La potenza di una pompa, nota anche come potenza assorbita, rappresenta l’energia impartita al fluido pompato per aumentarne la velocità e la pressione. Tutte le pompe idrauliche, al fine di spostare e aumentare la pressione di un fluido, consumano energia.
Chiariamo un concetto semplice: solo un esperto di termoidraulica può capire se un'elettropompa sia valida o no e soprattutto può consigliarvi con cognizione di causa, se un prodotto è indicato per il vostro impianto idraulico.
La potenza è calcolata come il prodotto della pressione per la quantità d'acqua pompata e per questa ragione varia in funzione del lavoro svolto dalla pompa. Le pompe devono funzionare all'interno della curva di lavoro, riportata nelle caratteristiche tecniche dal costruttore. Quando questo non accade vi è la possibilità che gli assorbimenti siano fuori targa o, nel caso opposto, che si verifichino fenomeni di cavitazione.
Fattori che Influenzano la Potenza della Pompa
La potenza richiesta dalla pompa dipende da una serie di fattori accessori della pompa stessa, tra cui l’efficienza del motore della pompa e la pressione. Ulteriori fattori che influiscono sulla potenza della pompa fanno riferimento alle caratteristiche di densità, viscosità e portata del fluido trasportato.
- Densità del fluido: Fluidi più densi richiedono più energia per essere pompati.
- Viscosità del fluido: Fluidi più viscosi offrono maggiore resistenza al flusso, aumentando il fabbisogno di potenza.
- Portata: Maggiore è la portata richiesta, maggiore sarà la potenza necessaria.
Le pompe non sono in grado di trasferire tutta l’energia che ricevono; a causa degli attriti, dissipazioni, turbolenze; per cui l’energia assorbita nell’unità di tempo dal motore, chiamata potenza assorbita, sarà maggiore di quella effettivamente acquistata dal liquido.
Rendimento della Pompa
Il rapporto tra la potenza utile e la potenza assorbita definisce il rendimento della pompa. Il rendimento totale di una pompa considera le perdite di carico interne alla macchina. Il rendimento di una pompa può essere definito come il rapporto fra la potenza utile e la potenza assorbita. Nello specifico il rendimento è la capacità della pompa di trasformare energia meccanica in energia idraulica (efficienza), rappresenta la relazione tra la potenza fornita al fluido pompato (potenza idraulica) e la potenza del motore, quest’ultimo deve avere una potenza superiore a quella che si intende applicare al fluido, in modo da sopperire alla dissipazione.
Il rendimento di una pompa idraulica può essere calcolato a seconda della tecnologia di progettazione. Il rendimento volumetrico di una pompa è usato per quantificare le perdite di volume di fluido dovuto ai giochi tra girante della pompa e il relativo corpo.
Componenti Chiave nel Calcolo della Potenza
La portata Q è il volume utile di liquido convogliato alla bocca premente della pompa nell’unità di tempo; l’unità di misura della portata è metri cubi al secondo (si usano talvolta anche l/sec e m3/h). L’energia meccanica trasferita per unità di peso del liquido si chiama prevalenza e si indica con la lettera H.
Il legame tra portata Q e la prevalenza totale H, a numero di giri costante, è tipico di ciascuna pompa ed è rappresentato da una curva nel piano cartesiano Q, H che si chiama curva caratteristica della pompa. Tale curva rappresenta quindi le variazioni della prevalenza H in funzione della portata Q e viene tracciata sperimentalmente per punti, a numero di giri costante, riportando in ordinata la prevalenza H ed in ascissa la portata Q in un sistema di assi cartesiani ortogonali.
Un’altra grandezza importante è il rendimento η di una pompa, ovvero il rapporto tra la potenza utile Wu e la potenza assorbita W, cioè η = Wu/W. La curva dei rendimenti ha un andamento dapprima ascendente e poi discendente.
Calcolo della Prevalenza e Potenza Assorbita
La potenza P assorbita da una pompa è la potenza meccanica assorbita all’albero della pompa o al giunto ed è espressa in kW o W ed è proporzionale alla velocità di rotazione elevata alla terza potenza. Il rendimento η della pompa e la potenza assorbita sono ricavabili dalle curve caratteristiche esposte in precedenza.
Per esempio poniamo il caso di calcolare la prevalenza di una pompa centrifuga che assorbe 4,5 KW di potenza con rendimento del 70% fornendo una portata d’acqua di 350 dm3/min. In altri casi invece si hanno a disposizione dei dati diversi, relativi per esempio alle perdite di carico, al dislivello e alla differenza di pressione fra due serbatoi.
Va da se che ci serve una prevalenza di 30 metri, dobbiamo orientativamente cercare un prodotto con una curva di prestazione con prevalenza di almeno 40 metri. Se osservando visivamente la curva di rendimento ci accorgessimo che la pompa superi i valori di portata o prevalenza o assorbimento, potremmo dedurne che sia sottodimensionata e quindi inutile al nostro scopo.
Un'altra informazione che possiamo dedurre osservando la sigla posta sull'etichetta è il tipo di alimentazione della pompa. Se voleste avere delle informazioni più dettagliate sulla pompa che vi apprestate a comprare dovrete necessariamente imparare a leggere la curva di rendimento, ben riconoscibile sulla tabella si assorbimento.
Esempio di Calcolo: Pompate Necessarie per Estendere un Cilindro
Un cilindro (corsa H=50 mm) viene azionato con una pompa a mano. Deve essere eseguita una corsa a vuoto L = 30 mm. Quante pompate occorrono per ottenere l’estensione completa del cilindro?
A = 132,7 cm²
Per la corsa a vuoto vale:
S BP (mm) =[V BP (cm³).10] : A (cm²)
Con una portata ad ogni corsa della pompa: V BP = 32cm³
S BP = (32.10) : 132,7 mm = 2,4 mm
Numero pompate per la corsa a vuoto: si divide la corsa a vuoto per la corsa ad ogni pompata:
PB BP = L (mm) : S BP (mm) = 30 : 2,4 = 13 pompate
Per la corsa sotto carico:
S AP (mm) =é V AP (cm³).10] : A (cm²)
Con una portata ad ogni corsa della pompa: V AP = 3 cm³
S AP =(3.10) : 132,7 mm = 0,23 mm
Numero delle pompate per la corsa sotto carico: si divide la corsa residua per la corsa compiuta ad ogni pompata:
PB A = [H(mm) - L(mm)] : S AP(mm)= [50-30] : 0,2 =87 pompate
Risultato: In totale = PB BP + PB AP = 13 + 87 = 100 pompate.
Velocità d’estensione
La velocità d’estensione di un cilindro idraulico azionato con una pompa elettrica dipende dall’area del pistone nel cilindro e dalla portata dell’elettropompa.
La potenza della pompa che si ottiene è espressa in watt (o in kilowatt, dove 1 kW = 1000 W). Come abbiamo visto, effettuare il calcolo della potenza di una pompa centrifuga è abbastanza semplice. Conoscendo le diverse caratteristiche e applicando le formule riportate in questo articolo è possibile identificare correttamente i valori necessari.
Per questa ragione sulla mandata della pompa deve essere sempre presente una saracinesca che permetta, all'atto del montaggio, di poter strozzare leggermente la mandata, quando si hanno degli assorbimenti siano fuori targa. Si verifica la cavitazione nel caso in cui l'altezza di aspirazione e' troppa e/o si è in presenza di tubazioni d'aspirazione con diametro eccessivamente ridotto. Quando accade, il sintomo principale è dato dalle violente vibrazioni generate dalla pompa, che si ripercuotono sulle tubazioni.