Implementarea unui sistem de evacuare a apei pluviale în zone defavorizate [309327]

Universitatea Politehnica din București

Facultatea de Inginerie Electrică

LUCRARE DE LICENȚĂ

Implementarea unui sistem de evacuare a apei pluviale în zone defavorizate

Coordonator științific: Absolvent: [anonimizat]. Cristina-[anonimizat], 2019

CUPRINS

CAPITOLUL I ………………………………………………………………………………………………………….3

I.1.Noțiuni introductive ……………………………………………………………………………………3

II.2. Exemple de zone defavorizate prin amplasare/număr de locuitori ………………… 3

CAPITOLUL II …………………………………………………………………………………………………………5

II. Prezentarea elementelor componente ale sistemului…………………………………………5

II.1. Placa suport …………………………………………………………………………………….5

II.2. Tabloul electric ……………………………………………………………………………….6

II.2.1. Generalități ……………………………………………………………………………6

II.2.2. Componentele tabloului electric. Definiții. Generalități ……………..7

II.3. Senzori …………………………………………………………………………………………17

II.4. Pompa de apă submersibilă …………………………………………………………….18

II.5. Fosa septică ………………………………………………………………………………….19

CAPITOLUL III ……………………………………………………………………………………………………..21

III. Calcule efectuate pentru dimensionarea elementelor de circuit ………………………21

III.3.1. Calcule efectuate pentru dimensionarea cablului pompei …………..21

III.3.2. Calcule efectuate pentru dimensionarea întreruptorul automat ……22

III.3.3. Calcule efectuate pentru dimensionarea contactorului ……………….22

CAPITOLUL IV……………………………………………………………………………………23

IV.Realizarea sistemului de evacuare ……………………………………………………………..23

IV.1.Scopul realizării sistemului ………………………………………………………….23

IV.2. Poze cu etapele de realizare a platformei ………………………………………23

IV.3. Schema electrică a sistemului ………………………………………………………28

IV.4. Funcționarea sistemului de acționare……………………………………………..29

IV.5. Îmbunătățiri ce pot fi aduse sistemului…………………………………………..31

CAPITOLUL V…………………………………………………………………………………….32

V. Sisteme existente pe piață…………………………………………………………………………..32

V.1. Generalități ……………………………………………………………………………….33

V.2. Comparație între sisteme …………………………………………………………….34

CAPITOLUL VI………………………..………………………………………………………….37

VI. Concluzii ……………………..……………………..……………………………….…37

CAPITOLUL VII …………………………………………………………………………………………………….38

VII. Bibliografie …………………………………………………………………………………………..38

CAPITOLUL VIII …………………………………………………………………………………………………..40

VIII. Anexe …………………………………………………………………………………………………40

CAPITOLUL I

I.1.Noțiuni introductive

Trăim într-un timp în care datorită poluării și a schimbărilor climatice vremea devine din ce în ce mai imprevizibilă, cu condiții meteo tot mai agresive (ierni din ce în ce mai geroase, veri aride și toamne cu ploi abundente). Principalul scop al acestei lucrări este de a realiza un sistem automatizat care controlează nivelul de apă acumulat, de obicei într-o fosă septică.

În urma unei documentări se observă că există numeroase locuri și locuințe în toată țara care nu dispun de acces la sistemul de canalizare din varii motive precum poziția acestora față de nivelul tubului colector al sistemului. Conform articolului 241/2006, o altă situație prezentă este cauzată de numărul preponderent scăzut de locuitori din zonele rurale.

Astfel, pornind de la ipoteza că pot exista anumite perioade ale anului în care ploile abundente sunt predominante, există șanse foarte mari ca anumite locuințe, din cauza amplasării nefavorabile, să fie inundate.

Scopul proiectului este de a sări în ajutorul acestor zone defavorizate prin crearea unui montaj experimental cât mai simplu, având un preț cât mai accesibil, fiind folosite elemente de circuit cât mai ieftine și cu o durata de viață cât mai mare a căror mentenanță nu necesită verificare periodică.

I.2. Exemple de zone defavorizate prin amplasare/număr de locuitori

Figura I.2.1. Zonă aflată sub nivelul tubului colector al sistemului de canalizare

Figura I.2.2. Lipsa unei fose septice a condus la inundarea curții interioare

Figura I.2.3. Lipsa sistemului de canalizare din cauza numarului scazut de locuitori

CAPITOLUL II

II. Prezentarea elementelor componente ale sistemului

II.1 Placa suport

Placa suport a părții experimentale este constituită din două plăci de OSB (din engleză: Oriented Strand Board, care în traducere ar înseamna plăci din fâșii orientate [1]) de 10 [mm] în formă de "L" al cărui rol este de a susține componentele sistemului ce alcătuiesc întreg ansamblul dar și pentru a putea fi expus cu ușurință constituind singur ansamblu.

Figura II.1. Placa suport

Pe partea superioară a plăcii am fixat componentele precum: tabloul electric, canalul cablu, bazinul, motorul, senzorii, alimentarea.

Legăturile părților de forță și de comandă sunt trecute printr-un canal cablu pentru o dispunere cât mai ordonată și pentru a ușura identificarea acestora. Pentru partea de forță ce vizează alimentarea tabloului s-au folosit conductoare din cupru multifilar cu secțiunea de 2,5 [mm2], iar pentru partea de comandă s-au folosit conductoare din cupru multifilar cu secțiunea de 1,5 [mm2].

II.2. Tabloul electric

Figura II.2. Tablou electric

II.2.1. Generalități

Tablourile electrice reprezintă acele părți ale unei instalații electrice ale căror rol este de a asigura distribuția energiei electrice către consumator și în care se găsesc montate aparatele de natură electrică.

2.1.1. Clasificare [2]:

După rolul în distribuția energiei electrice: -tablouri generale (TG)

-tablouri principale (TP)

-tablouri secundare (TS)

După natura receptoarelor alimentate : – tablouri de lumină (TL)

– tablouri de forță (TF)

-tablouri de curenți slabi

-tablouri de lumină și prize

După protecția față de mediu:

– închise (protecție la lovituri mecanice)

– capsulate (protecție suplimentară la acțiunea factorilor naturali)

– antiexplozive.

După materialul utilizat: – din marmură

– din stelaj metalic

2.1.2. Construcție

Tablourile din marmură: aparatele sunt fixate prin șuruburi pe placa de marmură. Legăturile electrice dintre aparate se execută in spatele plăcii, iar legăturile coloanei electrice de alimentare și a receptoarelor se execută prin intermediul unor borne filetate.

Tablourile din stelaj metalic: la tablourile din stelaj metalic se folosesc benzi metalice prinse orizontal pe care se fixează dispozitivele electrice. Legăturile dintre acestea se fac cu conductor flexibil pozat prin jgheaburi fabricat dintr-un material plastic. Partea superioară a tabloului o constituie alimentarea generală, iar în patrea inferioară șirurile de cleme (reglete) unde se execută conexiunile.

În prezenta lucrare tabloul electric folosit este cel pe stelaj metalic

2.1.3. Măsuri de protecție a muncii [2]:

– Accesul la tablouri nu trebuie să fie blocat;

– Pe tablouri nu se vor depozita materiale;

– Cadrele metalice ale tabloului se leagă la priza de pământ;

– Ușile tabloului trebuie închise și verificate contra deschiderii accidentale;

– Bornele aflate sub tensiune trebuie protejate cu capace electroizolante.

II.2.2. Componentele tabloului electric. Definiții și Generalități.

2.2.1. Întreruptorul automat diferențial.

Importanța utilizării protecțiilor diferențiale ca măsuri de protecție suplimentară a devenit foarte cunoscută prin avantajele aduse. Printre cele mai importante efecte ale utilizării protecției diferențiale se numără [3]:

Protecție împotriva electrocutării: protejează împotriva atingerii accidentale a echipametelor aflate sub teniune, contact direct sau indirect în mediile conductive;

Protecție împotriva incendiilor de natură electrică. Asigură protecția instalațiilor împotriva defectelor de izolație.

După cum este cunoscut, mărimea care produce șocul electric este curentul electric. În funcție de valoarea și durata acestuia, se poate produce electrocutarea, șocul putând conduce chiar și la deces. Valoarea limită superioară a intensității curentului electric pe care o poate suporta un om, indiferent de durata acestuia, este de 10 [mA]. Pragul periculos pentru organism este de 30 [mA], de aceea aceste întreruptoare cu protecție diferențială sunt reglate la această valoare a curentului diferențial rezidual pentru instalațiile electrice, și vor scoate de sub tensiune instalația electrică când se atinge acest prag.

Întreruptoarele automate cu protecție diferențială pot fi folosite în toate instalațiile în care conductorul neutru este separat de conductorul de împământare, dar și în instalațiile fără conductor de protecție (fără împământare) [3].

Figura II.2.2.1. Întreruptorul cu protecție diferențială folosit[4]

În prezenta lucrare întreruptorul cu protecție diferențială folosit este un EATON CKN4 bipolar de 25 [A], alimentarea lui fiind executată direct de la rețea prin intermediul unor conductoare de cupru multifilare de 2,5 [mm2] în bornele cu numerele 1(fază) si N(nul). Se preferă a se folosi un astfel de dispozitiv deoarece există multe cazuri în care priza de pământ ale aparatelor electrice folosite poate lipsi, prin urmare o măsură de protecție suplimentară este nevoită, dar și pentru a asigura protecția întregului ansamblu (rol de întreruptor general).

2.2.2. Întreruptor automat

Întreruptorul automat sau siguranța automată este un switch electric acționat automat sau manual destinat protejării circuitelor electrice împotriva deteriorării cauzate de suprasarcină sau scurtcircuit în cadrul unui montaj, sistem sau instalație. Funcția de bază este de a detecta o defecțiune în sistem și de a acționa în consecință prin întreruperea curentului electric de la sistemul pe care îl protejează. Spre deodebire de siguranțele fuzibile la care partea metalică se topește la trecerea unui curent mai mare decât cel prevăzut în specificații, întreruptoarele automate pot fi resetate, iar sistemul își poate relua funcționarea.

Construcția generală [5]:

actuator (folosit pentru pornirea și resetarea manuală a siguranței);

contactele siguranței;

mecanismul actuatorului (forțează atingerea sau despărțirea contactelor);

solenoidul siguranței;

lamela bimetalică a siguranței;

camera de stingere.

.

Figura II.2.2.2. Întreruptoarele automate folosite

Întreruptoarele folosite sunt de tipul EATON PLN4 și MOELLER PLN4. Ambele întreruptoare sunt bipolare, alimentarea realizându-se de la întreruptorul diferențial din bornele 2 si N in bornele 1 si N ale acestora, în paralel, pentru a se evita oprirea simultană a acestora în cazul unui defect doar pe un singur întreruptor. Primul întreruptor (cel din stânga) are rolul de a asigura protecția pompei de apa murdară în caz de scurtcircuit, în timp ce al doilea întreruptor (cel din dreapta) are rolul de a asigura protecția sursei de tensiune continuă de a nu fi arsă în cazul unui defect de rețea.

2.2.3. Contactorul

aContactorul este un aparat de comutație al cărui rol este de a conecta, deconecta si suporta curenții în condiții normale de funcționare a unui circuit sau curenții de suprasarcină însă nu poate asigura protecție la scurtcircuit [6].

Contactoarele sunt cele mai răspândite aparate de comutație în instalațiile de comandă și automatizare, cele mai folosite fiind contactoarele electromagnetice. Electromagnetul de acționare al unui astfel de dispozitiv poate fi alimentat în tensiune alternativă sau în tensiune continuă.

Acestea sunt disponibile în mai multe variante, începând de la dimensiuni relativ mici, cât un telefon mobil, dar pot ajunge și la dimensiuni de până la 1 metru pe o față. Din construcție contactoarele, spre deosebire de întreruptoarele automate pot suporta curenți de rupere de câțiva amperi până la câteva mii de amperi, rezistența lor la sarcină fiind mai mare decât cea a întreruptoarelor.

Elemente constructive [7]:

contacte fixe;

contacte mobile;

contacte auxiliare;

miez magnetic mobil;

bobină;

baza contactorului (suportul acestuia);

arcul;

miez magnetic fix.

Figura II.2.2.3. Contactorul prezent în lucrare

Contactorul folosit în lucrare este de tipul MOELLER DIL EM-10-G cu bobină în curent continuu. Prin bornele 1-5 și 2-6 ale acestuia se stabilieste traseul final de alimentare al pompei de apă murdară.

Bornele prevăzute cu numărul 1 și 5 fac legăturile între întreruptorul automat EATON PLN4 și contactele normal deschise ale contactorului, în schimb ce bornele 2 și 6 fac legătură între contactor și pompă. Bobina contactorului este în curent continuu și este acționată în momentul în care apa ajunge la nivelul senzorului de maxim stabilit în lucrare.

2.2.4. Releu intermediar (secundar)

aReleul este un dispozitiv care sub acțiunea unei mărimi de intrare poate realiza, de cele mai multe ori, comutarea unor contacte a unei mărimi de ieșire, în scopul comenzii altor elemente.

Releele se clasifică după mai multe criterii [8]:

– după natura elementului de comutare: relee cu contacte și relee statice (fără contacte);

– după mărimea de intrare: relee de curent/tensiune/impedanță/putere/temperatură/turație etc.;

– după principiul de funcționare: relee electromecanice (electromagnetice, electrodinamice, de inducție, termice) și electronice;

– după modul de conectare se deosebesc: relee primare (unde se aplică direct mărimea de intrare), relee secundare (conectat prin intermediul unui transformator de curent sau de tensiune), relee acționate prin alte relee (relee de timp/intermediare/ semnalizare);

– după valoarea mărimii de intrare la care acționează: relee maximale (a căror acțioare are loc când valoarea mărimii de intrare devine egală sau mai mare decât o anumită valoare maximă, stabilită înainte), relee minimale (care acționează în momentul când valoarea mărimii de intrare devine mai mică sau egală decât o anumită valoare minimă, stabilită înainte), relee diferențiale (acționează atunci când diferența valorilor a două mărimi aplicate la intrare devine în valoare absolută, mai mare decât o valore stabilită înainte);

– după destinație: relee pentru protecția sistemelor electrice, relee pentru comanda acționărilor și relee pentru automatizări sau telecomunicații.

Cele mai importante caracteristici ale releelor sunt [8]:

Caracteristica "intrare-iesire" si caracteristica de timp. Prin caracteristica "intrare-iesire" se înțelege funcția y=f(u), unde u este marimea de intrare, iar y este marimea de ieșire. Caracteristica "intrare-ieșire" este o caracteristică neliniară, discontinuă. La releele cu contact normal deschis (figura II.2.2.4 a), până la o anumită valoare a mărimii de intrare ' ua ', considerată valoare de acționare (de pornire/de lucru), valoarea mărimii de ieșire y=0. Pentru u= ua , valoarea mărimii de ieșire se modifică brusc la valoarea 'y1' și rămâne constantă sau variază foarte puțin chiar dacă mărimea de intrare continuă să crească. La micșorarea mărimii de intrare, mărimea de ieșire rămâne constantă până la u-ur, numită valoare de revenire, când se modifică brusc până la valoarea zero.

La releele cu contact normal închis (figura II.2.2.4 b), pentru u< ua, y=y1, apoi y=0 pentru u ≥ ua, iar la micșorarea mărimii de intrare, revenirea la starea inițială are loc pentru u=ur<ua. Se definește factorul de revenire prin raportul dintre valoarea de revenire și valoarea de acționare.

kr = ur/ua (1.1)

Factorul de revenire este subunitar (kr<1) la relee maximale si supraunitar (kr>1) la releele minimale. Calitatea releelor este cu atât mai bună cu cât acest factor este mai apropiat de unitate. Un alt parametru important al releelor este factorul de comandă, definit prin raportul:

kc = Pc/Pa (1.2)

unde Pc este puterea comandată de contactele releului (puterea de rupere, capacitatea de rupere), iar Pa este puterea de actionare (puterea consumată).

a) releu cu contact normal deschis b) releu cu contact normal inchis

Figura II.2.2.4. Caracteristica statică a releelor

Figura II.2.2.5. Releul intermediar folosit în lucrare [9].

Releul ultilizat în lucrare este de tipul SCHNEIDER RXM2LB2BD , rolul acestuia fiind de a face legătura între senzori și contactor prin intermediul contactelor normal deschise (9-5 și 12-8) aflate în interior. Bobina releului este alimentată prin intermediul sursei de tensiune continuă deoarece aceasta funcționează în curent continuu, iar în momentul în care ambii senzori sunt conectați, aceasta anclanșează si contactele se închid, putând astfel să se realizeze procesul de automenținere.

2.2.5 Sursa de tensiune continua (Redresorul)

Redresarea este procesul de transformare a curentului alternativ în curent continuu. Redresarea este necesară pentru mulți consumatori electrici la care curentul trebuie să aibă mereu același sens: instalații electrochimice, de tratament în atmosferă controlată, motoare de curent continuu, acumulatoare și bineînțeles aparatură electronică.

Circuitele care execută această transformare se numesc circuite de redresare sau prescurtat redresoare. Circuitele redresoare pot lucra cu tensiune monofazată de 230 [V] c.a. a rețelei obișnuite sau cu tensiunea trifazată de 3×400 [V] c.a. a rețelelor de forță. Ele pot fi clasificate în redresoare comandate care furnizează la ieșire o tensiune reglabilă și necomandate, care la ieșire furnizează o tensiune fixă.

Redresoarele monofazate sunt folosite pentru puteri mai mici de 1 [kW] și se conectează la rețeaua alternativă 230V/50 [Hz] prin intermediul unui transformator monofazat. Printre elementele redresoare se numără diodele redresoare semiconductoare sau tiristoarele. Tiristoarele se folosesc în redresoarele de putere a căror tensiune poate varia independent de sarcină [10].

Figura II.2.2.6. Sursă de tensiune 230VAC/24VDC

Sursa de tensiune folosită este de tipul MEAN WELL MDR-20-24 cu 1 [A] la 24 [V] curent continuu. Alimentarea acesteia se face prin intermediul unui întreruptor automat MOELLER PLN4 de 10 [A] pentru a putea fi protejată în cazul apariției unui scurtcircuit. Se folosește curent continuu datorită mediului în care lucrarea este prevăzută a fi utilizată, de aceea, pentru o protecție sporită, se recomandă trecerea de la 230 [V] c.a la 24/48 [V] c.c. pentru a reduce semnificativ orice pericol indiferent de natura acestuia.

Clasificarea redresoarelor se poate orienta după mai multe criterii [11]:

După tipul tensiunii alternative redresate (numărul de faze):

– redresoare monofazate: sunt acele redresoare alimentate de la o sursă monofazată de tensiune alternativă; din această categorie fac parte redresorul monoalternanță și redresorul dublă alternanță;

– redresoare trifazate: sunt acele redresoare alimentate de la o sursă trifazată de tensiune alternativă; cele mai cunoscute conexiuni (nu neapărat și utilizate) sunt: redresorul trifazat cu punct median, redresorul în stea hexafazată cu punct median, redresorul trifazat în punte, redresorul cu dublă stea și transformator interfază, redresoare duodecafazate (cu 12 pulsuri ale tensiunii redresate pe o perioadă a tensiunii rețelei);

După posibilitatea controlului asupra tensiunii redresate:

– redresoare necomandate: sunt acele redresoare care furnizează o tensiune de valoare medie constantă; ele sunt construite numai cu diode; pot fi redresoare monofazate cu monoalternantă sau dublă alternantă;

– redresoare comandate: sunt acele redresoare care furnizează o tensiune de valoare medie, reglabilă ca nivel, acestea fiind construite cu dispozitive semiconductoare comandate precum tiristoarele sau tiristoare si diode;

După natura sarcinii [12]:

– redresoare cu sarcină rezistivă;

– redresoare cu sarcină inductivă;

– redresoare cu sarcină capacitivă.

Scheme electrice pentru redresoare [13]:

Redresorul monofazat monoalternanță

Figura II.2.2.7. Redresorul monofazat monoalternanță cu sarcină rezistivă

Redresorul monofazat dublă alternanță cu transformatorul cu priză mediană

Figura II.2.2.8. Redresorul monofazat dublă alternanță cu priză mediană si sarcină rezistivă

Redresorul monofazat dublă alternanță, în montaj de tip punte

Figura II.2.2.9. Redresorul monofazat dublă alternanță in punte având sarcină rezistivă

II.3. Senzori de nivel

Un comutator cu plutitor este un tip de senzor de nivel, dispozitivul fiind utilizat pentru detectarea nivelul de lichid dintr-un rezervor. Comutatorul poate fi utilizat pentru a controla o pompă, ca indicator, sau pentru controlul altor dispozitive.

O aplicație foarte frecventă se găsește în pompele de scurgere și pompele de condens, unde comutatorul este acționat de creșterea nivelului lichidului dintr-un rezervor și alimentează o pompă electrică, care apoi pompează lichidul până când nivelul lichidului a fost redus substanțial, moment în care pompa este oprită din funționare [14].

Figura II.3. Senzor de nivel folosit

Senzorul de nivel folosit este de tipul ELOBAU 207KS22D01 cu mecanism de acționare de tip pârghie. Senzorii sunt amplasați în bazin la o anumită distanță stabilită în funcție de dimensiunea bazinului, astfel încât, în momentul în care acesta este umplut cu apă, aceștia vor transmite un semnal (o mărime de intrare) către releul intermediar folosit în montaj, urmând ca acesta să își închidă contactele și alimentarea pompei va fi inițiată. Chiar dacă nivelul apei scade sub senzorul menit debitului maxim admis (senzor maxim) de bazin, legăturile sunt efectuate astfel încât abia după ce apa scade sub nivelul de minim stabilit (senzor minim), alimentarea pompei va fi întreruptă.

II.4 Pompă de apă murdară

O pompă submersibilă este un dispozitiv electric perfect izolat care funcționează imersat (scufundat) în lichidul care trebuie pompat. Lichidul joacă și rolul de agent de răcire al pompei. Ele pot fi de două tipuri: pompe submersibile de apă curată și pompe submersibile de apă murdară [15].

Principalele avantaje ale unei pompe submersibile [16]:

– împinge apa (spre deosebire de un hidrofor care o aspiră);

– pot fi găsite în diferite configurații de puteri, debite și dimensiuni;

– nu necesită amorsare;

– sunt silențioase;

– folosește aproape jumătate din energia hidroforului pentru aceeași cantitate de apă evacuată.

În componența sa, o pompă submersibilă conține un motor asincron. Motoarele asincrone pot exista într-o gamă foarte largă de puteri începând de la câțiva [W] până la zeci de [MW]. Din punct de vedere al alimentării, aceasta se poate realiza atât la tensiuni joase cât și la tensiuni medii iar plaja de turații poate varia intre 500 și 3000 rot/min în funcție de numărul de poli ai mașinii.

Cele două elemente principale din punct de vedere constructiv ale motorului asincron sunt: statorul si rotorul.

a) Statorul este partea fixă a motorului, în această parte fiind incluse carcasa, bornele de alimentare și înfășurarea statorică.

b) Rotorul este partea mobilă a mașinii plasată în interiorul statorului. Acesta este alcătuit dintr-un ax și o armătură rotorică ce conține înfășurarea rotorică. Întrefierul este partea liberă dintre statorul și rotorul unei mașini. Întrefierul asigură mișcarea rotorului în funcție de stator cu ajutorul câmpurilor electromagnetice.

Avantaje ale motoarelor asincrone [17]:

– construcție relativ simplă;

– cuplu mare la pornire;

– randament ridicat;

– rezistență în cadrul exploatării ridicată

Dezavantaje ale motoarelor asincrone [17]:

– curent absorbit mare la pornire

– caracteristica mecanică abruptă.

Figura II.4. Secțiunea longitudinală a unei pompe submersibile [18].

În prezenta lucrare, pompa de apă submersibilă utilizată este de tipul BOYU FP-28 având o putere de 11,5 [W], aceasta fiind folosită doar pentru a demonstra funcționalitatea sistemului, calculele din capitolul III fiind efectuate pentru o pompă de tipul RURIS AQUA 9 cu o putere de 750 [W]. Alimentarea pompei se face de la contactorul MOELLER DIL EM-10-G care la rândul său este alimentat de la întreruptorul automat EATON PLN4, acesta fiind alimentat de la întreruptorul automat diferențial EATON CKN4 care are rolul de întreruptor general dar și de protecție în cazul apariției unui curent rezidual diferențial.

II.5. Fosa septică

În cazul în care nu există posibilitatea racordarii la rețeaua de canalizare sau dacă amplasarea față de nivelul tubului colector al rețelei de canalizare nu permite acest lucru, sau dacă această rețea nu există în infrastructura locației curente, cea mai ușoară metodă de colectare a apelor menajere constă în instalarea unei fose septice.

Fosa septică constă într-un recipient care se instalează în sol, fabricat din diverse materiale precum beton, fibră de sticlă, polietilenă, etc., unde fiecare utilizator poate să își deverseze apele menajere produse în respectiva locuință.

Figura II.5. Exemplu de instalare a unei fose septice

Avantaje ale foselor septice [19]:

– produsele sunt ușor de montat;

– prețul este unul accesibil;

– prețurile de întreținere sunt reduse ;

– sunt rezistente în timp;

– spațiul ocupat este relativ mic.

Dezavantaje ale foselor septice [19]:

– necesitatea vidanjării este o operațiune ce necesită un echipament special și impune anumite costuri;

– este mai costisitoare decât un sistem de toaletă normal.

În lucrarea prezentă, pentru a putea imita o fosă septică se folosește un recipient din material plastic care poate suporta un volum de pana la 15 litrii de apă având dimensiunile de 400 x 300 x 200 [mm] si în care au fost introduse pompa submersibilă și senzorii de nivel.

CAPITOLUL III

III. Calcule efectuate pentru dimensionarea elementelor de circuit

III.3.1. Calcule efectuate pentru dimensionarea cablului pompei

Pompa pentru care au fost alese elementele de circuit din montajul experimental este de tipul RURIS AQUA 9. Palele acesteia sunt acționate prin intermediul unui motor asincron monofazat. Se cunosc datele din catalogul tehnic al acestuia :

Pn= 750 [W]

Un= 230 [V]

f=50 [Hz]

Având în vedere că în catalog nu sunt specificate factorul de putere (cos φ) și randamentul (η), acestea se vor lua în considerare ca fiind cos φ=0,8 și η=80 %.

Ecuația prin care se poate afla secțiunea corectă a cablului este următoarea:

– Pn reprezintă puterea nominală a motorului asincron

– Un reprezintă tensiunea nominală pe fază

– f reprezintă frecvența rețelei

Prin urmare, relația (3.1) devine :

Din relația (3.2) rezultă că pentru alimentarea pompei putem utiliza un cablu cu conductoare din cupru cu izolație si manta din PVC simbolizat CYY 3×1,5 [mm2], având un curent maxim admisibil Imax=18 [A] conform cu Anexa 8.

III.3.2. Calcule efectuate pentru dimensionarea întreruptorului automat

Pentru dimensionarea și alegerea corectă a întreruptorului automat trebuie să se țină cont de următoarele condiții [20] :

– să asigure protecția conductorului

– să nu funcționeze la curenții de vârf (supracurenți care nu trebuie confundați cu curenții de defect)

Prin urmare din cele doua condiții de mai sus reiese:

Im≤ 4,5*Imax (3.3)

Im > 1,2* Iv (3.4)

Rezultă că din (3.3) si (3.4) se va obține :

Im≤ 4,5*Imax => Im≤ 4,5*18 => Im≤ 81 [A]

Im > 1,2* Iv => Im>1,2*10 => Im> 12 [A]

Se va alege valoarea imediat următoare după 12 [A], rezultă întreruptorul automat va fi de 16 [A] având curbă de declanșare C.

III.3.3. Calcule efectuate pentru dimensionarea contactorului

Pentru dimensionarea și alegerea corectă a contactorului trebuie să se țină cont de faptul că acesta trebuie să deconecteze o sarcina de tip motor, deci se va alege in funcție de puterea activă a acestuia.[18]

Puterea activă a motorului este de 750 [W], rezultă un contactor DIL EM-10-G, cu un curent termic IN =16 [A] .

CAPITOLUL IV

IV. Realizarea sistemului de evacuare

IV.1. Scopul realizării sistemului

Dat fiind faptul că există foarte multe zone în care datorită amplasării nefavorabile, riscul de inundație este sporit datorită diverselor motive precum: nivelul acestora față de canalul colector al tubului de canalizare sau lipsa infrastructurii unui asemenea sistem.

Proiectul își propune să sară în ajutorul cetățenilor prin crearea unui sistem automatizat cât mai eficient, cu consum cât mai mic de energie, cu o perioada de mentenanță la un interval de timp cât mai mare și costuri de reparație cât mai accesibile pentru orice tip de venit salarial.

IV.2. Poze cu etapele de realizare a sistemului

Din punct de vedere al realizării proiectului practic, am început cu așezarea pe contrapanoul tabloului electric a dispozitivelor electrice și conexiunile între elementele ce vizează alimentarea pe partea de forță. Dispozitivele electrice au fost montate pe o șină metalică DIN cu o lățime de 35 [mm], iar conductoarele ce alimentează aparatele au fost trecute printr-un canal cablu perforat din material plastic, ambele fiind fixate pe contrapanoul tabloului (figura IV.2.1).

Figura IV.2.1. Fixarea elementelor pe contrapanou

Ulterior s-au realizat toate conexiunile necesare funcționării întregului ansamblu (figura IV.2.2) și fixarea acestora în interiorul tabloului electric (figura IV.2.3).

Figura IV.2.2. Conexiunile realizate

Figura IV.2.2. Tabloul electric

După ce tabloul electric a fost realizat și verificat, următoarea sarcină efectuată a fost fixarea acestuia pe placa suport a sistemului.

Realizarea bazinului a fost posibilă prin folosirea unei cutii din plastic de dimensiuni 400 x 300 x 200 [mm] cu un volum de 15 litrii, unde au fost efectuate operații precum: fixarea senzorilor pe unul din pereții acestuia (figura IV.2.3) și montarea pompei pentru evacuarea apei (figura IV.2.4).

Figura IV.2.3. Senzorii montați pe peretele lateral al bazinului

Figura IV.2.4. Pompa cu furtunul de evacuare împreună cu senzorii

Cablurile de alimentare ale senzorilor și a pompei au fost inserate printr-un canal cablu care face legătura cu tabloul electric (figura IV.2.5).

Figura IV.2.5. Canalul cablu folosit pentru comunicarea tablou-bazin

Legarea cablurilor componentelor bazinului în tabloul electric s-a efectuat prin partea inferioară a acestuia prin intermediul unor presetupe din plastic deoarece amplasarea acestuia va fi situată în exterior și astfel se evită pătrunderea apei în instalația electrică (figura IV.2.6).

Figura IV.2.6. Pesetupele folosite

În final, s-a realizat montarea tuturor elementelor pe placa suport, montajul prezentându-se astfel:

Figura IV.2.7. Montajul final

IV.3. Schema electrică a sistemului

IV.4. Funcționarea sistemului de acționare

Sistemul funcționează pe principiul de umplere și goloire, adică, în momentul în care nivelul de apă ar depăși capacitatea de stocare a fosei, în interiorul acesteia, plasați la o anumită distanță stabilită după bunul plac, există doi senzori S1 și S2. Prin intermediul acestor senzori se poate stabili un prag de maxim și un prag de minim pe care volumul de apă acumulată poate fi stocată în fosă, și este acționată o pompă de apă murdară submersibilă în funcție de starea actuală a senzorilor, reușsindu-se astfel evacuarea acesteia.

Pentru realizarea întregului ansamblu s-au utilizat următoarele elemente:

– un întreruptor cu protecție diferențială;

– două întreruptoare automate;

– un contactor;

– un releu intermediar;

– o sursă de tensiune continuă;

– doi senzori cu mecanism de acționare tip pârghie;

– o pompa submersibilă de acvariu (imită pompa de apă murdară);

– un buton acționat prin rotire;

– o lampă de semnalizare;

– o cutie de plastic care imită fosa septică;

– reglete.

Alimentarea sistemului se efectuează la tensiunea de 230 [V] în curent alternativ. În cele mai multe cazuri, prezumția existenței unei prize de pământ într-o locuință este inoportună, prin urmare, principalul element prin care se efectuează alimentarea de la rețeaua monofazată este un întreruptor automat diferențial al cărui rol este, în primul rând, de întreruptor general ce asigură protecția întregului sistem, și în al doilea rând, de a asigura protecția împotriva posibilelor apariții de curenți diferențiali reziduali în cazul unui defect de izolație pe circuit. Această măsură de protecție diferențială suplimentară a fost adoptată luând în considerare mediul în care pompa va lucra, și anume într-un mediu umed. Alimentarea întreruptorului diferențial va se realiza printr-un cablu multifilar de cupru cu secțiunea de 2,5 [mm2] în clemele de legătură respectându-se polaritatea inscripționată pe bornele acestuia.

Următoarele două elemente de protecție ce intervin în schema de conexiuni îl constituie două întreruptoare automate, notate în schema electrică cu Q1 și Q2. Acestea sunt alimentate în paralel de la întreruptorul automat diferențial. Întreruptorul automat Q1 are rolul de a asigura protecția pompei de apă murdară în cazul unui scurtcircuit, în timp ce întreruptorul automat Q2 ne asigură protecția la scurtcircuit asupra sursei de tensiune continuă. Alimentarea acestora s-a efectuat utilizând un cablu de cupru multifilar cu secțiunea de 1,5 [mm2] respectându-se, de asemeanea, polaritatea înscrisă pe dispozitivul electric.

Bornele corespunzătoare ieșirii din întreruptorul automat Q1 conduc spre contactorul K1, unde, prin intermediul bornelor 1 și 5 se realizează legăturile între acesta și întreruptor, și al bornelor 2 și 6 care fac legătură între contactor și alimentarea pompei. Bobina de acționare a contactorului funcționează în curent continuu deoarece partea de comandă care determină acționarea acestuia funcționează în curent continuu. Aici polaritatea nu mai trebuie respectată în mod exclusiv, motorul funcționând la fel indiferent dacă fazele sunt interschimbate.

Ieșirile bornelor întreruptorului automat Q2 alimentează sursa de tensiunea continuă. Aceasta transformă curentul alternativ în curent continuu prin redresare, ajungându-se la o tensiune de 24 [V] și o intensitate a curentului de 1 [A], de aici realizându-se alimentarea elementelor ce țin cont părții de comandă. Deoarece mediul în care se lucrează este unul umed, trecerea de la curent alternativ la curent continuu sporește gradul de protecție in caz de o posibilă electrocutare accidentală. De regulă, tensiunii de 24 [V] c.c i mai spune popular și "+" (plus), respectiv, tensiunii de 0 [V] c.c. i se spune "-" (minus). Pentru alimentarea sursei trebuie respectată polaritatea conductoarelor de alimentare a acesteia, iar cele ce țin de partea de alimentare in curent continuu ajung într-o regletă cu șase posibilități de racordare. Cu ajutorul unei lamele se realizează o punte între toate racordurile regletei de unde se va pleca cu alimentarea pentru dispozitivele electrice fiind considerat nod comun de alimentare.

Pentru a putea explica cum funcționează partea de automatizare și cum a fost realizată aceasta, trebuie menționat că toate legăturile dintre dispozitivele electrice au fost efectuate prin intermediul unor reglete. Prin urmare, se începe prin alimentearea cu "+" direct din regletă a senzorului S1 (nivel maxim), acesta fiind înseriat cu senzorul S2 (nivel minim), circuitul închizându-se în bobina releului intermediar (borna cu numărul 13). Minusul "-" este comun pentru bobinele releului intermediar (borna 14) și a contactorului (borna A2). Tot un conductor având polaritatea "+" a fost conectat la borna cu numărul 9 a releului intermediar în urma căruia s-a efectuat o punte între aceasta și borna cu numărul 12 a releului. Între bornele A1 (contactor) și 12 (releu intermediar) se realizează o punte, la fel și între bornele 5 (releu intermediar) și legătura din regleta unde au fost înseriati senzorii. Bornele releului intermediar la care au fost efectuate contectările conductoarelor sunt contacți normal deschiși. Astfel, sistemul funcționează în felul următor:

– în momentul în care apa atinge cota senzorului S1 (nivel maxim) se va închide circuitul: "+"-> S1-> S2-> bobină releu intermediar-> contacte 9-5 și 12-8. Înseamnă că se acționează bobina releului, aceasta își va închide contacții, se alimentează bobina contactorului, se închid contacții contactorului iar pompa va porni.

– în situația în care apa scade sub cota senzorului S1 (nivel maxim), există o punte efectuată între cei doi senzori cu un conductor de polaritate "+" care menține bobina releului intermediar activă, pompa continuând să evacueze apă din bazin până când aceasta scade sub nivelul senzorului S2 (nivel minim), moment în care alimentarea bobinei releului este întreruptă, rezultă pompă se oprește din funcționare.

Ca și condiții de siguranță și precauție, în cazul defectarii unuia dintre senzori a fost instalat un buton acționat prin rotire care ne alimentează în mod direct bobina contactorului pentru a putea porni pompa manual (alimentarea a fost realizată prin trecerea unui conductor de polaritate "+" prin contacții normal deschiși 3-4 ai butonului și borna A1 a contactorului) și o lampa de semnalizare (alimentarea lămpii s-a făcut prin punerea acesteia în paralel cu alimentarea bobinei contactorului) pentru a ști dacă sistemul funcționează sau nu.

IV.5. Îmbunătățiri ce pot fi aduse sistemului

Proiectul în momentul de față este unul robust și simplu de folosit. Pentru a-l face mai avantajos și eficient, sistemul poate fi îmbunătățit astfel:

1. Crearea unui bazin separat cu o capacitate de stocare mult mai mare față de cel în care apa pe timp de ploaie este acumulată. Se poate crea o ramificație a tubului de evacuare a apei în care o parte din apă evacuată să fie stocată pentru refolosirea acesteia cu ajutorul unui sistem ce conține filtre de apă potabilă și dedurizatoare de apă, sau, folosind același bazin, se poate apela la introducerea unui filtru grosier de sedimente (având proprietatea de curățare prin purjare) pentru a putea refolosi acea apă pentru irigatiile proprii.

2. Înlocuirea dispozitivelor ce realizează comanda sistemului cu un automat programabil (PLC). Prin adăugarea unui PLC sistemul poate fi legat la o rețea de date PROFIBUS pentru monitorizarea de la distanță a acestuia, în capătul celălalt putându-se realiza o comunicație la un PC. Diagrama ladder a PLC-ului pentru sistemul actual este prezentată în figura IV.5.1.

Figura IV.5. Diagrama ladder a PLC-ului pentru comanda sistemului

CAPITOLUL V

V. Sisteme existente pe piață

O altă modalitate prin care apa poate fi evacuată este realizarea unui sistem de drenaj. Spre deosebire de sistemul propus în această lucrare, sistemul cu drenaj al apei prezintă un beneficiu important, și anume, nu mai este nevoie să fie folosită o pompă care să evacueze apa, adică vei fi scutit de un anumit cost pentru folosirea energiei electrice, aceasta fiind influențată doar de forța de atracție gravitațională și de panta de înclinare a tuburilor prin care ea se scurge.

V.1. Generalități

aUneori, în solul care înconjoară imobilul, se crează un surplus de apă. Acest surplus poate avea loc din cauza pânzei freatice, a topirii zăpezii sau a ploilor abundente. Nu se exclude situația ca două sau chiar toate cauzele să aducă o cantitate mare de apă în sol.

Este nevoie de acest sistem de drenaj pentru a nu supune componentele constructive existente în sol la acțiunile mecanice și chimice cauzate de presiunea apei. Există unele situații unde apa este așa de rară încât nu este relevantă investiția într-un sistem de drenaj sau într-o hidroizolație de vreun fel, însă există și alte situații unde plouă torențial sau unde ninge mult, acest sistem de drenaj fiind indispensabil.

Sistemul de drenaj constă într-o înșiruire succesivă de tuburi perforate învelite cu o cămașă de material geotextil care conlucrează cu un strat de pietriș dispus în jurul lor denumit și rezervor de pietriș (figura V.1). Rezervorul este la rândul lui învelit într-un strat de geotextil pentru a crea o suprafață de contact mai mare între sol și sistemul de drenaj. Stratul de pietriș și tuburile vor fi îngropate întotdeauna sub adâncimea de îngheț. De asemenea, grosimea minimă a rezervorului de pietriș din jurul tubului de drenaj trebuie să fie de 10-25 [cm] [21].

Figura V.1. Sistem de drenaj

De regulă, există două tipuri de tuburi de drenaj: unul flexibil, iar celălalt rigid. Cel rigid, nu este altceva decât o țeavă PVC, care este tăiată în unele locuri (figura V.2). Tubul este poziționat în așa fel încât tăieturile sau găurile sunt poziționate lateral, nu în sus și nu în jos. Partea de jos trebuie să fie solidă pentru a purta fluidul, iar partea de sus trebuie să fie solidă datorită faptului că acolo apasă cel mai tare pietrișul sau mărgăritarul. Aceste tuburi rigide vin în lungimi de 3 sau 6 metri, iar cele flexibile au dimensiuni mult mai mari, până la 200 de metri [22].

Figura V.2. Tub de drenaj din PVC cu taieturi

V.2. Comparație între sisteme

Pentru ca cele două sisteme prezentate să poată fi comparate va trebui să ne gândim la diferite aspecte pe care orice utilizator și le va însuși înainte de a demara începerea unui astfel de proiect, precum: cost, utilitate-eficiență, mentenanță.

Din punct de vedere al funcționalității, ambele sisteme sunt proiectate pentru a avea același scop, adică, evacuarea apei. În tabelele V.3, V.4 și V.5 se vor compara aspectele celor două sisteme enumerate mai sus:

Tabel V.3. Compararea sistemelor d.p.d.v. al costurilor

Tabel V.4. Compararea sistemelor d.p.d.v. al utilității si eficienței

Tabel V.5. Compararea sistemelor d.p.d.v. al mentenanței

CAPITOLUL VI

VI. Concluzii

Din punct de vedere al rentabilității, sistemul poate fi foarte util atât pe plan al utilizării îndelungate, cât și din punct de vedere economic.

Sistem nu este unul foarte complex în care piesele necesită mentenanță periodică sau înlocuire cu preț ridicat deoarece sunt piese care au o perioadă de viață îndelungată și a fost gândit pentru a-i oferi utilizatorului o garanție de amortizare a investiției într-un interval de timp cât mai scurt.

Astfel, prin cele enumerate și explicate mai sus se atinge scopul acestei lucrări, principalele avantaje fiind:

1. Sistemul de acționare nu necesită un operator pentru funcționarea acestuia;

2. Este un sistem ce nu conține elemente de circuit ce se pot defecta ușor;

3. Întregul ansamblu este robust, iar din punct de vedere economic componentele au un cost relativ redus;

4. Cantitatea de energie consumată de sistem este foarte mică;

5. Este un sistem ușor de instalat care nu ocupă spațiu;

6. Domeniile de aplicabilitate ale acestuia pot varia în funcție de dorința utilizatorului.

CAPITOLUL VII

VII. Bibliografie

[1]https://www.revistadinlemn.ro/2017/10/19/osb-ce-este-si-la-ce-se-foloseste/

[2] http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/TABLOURI-ELECTRICE251020195.php

[3]http://www.electricalc.ro/index.php/caracteristica-de-declansare/2-articole/76-intreruptoare-automate-diferentiale

[4]https://www.google.ro/search?q=siguranta+diferentiala&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjkz4vYkfHiAhVipYsKHazmCBAQ_AUIECgB&biw=868&bih=845#imgrc=UFLw8giWKzqCDM:

[5] http://en.wikipedia.org/wiki/Circuit_breaker

[6] https://www.scribd.com/doc/51702635/CONTACTOARE

[7] http://en.wikipedia.org/wiki/Contactor

[8]http://www.ac.tuiasi.ro/~lmastacan/wp-content/uploads/L3-Relee-si-contactoare.pdf

[9]https://www.google.ro/search?biw=868&bih=845&tbm=isch&sa=1&ei=w98HXdnfCIroUNXBgrAE&q=SCHNEIDER+RXM2LB2BD&oq=SCHNEIDER+RXM2LB2BD&gs_l=img.12…42860.42860..45191…0.0..0.157.157.0j1……0….2j1..gwswizimg.QCIsPoQhoso#imgdii=hmEeeRdXsw09QM:&imgrc=96gaSjkPUt6HMM:

[10] http://tet.pub.ro/pages/De/lucrarea2.pdf

[11] https://biblioteca.regielive.ro/laboratoare/electronica/redresoare-cu-diode-69988.html

[12] https://www.scribd.com/document/229250254/Referat-redresoare

[13]https://portal.ctcnvk.ro/Members/greta.vrinceanu/electronica-analogica/fise-documentare/redresoare- document

[14] https://en.wikipedia.org/wiki/Float_switch

[15] http://www.wasserkonig.com/pompe-submersibile

[16] https://blogdeinstalatii.ro/hidrofor-sau-pompa-submersibila/

[17] https://biblioteca.regielive.ro/cursuri/electronica/masina-asincrona-58564.html

[18] https://www.ogorul.ro/static/download/6117/4qgd-mu.pdf

[19] https://www.romstal.ro/blog/cum-se-construieste-un-sistem-de-canalizare/

[20] Cursul de Instalatii electrice , Cursul 7, Slide-ul 8/10

[21] https://www.constructosu.eu/cum-se-executa-sistemul-de-drenaj-al-fundatiei/

[22] https://edifica.ro/cum-sa-construiesti-o-casa/si stemul-de-drenaj/

CAPITOLUL VIII

VIII. Anexe

Anexa 1.

Catalog tehnic întreruptor automat diferențial EATON de tipul CKN4

Anexa 2.

Catalog tehnic întreruptor automat de tip #EATON de tipul PLN4 C16/1

#MOELLER de tipul PLN4 C10/1

Anexa 3.

Catalog tehnic contactor MOELLER de tipul DIL EM-10-G

Anexa 4.

Catalog tehnic sursă de tensiune continuă MEAN WELL de tipul MDR 20-24

Anexa 5.

Catalog tehnic senzori nivel ELOBAU de tipul 207KS22D01

Anexa 6.

Catalog tehnic releu intermediar SCHNEIDER de tipul RXM2LB2BD

Anexa 7.

Catalog tehnic pompa RURIS AQUA 9

Anexa 8.

Tabel cu intensitățile maxime admisibile în funcție de secțiunile nominale ale conductoarelor