Funzionamento di una pompa centrifuga

di Chiara Landolina

Per comprendere il funzionamento di una pompa centrifuga è indispensabile considerare i componenti dai quali è costituita: ci sono una parte mobile, la girante, e una parte fissa costituita dalla voluta, dalle tenute e dai cuscinetti. La girante, calettata su un albero sorretto dai cuscinetti, ruota ad un elevato numero di giri ed è costituita da alcune pale.

Componenti di una pompa

Per garantire il corretto funzionamento della pompa è necessario che sia il condotto di aspirazione sia il corpo della pompa siano sempre pieni di liquido; per questo motivo all’inizio del condotto di aspirazione è presente una valvola di non ritorno che permette il passaggio del liquido solo in una direzione: dal serbatoio alla condotta di aspirazione.

Grazie al movimento rotatorio, per effetto della forza centrifuga, il fluido viene spinto dal centro verso la periferia della girante. In questo modo si genera vicino al centro della girante una depressione capace di richiamare attraverso la condotta di aspirazione altro liquido, così da mantenere sempre piena tale condotta.

 Funzionamento di una pompa centrifuga: i componenti di velocità

Nel caso delle pompe si possono identificare tre componenti di velocità (vedi Figi. 1):

Fig.1

1. u1, u2 → è la velocità periferica (=ω x R) all’ingresso (u1) e all’uscita (u2) della girante. Questi termini rappresentano l’effetto del campo centrifugo e delle accelerazioni centrifughe che subisce il liquido tra ingresso e uscita della girante rispetto al riferimento assoluto;

2. c1, c2 →è la velocità del fluido rispetto ad un riferimento assoluto. Questi termini tengono presente la variazione di energia cinetica che subisce il liquido tra ingresso e uscita della girante rispetto a un riferimento assoluto (lavoro per azione). Per impedire lo stallo della pompa, fenomeni di cavitazione e fenomeni di distacco di vena è necessario che il canale inter-palare sia a sezione costante o debolmente convergente e quindi che c1 sia il più simile possibile a c2;

3. v1, v2→ è la velocità del fluido rispetto al sistema relativo. Questa velocità si riferisce alla variazione di energia cinetica che subisce il liquido tra ingresso e uscita della girante rispetto a un riferimento relativo posto sulla stessa girante (lavoro per reazione) [m/s].

Approssimando il lavoro idraulico sarà quindi:

L=(c2²-c1²)l2+(u2²-u1²)l2

L=c2_*u2_*cos(α2)-cl_*ul_*cos(α1)

Pale rivolte in avanti o indietro

Come mostrato in figura il profilo delle pale può essere di due tipi: rivolto in avanti o rivolto all’indietro.

Nel primo caso si parla di pompe ad azione, la velocità assoluta c2 sarà elevata e quindi quasi tutta l’energia ceduta dalla girante al fluido si è trasformata in energia cinetica.

Nel secondo caso si parla di pompe a reazione, la velocità assoluta c2 è piccola e quindi quasi tutta l’energia ceduta dalla girante al fluido si è trasformata in energia di pressione. Le pompe con pale rivolte all’indietro sono le più utilizzate perché, proprio per questo motivo, garantiscono rendimenti più elevati.

Per recuperare il più possibile l’energia di pressione all’uscita della girante, il fluido passa nella voluta (condotto a sezione crescente) dove parte dell’energia cinetica che possiede viene trasformata in energia di pressione.