Nelle caldaie a vapore, un livello costante dell’acqua è la chiave per un funzionamento affidabile e un vapore di alta qualità. Esistono diversi modi per controllare la quantità di acqua in una caldaia. In questa attività, esploreremo le tre modalità più comuni e offriremo una soluzione alternativa.

La prima strategia è anche la più semplice. Qui, il livello dell’acqua è regolato tramite l’inserimento e il disinserimento delle pompe di alimentazione attraverso un interruttore di livello. Quando l’acqua raggiunge il livello di inserimento, le pompe iniziano subito a pompare grandi quantità di acqua nella caldaia.

Sebbene questa soluzione sia un modo molto economico per progettare un impianto, la strategia ha diversi inconvenienti: L’improvvisa immissione di acqua fredda riduce la quantità di vapore e la pressione del vapore, causando variazioni nella produzione del vapore. Le variazioni di temperatura causano inoltre stress termico, il quale riduce la durata dell’impianto. Inoltre, il funzionamento gravoso, con diversi avvii e arresti, mette le pompe sotto stress.

Un modo per risolvere questi problemi è regolare il livello dell’acqua con una valvola di alimentazione, controllata da un sensore di livello nella caldaia. La valvola di alimentazione consente l’ingresso di una certa quantità di acqua nella caldaia, in base al consumo di vapore effettivo. Il risultato è un livello d’acqua costante e una pressione di vapore costante in ogni momento.

Questa strategia, tuttavia, richiede che le pompe di alimentazione siano sempre in funzione. E per prevenire il surriscaldamento delle tenute meccaniche, un circuito di bypass deve essere installato. Questo aumenta il consumo di energia, in quanto ora le pompe circolano più acqua nell’impianto di quanto sia effettivamente necessario per mantenere il corretto livello nella caldaia.

Anche la valvola pone alcuni problemi. La sua manutenzione è costosa e causa della perdita di carico, con un ulteriore aumento del consumo energetico. Secondo una regola empirica, una valvola aumenterebbe il consumo energetico del 25% rispetto a un impianto privo di valvole.

Per ridurre questa perdita di carico, una terza strategia combina la valvola di alimentazione con pompe a velocità variabile. Le pompe a velocità variabile regolano il loro funzionamento in base ai segnali provenienti da un sensore di pressione a monte della valvola di alimentazione, minimizzando la differenza di pressione attraverso la valvola di alimentazione. Il risultato è una riduzione del consumo di energia durante il funzionamento della pompa. Ma questa strategia fa ancora affidamento su un impianto di bypass e una valvola di alimentazione per controllare il livello dell’acqua.

Grundfos consiglia un’altra strategia. Utilizzando le pompe a velocità variabile per controllare direttamente il livello dell’acqua, le valvole di alimentazione diventano ridondanti. E senza la valvola di alimentazione, non vi è alcuna necessità di un bypass. Le pompe semplicemente regolano il loro funzionamento in base alla domanda, assicurando un funzionamento efficiente, la riduzione della complessità dell’impianto e un notevole risparmio energetico, in qualsiasi momento.

Se l’impianto a caldaia produce 20 tonnellate di vapore all’ora a 16 bar, con una perdita di carico attraverso la valvola di alimentazione di 5 bar al 100% di carico e con un profilo di carico standard, il risparmio energetico annuo supererà i 20.000 chilowatt/ora.

Sarà inoltre possibile utilizzare una pompa con meno stadi e un motore più piccolo, perché la pompa non deve compensare la perdita di carico attraverso la valvola.

Nel complesso, il risparmio di energia con l’alimentazione diretta dalla caldaia è pari al costo di una nuova valvola di alimentazione, incluso la manutenzione - ogni anno.

Quindi, per riepilogare:

È possibile ricorrere a quattro principali strategie di controllo per regolare il livello dell’acqua in una caldaia a vapore.

La strategia on/off è poco costosa, ma riduce sia per la durata dell’impianto sia la qualità del vapore prodotto.

La valvola di alimentazione assicura un funzionamento efficiente, ma aumenta i costi energetici a causa della perdita di carico attraverso la valvola.

La combinazione di valvola di alimentazione/pompa a velocità variabile riduce la perdita di carico, ma fa ancora affidamento su costose valvole di alimentazione e un impianto di bypass.

Controllando il livello dell’acqua esclusivamente con pompe a velocità variabile intelligenti, si combina il funzionamento efficiente della strategia della valvola con la semplicità e l’efficienza del sistema on/off, con costi di capitale inferiori e un grande risparmio energetico.