La pompa sommersa, nota anche come pompa ad immersione, è un tipo di elettropompa ampiamente utilizzata in ambito termoidraulico. In un precedente articolo, abbiamo offerto consigli su come selezionare la pompa idraulica più adatta alle tue esigenze.
Pompe Sommerse: Caratteristiche e Utilizzo
Le pompe sommerse moderne sono soluzioni eccellenti per movimentare liquidi in un determinato lasso di tempo, con prestazioni variabili in base alla marca e alla potenza. Uno degli scopi principali di una pompa sommersa è lo svuotamento di acque sporche. Questo parametro idrico indica l'altezza massima a cui la pompa può spingere il fluido senza difficoltà. Se devi svuotare un pozzo di acque sporche con un dislivello di dieci metri, avrai bisogno di una pompa con una prevalenza minima di dieci metri. Questa è l'altezza massima a cui la pompa può spingere i fluidi; se la prevalenza fosse inferiore, non sarebbe possibile "pescare l'acqua".
Trattandosi di un dispositivo elettrico, per il funzionamento è necessario un galleggiante. Data la varietà di pompe sommerse disponibili, ecco alcuni consigli per orientare meglio i tuoi acquisti e evitare di comprare una pompa trituratrice quando, ad esempio, hai bisogno di movimentare solo acque limpide. Se sei appassionato di giardinaggio e hai un pozzo, una pompa ad immersione può essere la soluzione ideale per irrigare il tuo orto. Con una spesa contenuta, potrai utilizzare le acque reflue per irrigare piante e alberi da frutto.
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Ariete Idraulico: Un Sistema di Sollevamento Acqua
L'ariete idraulico è un dispositivo utilizzato per piccoli impianti di sollevamento d'acqua, ad esempio per uso potabile o agricolo, a condizione che si disponga di una certa caduta e di una portata esuberante. Lo schema di un ariete idraulico è il seguente:
Dalla condotta d'arrivo, l'acqua defluisce attraverso la valvola a; fino a che questa, trascinata dalla velocità d'efflusso, repentinamente si chiude. Ciò determina una sovrapressione (colpo d'ariete) che provoca l'apertura d'una seconda valvola a′, attraverso la quale una certa quantità d'acqua entra quindi in un serbatoio d'aria, che regolarizza il flusso nella condotta premente. La valvola a si riapre, sotto l'azione d'una molla opportunamente regolata; e il ciclo di funzionamento dell'apparecchio ricomincia.
Dove Q è la portata scaricata dall'apparecchio, q la portata sollevata, h l'altezza di carico a monte (al di sopra della valvola d'arresto a), h′ l'altezza di sollevamento (rispetto alla stessa valvola a).
Macchine Idrauliche: Trasmissione di Potenza
Le macchine idrauliche utilizzano la potenza di un fluido per compiere lavoro e sono impiegate in molte applicazioni pesanti. Il vantaggio principale di una trasmissione idraulica è la capacità di trasmettere grandi potenze a qualsiasi distanza tramite tubi flessibili, consentendo trasmissioni disassate e senza vincoli di allineamento, con un'ottima capacità di assorbire picchi di carico. Inoltre, la gamma di attuatori standardizzati utilizzabili nelle trasmissioni idrauliche è molto ampia.
Un'altra caratteristica fondamentale dei sistemi a trasmissione idrostatica è la possibilità di moltiplicare la forza o la coppia in modo semplice e indipendente dalla distanza tra ingresso e uscita, senza collegamenti meccanici. Questa moltiplicazione può essere realizzata in vari modi, come nei cilindri idraulici, dove basta modificare l’area del pistone per ottenere una forza maggiore a parità di pressione.
Nei circuiti aperti si utilizzano pompe che forniscono una portata continua di fluido, anche pompe economiche, a cilindrata costante; la gamma dei componenti accessori si limita a valvole di sfogo (per evitare sovraccarichi di pressione) e valvole di controllo (per permettere il deflusso del fluido verso il serbatoio). Per permettere il funzionamento del motore in entrambi i sensi di rotazione, è necessario invertire il flusso del fluido. I circuiti chiusi invece permettono il funzionamento anche in modalità reversibile, ovvero con il motore che assorbe potenza (frenando l’utilizzatore). Per evitare la cavitazione, tutte le condotte vengono alimentate da una pompa ausiliaria, che fornisce una portata di poco superiore a quella di trafilamento. Una valvola di massima pressione scarica la portata in eccesso.
La potenza idraulica è esprimibile come prodotto fra portata e pressione (P = Q p). In realtà la potenza reale è diversa dalla potenza teorica. Si introducono quindi diversi rendimenti, sempre inferiori a 1: il rendimento volumetrico (ηq) e il rendimento meccanico (ηp) o di pressione.
Per una pompa, il rendimento volumetrico esprime la portata perduta (Qeff = ηq Qteorica). Il rendimento meccanico invece (ηp) viene espresso in funzione della perdita di pressione (peff = ηp pteorica). Per un motore le relazioni vengono invertite, in quanto il motore deve elaborare più fluido (e quindi portata) per ottenere la potenza teorica.
Oltre alle perdite nelle pompe e nei motori, vanno considerate le perdite all’interno dei circuiti con trasmissioni idrostatiche. Queste sono generalmente di due tipi: localizzate o distribuite. Le seconde sono relative alla resistenza dovuta al flusso di fluido all’interno delle tubazioni. Anche queste vengono in genere fornite dal produttore dei tubi, in genere con abachi che legano la perdita alla lunghezza della tubazione, alla sua dimensione e alla velocità del fluido.
Fluidi Idraulici
Il fluido idraulico è il mezzo che permette la trasmissione idrostatica della potenza nel circuito. Sono solitamente olii di origine petrolifera, con aggiunta di vari additivi. I campi di temperature ammesse sono, per funzionamento continuo, 130°C per olii di origine petrolifera, 200°C per esteri siliconici e 260°C per esteri.
Tipologie di Pompe Idrauliche
Le pompe idrauliche forniscono fluido ai componenti nel sistema, ricevendo potenza da un motore elettrico o a scoppio, connesso tramite cinghie, ingranaggi o accoppiamenti flessibili.
Pompe a Ingranaggi
- Economiche, a durata elevata, dal funzionamento semplice.
- Meno efficienti perché hanno una cilindrata fissa.
- Solitamente utilizzate per pressioni sotto ai 20 MPa.
Il funzionamento è molto semplice: un motore fa ruotare una delle due ruote dentate, che trascina l’altra. Il fluido viene trascinato nei vani che si realizzano fra i fianchi dei denti e la superficie cilindrica del corpo pompa. In questo modo si genera una portata volumetrica, mentre una piccola parte di fluido defluisce all’indietro (abbassando quindi l’efficienza). Sono pompe molto diffuse, soprattutto per le applicazioni a funzionamento continuativo.
Pompe a Pistoni
Vengono progettate in genere con un meccanismo a spostamento variabile, per modificare il flusso in uscita e controllare la pressione del sistema. In genere è presente un corpo cilindrico rotante con cilindri scavati. I pistoni sono collegati mediante cerniere e pattini al piatto inclinato (che è fisso rispetto al carter); i pistoni sono trascinati dal corpo rotante.
Un’altra modalità costruttiva è quella a corpo inclinato. Nelle pompe a pistoni assiali il numero cilindri è in genere 5 o 7, comunque dispari (per evitare punti morti). Nelle pompe a cilindrata variabile, la portata può variare per effetto di due regolazioni. Come già visto è possibile regolare la cilindrata della pompa modificando la corsa dei pistoni, ma è anche possibile modificare la velocità di rotazione del motore, e di conseguenza della pompa.
Motori Idraulici
In un sistema a trasmissione idrostatica, i motori idraulici assorbono la potenza idraulica generata dalla pompa.
Ipotizziamo di voler effettuare un predimensionamento di un circuito idraulico semplice, costituito da due motori che assorbono 80 Nm a 60 giri/min (500 W circa). Da catalogo si ricava il diagramma di funzionamento del motore scelto. La cilindrata richiesta Vr è pari a V = Q 1000 / n. Ipotizzando di fornire potenza alla pompa tramite un motore operante a 1000 giri/min, si ricava una cilindrata di 8.2 cm3, il 45% della cilindrata massima.
Scelta dei Tubi
Una volta scelti i componenti principali non resta che scegliere i tubi. La scelta è facilitata dai cataloghi dei produttori, che forniscono abachi per il calcolo del diametro dei tubi in funzione della pressione. Lo stesso vale per i raccordi e per le valvole di controllo; una volta scelti questi componenti e calcolate le perdite distribuite e concentrate, è utile ricalcolare la pressione e la portata richieste alla pompa, per valutare se si è ancora nel campo di regolazione della stessa.
Cavitazione: Un Fenomeno Critico
La cavitazione si verifica quando la pressione nel circuito scende fino a raggiungere la tensione di vapore del liquido, causando la formazione di piccole bolle che implodono generando microgetti ad altissima pressione che possono danneggiare il sistema. Le conseguenze della cavitazione includono:
- Peggioramento delle performance della pompa, dovuto alle turbolenze.
- Danni alle componenti interne alla pompa, dovuti al collasso delle bolle vicino alle pareti.
Per evitare la cavitazione, la pressione del liquido in tutti i punti deve essere al di sotto della pressione di saturazione. Questo tipo di macchina a stantuffi, comunemente chiamata pompa a vapore o “cavallino, è costituita da una motrice alternativa (a vapore), bicilindrica con stantuffi a doppio effetto che aziona una pompa idraulica, anch’essa bicilindrica con stantuffi a doppio effetto, montata in tandem nello stesso telaio.
Ogni stantuffo della motrice è collegato in modo diretto, mediante uno stelo di acciaio, con il corrispondente pistone del pompa idraulica. Gli steli comandano anche il cassetto di distribuzione della motrice, mediante una serie di bielle e bilancieri, mentre la pompa è dotata di valvole automatiche.
Gli stantuffi della motrice hanno un diametro maggiore di quello dei pistoni della pompa in modo da imprimere una pressione di esercizio superiore a quella del vapore, consentendo dove necessario l’immissione dell’acqua nel generatore (di vapore). Rispetto ad altri sistemi, i cavallini a vapore erano caratterizzati dalla possibilità di regolare la quantità di liquido da inviare al generatore fino a valori molto ridotti, agendo semplicemente sulla valvola di ammissione del vapore nella motrice. Per contro richiedevano un consumo di vapore non trascurabile.
Pompe Sommerse Professionali
Quando ci riferiamo alle pompe sommerse, parliamo di pompe sommerse idrauliche professionali, macchinari utilizzati per il pompaggio di fluidi, prevalentemente acqua. Quando è necessario spostare fluidi da un recipiente verso l’alto o orizzontalmente, si utilizza una pompa elettrica. La pompa è un dispositivo meccanico che sposta i fluidi.
Portata e Prevalenza
La portata indica la quantità di fluido che la pompa può spostare in un determinato arco di tempo. La prevalenza è l’altezza a cui la pompa sommersa riesce a spingere il fluido. Più aumenta la portata, più diminuisce la prevalenza massima. Questi valori sono indicati attraverso una matrice che li descrive graficamente.
La pompa deve sollevare l’acqua da un punto A ad un punto B. All’interno del tubo si crea un vuoto d’aria, cosi che l’acqua possa risalire spinta dalla pressione atmosferica, così da giungere in pressione all’interno del tubo di mandata.
Definiamo:
- Ha (altezza geodetica di aspirazione): differenza di livello tra A e la pompa
- Hm (altezza geodetica di mandata): differenza di altezza tra il punto B e la pompa
- H (prevalenza geodetica): differenza tra i livelli del liquido dal punto di prelievo al punto di arrivo
La prevalenza geodetica corrisponde alla somma di Ha e Hm. Per determinare la prevalenza di una pompa sommersa possiamo misurare la differenza che, in metri, c’è tra il livello dove viene aspirata l’acqua ed il livello a cui riesce a mandarla: se una pompa sommersa aspira da un pozzo posto a 3 metri sotto terra e riesce a mandare l’acqua ad un serbatoio posto a 7 metri sopra il livello del suolo, allora la pompa avrà una prevalenza di 10m, per cui H=10m.
All’interno del processo di spinta dobbiamo tener conto di altre variabili: la pressione, la velocità e i rallentamenti. Difatti, assieme all’altezza che raggiunge, l’acqua sarà caratterizzata da una pressione ed una velocità che non aveva in fase di stasi.
Allo stesso modo, l’acqua, spinta dalla pompa sommersa, lungo il percorso che la porta all’altezza desiderata, subisce dei rallentamenti; questi., detti “perdite di carico” fanno perdere all’acqua pressione, velocità e prevalenza.
Normalmente, la prevalenza della pompa sommersa si riferisce all’aumento dell’energia ottenuto da 1kg d’acqua nel passaggio dall’entrata all’uscita della pompa sommersa stessa. In realtà sarebbe più semplice e pratico riferirsi alla prevalenza manometrica, indicata con Hman: questa viene misurata in metri di colonna d’acqua, misura che ci informa anche sulla “quantità” (la portata) di liquido che la pompa sommersa sposta innalzandosi ad una determinata altezza.
Generalmente, sul corpo della pompa sommersa è allegata una targhetta con indicati tutti i valori di prestazione della pompa, tra cui quelli di prevalenza massima, portata ed il loro rapporto. I due valori, ovviamente, non sono fissi: essi variano in maniera inversamente proporzionale.I valori di prevalenza e portata vengono inscritti all’interno di un asse cartesiano, dove, per ogni valore di portata è possibile individuare il corrispettivo valore di prevalenza.
La curva che unisce tutti i punti può essere tanto piatta quanto ripida. Le pompe sommerse che hanno una curva piatta hanno poca variazione di prevalenza ma grosse escursioni del valore di portata, mentre quelle che hanno una curva “ripida” presentano grandi escursioni di prevalenza ma una portata costante.
Se, in sostanza, avete bisogno di una pompa che abbia una prevalenza di 100mt oppure una prevalenza di 200 mt, dovrete incrociare questo valore con quello della portata e verificare che la pompa scelta sia quella davvero adatta alle vostre esigenze.
Funzionamento di una Pompa Sommersa
La pompa sommersa, essendo un dispositivo elettrico, necessita di un galleggiante per attivarsi. Quando i fluidi raggiungono una determinata altezza, il galleggiante attiva la pompa, innescandone il movimento. A questo punto la pompa trasforma l’energia elettrica in energia cinetica: la girante, attivata da questo trasferimento, imprime forza ai fluidi, trasformando l’energia cinetica in forza di pressione, sospingendo i fluidi verso l’alto.
Oltre al galleggiante, la pompa sommersa necessita del motore: il motore sommerso costituisce la parte elettrica di quella che va a costituirsi come vera e propria "elettropompa". Il motore sommerso ha naturalmente delle specificità che non andremo a trattare in questa sede.
Tipi di Pompe Sommerse
La pompa sommersa per acque nere è generalmente installata all’interno dei pozzi neri e sospinge le acque reflue verso l’alto. Le pompe sommerse per pozzi, invece, sono utilizzate per estrarre acqua pulita. Un pozzo è detto artesiano quando è naturalmente effluente. La pompa, in questo caso, serve ad estrarre l'acqua dal pozzo, per incanalarla poi entro una vasca dalla quale verrà poi filtrata.
La pompa sommersa da 12v è una pompa ad immersione di piccole dimensioni che ha la funzione principale di svuotare una stanza allagata, le infiltrazioni d'acqua presenti su una barca od un gommone. In quanto tale essa non è oggetto di questo articolo.
Risoluzione dei Problemi
Quando la pompa sommersa comincia ad avere problemi, la prima soluzione che ci viene in mente è proprio quella di provare a risolvere da noi il problema. Giunti di fronte ad una situazione che richiede un intervento tecnico, ci troviamo di fronte a due soluzioni: una è chiedere un aiuto professionale esterno (e quindi chiamare l’idraulico) l’altra è quella di procedere ad un nuovo acquisto.
Applicazioni delle Pompe Sommerse
Le pompe sommerse trovano un'ampia gamma di applicazioni in diversi settori:
- Estrazione di acqua dai pozzi sotterranei per scopi di approvvigionamento idrico.
- Drenaggio delle acque nel settore edilizio e nelle aree soggette ad allagamenti.
- Irrigazione dei campi coltivati in agricoltura.
- Creazione di effetti d'acqua decorativi come fontane e cascate.
- Mantenimento dell'acqua pulita e in movimento in acquari e piscine.
Affidabilità: Queste pompe sono costruite per resistere a condizioni di lavoro gravose e hanno una lunga durata.
Come Scegliere la Pompa Sommersa Giusta
La prima cosa da fare nel valutare una pompa sommersa è determinare con esattezza i valori di portata e di prevalenza relativi alla situazione specifica. Far riferimento ai criteri di affidabilità e competenza non vuol dire dover necessariamente dar fondo a tutti i vostri risparmi: la pompa servirà a risolvere un problema specifico, ed è in base a quel problema che dobbiamo realizzare il nostro investimento. Questo significa semplicemente acquistare il prodotto migliore compatibilmente alle nostre esigenze.
Affidabilità del produttore della pompa e competenza del venditore sono i due criteri che, se applicati, ci condurranno ad una scelta parsimoniosa, che, sul lungo periodo, si rivelerà anche quella più economica.
Interrogarsi sul prezzo di una pompa non è perciò una mossa sbagliata, è però un'attività che deve essere integrata da altre valutazioni.
Analisi dei Produttori e dei Prezzi
Per analizzare i prezzi delle pompe sommerse (siano esse per pozzi neri o pozzi artesiani) dobbiamo anzitutto fare, da un lato, una lista dei venditori di pompe sommerse e dall'altro una lista dei produttori di pompe sommerse. All'interno della nostra lista, almeno per quel che concerne i produttori, dobbiamo sicuramente inserire Pedrollo, Lowara, Darf, Caprari e altre importanti case, così da esser sicuri di valutare dei prodotti di qualità: in questo caso i prezzi probabilmente non saranno contenutissimi, ma avremo la certezza di fare valutazioni accurate su prodotti di alto profilo.
Fatto ciò non ci resta che confrontare i prezzi pompa per pompa. Un ulteriore termine di paragone può essere sicuramente la funzione "il meno caro" su Ebay o Amazon. E' importante ricordarsi che i confronti vanno effettuati sempre fra pompe uguali, o quantomeno con le stesse caratteristiche. Non possiamo considerare affidabile un confronto fra una pompa per pozzi artesiani di 15hp con una pompa per pozzi neri di 1,5hp, così come non possiamo considerare significativo il prezzo di una pompa sommergibile se dobbiamo valutare quello di una pompa di superficie.
Marchi Popolari di Pompe Sommerse
Alcuni dei marchi più prestigiosi nel settore delle pompe sommerse includono:
- Lowara: Le pompe sommerse Lowara godono di grande prestigio e popolarità, con modelli noti come Domo 7, Domo 10 vx b, Doc 3, e Scuba.
- DAB PUMPS S.p.A.: Fondata nel 1975, DAB è un punto di riferimento internazionale nel settore della movimentazione dell'acqua.
- Caprari: Azienda fondata nel 1945, con sede a Modena, offre un vastissimo ventaglio di possibilità e di tipologie di pompe.
- Grundfos: Uno dei marchi più prestigiosi e rinomati a livello mondiale, con una gamma prodotti che copre esigenze domestiche, industriali e commerciali.
- Pedrollo: Un altro marchio storico che garantisce totale affidabilità.
Acquistando prodotti di tali marche si entra in possesso di tipologie di pompa la cui affidabilità è garantita da... itinerante, la Mobil.