Nel mondo dell'idraulica, valutare l'efficienza delle pompe è fondamentale per ottimizzare i sistemi e ridurre i costi energetici. Il rendimento di una pompa idraulica è un parametro chiave per determinare le prestazioni e l'efficacia di tali sistemi. In questa guida, esploreremo cos'è il rendimento di una pompa, come si calcola e quali fattori influenzano le sue prestazioni.
Cos'è il Rendimento di una Pompa Idraulica?
Il rendimento di una pompa idraulica è definito come il rapporto tra la potenza utile fornita al fluido e la potenza assorbita dalla pompa. In altre parole, rappresenta la capacità della pompa di trasformare l'energia meccanica in energia idraulica. 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.
Maggiore è il rendimento, più efficiente è la pompa nel convertire l'energia in lavoro utile. Il rendimento totale di una pompa considera le perdite di carico interne alla macchina.
Come si Calcola il Rendimento di una Pompa Idraulica?
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.
La formula generale per calcolare il rendimento (η) è la seguente:
η = Wu/W
Dove:
- η è il rendimento (espresso in percentuale)
- Wu è la potenza utile (potenza idraulica fornita al fluido)
- W è la potenza assorbita (potenza meccanica fornita alla pompa)
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.
Calcolo della Prevalenza
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.
Spesso, tuttavia, si hanno a disposizione altri dati per il calcolo della prevalenza, riferiti alle caratteristiche della pompa: si tratta della potenza assorbita e del rendimento. 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.
Fattori che Influenzano il Rendimento
Diversi fattori possono influenzare il rendimento di una pompa idraulica:
- Perdite Volumetriche: 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.
- Perdite per Urti: Invece le perdite per urto sono legate allo scostamento dei triangoli di velocità reali da quelli di progetto (teorici), che provoca l’urto della corrente fluida sulla palettatura.
Curve Caratteristiche delle Pompe Centrifughe
La curva caratteristica di una pompa centrifuga è una rappresentazione grafica della capacità della pompa di spostare fluidi in relazione al livello di pressione in essere durante le operazioni di funzionamento della pompa stessa.
Le curve caratteristiche di una pompa centrifuga sono:
- Curva Caratteristica (Portata-Prevalenza): La curva caratteristica rappresenta la capacità di una pompa di generare il flusso del fluido (portata) in base alla prevalenza. Il legame tra la portata e la prevalenza, a numero di giri costante, è tipico di ciascuna pompa.
- Curva di Rendimento: La curva di rendimento permette di valutare l’efficienza del funzionamento di una pompa. La curva rappresenta, sull’asse delle ordinate, il rapporto tra potenza utile alla pompa e potenza assorbita (definita dalla variabile η = Wu/W) in relazione alla portata volumetrica rappresentata sull’asse delle ascisse con la variabile Q.
- Curva di Potenza Assorbita: La curva di potenza assorbita di una pompa è un parametro che permette di valutare l’efficienza di una pompa. La curva rappresenta, sull’asse delle ordinate, la potenza elettrica impiegata caratterizzata dalla variabile W in relazione alla portata espressa dalla variabile Q sull’asse delle ascisse. La potenza W è il prodotto della portata Q per la prevalenza H e per la densità d del fluido (W=Q∙d∙H).
Consigli Utili
- Le pompe devono funzionare all'interno della curva di lavoro, riportata nelle caratteristiche tecniche dal costruttore.
- 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.
Una curva caratteristica delle prestazioni della pompa identifica il funzionamento di una pompa in un determinato sistema. È l’impronta digitale della pompa. Questo articolo definirà la curva caratteristica delle prestazioni della pompa, come viene creata e perché viene utilizzata.
Cos'è una Curva Caratteristica di una Pompa?
Una curva caratteristica delle prestazioni della pompa, o curva della pompa, è determinata dai dati effettivi sulle prestazioni della pompa in un laboratorio. Questa curva è un tracciato della capacità di una pompa di generare flusso di fluido (portata) rispetto ad una determinata prevalenza. Ogni pompa, indipendentemente dal produttore, ha una sua curva unica.
Abbiamo quindi definito una curva caratteristica della pompa e ne abbiamo identificato l’uso nel paragrafo precedente. Ogni curva è composta da vari elementi. Nei successivi paragrafi definiremo gli elementi trovati su una curva di performance della pompa e identificheremo i loro usi individuali.
Elementi Chiave della Curva di Rendimento
Portata
La portata è definita come il volume di fluido che viene trasferito dalla pompa. Le unità più comuni per la portata sono in genere galloni al minuto (GPM) o metri cubi all’ora. Le pompe centrifughe non offrono una grande flessibilità nelle variazioni di portata senza influire sull’efficienza della pompa. Quando si specificano i requisiti di portata per una pompa centrifuga, è necessario indicare una gamma di portata. I limiti di portata minima e massima sono molto importanti.
Prevalenza
La prevalenza è un termine spesso usato per descrivere l’energia meccanica aggiunta al fluido mediante la forza centrifuga. La prevalenza è un buon termine da usare con le pompe centrifughe perché sono dispositivi energetici costanti. La prevalenza generata da una data pompa ad una certa velocità e portata rimarrà quindi costante per tutti i fluidi, salvo eventuali effetti di viscosità. Pertanto, la prevalenza applicata alle pompe centrifughe è comunemente espressa in piedi (o metri) di liquido.
La prevalenza dinamica totale (TDH) di una pompa centrifuga è la differenza tra la prevalenza di mandata e la prevalenza di aspirazione della pompa. La prevalenza dinamica totale (TDH) è la quantità di energia, espressa in piedi o metri, aggiunta al fluido dalla pompa. La prevalenza dinamica totale (TDH) può essere indicata come prevalenza della pompa o prevalenza totale della pompa.
La prevalenza dinamica totale (TDH) varia inversamente alla portata. Un esempio di questo fenomeno è il flusso di acqua da un tubo da giardino. Senza impedimenti, l’acqua ha una portata maggiore, ma una prevalenza più bassa (pressione). Ciò è evidenziato da un getto d’acqua che non si estende molto lontano dal tubo. Tuttavia, quando si posiziona il pollice sopra l’estremità del tubo, la portata diminuisce, ma la pressione sale.
Rendimento e Punto di Massima Efficienza (BEP)
Il rendimento è la relazione tra la potenza fornita e la potenza effettivamente utilizzata. Il rendimento di una pompa centrifuga dipende dal punto di lavoro della pompa. Ogni pompa centrifuga ha quindi una determinata portata in cui funziona meglio. Questa è nota come “la portata ideale”. A questa portata ideale, l’efficienza della pompa è al massimo. Questo punto di massima efficienza è chiamato proprio Punto di Massima Efficienza (BEP). Quando si aziona una pompa, si raccomanda di dimensionare la pompa in modo che funzioni il più vicino possibile al BEP.
Le pompe funzionano meglio quando funzionano al loro punto di massima efficienza. A questo punto, le forze idrauliche all’interno della pompa sono equilibrate. Il funzionamento della pompa lontano dal punto di massima efficienza fa sì che le forze idrauliche all’interno dell’involucro diventino sbilanciate. Queste forze sbilanciate possono far piegare o flettere l’albero della pompa.
Altri Fattori Influenti
- Dimensione della girante: Influisce sulla prevalenza dinamica totale (TDH), portata, NPSHR, efficienza e requisiti di potenza.
- Velocità della pompa: Influisce direttamente sui requisiti di portata, prevalenza e potenza. All’aumentare della velocità della pompa, tutti e tre questi parametri aumentano, ma a velocità diverse.
Rendimento nelle Pompe Volumetriche
È opportuno precisare subito che una pompa volumetrica, di qualunque tipo essa sia, eroga semplicemente una portata che può essere considerata circa costante, mentre il livello di pressione alla mandata non dipende dalla pompa ma soltanto dal circuito a valle della stessa.
Il rendimento globale della pompa ηP è definito come il rapporto tra la potenza idraulica conferita al fluido dalla pompa e la potenza meccanica assorbita attraverso l’albero motore ed è esprimibile come prodotto dei rendimenti volumetrico, idraulico e meccanico prima introdotti.
Curve Caratteristiche: Un Approfondimento
Le curve caratteristiche delle pompe vengono sviluppate mediante prove di laboratorio con acqua.
La curva caratteristica di una pompa centrifuga è una rappresentazione grafica della capacità della pompa di spostare fluidi in relazione al livello di pressione in essere durante le operazioni di funzionamento della pompa stessa.
La curva caratteristica permette di esprimere in maniera chiara l’idoneità di una specifica pompa per l’utilizzo all’interno di un determinato sistema.
Potenza e Rendimento: Un'Analisi Dettagliata
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.
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.
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 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.
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.
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. 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. 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. 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. 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.