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.