È noto che il legame tra portata Q e la prevalenza totale H, a numero di giri costante, è tipico di ciascuna pompa ed è rappresentato da una curva nel “piano cartesiano Q, H” che si chiama curva caratteristica della pompa.

Ogni pompa, indipendentemente dal produttore, ha una sua curva unica che viene determinata sperimentalmente: vediamo di seguito come viene definita e quali grandezze fisiche entrano in gioco.

Da un punto di vista fisico, una pompa modifica l’energia cinetica in energia di pressione: questa energia in parte si dissipa quando il fluido si muove attraverso un sistema, come ad esempio delle tubazioni (si manifesta cioè una caduta di pressione).

La curva caratteristica definisce quanta energia è disponibile a una data portata, diametro della girante e velocità dell’albero per ogni “dimensione” della pompa.

Esistono diversi fattori che influenzano questa curva, fra cui:

• rendimento
• potenza
• caratteristiche fisiche di una pompa (diametro della girante, velocità di rotazione, ecc..)
• Portata e Prevalenza netta di aspirazione positiva di una pompa (NPSHR)

Curva caratteristica e punto di funzionamento

Durante il funzionamento di una pompa centrifuga, il punto di esercizio risulta dall’intersezione della curva caratteristica della pompa con la curva caratteristica dell’impianto, permettendo di determinare la portata Q e la prevalenza H, come rappresentato in figura.

Una variazione del punto di funzionamento richiede la variazione della curva caratteristica dell’impianto o della curva della pompa: nel grafico, ad esempio, è rappresentata una regolazione della portata Q mediante una valvola di strozzamento.

Questo è il metodo più semplice sia per una singola regolazione che per una regolazione in continuo perché richiede un investimento minimo; nello stesso tempo, rappresenta la soluzione più favorevole dal punto di vista energetico, perché trasforma l’energia del flusso in energia termica.

In generale, se il liquido convogliato è acqua, la curva caratteristica dell’impianto può essere modificata:

  • variando le resistenze al flusso (ad es. cambiando il grado di apertura di un organo di strozzamento, mediante l’inserzione di un diaframma forato o di una tubazione di bypass, mediante modifica delle tubazioni o in seguito ad incrostazione delle stesse)
  •  variando la prevalenza statica (ad es. con una differente altezza del livello dell’acqua o della pressione nel serbatoio).

A sua volta la curva caratteristica di una pompa può essere modificata

  • cambiando la velocità di rotazione
  • inserendo una pompa in parallelo o in serie
  • variando il diametro esterno nelle pompe con giranti radiali
  • mediante raddrizzatori di flusso nelle pompe con giranti semi assiali (giranti elicoidali)
  • cambiando l’angolo di regolazione della pale dell’elica nelle pompe ad elica

Un impianto di pompaggio: la curva caratteristica

Vediamo come il concetto di curva caratteristica si applica ad un impianto di pompaggio: l’energia prodotta dalla pompa viene trasformata in altre forme, ad esempio energia potenziale gravitazionale (impianti di sollevamento), energia cinetica (impianti di iniezione), energia di pressione (impianti di compressione o di trasporto), ecc..

Spesso queste funzioni si trovano combinate nello stesso impianto: la funzione del trasporto, ad esempio, è presente in qualsiasi tipo di processo.

Un impianto di pompaggio però non è costituito solo dalla pompa, ma da altri fondamentali componenti: il motore che aziona la pompa, le tubazioni (d’aspirazione e di mandata), le valvole, i filtri, i serbatoi (d’aspirazione e di mandata), i sistemi d’innesco della pompa e di scarico dell’impianto. Facendo riferimento a un generico impianto ed in base a quanto in precedenza dedotto, la prevalenza richiesta dall’impianto è espressa dalla relazione:

 

dove con gli indici “1” e “2” si sono indicate due generiche sezioni a cavallo della macchina e con ye le perdite di carico esterne alla macchina (nelle seconde espressioni si è indicata la prevalenza statica dell’impianto). Nel caso di serbatoi d’aspirazione e di mandata a cielo aperto, sarà

e quindi la prevalenza statica si ridurrà alla sola prevalenza geodetica

Come già osservato, è definita curva caratteristica dell’impianto, o curva caratteristica esterna, la relazione che lega la prevalenza richiesta alla portata.

Per quanto sopra scritto, la curva caratteristica esterna sarà una curva con intercetta sull’asse delle ordinate pari alla prevalenza statica e il cui andamento è determinato da quello delle perdite di carico esterne  al variare della portata fluente nell’impianto.

 

Nella figura sono rappresentate le condizioni di funzionamento a regime di un impianto di pompaggio, che sono date dall’intersezione della caratteristica interna con quella esterna: in tali condizioni, infatti, la prevalenza richiesta dall’impianto sarà uguale a quella fornita dalla pompa.

La scelta della pompa sarà, di norma, effettuata in modo che, in condizioni di regime, l’intersezione fra le due caratteristiche cada in una zona di buon rendimento della pompa, di funzionamento stabile ed esente da cavitazione.

 

FONTI:
Amoresano Amedeo “Dispense per il corso di Macchine e Sistemi Energetici Speciali ” 2006
www.irriworks.com
www.isprambiente.gov.it