Si può ricorrere all’accoppiamento di pompe centrifughe, in serie o in parallelo, per garantire una certa portata in un circuito.

Nel momento in cui si inserisce fisicamente una pompa nel circuito idraulico si determina, per un dato numero di giri a cui si intende far operare la macchina, la portata che attraverserà il circuito stesso.

Definita così la portata, sarà univocamente definita anche la prevalenza, cioè l’energia meccanica che è necessario fornire all’unità di fluido affinché possa attraversare l’impianto, vincendo le perdite di carico e variando la pressione, la velocità e la quota geodetica del fluido dai valori iniziali (p1, v1 e z1) ai valori desiderati (p2, v2 e z2).

 

 

Come scegliere la pompa per un impianto

Il punto di funzionamento dell’impianto corrisponde quindi ad un certo valore di portata e prevalenza e sarà determinato dall’intersezione della curva caratteristica dell’impianto con la curva caratteristica della pompa.

potenza assorbita da pompa a motore

Fig 1: Andamento della potenza assorbita da una pompa in funzione della potenza richiesta dal motore

Una volta individuato il punto di funzionamento, noto il rendimento della pompa, si ricava la potenza meccanica che si dovrà fornire affinché si possano ottenere la portata desiderata (Q1) e la prevalenza necessaria (H1), ovvero la potenza necessaria per l’azionamento (vedi figura 1).

E’ quindi possibile dimensionare l’azionamento necessario al funzionamento della pompa centrifuga, tenendo debitamente conto del rendimento elettrico del motore (ηel), come mostrato nelle formule seguenti.

pompe centrifughe velocità nominale rotazione

Nel funzionamento delle pompe centrifughe si deve però tenere conto della variazione della velocità nominale di rotazione (oltre che della portata) e, conseguentemente, anche di variazioni del punto di funzionamento che possono eventualmente provocare un aumento della potenza P assorbita dalla pompa rispetto ai dati iniziali.

Pertanto, nel determinare la potenza del motore si deve tenere conto dei margini di sicurezza prescritti dal committente o da normative tecniche.

Le maggiorazioni prescritte sono generalmente indicate nella documentazione di serie del prodotto o nelle specifiche del cliente.
La curva caratteristica di una pompa può essere però modificata a priori nei seguenti modi:

  • cambiando la velocità di rotazione
  • inserendo una o più pompa in parallelo o in serie
  • nelle pompe con giranti radiali, variando il diametro esterno

Normalmente infatti gli impianti di pompaggio sono realizzati collegando più pompe al fine di rendere più flessibile l’esercizio e più agevole ed affidabile la gestione.

Dalle curve caratteristiche delle pompe impiegate si risale alla curva caratteristica dell’impianto di pompaggio o del complesso di pompe centrifughe in funzionamento simultaneo, a cui si fa riferimento per tutti i calcoli, ottenendo una curva caratteristica equivalente.

Al fine di garantire una certa portata in un circuito (e la relativa prevalenza) è possibile quindi collegare più pompe con due diverse configurazioni: in serie o in parallelo.

Funzionamento pompe in serie

Se una sola pompa non è in grado di fornire tutta la prevalenza necessaria o se è necessario per esigenze di esercizio si può ricorrere all’installazione di una o più pompe in serie.

Due o più pompe si dicono disposte in serie quando tutto il liquido che passa attraverso una pompa passa anche attraverso tutte le altre; in altre parole, in tutte le pompe defluisce la stessa portata mentre la prevalenza del sistema è uguale alla somma delle prevalenze delle singole pompe a quella stessa portata.

Analogamente, gli stadi di una pompa multistadio possono essere equiparati a più pompe in serie, la stessa portata, infatti, passa in successione attraverso tutti gli stadi della pompa.

La curva caratteristica di più pompe in serie o di una pompa multistadio, date le curve caratteristiche delle singole pompe o del singolo stadio, si costruisce perciò sommando per ogni valore della portata Q la prevalenza H di ciascuna pompa o di ciascuno stadio.

schema collegamento pompe in serie

Fig 2: Schema di collegamento fra pompe in serie

Si deve considerare che la pressione finale della prima pompa è la pressione che grava sull’ingresso della pompa seguente: questo aspetto deve essere considerato durante il dimensionamento della tenuta dell’albero e della resistenza del corpo.

Per rispondere a questa necessità (escludendo il convogliamento idraulico di sostanze solide) si ricorre a pompe multistadio, per le quali non si pone il problema della tenuta dell’albero.

Funzionamento pompe in parallelo

Se la portata Q necessaria per l’impianto nel punto di esercizio non si può ottenere con una sola pompa, è possibile far partire due o più pompe in parallelo.

Il collegamento in parallelo avviene quando più pompe hanno in comune il bacino di captazione, o il collettore di aspirazione, ed il collettore di mandata: il funzionamento in tal caso è più semplice se le pompe hanno la stessa prevalenza H0 (a portata zero), un fatto certo se le pompe sono identiche.

schema collegamento pompe in parallelo

Fig 3: Schema di collegamento fra pompe in parallelo e calcolo portata pompe in parallelo

In questo caso tutte le pompe funzionano alla stessa prevalenza, data dalla differenza tra il carico totale nel collettore di mandata e quello nella camera di captazione, e la portata del sistema è uguale alla somma delle portate della pompa a quella prevalenza (vedi schema di figura 3).

La curva caratteristica del sistema si ottiene quindi sommando le ascisse delle curve caratteristiche di ciascuna pompa.

In conclusione, appare evidente che il collegamento di più pompe nello stesso impianto (disposte in serie o in parallelo) è un’operazione utile quando su vuole ottenere la massima efficienza di funzionamento salvaguardando la durata ed il funzionamento dei singoli componenti.

Tra le applicazioni industriali si possono elencare gli impianti di desalinizzazione, le centrali elettriche, le acciaierie, gli impianti trattamento fumi e acque reflue, l’industria cartaria e alimentare, le piattaforme offshore, l’industria di processo, petrolchimica, chimica e farmaceutica.