Questo articolo esplora il funzionamento e la manutenzione delle pompe utilizzate negli impianti idraulici, fornendo informazioni utili e schemi per comprendere le logiche e le caratteristiche di questi sistemi.

Come funziona l'impianto idraulico: schema, componenti e caratteristiche

In linea generale, l’impianto idraulico ad uso civile si suddivide in due principali tipologie:

  • Adduzione e distribuzione dell’acqua (fredda e calda), proveniente da acquedotto o serbatoio.
  • Scarico delle acque nere, nella rete fognaria comunale, o, in assenza, in fossa settica.

Le acque condotte nello scarico possono essere suddivise in acque bianche (quelle provenienti da lavatrici, lavabi, docce, ecc.) ed acque nere (provenienti dagli scarichi nel wc).

La parte dell’impianto che si occupa di condurre l’acqua ai diversi accessori, è appunto detto impianto di distribuzione.

Impianto di adduzione e distribuzione

L’impiego efficace dell’acqua all’interno di un edificio richiede un impianto di adduzione e distribuzione ben progettato e funzionale. Questo sistema è responsabile del trasporto dell’acqua potabile dalle fonti di approvvigionamento (serbatoi o reti pubbliche) verso i punti di utilizzo all’interno della struttura.

In genere, l’impianto inizia con un contatore, un dispositivo di chiusura (saracinesca, rubinetto di arresto) e un filtro per garantire la qualità dell’acqua in ingresso, seguito da una pompa o da un sistema di pressurizzazione che assicura il flusso costante e adeguato.

Il percorso dell’acqua comprende tubazioni principali e diramazioni che portano ai vari punti di prelievo, come rubinetti, docce e apparecchi sanitari. È essenziale che queste tubazioni siano dimensionate correttamente per evitare perdite di pressione e garantire un flusso sufficiente in ogni punto della rete.

Per servire i vari punti di erogazione dell’acqua in un edificio, occorrono colonne verticali di maggiore sezione e reti di distribuzioni orizzontali ai vari piani. Le tubazioni di distribuzione possono essere in rame, rivestito in materiale plastico, o in PVC. Le colonne montanti devono, invece, avere una sezione via via decrescente verso l’alto e possono essere in acciaio zincato, polietilene ad alta densità (PEAD), in rame o in PVC.

Per l’impianto di distribuzione dell’acqua è preferibile la cosiddetta distribuzione a collettore, in cui ogni punto di erogazione è servito singolarmente da un unico tubo, senza giunzioni, che parte da un collettore centrale di distribuzione ed arriva alle singole utenze. In questo modo la chiusura di una singola utenza non pregiudica il funzionamento delle altre e si evitano giunture che sono spesso causa di perdite. I collettori devono essere posizionati in una cassetta incassata dedicata, posta in un punto facilmente accessibile per eventuali operazioni di manutenzione. La stessa cassetta ospita un collettore per l’acqua calda ed uno per l’acqua fredda.

Impianto di scarico

Questo sistema è progettato per convogliare le acque reflue provenienti da lavandini, docce, wc e altri apparecchi sanitari verso la rete fognaria o il sistema di trattamento delle acque reflue. Le tubazioni di scarico devono essere dimensionate correttamente per evitare intasamenti e garantire un flusso adeguato.

Spesso, le tubazioni di scarico sono realizzate in PVC o polipropilene, materiali che offrono resistenza alla corrosione e alla formazione di incrostazioni. È essenziale che l’angolazione delle tubazioni sia accuratamente calcolata per consentire il corretto deflusso delle acque reflue gravitazionalmente. Inoltre, l’installazione di dispositivi come sifoni e ventose previene l’ingresso di odori sgradevoli negli ambienti interni e contribuisce a mantenere il sistema igienico e funzionale nel tempo.

Gli impianti di scarico possono essere di due tipi:

  • A doppio tubo, cioè realizzati con due tubi distinti per lo scarico, per smaltire separate le acque nere e quelle bianche.
  • Tubo singolo nel quale confluiscono indistintamente le acque nere e quelle bianche.

Qualora fosse possibile, è sempre consigliabile avere un impianto di scarico a doppio tubo perché offre il vantaggio di una maggiore igienicità. Optando per questa soluzione, infatti, si evita che il riflusso e il cattivo odore delle acque nere, risalgano attraverso gli scarichi di lavandini, docce, vasche, ecc.

Ad ogni modo, per evitare il fenomeno del riflusso, esistono dei componenti di collegamento tra le singole apparecchiature igieniche e le condutture di scarico, costituite da un tubo ricurvo (in metallo, plastica o PVC) detto sifone.

Il sifone può avere una forma ricurva a “pera”, a“ U”, oppure a “S”, che ospita sempre una piccola quantità d’acqua in grado di impedire il ritorno e l’uscita degli odori sgradevoli. Proprio a causa della sua forma ricurva, il sifone tuttavia rallenta il deflusso delle acque di scarico, favorendo talvolta il deposito delle sostanze in sospensione con conseguente ostruzione della condotta. Per questo, i sifoni devono essere sempre ispezionabili e pulibili, in modo da poter asportare le sostanze che causano l’intasamento.

L’impianto di scarico è costituito da:

  • Tubazioni orizzontali con leggera pendenza (superiore all’ 1%) che collegano i singoli apparecchi di servizio ad una cassetta di ispezione.
  • Tubazione orizzontale, con pendenza superiore all’1%, che collega la cassetta di ispezione alla braga situata sotto al WC.
  • Colonna di scarico (o fecale) che si sviluppa verticalmente, destinata a ricevere le acque nere e a convogliarle nell’impianto fognario pubblico, previa il passaggio in un pozzetto d’ispezione.
  • Sfiato di ventilazione, collocato generalmente sulla copertura del fabbricato.

Apparecchiature igieniche dell’impianto idraulico

Le apparecchiature che compongono l’impianto idraulico solitamente includono:

  • Lavello cucina: montato su staffe di acciaio o inserito in un mobile predisposto, il lavello deve essere posizionato in modo che il bordo superiore si trovi tra gli 80 e gli 85 cm dal pavimento. Le tubazioni per l’acqua calda e fredda devono avere un diametro di almeno 1/2 pollice e devono essere collegate a un gruppo miscelatore che permetta la regolazione della temperatura dell’acqua. Il tubo di scarico, con diametro di 40 mm, deve essere dotato di un sifone ispezionabile e deve seguire una pendenza superiore all’1% per convogliare l’acqua in un pozzetto ispezionabile.
  • Lavatrice e lavastoviglie: per la presa d’acqua destinata alla lavatrice o alla lavastoviglie, è necessario solitamente predisporre una presa d’acqua fredda, con rare eccezioni per alcuni modelli di lavatrici che richiedono anche una presa d’acqua calda. Il rubinetto di alimentazione deve essere del tipo ad innesto a vite e posizionato a un’altezza compresa tra i 60 e i 70 cm dal pavimento. Anche per lo scarico, che deve essere situato a circa 80 cm dal pavimento, è essenziale prevedere un pozzetto ispezionabile e una pendenza del tubo non inferiore all’1%.
  • Lavabo bagno: anche il lavabo del bagno può essere montato su staffe di acciaio, appoggiato su una colonna in porcellana, appoggiato o incassato ad un mobile bagno. In tutti i casi, è importante posizionarlo ad un’altezza di circa 80 cm dal pavimento. Il rubinetto, solitamente monocomando (in cui la miscelazione dell’acqua avviene sollevando e ruotando verso destra o sinistra la leva del rubinetto), deve essere dotato di rubinetti di arresto per consentire l’isolamento in caso di rotture. Anche il tubo di scarico, con diametro di 40 mm, deve essere corredato di sifone ispezionabile e seguire una pendenza superiore all’1%.
  • Vasca e doccia: la vasca, solitamente in ghisa o in acciaio smaltato, può essere scelta, nei prodotti di più recente fattura, in acrilico (o metacrilato), resina, vetroresina o corian. Richiede un erogatore d’acqua con attacchi da 1/2 pollice e uno scarico con tubo da 40 mm, con pendenza superiore all’1% e dotato di pozzetto ispezionabile. Analogamente, per la doccia è necessario prevedere un piatto per la raccolta dell’acqua, un braccio a snodo con rubinetto e uno scarico con le stesse specifiche di pendenza e dimensioni del tubo. Anche i piatti doccia possono essere in resina o in materiale acrilico, composti da un impasto che li rende resistenti, leggeri ma anche personalizzabili per colore, forma e dimensione.
  • Bidet: può essere appoggiato direttamente sul pavimento, filo muro oppure sospeso su staffe. È provvisto di miscelatore monocomando per l’erogazione dell’acqua calda e fredda. Lo scarico, da 40 mm., è provvisto di sifone e deve preferibilmente confluire in un pozzetto ispezionabile.
  • Vaso: il vaso può essere con scarico a pavimento o attacco a parete, sospeso o filo muro. È già fornito coni sifone integrato. Lo scarico deve essere eseguito con bocchettone da 70/80 mm, con pendenza superiore all’1%, fino alla colonna di scarico verticale, che è di almeno 100 mm di diametro. La cassetta per la raccolta dell’acqua (sciacquone) può essere esterna oppure ad incasso nella parete. Ha una capacità da 10 litri ed è alimentata da un tubo da 3/8 di pollice con rubinetto di arresto.

Le Pompe Centrifughe: Caratteristiche e Funzionamento

Le prestazioni idrauliche di una pompa centrifuga vengono rappresentate su una curva Q/H (portata/prevalenza) che, ad una velocità fissa, associa ad ogni portata la relativa prevalenza. Quindi tutti i punti rappresentati sulla curva sono punti di possibile funzionamento della macchina. Il reale punto di funzionamento sarà dato dall’intersezione della curva caratteristica della pompa con quella dell’impianto.

Secondo la legge di continuità, le velocità medie di flusso nei serbatoi di monte e di valle, sono per lo più insignificanti e possono essere trascurate se le superfici dei serbatoi sono relativamente grandi rispetto a quelle delle tubazioni. Le perdite di carico totali ( ΔHtot ) sono costituite dalle perdite in tutte le tubazioni (aspirazione e mandata).

dove si evidenzia che la prevalenza dell’impianto Himp, è la somma di Hs, quota fissa che dipende solo dalle caratteristiche dell’impianto e di Hd, che è invece la parte variabile dipendente dalla portata. Nel nostro ragionamento abbiamo sempre utilizzato, e continueremo ad usare come fluido l’acqua.

Come Variare il Punto di Funzionamento di un Impianto

Il punto di funzionamento di una pompa centrifuga è dato dall’intersezione della curva caratteristica della pompa con quella dell’impianto. In questo modo si determinano prevalenza e portata erogate dalla macchina.

Regolazione tramite Valvola di Strozzamento

È il criterio più semplice ed economico, esso consiste, nell’agire sul grado di apertura di una valvola di regolazione, montata immediatamente a valle della flangia di mandata della pompa. Si introduce in questo modo una perdita di carico localizzata variabile, con conseguente variazione della pendenza della curva caratteristica dell’impianto e, quindi, della sua intersezione con la curva caratteristica della pompa.

A questo punto la pompa genera una prevalenza superiore a quella necessaria per l’impianto che viene abbattuta nella valvola strozzata, trasformandosi irreversibilmente in energia termica ed asportata dal flusso. Questa perdita è accettabile se il campo di regolazione è piccolo oppure se la regolazione è sporadica.

Regolazione tramite Bypass

In questo caso a valle della pompa viene inserita una valvola che scarica la portata in eccesso nel serbatoio di aspirazione. Anche questo metodo è di tipo dissipativo. La pompa veicola una Q maggiore di quella che viene richiesta dall’impianto.

È evidente che anche questo metodo è di tipo dissipativo, elaborando la macchina una portata maggiore di quella effettivamente necessaria. In particolare, le perdite che si accompagnano a tale sistema di regolazione sono maggiori di quelle relative al sistema di strozzamento che pertanto risulta il più diffuso.

Regolazione tramite Variazione della Velocità di Rotazione

Il punto di funzionamento della pompa può quindi essere modificato, modificando la velocità di rotazione della macchina. In questo modo si ottiene, per ogni velocità, una diversa curva caratteristica. Ogni curva è legata alle altre dalle leggi della similitudine. La curva dell’impianto incrocerà ogni curva della pompa, in un punto diverso. La macchina potrà quindi adattare le proprie prestazioni all’andamento della richiesta della rete idrica.

Il caso classico è quello di macchine adibite alla pressurizzazione di un condotto di distribuzione di acqua potabile. Le variazioni orarie della richiesta, vengono seguite dalla variazione delle prestazioni della/e pompa grazie all’uso di sistemi di controllo elettronici (sensori e inverter). In questo modo si ottiene anche un grande risparmio di energia, poiché le prestazioni della macchina seguono esattamente ciò che viene richiesto e non ci sono dissipazioni di energia.

Regolazione tramite Variazione del Diametro della Girante

Se invece di mantenere costante il diametro e variare la velocità, operiamo a velocità fissa e modifichiamo il diametro, otterremo delle curve caratteristiche analoghe alle precedenti. Questo tipo di intervento è molto più rigido rispetto a quello relativo alla variazione della velocità di rotazione.

Pompe in Serie e in Parallelo

Il punto di funzionamento dell’impianto può anche essere variato collegando le pompe in parallelo o in serie.

Collegamento in Parallelo

Il collegamento in parallelo si ottiene quando più pompe, che aspirano ciascuna in modo indipendente, spingono all’interno dello stesso collettore di mandata. La portata in ogni punto della curva caratteristica risultante, sarà data dalla somma delle portate delle singole pompe alla medesima prevalenza.

In particolare il collegamento in parallelo si realizza quando più pompe hanno in comune il bacino di aspirazione, o il collettore di aspirazione, ed il collettore di mandata. La portata totale è data dalla somma delle portate delle singole pompe, mentre la prevalenza rimane invariata. La curva caratteristica del sistema si ottiene sommando le ascisse delle curve caratteristiche di ciascuna pompa.

Collegamento in Serie

Nel collegamento in serie invece in tutte le pompe defluisce la stessa portata mentre la prevalenza del sistema è data dalla somma delle prevalenze delle singole pompe. La curva caratteristica di più pompe in serie si ottiene sommando per ogni valore di portata Q la prevalenza H di ciascuna pompa.

Leggi di Similitudine

Prima di illustrare questi sistemi di variazione del punto di funzionamento, occorre introdurre le cosiddette leggi di similitudine. Le leggi della similitudine permettono la previsione delle prestazioni di una macchina a partire dalla conoscenza del comportamento di un ' altra macchina o di un modello realizzato in laboratorio. Esse sono basate sul concetto che due macchine geometricamente simili (dimensioni caratteristiche che stanno in un rapporto costante) e cinematicamente (simili triangoli delle velocità all’ ingresso e allo scarico dalla girante) avranno anche Io stesso rendimento idraulico. Partendo da questa tesi si possono sviluppare delle semplici relazioni fra prevalenza H, portata Q e numero di giri n.

Pompe Volumetriche Rotative ad Ingranaggi Esterni

Le pompe rotative basano il loro funzionamento grazie al passaggio di un fluido attraverso un meato o gioco, cioè una millimetrica o micrometrica intercapedine, che separa le superfici di due corpi in movimento relativo, riempita di lubrificante che ne evita lo sfregamento. Esso viene realizzato meccanicamente attraverso l’uso di coppie di ingranaggi o di viti oppure sfruttando gli spazi generati da palette mobili. In questo articolo prenderemo in considerazione le più comuni pompe rotative ad ingranaggi esterni.

La ruota dentata primaria (2) ruota nel senso indicato dalla freccia (vedi figura 2), trascinando la ruota dentata secondaria (3), in senso di rotazione contrario. A seguito della rotazione, si rendono liberi i vani di dentatura: la conseguente depressione che viene generata e l’azione della pressione atmosferica, fanno in modo che il fluido affluisca nella camera di aspirazione E. Il fluido riempie i vani dei denti e, percorrendo la parte esterna, viene spinto verso l’uscita P, la cosiddetta mandata: per un buon rendimento volumetrico occorre tenere sotto controllo il gioco di accoppiamento laterale (rasamento sui fianchi) tra ingranaggi (5) e gli organi di tenuta, le ralle (6). Inoltre questo tipo di pompe sono dotate di cuscinetti di sostentamento e bilanciamento idrostatico funzionanti tramite i dischi (7), i quali, spinti dalla pressione del sistema, premono sui fianchi degli ingranaggi.

Come si sottolineato all’inizio di questo articolo, la pompa costituisce il cuore di ogni impianto oleodinamico, per cui è fondamentale conoscerne le modalità di guasto, le possibili cause ed i rimedi più efficaci.

Un ulteriore parametro fondamentale, indicatore dello stato di salute della pompa, è il Rendimento: esso viene considerato normale se pari a 95% o comunque superiore a 90%.

Sistemi Idrici Pressurizzati

Con l'uso simultaneo di numerosi dispositivi di erogazione dell'acqua*, la pressione nel condotto dell'acqua diminuisce. Per evitare che ciò accada, mantenendo una pressione sufficiente nella conduttura domestica, è possibile utilizzare un sistema idrico pressurizzato, ovvero che tenga l'acqua sotto pressione.

* Sciacquone del vaso sanitario, seconda o terza doccia in casa, lavelli multipli, apparecchiature come lavastoviglie, lavatrici, macchine da caffè, sistemi di irrigazione.

Funzionamento

Un sistema idrico pressurizzato è composto da una pompa per pressurizzazione, che aspira acqua attraverso la connessione di aspirazione, dopodiché l'acqua viene pompata nel vaso di espansione. Non appena il vaso di espansione è pieno, la pompa si spegne automaticamente. Il vaso di espansione (di solito con una capacità di ± 20 litri) è ora pieno d'acqua.

La pompa per pressurizzazione è anche collegata a un tubo in mandata. Questo tubo, detto anche di scarico, può, ad esempio, trasportare l'acqua verso diversi punti di erogazione (come un certo numero di rubinetti o degli irrigatori) in casa. Non appena viene aperto un punto di erogazione, l'acqua viene immediatamente trasportata dal vaso di espansione al rubinetto. Se vengono prelevati solo pochi litri d'acqua, la pompa non ha bisogno quindi di accendersi, poiché il vaso di espansione contiene acqua a sufficienza per alimentare il rubinetto.

Non appena il vaso di espansione sta per svuotarsi, la pompa si riaccende automaticamente per alimentare il vaso di espansione. Quando è di nuovo pieno, la pompa si spegnerà automaticamente. In questo modo si evitano i cosiddetti colpi d'ariete e si preservano sia l'impiato, sia la pompa.

In linea di principio, una pompa per pressurizzazione è una pompa per irrigazione dotata di un pressostato (meccanico o elettronico) e di un vaso di espansione. La differenza è che una pompa per irrigazione non si accende e non si spegne automaticamente (a meno che non vengano utilizzati dispositivi di controllo come il DAB Control D) quando c'è bisogno di acqua, ma funziona in modo continuo. Dotando quindi una pompa per irrigazione di un pressostato, questa pompa si trasforma in una pompa per la pressurizzazione.

Comunque rimane una pompa di pressurizzazione anche senza vaso di espansione. Esistono pompe, come la DAB ESYBOX e ESYBOX MINI3 e la TALLAS D-EBOOST, che sono elettroniche ed hanno il pressostato integrato. La differenza è che il valore della pressione viene trasformato in un segnale digitale, ma il funzionamento è lo stesso.

Pro e Contro delle diverse installazioni

Tipo di Installazione Pro Contro
Con serbatoio Quando il serbatoio è pieno, la pompa si arresta automaticamente. La pompa si avvia automaticamente per integrare l'abbassamento del livello dell'acqua. Occupa più spazio.
Senza serbatoio (meccanica) È più piccola per l'assenza di un serbatoio ed è quindi più adatta a spazi ridotti. Deve sempre funzionare quando si utilizza l'acqua, con conseguente rumorosità e consumo di energia aggiuntivo.
Senza serbatoio (elettronica) È più piccola per l'assenza di un serbatoio ed è quindi più adatta a spazi ridotti. Si accende e si spegne solo quando serve. Rileva anomalie dell'impianto e si spegne definitivamente quando ci sono perdite di acqua minime (gocciolamento). Ha necessità di un serbatoio aggiuntivo esterno per evitare i colpi d'ariete.

Montaggio del sistema idrico di pressurizzazione

Un sistema idrico pressurizzato deve essere installato in un luogo ben ventilato, asciutto e protetto dal gelo, preferibilmente in un luogo facilmente accessibile. Per un impianto ben fatto, sono importanti i seguenti aspetti:

  • La pompa deve essere collegata con una messa a terra.
  • La pompa deve essere posizionata in un punto elevato, cioè non a livello del terreno.
  • Una valvola di sicurezza deve essere montata sulla bocca d'ingresso della pompa.
  • Su questa valvola di sicurezza deve essere posizionato un filtro (da pulire regolarmente), se non già inserito all'interno della pompa.
  • I tubi di alimentazione dell'acqua devono essere collegati mediante speciali raccordi/adattatori in PVC o ottone. Questi elementi di collegamento hanno un raccordo ad inserimento su un lato e un boccaglio a vite sull'altro lato.

Il sistema viene installato all'esterno?

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