La girante di una pompa è il suo componente principale e ha il compito di deflettere il flusso e modificarne il moto meridiano in modo da produrre un incremento di energia meccanica del fluido di lavoro e quindi lavoro.

Lavoro prodotto da una pompa e palettatura

Il lavoro prodotto da una pompa (nella sua formulazione Euleriana) risulta essere:

dove 1 e 2 indicano rispettivamente le sezioni di ingresso e uscita.
Dal momento che le pompe centrifughe non sono precedute da uno statore possiamo considerare il flusso completamente assiale all’ingresso e quindi il lavoro dipende unicamente dalla forma del triangolo delle velocità in uscita.

girante pompa

Figura 1: Triangoli velocità nelle sezioni di IN e OUT di una pompa centrifuga

Dalle formule del lavoro si vede come l’angolo della palettatura () giochi un ruolo fondamentale nel lavoro prodotto. Possiamo incontrare tre diverse situazioni:

1. Pompe con palettatura radiale:

lavoro costante con la portata
2. Pompe con palettatura in avanti

lavoro crescente con la portata

3. Pompe con palettatura all’ indietro

lavoro calante con la portata

Come si vede dalla Figura 2 la configurazione con pale in avanti sembra essere la più vantaggiosa. In realtà essa non è mai utilizzata nella pratica perché comporta una velocità cinetica all’uscita molto alta e di conseguenza le perdite fluidodinamiche all’interno della voluta/diffusore allo scarico della pompa sono molto elevate (proporzionali all’energia cinetica posseduta dal fluido al loro ingresso).
Le pale radiali garantiscono, con l’ausilio di un diffusore palettato, alti lavori specifici ad una elevata efficienza. Le pale rivolte all’indietro sono, invece, utilizzate in applicazioni a bassa portata e prevalenza dove compattezza, semplicità e efficienza sono importanti.

Calcolo degli sforzi del fluido sulla pala

Una volta identificato il tipo di palettatura che meglio si adatta alle esigenze dell’impianto bisogna anche calcolare gli sforzi che il fluido esercita sulla pala. In molti casi gli sforzi dovuti alle forze centrifughe rappresentano il contributo principale alla sollecitazione complessiva delle palette di un rotore, dal momento che le velocità di rotazione sono solitamente elevate.
Possiamo definire lo sforzo dovuto alla forza centrifuga come:

L’equazione evidenzia:

  • L’importanza della densità del materiale: più la densità è elevata più alto sarà lo sforzo
  • La dipendenza dalla velocità periferica al quadrato per cui lo sforzo aumenta all’aumentare della velocità di rotazione
  • La proporzionalità della sollecitazione con il rapporto altezza di pala/diametro. Una soluzione comune per diminuire gli sforzi, nel caso di macchine radiali, consiste nel ridurre lo spessore della pala in corrispondenza dei raggi elevati

La pompa centrifuga X-Class è stata progettata tenendo conto di tutti questi fattori. Grazie all’assenza del diffusore palettato allo scarico e alla sua sostituzione con una voluta garantisce compattezza, semplicità e efficienza.
Inoltre la sua robustezza è dimostrata dai test di pompaggio di una sospensione con un contenuto di solidi pari a 400 g/l. Dopo 15 mesi di funzionamento ininterrotto, 24 ore su 24, 7 giorni su 7, nonostante le condizioni estreme, la X-Class presentava soltanto lievi segni di usura sul corpo della pompa o sulla tenuta scorrevole, e quasi nessuna traccia di usura sulla girante.

Fonti:
Macchine a fluido, Autori: Vincenzo Dossena, Paolo Gaetani, Giancarlo Ferrari, Giacomo Persico, Gianluca Montenegro, Angelo Onorati, Editore: CittàStudi, Anno:2015)