Ottimizzazione energetica e funzionale
dei sistemi di miscelazione nel
trattamento delle acque reflue
MARCO LEONCAVALLO
Agenda
• Esigenze di miscelazione
• Miscelazione sommersa, bulk flow
• Criteri di scelta, generalità
• Criteri di posizionamento, generalità
• Mixer Flygt
• Serie 4600
• Serie 4400
• Serie 4530
• Serie 4320
• Flygt TEA 4800
• JT4700
• JP4700
Esigenze di miscelazione
Mescolamento (batch o continua)
Sospensione solidi
Circolazione di liquidi
Distribuzione di solidi nel volume
Dispersione (contatto tra 2 fasi non
mescolabili, gocce, bolle, particelle)
Spesso sono presenti più esigenze assieme, sospensione,
distribuzione di solidi e circolazione sono tipiche del trattamento.
Miscelazione sommersa
Al contrario della miscelazione tradizionale l’intero mixer è immerso
 comporta vantaggi meccanici e spesso anche idraulici.
Miscelazione ?
Ogni applicazione di miscelazione richiede in diversa misura sia una
turbolenza su piccola scala che un moto di massa dell’intero
volume (“bulk flow”)
Bulk flow
La maggior parte delle applicazioni di miscelazione generano turbolenza in
abbondanza ma è la forza del bulk flow che controlla l’efficienza della
miscelazione.
Una miscelazione efficiente si ottiene con un moto di massa ben sviluppato:
viene messo in moto l’intero volume dell’intera vasca essendo quindi
interessato completamente dalla miscelazione.
Se il mixer è ben posizionato l’intero
volume della vasca è in movimento

Il posizionamento è
ESTREMAMENTE importante per il
risultato finale
Bulk Flow e Spinta
Motore del Bulk Flow è la spinta generata dal getto dell’elica.
Spinta = forza di reazione che si deve
esercitare se si prova a tenere un mixer in
funzione.
• Il getto richiama il liquido circostante, la portata
si incrementa nel percorso e la velocità
diminuisce allontanandosi dalla sorgente, fino a
includere idealmente tutto il volume della vasca.
La spinta dell’elica genera il bulk flow
vbulk
Accelerazione
Bulk Flow
F (N)
Spinta elica
Bulk flow
in stato stazionario
Perdite tot. flusso
tempo
Spinta = N
La spinta equivale ed è opposta alla
forza di reazione.
Questa è comunemente
utilizzata per la misura della
SPINTA del mixer (N)
secondo standard ISO 21630
in speciali vasche attrezzate per il test.
La spinta di un mixer dipende da:
• design / forma dell’elica (efficienza)
• velocità elica,
• dimensioni dell’elica,
• densità e viscosità del liquido (se non acqua).
L’efficienza può essere espressa in N/kW assorniti
Efficienza N/kW vs Diametro
1200
1000
N/kW
800
600
400
200
0
500
1000
1500
2000
Diametro mm
10
2500
3000
Efficienza N/kW vs Velocità (diametro)
Scelta del mixer
Per la scelta del mixer si usano i seguenti dati:
- Geometria della vasca
- Parametri reologici e caratteristiche del liquido
- Esigenza/e di miscelazione
E si ottiene una SPINTA = F (N) minima richiesta
Scelta del mixer
La natura del fluido da miscelare e l’esigenza di miscelazione può cambiare
il criterio di scelta del mixer.
Si possono trasferire le esigenze di miscelazione in criteri quantitativi di
miscelazione che sono la base per il calcolo della spinta (N) richiesta.
I seguenti 4 mixing criteria sono quelli applicabili:
- Velocita’ Bulk flow,
- Sforzi di taglio,
- Soglia di scorrimento,
- Tempo miscelazione,
Ub (m/s)
s (Pa)
y (Pa)
 (s),
Freq =  Ub2
Freq =  s
Freq =  y
Freq =  1/ 2
Vediamo brevemente il primo criterio.
13
Legame tra Spinta e Velocità BF
2
vbulk
F  ktot 
   Abulk
2
Per liquidi assimilabili all’acqua F (N) è proporzionale a:
v2 velocità al quadrato
 densità del liquido (1000 kg/m3 per l’acqua)
Ab proiezione dell’area (sezione) di flusso principale o “bulk flow area”
K fattore di perdita e di forma dovuto a
•
frizione (pareti)
•
curve
•
presenza aeratori e/o ostacoli
•
fattore di forma della vasca
•
numero dei mixer previsto
•
diametro elica in relazione alla dimensione della vasca
Criteri di posizionamento
15
Principi di posizionamento
Determinare una circolazione di massa (bulk flow) conveniente
16
Permettere un lungo sviluppo del getto
Grande trasporto di flusso e Bulk Flow !
17
Facilitare la riflessione del getto
“Sviluppo e riflessione
del getto: sempre un
compromesso”
18
Posizionamento ottimale per vasche regolari
Il profilo ottimale di velocità sulla sezione del
bulk-flow si ottiene con il mixer diretto a ½ del
raggio o ¼ del diametro della vasca (30°).
Secondo lo stesso principio in una vasca
rettangolare il mixer va disposto in un angolo e
diretto a ¼ della larghezza in mezzeria vasca.
19
Posizionamento ottimale per 2 mixer.
Se i mixer sono 2 vanno disposti a 1/8 e 3/8 della stessa.
Nelle vasche circolari i 2 mixer vanno disposti assieme e angolati 1/3 e
2/3 del raggio, ovvero circa 20° e 40 ° dal raggio.
20
Posizionamento flessibile
Con attrezzature flessibili ed orientabili:
• Permetto lo sviluppo del getto su lunghe distanze;
• Adatto il getto alla geometria della vasca.
Ciò permette l’utilizzo della SPINTA del mixer in
modo ottimale ed assicura la creazione di un
massimo livello di moto di massa.
21
Mixer Flygt
22
Mixers Flygt: 55 anni di storia
1958
Il primo mixer sommergibile: Flygt SP300
1977
Primo mixer sommergibile per le acque reflue:
Flygt 4500
1984
Il primo ultra high efficiency submersible mixer:
Flygt 4410-4430
1992
I primi mixer interamente in acciaio inox ad alta
versatilità: Flygt 4630-4680
1999
I primi mixer compatti di piccola taglia: Flygt 46104620
2005
Introduzione del mixer ad potenziato ad alta
efficienza Flygt 4460
2009
Il primo mixer compatto ad alta efficienza: Flygt
4650 LSPM, primo utilizzo dei motori LSPM nei
mixer
2009
Introduzione dei Flygt 4850-4870 top entry
agitators
2010
Introduzione dei jet mixers: Flygt 4710-4735
2012.
Introduzione dei mixer Midsize ad alta efficienza
Flygt 4530
2013.
2014.
2015.
Oltre 250,000 mixers prodotti
Introduzione dei mixer Midsize ad alta efficienza
Flygt 4320
Famiglie di Mixer ed Agitatori Flygt
Top Entry Agitators
Compact mixers
4610 4620 4630 4640
4650
4660
4670
4840
4680
4850
4860
4870
Compact HE
4650 LSPM
Low-speed mixers
Midsize
4530
4320
New HE!
4320
New HE!
4410
4430
Jet mixers
JT4710
4460
Hydro ejectors
JT4715
JT4720
JT4730
JT4735
JP4710 JP4715
JP4720
Flygt 4600
Flygt 4600 series compact mixers
La scelta più comune per versatilità
Numerose applicazioni
Wastewater
Industria
Flygt 4600
•
•
•
•
•
•
11+2 Misure di motore
4
Diametri eliche
Diverse inclinazioni pale
Anello convogliatore opz.
SS304, SS316, Duplex
Anche come pompa idrovora
4670
4660
4650
4650LSPM
4630 4640
4610 4620
28
4680
Prestazioni (50 Hz) - 4600
Spinta Nominale
Diametro elica
Angolazioni disponibili
Velocità
Potenza nominale
Anello convogliatore
Buona efficienza
29
90 N - 6400 N
0.21 m - 0.77 m
3° - 22° f(modelli)
1390 / 705 / 500 / 480 / 360 rpm
0.9 kW - 25.0 kW
opzionale, aumenta l’efficienza
fino a ~ 330 N/kW
Versatilità
Altamente configurabile e versatile, adatto ad applicazioni difficili
Affidabilità
Benefit unici
Plug-In™ seal
Motori isolati classe H
Active Seal™
Morsettiera isolata
Cuscinetti solo con cassa metallica
Mixer compatti ad alta efficienza 4650.512/592
Motore LSPM (Line Started Permanent Magnet)
Motore sincrono a Magneti
Permanenti particolare, per la
prima volta utilizzato su motori
sommersi.
32
LSPM (Line Started Permanent Magnet)
Motore asicrono ad induzione
 Campo magnetico indotto
 Perdite per calore da
correnti indotte
LSPM
 Campo indotto solo durante
l’avviamento
 Sincrono a MagnetiPermanenti a regime
 Nessuna perdita per calore
da corrente indotta
33
Fattori chiave
 10% minore consumo elettrico
 15% maggiore efficienza
motore
 40% minore consumo di
corrente, cos fi elevati
 Non serve inverter x
avviamento
 Non serve modificare Q.E.
*Dipende da angolo e tipo di pale / anello conv.
34
4650 LSPM versioni motore, 50 Hz
Angolo pale
Spinta, N
35
5.0 kW
3°-9°
940-1,440
7.0 kW
3°-11°
940-2,120
Flygt Flowmaker 4400
Mixer Flow-Maker 4410 - 4430 - 4460
• 3 Modelli - 4410 / 30 / 60
- Motori 4 & 6 poli - 4410
- Motori 2 & 4 poli - 4430
- Motori 2 & 4 poli - 4460
• 8 Rapporti di riduzione
• Eliche a “banana” da 2.5 a
1.4 m (8 misure)
e … 3 pale 1,3 m
• 2 differenti verniciature
Mixer “Flow-maker”
4410 – 4430 - 4460
Mixer “Flow-maker” ad alta efficienza
4410 – 4430 - 4460
Spinta Nominale
Diametro Elica
Velocità
Potenza nominale
Grande efficienza
150 N - 4700 N
1.4 m - 2.5 m
17 rpm - 54 rpm
0.9 kW - 5.7 kW
fino a ~1100 N/kW
Applicazioni - Flow-Maker
• Vasche a canale / anello
• Vasche di grande dimensione
• Applicazioni Biogas
Flygt 4530
Metà misura di un mixer a banana
Metà del consumo elettrico di un mixer compatto...
Fino a 780 N/kW
Design tecnico
Drive unit collaudata (4400) con decine di
migliaia di installazioni
Nuova elica 3 pale 1.2 m sottile ad alta
efficienza, perfettamente bilanciata e
stabile, no vibrazioni, sistema di
assemblaggio facile
Installazioni possibili sia su tubo guida
singolo 100x100 che su tripode
Installazione semplice
Si installa su tubo guida standard 100x100
Facile ricambio di mixer esistenti
Consigliata la mensola di supporto
Installazione a tripode possibile
Adatto a molte applicazioni e dimensioni di
vasche, incl. zone anossiche, MBBR, ecc.
4530: 2 motori, 6 rapporti riduzione
50 Hz
60 Hz
2.3 kW
900-1,400 N
2.6 kW / 3.5 hp
900-1,300 N
4.3 kW
900-2,450 N
4.6 kW / 6.2 hp
900-2,400 N
2,500 N
2,000 N
1,500 N
1,000 N
500 N
0N
Versione motore 2,3 kW
Versione motore 4,3 kW
Mixer super premium efficiency
Flygt 4320
Nuovi standard nell’ efficienza di miscelazione
Si basa su mixer già molto efficienti
Efficienza motore (IE4 eq.)
47
Mixer super premium efficiency 4320
•
Motori sincroni ad altissima effcienza a
magneti permanenti (circa -15% consumo)
•
Built-in VFD (integrato)
•
Aggiustamento della spinta fornita in campo con
tastierino o via Modbus
Variare la spinta fornita facilmente
per le attuali condizioni di processo o in impianto
”Un mixer efficiente con una velocità
eccessiva sta solo sprecando energia in modo efficiente”
49
Carichi crescenti
• Incremento di
popolazione
• Nuovi allacciamenti
• Nuovi scarichi
industriali
50
Cambio dei target di processo
• Fosforo
• Azoto
• Materiale organico, BOD
51
Adattarsi al cambio delle condizioni in
impianto
• Grigliatura e pretrattamenti
• Tipo e condizioni operative dei sistemi di
aerazione
• Redesign delle sezioni (ad es. Livelli)
• Velocità di bulkflow
• Flussi e ricircoli in ingresso (posizioni e
quantità)
• Posizionamento mixer, ingressi, uscite
52
Cambio delle condizioni
53
Vasche a canale
Varia Q aria
Zone anossiche
Variano flussi in ingresso
SBR
Variano livelli
Digestori
Variano il media
Mantenere risultati di processo
54
Forti correnti disseminate
Troppa miscelazione
Strati chiarificati / layers
Scarsa miscelazione
Molta schiuma o crostoni
Scarsa miscelazione
(posizionamento?)
Depositi di fango
Scarsa miscelazione
Processi non statici, non sempre noti
Disporre di riserva di potenza per esigenze future,
settare la velocità per le esigenze attuali
55
Risparmi di energia sostanziali
Fino ad oltre il 50% o migliaia di
euro per mixer all’anno
U.S. case:
• 4650 mixers da 5 kW cad., ora operano a
~1 kW con 4320 anche grazie al variare
delle condizioni di carico nel tempo
Dutch case:
• 28 x 4460 mixers con 6 kW cad., ora
operano a ~3 kW cad. due grazie a 4320
che seguono il variare delle condizioni di
carico e aria in vasca
56
Regolare la velocità
Pannello operatore EOP1 (opzionale)
•
•
•
•
•
57
Modbus RTU protocol
Velocità elica
Consumo elettrico
Ore lavoro
Soft start/stop setup
Gestione e info allarmi
Nessun VFD esterno
•
Semplicità
•
Risparmio di tempo e soldi
•
Maggiore affidabilità
•
Chiara responsabilità
•
Migliori condizioni
sull’inverter
58
Vantaggi aggiuntivi
• Soft start, soft stop
• Alto fattore di potenza
• Autoprotezione da
sovraccarichi
Soft starter
Phase correction
59
Ampio campo di impiego
60
•
Eliche a 2 o 3 pale 1.4 / 2.0 / 2.5 m
•
Motori 2 / 4 / 8 kW nom.
•
50/60 Hz, 380-480 V
•
Copre 4410, 4430, 4460 e 4530
Installazione
2.0-2.5 m su tripode
1.4 m anche su tubo guida singolo
61
Feature summary
• Top ISO thrust performance
• Primo ed unico mixer al mondo con drive
completa di VFD
Spinta aggiustabile
√
Pronto per controllo remoto
√
IE4 equivalente
√
Soft start e soft stop
√
Info stato Operativo
√
Nessun VFD necessario a
bordovasca
√
Drive e mixer da unico fornitore
√
Ricordate: Un mixer efficiente con una velocità
eccessiva sta solo sprecando energia in modo effciente
62
DENITRIFICAZIONE
4600
4600
w/ jetring
COMPATTI
/ VELOCI
paragone @ 1,400 N
4530
4410/30/60
4320
4320
4400
MIDSIZE
LENTI
/ GRANDI
DENITRIFICAZIONE Costo energetico annuo, € (@ 0,15
€/kWh)
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
4600_F
4600_J
4600LSPM_F 4600LSPM_J
4530_1,2
4320_1,4
4400_2,5
4320_2,5
Con un mixer Midsize 4530 o 4320 si dimezzano i consumi.
Per impianti più grandi è considerabile la scelta di un 4400 o di 4320 Fullsize
Con CAPEX superiori, ma con un ulteriore dimezzamento dei consumi.
Flygt TEA
Quando un TEA (Top Entry Agitator) ?
• Digestori sviluppati in altezza (H > D)
• Vasche cubiche con passerella centrale
• Vasche piccole (nuovo 4840)
• Dove è il capitolato a domandarli.
66
4870 Dettagli modularità
67
Eliche ottimizzate per le applicazioni
SY4850
Materiale
poliuretano
SY4850 e SY4840
Materiale SS 304
Diam. 2.5m
4850 Diam. 1.5 – 2.0 – 2.5 m
4840 Diam. 0.8 – 1.0 – 1.25 m
Pale e parti immerse
separate in high alloy steel
SY4860 – SY4870
Diam. 1.5m - 2.0m 2.5m 3.0m – 3.5m – 4.0m
68
Flygt JT4700 Jet Mixer
N-technology installata a secco per una miscelazione efficiente
Flygt Jet Mixer: una coppia dinamica
L’unione ideale di due innovazioni Flygt
– la tecnologia-N
– il gruppo eiettore per la miscelazione di
acque e fanghi
70
Flygt Jet Mixer: Benefici
•
•
•
•
•
•
71
Buona efficienza, inferiore ai mixer precedenti
Facile accesso per manutenzione
Ambiente di lavoro sicuro
Conc. Solidi fino a 8%
Bassi costi di installazione
Può lavorare con bassissimi livelli in vasca
Flygt Jet Mixer: Gruppo Eiettore
• Incrementa l’efficienza del getto
in vasca aumentando l’area in
sezione del getto
• Il flusso primario attraverso
l’ugello induce un flusso
secondario dal liquido circostante
• Ugello dimensionato per scaricare
ogni solido che passa dalla pompa
• Basato sui collaudati Idroeiettori
Flygt con migliaia di applicazioni
72
Flygt Jet Mixer: Applicazioni possibili
1) Bacini di
ritenzione
2) Stoccaggio fanghi
primari o esterni
3) Stoccaggio di
fanghi di supero
4) Digestori
5) Stoccaggio fanghi
digeriti
73
Flygt Jet Mixer: Un range completo
Valori di spinta per acqua pulita con 10 m tubazione, due curve e due valvole.
Opzioni pompe Flygt N
Versioni antideflaganti
Idraulica in Hard-Iron™
74
Idroeiettori Flygt JP4700
Miscelazione & Flussaggio per Vasche di pioggia
Eiettori per miscelazione e flussaggio
VASCA DI PIOGGIA
76
Eiettori per miscelazione e flussaggio
IDROEIETTORE (JP4700)
VASCA DI PIOGGIA
EIETTORE ARIA-ACQUA (AW)
77