e comando.

Il sistema di trasmissione dei dati, provvede a trasmettere le informazioni precedentemente elaborate, nella prospettiva di agevolare le attivit? di sorveglianza, statistica, allerta, segnalazione, eccetera. ? altres? possibile comandare da remoto il dispositivo.

ESEMPIO DI ATTUAZIONE DELL'INVENZIONE

Di seguito si espone un modo di attuazione esemplificativo e non limitativo del dispositivo (vedi disegno n?3). Nel disegno n?3 viene rappresento un impianto di pressurizzazione di acqua sanitaria, la cui utenza ? caratterizzata dal non avere un prelievo d'acqua costante nel tempo e nella quantit?.

Ne consegue che l'azionamento deve comandare la pompa in funzione delle richieste dell'utenza, che sono intrinsecamente variabili.

L'elettropompa (33) attinge acqua dal serbatoio di accumulo (30) e la pressurizza distribuendola all'utenza; il fluido scorre attraverso la conduttura dotata delle opportune valvole di arresto (31) e di ritegno (32) nonch? del vaso di espansione (34). Tutto il fluido pompato attraversa il dispositivo (35), cos? che la portata rilevata da quest'ultimo corrisponda alla portata istantanea dell'elettropompa.

A corredo del dispositivo ? presente un elaboratore elettronico. Nel software di quest'ultimo sono definiti un valore limite di portata e un valore di pressione differenziale.

Il dispositivo per comando automatico di pompe per fluidi gestisce l'accensione e lo spegnimento dell'elettropompa secondo la logica di seguito esposta:

? comanda lo spegnimento quando la portata scende al di sotto del valore limite di portata;

? nell'istante in cui comanda lo spegnimento, memorizza la pressione in condotta;

? determina istantaneamente la pressione minima calcolando la differenza fra la pressione appena memorizzata e il valore di pressione differenziale;

? comanda l'accensione quando la pressione in condotta scende al di sotto della pressione minima. Questa logica di comando permette al dispositivo di autoapprendere la pressione caratteristica dell'impianto. Definendo in maniera adeguata il valore limite di portata e il valore di pressione differenziale, si garantisce il funzionamento ottimale dell'impianto di pressurizzazione di acqua sanitaria.

VANTAGGI

? noto che mantenere avviata una pompa al di fuori della propria curva caratteristica, ha effetti negativi sia sul rendimento energetico sia sulla vita dei componenti meccanici.

Caso eclatante di pessima condizione di funzionamento si verifica quando la pompa permane accesa senza erogare acqua (flusso nullo).

Come descritto in precedenza, la logica di funzionamento del prossoflussostato prevede che l'elettropompa deve essere disalimentata quando permane per qualche secondo la condizione di flusso nullo e pressione massima. In tale condizione il rendimento energetico ? pari a zero: si evidenzia che durante questo periodo di tempo si spende energia per azionare la pompa ma senza movimentare fluido; inoltre il perdurare della pressione massima comporta un'eccessiva sollecitazione meccanica dei componenti, di conseguenza ne riduce la vita. L'azionamento mediante installazione di pressostato e vaso di espansione non ? sensibile al flusso, quindi qualora si verificasse mancanza di fluido in condotta, si verificherebbe la condizione di pompa accesa a flusso nullo e pressione azzerata.

Anche in questo caso il rendimento energetico e pari a zero, inoltre il perdurare della mancanza di fluido comporta il guasto della pompa. ? risaputo che, tranne rare eccezioni, deve essere evitata la diminuzione del livello del fluido all'interno della pompa ed a maggior ragione la marcia a secco.

La principale innovazione del dispositivo per comando automatico di pompe per fluidi consiste nel calcolare la portata del fluido, ci? gli permette di meglio gestire l'azionamento, ponendo particolare attenzione ai consumi energetici, all'usura dei componenti e al comfort di utilizzo.

I peculiari vantaggi dell'applicazione del dispositivo per comando automatico di pompe per fluidi sono:

? risparmio energetico: la pompa lavora entro i propri limiti caratteristici;

? risparmio dei costi di riparazione: il dispositivo minimizza le sollecitazioni ai componenti e i guasti della pompa;

? riduzione dei rifiuti prodotti: la vita dei componenti dell'impianto risulta maggiore dell'attuale media; ? semplicit? d'installazione: i componenti sono preassemblati in fase di produzione,

? semplicit? di messa in esercizio: il dispositivo non necessita di regolazione,

? costi di produzione e d'installazione contenuti,

? ingombro ridotto.

APPLICAZIONI

I campi di applicazione nell'utilizzo del dispositivo per comando automatico di pompe per fluidi, attraverso l'uso di una o pi? pompe, sono molteplici e vari, tra questi si annoverano:

? la distribuzione di acqua sanitaria e non;

? la pressurizzazione dei fluidi negli impianti;

? il ricircolo dei fluidi;

? il prelievo di fluidi da serbatoio;

? il prelievo di fluidi da conduttura in pressione;

? il drenaggio dei fluidi;

? l'irrigazione;

? il prelievo da falda.

ALTRE APPLICAZIONI

Oltre alla funzione di automazione, il dispositivo per comando automatico di pompe per fluidi costituisce uno strumento di misura per tutte le grandezze rilevabili nella conduttura, misurate sia direttamente sia indirettamente. Il dispositivo pu? quindi calcolare, memorizzare e trasmettere agevolmente valori di:

? pressione;

? portata;

? quantit? di fluido che attraversa il dispositivo nel tempo;

? orari e periodi di ogni condizione di esercizio;

? tempo di accensione e spegnimento dell'automatismo.

L'elaborazione dei valori di pressione e portata della conduttura, permette al software di:

? riconoscere le principali condizioni di malfunzionamenti, guasti, pericoli;

? segnalare opportunamente lo stato dell'impianto;

? allertare il personale preposto (anche in remoto).

Installando e coordinando fra loro pi? dispositivi in unica conduttura (comunque ramificata) ? possibile individuare eventuali perdite dell'impianto e altre anomalie.

Claims (4)

dell'invenzione avente per TITOLO: "Dispositivo per comando automatico di pompe per fluidi"

1. Si rivendica la tutela del dispositivo per comando automatico di pompe per fluidi (vedi disegno n?4) cos? fatto: un tubo Venturi (1) comunque connesso alla conduttura del fluido, un sensore di pressione modulante (2) e un sensore di pressione modulante (3).

A partire dal condotto di entrata (10), il tubo Venturi presenta un primo tratto (t1) a sezione nominale (Sn) costante, cui segue il ramo (t2) convergente (effusore) che restringe uniformemente la sezione del tubo fino a raggiungere la sezione contratta (Sc), appresso ? presente un tratto (t3) a sezione costante pari alla sezione contratta (Sc), a questo segue il ramo (t4) divergente (diffusore) che allarga uniformemente la sezione del tubo fino a riportarla al valore nominale (Sn), l'ultimo tratto (t5) del tubo Venturi ha sezione costante pari alla nominale (Sn), quest'ultimo tratto termina nel condotto di uscita (11); l'area della sezione contratta (Sc) ? minore dell'area della sezione nominale (Sn), le due sezioni (Sn) e (Sc), come pure le lunghezze di tutti i tratti di tubo, sono dimensionate in funzione della portata del flusso in transito.

Il sensore elettronico di pressione modulante (2) ? fissato sul primo tratto del tubo Venturi (t1), il sensore elettronico di pressione modulante (3) ? fissato sul tratto a sezione contratta (t3); secondo la direzione del flusso, il sensore (2) ? posto a monte del sensore (3).

2. Si rivendica la tutela del dispositivo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dalla modifica di posizionamento del sensore elettronico di pressione modulante (2); il sensore elettronico di pressione modulante (2) ? fissato nell'ultimo tratto (t5) del tubo Venturi, quello a sezione costante pari alla nominale (Sn) che termina nel condotto di uscita (11); secondo la direzione del flusso, il sensore (2) ? posto a valle del sensore (3).

3. Si rivendica la tutela del dispositivo secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dalla presenza del vaso di espansione (4) posto a valle dei sensori (vedi disegno n?1).

4. Si rivendica la tutela del dispositivo secondo le rivendicazioni precedenti, dotato di un elaboratore elettronico (5) (munito di un software originale (6)), che provvede ad elaborare i segnali provenienti dai sensori e a calcolare istantaneamente la pressione e la portata del fluido nella tubazione (vedi disegno n?2).

Fermo restando il principio della presente invenzione, possono essere applicate varianti senza per questo esimere dall'ambito di tutela fornito dalle rivendicazioni.