studio di una soluzione ottima per la regolazione di portata di una

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STUDIO DI UNA SOLUZIONE OTTIMA PER LA REGOLAZIONE DI
PORTATA DI UNA POMPA ERMETICA INTEGRATA
PER IL TRATTAMENTO DI FLUIDI STERILI
Carlo Concari*, Andrea Toscani*
Claudio Bianchini**
*Università degli Studi di Parma
Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Via G.P. Usberti 181/A, I–43100 PARMA
**Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia
Dipartimento di Scienze e Metodi dell'Ingegneria, Via Amendola 2, I-42100 REGGIO EMILIA
Lo studio ha riguardato la movimentazione di una piccola pompa ad ingranaggi (Fig. 1)
tipicamente utilizzata negli impianti chimici per pompare fluidi ad elevata viscosità. La
pompa deve regolare il passaggio di un fluido sterile e quindi deve essere ermetica. Altra
esigenza è non trasmettere calore al fluido.
Fig. 1. Schema di una tipica pompa a ingranaggi.
La sorgente di potenza a disposizione è una distribuzione di tensione continua a 24 V. Si
è puntato quindi su un sistema invertitore-attuatore con caratteristiche specifiche, controllato
da un DSP. L’invertitore è stato progettato a MOSFET (switching 20 kHz) e per l’attuatore si
è scelto un brushless a magneti permanenti direttamente collegato all’ingranaggio principale.
Data la necessità di un funzionamento ermetico, il rotore è sigillato all’interno di un cilindro
di alluminio, metallo che non interferisce con il campo magnetico (Fig. 2).
Fig. 2. Pompa ad ingranaggi (a sinistra), equipaggio magnetico rotante (al centro) e chiusura cilindrica in
alluminio (a destra).
Non essendo particolarmente critica la necessità di un’alta dinamica nell’acquisizione dei
segnali di controllo, la scelta del DSP è caduta su un processore a virgola fissa che effettua
tutte le elaborazioni numeriche necessarie per il funzionamento della pompa.
Particolare attenzione è stata posta all’efficienza di funzionamento, per tenere basse le
perdite e renderle ininfluenti sulla temperatura del fluido. Un buon rendimento è stato
ottenuto mediante un opportuno algoritmo di modulazione. Tale algoritmo, grazie alla misura
in retroazione della reazione indotta negli avvolgimenti di statore dai magneti di rotore,
permette il funzionamento dell’attuatore a velocità, e quindi portata, controllata e con fattore
di potenza molto vicino a uno.
Il progetto è stato realizzato in collaborazione con un partner industriale ottenendo così
un prototipo di pompa ermetica integrata a costi contenuti che consente la regolazione della
portata del fluido sterile senza trasmettere calore al fluido.
La Fig. 3 riporta le forme d’onda delle tensioni di pilotaggio dell’attuatore e il segnale
utilizzato per il controllo di portata; la Fig. 4 riporta una foto della scheda di alimentazione e
controllo.
Fig. 3. Forme d’onda per il pilotaggio degli avvolgimenti (trace A, B, C) e segnale di retroazione per il controllo
della portata (traccia D).
Fig. 4. Scheda elettronica di alimentazione e controllo; in basso a sinistra il DSP.
Bibliografia
[1] C. Bianchini, C. Concari, A. Toscani, " Low-cost sensorless BLDC for organic fluids
treatment in sterile environments", in Proc. of ICEM 2008, Vilamoura, Portugal, 6-9
Sept. 2008.
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