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, il quinto ed ultimo della serie “Elementi di base delle pompe centrifughe”, definirà la curva caratteristica delle prestazioni della pompa, come viene creata e perché viene utilizzata. Una curva della pompa, come viene comunemente chiamata, è la base per identificare il funzionamento della pompa in un sistema.

Definizione di curva caratteristica di una pompa centrifuga

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 appreso in precedenza che una pompa preleva energia meccanica da un motore e la trasforma in energia cinetica alle pale della girante.

Il corpo pompa modifica quindi l’energia cinetica in energia di pressione alla mandata della pompa. Questa energia di pressione si dissipa quando il fluido si muove attraverso un sistema (cioè caduta di pressione). La curva caratteristica delle prestazioni della pompa definisce quanta energia è disponibile a una data portata, diametro della girante e velocità dell’albero per ogni dimensione della pompa.

Vi sono numerosi altri elementi per i quali le curve vengono spesso generate da questi dati di test oltre alla curva caratteristica delle prestazioni della pompa. Saranno ulteriormente definiti nei prossimi paragrafi, ma iniziamo ad elencare i principali termini qui di seguito:

  • Efficienza
  • Requisiti di potenza
  • Prevalenza netta di aspirazione positiva di una pompa (NPSHR)
Esempio di curva caratteristica di una pompa centrifuga

Elementi fondamentali in una curva caratteristica di una pompa

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. Sapere come leggere e comprendere una curva di prestazione della pompa con tutti i suoi elementi è il primo passo per capire come interagiscono una pompa ed un sistema.

Gli elementi che approfondiremo saranno i seguenti:

  • portata
  • prevalenza
  • prevalenza dinamica totale (TDH)
  • prevalenza netta di aspirazione positiva di una pompa (NPSHR)
  • rendimento
  • potenza richiesta
  • diametro della girante
  • velocità
  • relazione tra portata e prevalenza dinamica totale (TDH)

Portata di una pompa centrifuga

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. Questi limiti garantiscono il corretto funzionamento della pompa, sia meccanicamente che idraulicamente.

La portata di una pompa centrifuga varia in maniera inversamente proporzionale alla prevalenza. Ciò significa che quando la portata aumenta, la prevalenza diminuisce. La portata è spesso indicata dalla lettera “Q” sulle curve caratteristiche delle pompe.

Esempio di curva caratteristica portata (capacity) - prevalenza (head)

Prevalenza di una pompa centrifuga

La prevalenza è un termine spesso usato per descrivere l’energia meccanica aggiunta al fluido mediante la forza centrifuga. È la quantità utilizzata per esprimere il contenuto energetico del liquido per unità di peso del liquido. La prevalenza è un buon termine da usare con le pompe centrifughe perché sono dispositivi energetici costanti. Ciò significa che per una determinata pompa che funziona ad una determinata velocità e gestendo un determinato volume di fluido, l’energia trasferita è la stessa per qualsiasi fluido, indipendentemente dalla densità.

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 può anche essere usata per rappresentare l’altezza verticale in piedi (o metri) di una colonna statica di liquido.

Prevalenza dinamica totale (TDH) di una pompa centrifuga

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 totale dinamica (TDH) è in genere indicata con la lettera H.

Ad esempio, se una pompa dell’acqua ha una prevalenza di mandata di 30 metri e una prevalenza di aspirazione di 10 metri, la prevalenza dinamica totale (TDH) sviluppata dalla pompa è di 20 metri.

Prevalenza netta di aspirazione positiva di una pompa (NPSHR)

Quando un liquido entra nella pompa, vi è una riduzione della pressione e della prevalenza. Questa riduzione della prevalenza è una funzione specifica della pompa ed è determinata dalle prove di laboratorio che devono essere dichiarate dal costruttore della pompa sulla curva caratteristica.

La prevalenza netta di aspirazione positiva (NPSHR) è la misura di questa riduzione della prevalenza per determinare la condizione minima della prevalenza di aspirazione richiesta per impedire al liquido di vaporizzare nella pompa.

Rendimento di una pompa centrifuga

Il rendimento è le relazione tra la potenza fornita e la potenza effettivamente utilizzata. Nel mondo delle pompe, il rendimento rappresenta la relazione tra la potenza fornita all’acqua (wkW) e la potenza in ingresso alla parte idraulica della pompa.

Rendimento di una pompa = Potenza utile (wkW) / Potenza richiesta (bkW) x 100

wkW = Q x H x peso specifico / 367

Il rendimento di una pompa centrifuga dipende dal punto di lavoro della pompa. Per questo è importante che la pompa selezionata sia adeguata con la richiesta di portata e che possa garantire che la pompa stia funzionando nell’area che offre la portata più efficiente (punto di massima efficienza - BEP, Best Efficiency Point).

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. Il rendimento di una pompa diminuisce quando la portata viene cambiata più o meno rispetto alla portata ideale.

Potenza richiesta

Una pompa richiede una certa quantità di energia per spostare il liquido. Eseguendo alcune semplici sostituzioni algebriche alle equazioni di efficienza mostrate in precedenza, il fabbisogno di potenza della pompa viene calcolato di seguito:

bkW = wkW / rendimento della pompa

bkW = Q x H x peso specifico / rendimento della pompa x 367

Diametro della girante di una pompa centrifuga

La dimensione della girante influisce sulla prevalenza dinamica totale (TDH), portata, NPSHR, efficienza e requisiti di potenza. Una pompa designata come 40x80-250 indica che la girante più grande che può essere installata in una pompa ha un diametro di 250 mm. È importante controllare sempre il diametro della girante durante la lettura di una curva della pompa. La dimensione effettiva può essere inferiore alle dimensioni della curva della pompa. La stima della dimensione della girante visionando la targhetta della pompa spesso mette in difficoltà perché potrebbe non essere accurata. Le dimensioni della girante sono determinate dai requisiti di sistema effettivi.

Velocità di una pompa centrifuga

La velocità della pompa è la velocità di rotazione della pompa determinata dal motore (azionamento) e da qualsiasi altro dispositivo di trasmissione di potenza. La velocità della pompa può anche essere modificata elettricamente variando la frequenza di ingresso della potenza dai normali 60 Hz o 50 Hz a qualche altro valore. La velocità della pompa viene generalmente indicata come giri al minuto (rpm).

La 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. Conoscere la velocità della pompa è fondamentale per identificare e leggere la curva di prestazione della pompa corretta.

Relazione tra portata e prevalenza dinamica totale (TDH)

La prevalenza dinamica totale (TDH) varia inversamente alla portata. Ciò significa che quando la prevalenza aumenta, la portata diminuirà e man mano che la prevalenza diminuisce, la portata aumenterà.

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. Ora il getto si estenderà molto più lontano dal tubo e potrai spruzzare l’acqua più lontano.

Condizioni operative e fluidi pompati

Le curve caratteristiche delle pompe vengono sviluppate mediante prove di laboratorio con acqua. Quando una pompa trasferisce fluidi diversi, il funzionamento della pompa e la curva della pompa sono influenzate dalle diverse proprietà fisiche di questi fluidi, come ad esempio viscosità e peso specifico del fluido pompato, specialmente se differiscono notevolmente dall’acqua.

Punto di massima efficienza

Ogni pompa centrifuga ha una 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 è chiamato punto di massima efficienza. Quando si aziona una pompa, si raccomanda di dimensionare la pompa in modo che funzioni il più vicino possibile al punto di massima efficienza.

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. Questa condizione, se abbastanza grave, potrebbe influire sull’affidabilità della pompa.