Pompe centrifughe nell’ingegneria ambientale

L’utilizzo delle pompe centrifughe nell’ingegneria ambientale è molto diffuso, basti pensare agli impianti utilizzati per opere medio grandi quali l’approvvigionamento idrico, il trattamento delle acque, le bonifiche dei terreni ed applicazioni più piccole come, ad esempio, i sistemi di monitoraggio in continuo dei fluidi.

Per poter valutare la tipologia di pompa più adeguata ad una determinata applicazione bisogna conoscere sia i parametri che descrivono il fluido da movimentare, tra cui la viscosità, sia i dati relativi allo scopo stesso del lavoro, quali prevalenza e portata.

Parametri fondamentali nella scelta della pompa

Come sopra accennato, un parametro fondamentale relativo al funzionamento delle pompe è la viscosità del fluido da trasportare.

In generale la viscosità non è altro che l’espressione dell’attrito interno di un fluido e misura la resistenza di un fluido allo scorrimento. Si definisce viscosità cinematica il rapporto fra la viscosità dinamica e la densità del fluido stesso.

È importante sapere che viscosità molto alte, come quelle che caratterizzano gli oli, provocano perdite di carico elevate nelle pompe centrifughe. Le pompe volumetriche risultano più adatte a questi utilizzi: una volta selezionata la tipologia di pompa adeguata ad un dato fluido, bisognerà definirne la prevalenza, la portata e la potenza a seconda del sistema idrico in cui dovrà essere installata la pompa stessa.

La prevalenza di una pompa è una grandezza fisica che può essere definita semplicisticamente come la differenza di altezza a cui la pompa è in grado di spingere un certo numero di metri cubi di acqua rispetto all’altezza da cui l’ha aspirata.

La portata, invece, è il volume d’acqua (litri o metri cubi) che può essere trasportato dalla pompa nell’unità di tempo (minuto o ora). Si parla quindi di litri al minuto (l/m) o metri cubi all’ora (mc/h). La potenza della pompa consiste quindi nel lavoro totale, compiuto nell’unità di tempo necessario al sollevamento della portata d’acqua per un dato dislivello e si misura in kW.

A causa del fatto che nel sistema si verificano delle perdite di carico, la pompa dovrà compiere un lavoro maggiore di quello teorico. Considerando le perdite di carico distribuite e localizzate nella condotta si ottiene quindi la potenza utile. Avendo la pompa un suo proprio rendimento, la potenza assorbita sarà maggiore della potenza utile. Quest’ultima viene definita anche potenza meccanica. Il rapporto tra la potenza utile e la potenza meccanica fornisce il rendimento della pompa che risulta quindi sempre inferiore all’unità.

Fig 1: Curva caratteristica di una pompa

Le caratteristiche di funzionamento di ogni pompa saranno indicate dalle curve caratteristiche che legano prevalenza e rendimento alla portata erogata mentre il punto di funzionamento per un dato accoppiamento sistema–pompa, è dato dall’intersezione della curva caratteristica della pompa con la curva che caratterizza il sistema (portata–perdite di carico).

Applicazioni di pompe centrifughe nell’ingegneria ambientale: impianti di trattamento acque industriali

Gli scarichi industriali hanno una composizione variabile in base alla loro origine, che naturalmente dipende dal processo produttivo: in genere gli impianti di trattamento acque sono dotati, a differenza dei sistemi civili, di reticoli fognari separati per la raccolta delle diverse tipologie di reflui (acque oleose, acide e/o alcaline, sanitarie e meteoriche) e questo permette di indirizzare le varie tipologie a specifici trattamenti distinti di depurazione (i trattamenti che producono residui fangosi devono essere gestiti come rifiuti).

I reflui liquidi industriali prodotti sono costituiti in genere da portate medio-basse ma con concentrazioni dei contaminanti a volte anche molto elevate, come ad esempio tensioattivi, oli minerali, fosforo, metalli pesanti, coloranti, altri composti organici o inorganici. L’impiego delle pompe centrifughe, con portata e prevalenza adeguate, risulta fondamentale per il trattamento e la movimentazione dei reflui: come descritto negli esempi seguenti, è conveniente distinguere le applicazioni a seconda del processo impiegato, individuando in principio tre macro-categorie di trattamenti:

• pre-trattamenti e trattamenti e primari: sono processi puramente fisici o meccanici con lo scopo di rimuovere delle sostanze (tipicamente solide) non disciolte e l’eliminazione di elevate percentuali di sostanze sedimentabili e parte delle sostanze in sospensione. Rientrano in questa famiglia processi come la grigliatura, dissabbiatura e disoleazione ma anche la decantazione ( o sedimentazione ), coagulazione e flottazione.

• trattamenti secondari: si basano sull’aggiunta di specifiche sostanze per lo svolgimento di particolari reazioni chimiche; a tale categoria appartengono le reazioni di neutralizzazione (utilizzate per aggiustare il pH dell’acqua), trattamenti biologici, o aggiunta di sostanze per facilitare la precipitazione e per la disinfezione;

• trattamenti terziari: trattamenti aggiuntivi che si rendono necessari per acque particolarmente inquinate. I principali sono l’adsorbimento, filtrazione, defosfatazione, denitrificazione e la sterilizzazione.

Fig 2: Processo di trattamento acque industriali

Nell’esempio si notano alcuni impianti di trattamenti di acque reflue: a sinistra è schematizzato il processo di diluizione delle acque, mentre a destra un impianto di trattamento tramite fanghi attivi. Quest’ultimo caso riguarda un’azione biologica, di tipo aerobico, condotta mediante un’aerazione più o meno prolungata del refluo all’interno di un reattore in presenza di una popolazione microbica (biomassa): il refluo proveniente da eventuali pre-trattamenti (grigliatura, sedimentazione primaria, dissabbiatura, ecc.) è convogliato in vasca di aerazione che viene ossigenata tramite l’immissione di aria tramite un circuito pneumatico (valvole di regolazione) per favorire l’azione batterica.

Impieghi gravosi per trattamenti speciali: il trattamento di neutralizzazione delle acque

In certi casi è necessario impiegare o trattare sostanze chimiche molto corrosive, aggressive o movimentare acque di scarico con residui solidi oppure oleosi: in questi casi è necessario porre attenzione alla scelta dei materiali dei componenti, a cominciare dalle pompe centrifughe.

E’ il caso ad esempio di impianti che prevedono la neutralizzazione chimica di sostanze acide o alcaline: questo processo è impiegato nel trattamento acque in diversi settori industriali, nell’industria chimica, galvanica, tessile e metal-meccanica. Nell’impianto sottostante si evidenzia il processo di trattamento delle acque reflue di un’industria meccanica, in cui è necessario impiegare pompe centrifughe resistenti agli agenti chimici aggressivi (per esempio realizzate in PVDF, PP,PE o HD) e valvole particolari per la regolazione degli additivi.

Fig 3: Impianto di trattamento acque industriali