La progettazione di un'elettropompa non è cosa semplice. Chi progetta le pompe centrifughe è il costruttore di pompe. Per capire come funzionano le pompe centrifughe, oltre ad una descrizione dettagliata, sarà utile la visione di un disegno che spieghi nel dettaglio il loro funzionamento.
Funzionamento delle Pompe Centrifughe
Guardando la foto 1, si intuisce come l'acqua contenuta nel corpo di pompa P venga messa in rapida rotazione dalle palette della girante R. Quest’ultima, essendo sottoposta ad una forza centrifuga, sarà portata a muoversi contro la periferia. Altro meccanismo da non sottovalutare, per spiegare il funzionamento di una pompa centrifuga, è il fatto che nella zona centrale avvenga una depressione che richiama ulteriore acqua mediante il condotto C. Per apprendere il corretto funzionamento di una pompa centrifuga è sufficiente guardare un video su youtube.
Installazione e Tipologie
Ad ogni modo, il montaggio di una pompa centrifuga non è semplice e occorrerà analizzare una serie di parametri per valutare come si installa al meglio. L'aspetto delle pompe centrifughe servirà a comprendere se ci troviamo di fronte ad una pompa centrifuga orizzontale o verticale. Quello che differenzia queste due tipologie di elettropompe è la posizione dell'albero. In linea di massima si preferiranno le pompe centrifughe verticali quando si avrà problemi di spazio.
Sempre all'interno della stessa famiglia di pompe, si può distinguere una pompa centrifuga monostadio da una multistadio. Anche il corpo della pompa è un elemento caratteristico: può essere radiale o assiale. Quando la pompa centrifuga è radiale, avrà una “ struttura a 90° “, con un ingresso orizzontale orizzontale ed un'uscita verticale. Se ci si avvicina a questo settore idraulico sentiremo parlare anche di motore a secco o immerso.
Battente e Aspirazione
Battente indica la posizione della pompa rispetto al serbatoio, la cisterna o il pozzo. Si parlerà di centrifuga sottobattente, quando l'asse della pompa si trova sopra la cisterna e di sotto battente, nel caso contrario. La relazione tra altitudine e perdita d'altezza in fase di aspirazione di un liquido è evidente. Per calcolare la “reale” potenza di una pompa aspira acqua bisognerà misurare quanto inciderà la pressione atmosferica sul suo funzionamento. Esiste un'altezza massima d'aspirazione che non dovrebbe mai essere superata se l'intenzione è quella di far lavorare la pompa per acqua correttamente.
Cavitazione e NPSH
Si verifica una cavitazione quando nella camera di ingresso della girante di una pompa si verifica una depressione tale da liberare una grande quantità di aria o di altri gas che sono di solito presenti in soluzione nell'acqua. Se accade una cavitazione potrebbe essere molto grave per la funzionalità di una pompa, perchè potrebbe causare la rottura della vena e generare il blocco della stessa pompa centrifuga. Net positive suction head è il termine inglese usato per indicare la perdita di carico tra la bocca d'aspirazione e la girante della pompa. Si tratta di un valore decisivo per stabilire il corretto dimensionamento della pompa. Si precisa inoltre che quando l'acqua raggiunge una temperatura superiore ai 65 C°, è fondamentale che arrivi alla pompa con una buona pressione. Si specifica che quando si quando si renderà necessario il sollevamento di liquidi volatili (ovvero liquidi che a contatto con l'atmosfera evaporano), si dovrà limitare l'altezza di adescamento.
- Nella sezione di aspirazione si vince la prevalenza solo attraverso il vuoto creato nel corpo dell'elettropompa.
- Si precisa come per le pompe sotto al livelle del battente idraulico non esiste la problematica di creare il vuoto, quindi si è favoriti come funzionamento.
Calcoli e Dimensionamento
La portata di una pompa è la quantità di acqua che essa può spostare nell'unità di tempo indicata. Si possono utilizzare diverse unità di misura per indicare questo valore, tra le più utilizzate ci sono m3/h (metri cubi all'ora), m3/1' (metri cubi al minuto), lt/h (litri all'ora) e lt/1' (litri al minuto). La prevalenza di una pompa è il dislivello o la resistenza che può vincere quando sposta una determinata portata. Si misura in metri di colonna d'acqua o bar. La prevalenza e la portata sono valori che ci permettano di dimensionare esattamente la pompa idonea al nostro impianto termoidraulico. Per sapere quale è la prevalenza di una pompa non basta conoscere solo il dato che corrisponde al dislivello idrostatico, ovvero il valore H.
La pressione è data dalla prevalenza della pompa, il cui significato è il dislivello massimo a cui può far raggiungere l'acqua fra pescante e uscita. 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.
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. 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.
Potenza e Rendimento
Si parlerà di assorbimento elettrico di una pompa centrifuga per fare riferimento alla potenza assorbita dal prodotto. Questo valore corrisponde alla potenza meccanica assorbita all'albero della pompa e viene espressa in kilowatt. 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.
Consigli Pratici e Curve di Rendimento
Nella speranza di non coinvolgere un idraulico e risparmiare parecchi euro, sono molti gli utenti che ci chiedono se esiste un modo pratico per capire se una pompa è migliore di un'altra. 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.
I cavalli rappresentano un valore per stimare la potenza di una pompa e vengono espressi con la sigla HP -acronimo di horse power- La stessa potenza d'azione può essere espressa in kilowatt e viende indicata con la sigla KW. 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. Si tratta di un grafico molto esplicativo che spiega la portata, la prevalenza e l'assorbimento di una pompa idraulica. 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.
E' opinione diffusa quella che quando aumenta la prevalenza si riduce la portata e che invece all'aumento della prevalenza diminuisce la potenza assorbita dal motore e quindi la portata.