Come scegliere una pompa centrifuga?

La portata di una pompa centrifuga

Tutte le sue parti interne ed esterne

Caratteristiche principali di ogni pompa centrifuga

Calcolo dell'NPSH delle elettropompa centrifughe

Calcola dell'altezza idrostatica

Potenza assorbita e prestazioni

Leggere la curva caratteristica di una pompa centrifuga

Pompe centrifughe autodescanti

I marchi consigliati

I problemi più diffusi di un'elettropompa centrifuga

Le pompe centrifughe servono per sollevare l'acqua da un punto e spostarla verso un altro luogo.

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. 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. Di conseguenza, quando essa troverà una via di uscita, si inserirà per inerzia all'intendo del condotto A.
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. La risalita nel tubo d'aspirazione è la conseguenza della pressione atmosferica che agisce sulla superficie libera dell'acqua sottostante.
La pompa centrifuga è detta anche “pompa aspira acqua”, in virtù del fatto che l'ingresso della pompa viene definito appunto “lato aspirazione” o bocca di aspirazione, mentre l'uscita della stessa viete chiamato “lato premente” o bocca premente.

Per apprendere il corretto funzionamento di una pompa centrifuga è sufficiente guardare un video su youtube. Esistono molti tutorial estremamente esaustivi, perfetti per capire come funziona e come si fa ad installare.

Osservare un filmato chiarisce ogni dubbio e permette di rendere uno schema di montaggio, trovato sul libretto d'installazione di una pompa centrifuga.

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. Si dovrà valutare, nello specifico:

• la posizione dell'albero (verticale o orizzontale);

• l'installazione del gruppo su fondazione o installazione libera;

• la sistemazione del motore su propria piastra o su base comune oppure frangiata direttamente alla pompa;

• la disposizione della bocca premente ( nel caso di pompe centrifughe verticali );

• il corpo della pompa (se è esternamente asciutto o bagnato).

La progettazione di un'elettropompa non è cosa semplice. Chi progetta le pompe centrifughe è il costruttore di pompe. Ogni marchio commercializzato sul pianeta dispone di un ufficio preposto alla progettazione che ha il compito di realizzare dei prodotti sempre puntuali ed efficienti.

Che cosa è la portata di una pompa centrifuga ?

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). Come è facile immaginare, nei casi di pompe centrifughe con maggiore portata, sarà più comodo misurarle utilizzando il riferimento in minuti.

Come si fa la regolazione di una pompa centrifuga?         

Non si tratta di un'operazione comune, visto che può essere fatta soltanto agendo sul motore mediante un inverter e utilizzando un sensore di pressione o di portata. In mancanza di questa azione, l'operato di una pompa rispetterà i valori della sua curva caratteristica (curva di prestazione).    

L'aspetto

Dalla semplice osservazione di una pompa centrifuga potremo comprendere già abbastanza sul suo utilizzo. 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. Nel caso di utilizzo in uno sgabuzzino o in un locale pompe molto stresso, l'aspetto più “slanciato” di una centrifuga verticale sarà decisamente più indicato.

Le parti essenziali di una pompa centrifuga

Onde orientarsi meglio tra termini e descrizioni che seguiranno successivamente, sarà importante conoscere come è fatta una pompa centrifuga.
Ecco quindi un elenco degli elementi costitutivi di un'elettropompa:

1. motore
2. albero
3. basamento pompa centrifuga; ovvero la base su cui poggia
4. 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. Nel caso di elettropompa soprabattente si userà una elettropompa centrifuga autodescante, se invece si tratta di una sotto battente, possiamo usare una pompa centrifuga normale;
5. condotto meridiano;
6. diametro girante;

Altre caratteristiche fondamentali

Sempre all'interno della stessa famiglia di pompe, si può distinguere una pompa centrifuga monostadio da una multistadio. Se nel primo caso ci troviamo di fronte ad un'elettropompa con una sola girante, nel secondo avremo a che fare con una pompa con più giranti.
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. Nel caso invece di una centrifuga assiale, ci troveremo con un ingresso e un'uscita sullo stesso asse.

Se ci si avvicina a questo settore idraulico sentiremo parlare anche di motore a secco o immerso. Quando la pompa centrifuga ha motore interamente a secco, funzionerà in assenza di liquido, a differenza di una pompa con motore immerso.
Di solito viene impiegato un motore a immersione e si parlerà di motore sommerso o di pompa sommergibile, mentre nel caso di motore con rotore immerso si parlerà di pompa sommersa, ovvero quella con la tipica forma “a siluro”.

Come varia l'altezza di aspirazione a seconda dell'altitudine in cui è collocata la pompa centrifuga?

La relazione tra altitudine e perdita d'altezza in fase di aspirazione di un liquido è evidente. Chiunque studi il funzionamento delle pompe idrauliche dovrebbe saperlo e considerarlo, sopratutto se deve  progettare un impianto.
Per calcolare la “reale” potenza di una pompa aspira acqua bisognerà misurare quanto inciderà la pressione atmosferica sul suo funzionamento. Di conseguenza se un'elettropompa centrifuga sarà posizionata a 2000 metri d'altitudine, rispetto al livello del mare, avrà una forza di adescamento necessariamente inferiore dello stesso modello di pompa, installato però in un terreno agricolo adiacente al mare.
Nello specifico, esistono dei parametri precisi per progettare un impianto idraulico, anche in altura, valutando ogni eventuale perdita di forza d'aspirazione, in virtù dell'altezza a cui è costretta a lavorare l'elettropompa.

Anche la temperatura dell'acqua a livello del mare può ridurre la capacità di sollevare acqua delle porte centrifughe.
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. Quando si superano i valori riportati in questa tabella potrebbe verificarsi la temuta cavitazione di una pompa centrifuga.
Il significato di questo termine è molto importante per capire meglio ciò di cui stiamo parlando.

Spiegazione di un'elettropompa idraulica.

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. Una cavitazione diviene ancora più problematica quando l'altezza a cui l'acqua viene aspirata è così elevata da essere maggiore della tensione del vapore del liquido pompato, perchè allora nel liquido stesso nel liquido stesso si formano cavità riempite dal vapore del liquido, oltre che dai gas liberati.
Per vedere se un impianto può essere soggetto a cavitazione è necessario calcolare l'NPHS di una pompa centrifuga.

Come si calcola l'npsh di una 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. Perchè una elettropompa funzioni correttamente la NPSH dell'impianto (la pressione della pompa) dovrà essere superiore all'NPSH della pompa centrifuga.

Si precisa inoltre che quando l'acqua raggiunge una temperatura superiore ai 65 C°, è fondamentale che arrivi alla pompa con una buona pressione. Questo valore corrisponde all'altezza geodetica di affluenza e viene espressa in metri di acqua.
Se la temperatura della risorsa idrica dovesse essere maggiore ai 100° C, affinchè non evapori e non entri in stato di ebollizione, è necessario chiudere l'acqua in un contenitore chiuso e soggetto a pressione.

Di conseguenza, quando si verifica questa situazione, l'uso stesso del termine aspirazione perde di valore, oltre al fatto che l'acqua dovrà essere introdotta nella pompa centrifuga sempre sottoposta alla pressione corrispondente alla temperatura, aumentata da un'altezza in metri di acqua capace di compensare le perdite di carico per attriti o altro ancora.

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. Questo perchè si potrebbero creare dei vapori nella colonna aspirante, con il conseguente arresto del funzionamento dell'elettropompa.
In fin dei conti la riduzione dell'altezza da cui il liquido verrà prelevato sarà collegato alla natura del liquido e alla temperatura dello stesso.

Pompe in fase d'aspirazione

Per calcolare l'altezza idrostatica complessiva dovremo sommare il valore H1 con quello H2,

Per facilitare la lettura di questo disegno è bene fare alcune specificazioni.

-H1, nel caso di pompa centrifuga, non sarà mai superiore a 5 metri
-nella sezione di aspirazione si vince la prevalenza solo attraverso il vuoto creato nel corpo dell'elettropompa. In virtù di questo dato si dovranno evitare le giunzioni difettose che annullerebbero il vuoto e quindi l'aspirazione
-I tubi per aspirare, per garantire delle perdite di carico inferiori, dovranno possedere misure 1 o 2 diametri in più rispetto a quelle di mandata, anche se l'attacco della pompa è alcune volte inferiore.

Come si calcola il diametro del tubo di aspirazione sulle pompe centrifughe

D= diametro tubazione in mm
Q= portata massima in l/h
V= velocità (da 1 a 1,5 m/s)

D=O,6 √Q/V   (radice quadrata del valore di Q diviso quello di V)

Considerando ad esempio V=1 m/s
Avremo: D= 0,6  √Q   (radice quadrata di Q, visto ce il divisore è pari a 1)

Di conseguenza:
ipotizzando una portata della pompa di 7000 l/h
ed avendo un valore di D pari a: 0,6 x √7000 = 50 mm
sceglieremo un tubo con diametro da 1”1/2

Pompe centrifughe sotto battente

Si tratta delle elettropompe collocate ad un livello più basso rispetto a quello del liquido da aspirare.

H2 – H1 = H totale idrostatica

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. Ad ogni modo, nel caso si possa scegliere tra il circuito d'aspirazione o quello sotto battente, sarà più conveniente scegliere la seconda soluzione.

Cos'è la prevalenza di una pompa

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 calcolare la prevalenza bisogna conoscere il dislivello dal punto più alto e la lunghezza e la conformazione della tubazione per misurare le perdite di carico che verranno sommate al dislivello.

Qualche esempio di calcolo di prevalenza.
Per sapere quale è la prevalenza di una pompa non basta conoscere solo il dato che corrisponde al dislivello idrostatico, ovvero il valore H. Per effettuare un calcolo di prevalenza più puntuale dovremo considerare anche:

la perdita complessiva del carico, legata alla resistenza che l'acqua presenta nel passaggio nella tubazione idrica
la pressione che si vuole ricevere a livello della bocca di scarico della tubatura.

Nella fattispecie, valutiamo tutti i fattori che dovremo considerare.

H totale (dislivello) : 50 metri
Lunghezza tubazione : 200 metri
Diametro tubazione : 1” ½ (anche indicato con valore DN 40 o con il simbolo Ø 40)
Velocità dell'acqua : 151 litri al secondo (l/1')
Portata : 151 lt / 1
Perdita di carico della portata di 151 lt/1' alla velocità di 2 mt / sec entro una tubazione di 1” ½ : 13,4 mt/ogni 100 mt, ovvero 0,134 mt/metro lineare

Ipotizziamo che si volesse ottenere una pressione alla bocca della rubinetto di 2 atmosfere (2 Ate), pari a 20 metri).
Per misurare la prevalenza dell'elettropompa centrifuga dovremmo fare questo calcolo:

H totale: 50 metri
Perdita di carico su 200 mt di tubazione 0,134 mt/metro lineare x200: 26,8 metri
Pressione richiesta alla bocca del rubinetto 2 Ate: 20 metri

Totale 96,8 metri

Oltre questi dati si dovrà addizionare la perdita di carico accidentale legata alla presenza di curve, gomiti molto stressi, saracinesche, strozzature ecc...
Questi fattori possono incidere parecchio nel risultato finale, con una percentuale di differenza compressa tra il 2 e il 10%.
In virtù di quest'ultima precisazione, la prevalenza complessiva corrisponderà a 96,8 mt + 2% = 98,7 metri, corrispondenti a 9,87 Ate.

Come calcolare la potenza di una pompa:

Potenza assorbita Pa = Q x H / 4500 x п

Pa = potenza assorbita in HP o CV
Q  = portata in lt / 1'
H  = prevalenza totale in metri
п   = rendimento della pompa ( 0,6 : 0,7 )

Ottenuta la potenza assorbita, per passare alla potenza di targa, sarà necessario aumentare il valore di Pa di circa il 15%

Nel caso di una pompa con le seguenti caratteristiche di prestazione:

Portata: 151 lt / 1'
Prevalenza totale: 98 mt (H)
Rendimento pompa: 0,6 (п)

Conoscere e saper calcolare il giusto dimensionamento di una pompa centrifuga è assai importante per scegliere il prodotto giusto.

Ricordiamo come il rendimento di pompa centrifuga è un valore percentuale del gruppo pompa e che più alto è questo numero più è considerata efficiente la pompa.

Per sapere quale è la potenza assorbita dovremo effettuare i seguenti calcoli

Questo se si vuole ottenere la potenza assorbita.
Per stimare la potenza di targa di una pompa si dovrà aumentare il valore della Pa del 15%.
Partendo sempre dallo stesso esempio, dovremo aggiungere 15% a 5,48 HP, ottenendo un valore di potenza dell'elettropompa di 6,3 Horse Power.

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. Il parametro dell'assorbimento è proporzionale alla velocità di rotazione elevata alla terza potenza.

Se vi state chiedendo quali sono i motori elettrici da abbinare alle pompe, cominciamo con il dire che hanno potenze unificate.
Per avere un'idea più chiara di quello che rappresentano, suggeriamo di osservare con attenzione questa tabella: