ottimizzazione energetica di un impianto di potabilizzazione con sistema di automazione
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PROGETTO DEGLI INTERVENTI DI OTTIMIZZAZIONE ENERGETICA
NELL’IMPIANTO DI POTABILIZZAZIONE DI HIGUEY, REPUBBLICA DOMINICANA
RELATORE CANDIDATO CORRELATRICE
Rodolfo Araneo Andrea Marletta Agostina Chiavola
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Introduzione ed obiettivi
Caratteristiche
Abitanti: 150.000
Portata: 100 – 500 L/s
Carico: 0 – 500 NTU
Analisi dei consumi di Energia Elettrica (EE)
nell’impianto di Higuey (Rep. Dominicana)
Trattamenti di potabilizzazione
Sistema di automazione
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Caratteristiche delle acque e unità di trattamento
Trattamenti
Coagulazione
Flocculazione
Sedimentazione
Filtrazione
Disinfezione
Parametri
Torbidità
Temperatura
pH
Colore, odore, sapore
Effluente
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Configurazioni di funzionamento dell’impianto
Q = 100 L/s
Torbidità < 5 NTU
Tempo medio di residenza idraulica in minutiPortata (L/s)
Torbidità
(NTU)100 250 350 500
0-5 86,2 35,4 39,3 44
5-500 205,6 98,6 105,7 96,4
Q = 500 L/s
Torbidità = 5 - 500 NTU
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Sistema di automazione
Modalità
Auto / Semiauto
Manuale
Locale / Remoto
Dispositivi
Sensori
Controllori
Attuatori
Trasmettitori
Interfaccia utente
# Valvola Auma
SA 10.2 da 54
rpm
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Coagulazione: Mix rapido
Parshall
Misurazione Q
Risalto idraulico
Mix Alum [Al2(SO4)3]
Flocculazione: Mix lento
2 unità in parallelo
Setti verticali
Progressivo aumento spaziatura setti
Automazione del processo (1)
L1
pH1
T1
NTU1
ROX1
EC1
MISURATORE PARSHALL - MIXER
pH2
T2
L3 L4
FLOCCULATORE
L2
LEGENDA
L
pH
T
NTU ROX
EC
Concentrazione idrogenionica
Temperatura
Torbidità
Conducibilità
Redox
Livello
Q Portata
CR Cloro residuo
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Sedimentazione
5 unità in parallelo
Pacchi lamellari
Controcorrente
Filtrazione
8 unità in parallelo
Flusso discendente a gravità
Su sabbia
NTU2L6
SEDIMENTAZIONE
L5
LEGENDA
L
pH
T
NTU ROX
EC
Concentrazione idrogenionica
Temperatura
Torbidità
Conducibilità
Redox
Livello
Q Portata
CR Cloro residuo
Automazione del processo (2)
FILTRAZIONE
L8 L9
NTU3
CR EC2
pH3
T3L7
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Fasi della filtrazione
NOMENCLATURA DELLE VALVOLE
[1] Valvole di scarico dell'acqua di controlavaggio filtri, V.M. Φ 24”;
[2] Canale di entrata ai filtri, 0.45x0.45 [m];
[3] Valvola di scarico superficiale dei filtri, V.M. Φ 8”
[4] Valvole di scarico di fondo dei filtri, V.C. Φ 6”;
[5] Valvole di scarico acqua filtrata, V.M. Φ 24”;
[6] Valvole di sezionamento dell’aria di controlavaggio dei filtri, V.M. Φ 6”;
[7] Valvole di sezionamento dell’acqua di controlavaggio dei filtri, V.M. Φ 20”;
.
A = APERTA
C = CHIUSA
Fase operativa Fase di controlavaggio
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Schema completo del sistema di controllo
LEGENDA
L
pH
T
NTU
ROX
EC
Concentrazione
idrogenionica
Temperatura
Torbidità
Conducibilità
Redox
Livello
Q Portata
CR Cloro residuo
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Analisi impianti elettrici
Schema dei
collegamenti
dei dispositivi
in campo
Schema elettrico
dei servizi di
automazione
UPS: Uninterruptible
Power Supply
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Calcolo dei carichi di EE (1)
Blocco funzionaleSENSORI
LI MI CI DI TI FI NI
Pozzi PO 8
Fiume OT 1 1 1
Ingresso I 2 1 1 1 1
Flocculatori FL 4
Sedimentatori S 6 5
Filtri F 9
Reagente (Alum) A 2 2
Uscita O 1 1 1 1 1
Mandata ai serbatoi LIT 1
Arrivo dai pozzi LRP 1
Vasche accumulo DR 2
TOTALE 33 1 8 2 2 5 1
Blocco funzionale
ATTUATORI
MOG MOV
Flocculatori FL 5
Sedimentatori S 5 10
Filtri F 8 40
TOTALE 18 50
• LI: livello
• MI: pH, temp, redox
• CI: torbidità
• PLC: Controllori
a Logica
Programmabile
• MOG: Paratoie
elettromeccaniche
• MOV: Valvole
elettromeccaniche
Blocco
funzionalePLC
I, FL1 - FL3 CPU1-2
S1 CPU3
S2 CPU4
S3 CPU5
S4 CPU6
S5 CPU7
F1, O CPU8-9
F2 – F8 CPU10-16
Reagente A CPU17
Accumulo CPU18
Compressori CPU19
Reagente Cl CPU20
Presa fiume CPU21
Pozzi CPU22-29
Uscita CPU30-31
• DI: conduttività
• TI: pH, temperatura
• FI: portata
• NI: cloro residuo
Bloccofunzionale
MOTORI P(kW)
Fiume Sanate 4 150
Pozzi 6 75
Pozzi 2 50
Acqua filtrazione 2 50
Aria filtrazione 2 50
Dosaggio reagenti 2 55
Agitatori reagenti 2 0,75
Accumulo 4 300
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Calcolo dei carichi di EE (2)
Materiali Numero Potenza singola (W) Potenza TOT (kW)
Sensori 52 5 0,26
Controllori 31 300 9,30
Attuatori 68 1040 70,72
Motori 24 varie 2.661,5
Torbidità
Portata
NTU
0 150 300 500
L/s
0 0,70 - - -
100 1,01 1,09 1,17 1,24
250 1,34 1,42 1,50 1,57
350 1,67 1,75 1,83 1,90
500 2,00 2,08 2,16 2,23
Potenza utilizzata (MW) Ore di funzionamento in un anno
Potenza installata
Torbidità
Portata
NTU
0 150 300 500 >500
L/s
0 788,4 - - - -
100 290,4 528 792 792 237,6
250 198 360 540 540 162
350 118,8 216 324 324 97,2
500 356,4 648 972 972 291,6
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Risultati principali
Unità Consumo (MWh/anno)
CaptazionePozzi 3.066,00
4.903,84Fiume 1.837,83
Trattamento
Controllo e
Automazione
Sensori2,45
377,25 Controllori
81,46
Attuatori293,32
Coagulazione
Disinfezione
Agitatori6,59
489,89 Dosatori
483,29
Filtrazione
(Controlavaggio)
Acqua439,93
879,87Aria
439,93
Accumulo 4.900,89
Totale 11.551,74
Consumo complessivo di EE per la fornitura idropotabile di Higuey
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26%
16%
3%12%
43%
Consumi di EE per la fornitura idropotabile di Higuey
Pozzi
Fiume
Automazione
Potabilizzazione
Distribuzione
Risultati – Grafico 1
15% Trattamento
85% Sollevamenti
Accumulo
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4%
15%
27%
54%
Consumi di EE nel trattamento di potabilizzazione
Controllori
Attuatori
Dosaggio Reagenti
Filtrazione (controlavaggio)
Risultati – Grafico 2
19% Automazione
81% Trattamenti di
potabilizzazione
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Conclusioni
«WATERGY EFFICIENCY»
Ottimizzazione dei processi più energivori
Inventario dei materiali, gestione delle scorte
Semplificazione dell’esercizio, comando a distanza
Registrazione di tutti gli eventi, report dettagliati
Sicurezza e continuità del servizio
Strategie generali per il miglioramento dell’efficienza energetica
dei motori elettrici:Descrizione Risparmio previsto Pay-Back
Rendimento Max 5-10% Immediato
Inverter 10-15% 2-3 anni
Apparecchiature efficienti 5-25% 4-5 anni
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Grazie
per
l’attenzione.