SOLLEVAMENTI: SCHEMI DI IMPIANTO

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1 SOLLEVAMENTI: SCEMI DI IMPIANTO

2 Prevalenza P = h v - h m Differenza tra il carico totale h V alla flangia di uscita e quello alla flangia di ingresso h M V V g V V M P M g dove z uota iezometrica V M Prevalenza manometrica V V g V M g V M z v z M z

3 Curva caratteristica imianto 3 g 3 3 geodetica Perdite distribuite geod k Perdite localizzate

4 TIPI DI POMPE Pome Assiali: le traiettorie delle articelle fluide descrivono suerfici cilindriche coassiali Pome Centrifughe: le articelle fluide si muovono sostandosi dall interno verso l esterno della macchina, si distinguono in ome centrifughe a flusso radiale e in ome centrifughe a flusso misto, ossono essere a singolo stadio o multistadio Sono comoste da: Distributore (serve a condurre l acqua resso l asse della ruota) Ruota alettata (girante) Diffusore, semlice o alettato, Coclea che termina in un tronco divergente Altre Tii di Pome: Pome volumetriche, Coclee

5 CAMPI DI IMPIEGO DEI DIVERSI TIPI DI POMPA

6 POMPE ASSIALI (ELICE)

7 POMPE CENTRIFUGE A FLUSSO MISTO

8 POMPE CENTRIFUGE A FLUSSO RADIALE

9 POMPE CENTRIFUGE

10 POMPE CENTRIFUGE

11 POMPE CENTRIFUGE a la funzione di regolare il flusso in uscita dalle ale aumentando il rendimento

12 POMPE CENTRIFUGE Poma centrifuga singolo stadio Poma centrifuga multistadio

13 Pome assiali Uno stadio di oma assiale è costituito dalla girante e dal successivo diffusore. Il numero di ale del rotore è in genere basso (da 3 a 8). Anch esse sono comuni sia in configurazione singolo stadio che multistadio. Poma assiale singolo stadio Poma asso-radiale multistadio

14 Velocità caratteristiche ω = velocità angolare della girante u = velocità di trascinamento = velocità tangenziale in un unto della girante v = velocità assoluta della articella fluida w = velocità relativa della articella risetto alla girante

15 Indicando con con risettivamente le grandezze in ingresso e quelle in uscita dalla girante, l Equazione di Eulero fornisce l incremento teorico di Energia (esressa in termini di carico idraulico) g w u u w u v v g v u v u g v u v u i t t i / cos cos cos cos ) / cos cos ( ) / ( Se l ingresso è assiale sin sin S w w S S = Area di uscita della girante gs g u u i / cot Curva caratteristica ideale della oma CURVE CARATTERISTICE

16 CURVE CARATTERISTICE A scarico radiale A scarico all indietro A scarico in avanti

17 CURVE CARATTERISTICE REALI Si ottengono considerando le erdite di carico nella curva caratteristica ideale Il raorto η i = /i è detto rendimento idraulico, dove è la revalenza reale Δ k i Δ Δ tot = Δ +Δ y y Δ Traiettoria delle articella fluida erfettamente congruente con il rofilo delle ale

18 POTENZA E RENDIMENTO Potenza ceduta dalla oma alla ortata di fluido di eso secifico γ W Rendimento volumetrico η V (tiene conto della ortata che ricircola all interno della girante) v t Rendimento organico η O (tiene conto degli attriti tra arti meccaniche della machina) Rendimento totale I V O Potenza assorbita dalla macchina W a

19 Curva caratteristica = () Curva del rendimento η = η() Curva della otenza assorbita W a = W a ()

20 Punto di Funzionamento Una oma con assegnata curva caratteristica quando inserita in un imianto funziona con ortata e revalenza che si ottengono dal unto di intersezione tra curva caratteristica della oma e curva caratteristica dell imianto ( ascissa e ordinata) geod k L ( )

21 REGOLAZIONE DELLE POMPE La regolazione consiste nella ossibilità di variare la ortata erogata da una oma che è inserita in un imianto. La regolazione si uò fare: VARIANDO LA CARATTERISTICA DELLA TUBAZIONE In questo caso si varia la ortata manovrando una saracinesca nella condotta di mandata Arendo la saracinesca aumenta la ortata e il unto di lavoro si sosta automaticamente da P a P, con conseguente diminuzione di. Analogamente chiudendo la saracinesca il unto di lavoro si sosta da P a P3 con conseguente diminuzione della ortata e aumento di. <

22 REGOLAZIONE DELLE POMPE VARIANDO IL REGIME DI ROTAZIONE DELLA POMPA Se si varia il numero di giri da n a n (n > n) il unto di lavoro si sosta automaticamente da P a P, cui corrisonde anche un aumento della revalenza fornita. Analogamente diminuendo il numero di giri da n a n3 (n > n3), il unto di lavoro si Sosta in P3 con conseguente diminuzione di e m. In ambedue i casi si ha una variazione consistente della otenza assorbita. >

23 PUNTO DI FUNZIONAMENTO (MODIFICA CON L INSERIMENTO DI UNA VALVOLA) throttling valve

24 PUNTO DI FUNZIONAMENTO (MODIFICA CON LA VARIAZIONE NUMERO DI GIRI) POMPE SIMILI Due ome si dicono geometricamente simili se hanno un raorto costante tra dimensioni corrisondenti. Due ome si dicono oerativamente simili se i triangoli dei vettori delle velocità u, v, w sono geometricamente simili

25 Leggi di similitudine e camo caratteristico La curva caratteristica di una oma varia al variare del numero di giri. Se si riortano su un unico diagramma le diverse curve caratteristiche in funzione del numero di giri si definisce il cosiddetto camo caratteristico della oma. Tra le coie di curve aartenenti al camo caratteristico sussistono relazioni di similitudine che legano carichi e ortate, in articolare se si considerano le due curve e, si ha: 3 3 n n W W n n n n PUNTO DI FUNZIONAMENTO (MODIFICA CON LA VARIAZIONE NUMERO DI GIRI)

26 PUNTO DI FUNZIONAMENTO (MODIFICA CON LA VARIAZIONE NUMERO DI GIRI) NUMERO DI GIRI CARATTERISTICO La. forma della girante di una oma varia in relazione alla ortata ed alla revalenza richieste er la macchina. Portate elevate richiedono una maggiore sezione di assaggio ovvero maggiori distanze D i della alettatura nella sezione d uscita; Prevalenze elevate richiedono elevate azioni centrifughe le quali diendono da n e D e. D e D i Forma e dimensioni delle giranti, in relazione alle restazioni richieste dalla oma, sono sintetizzate da una grandezza chiamata NUMERO DI GIRI CARATTERISTICO (di Potenza) definito come: d n c n W 5 4 n W.5 n c dove : = ortata in m3/s W = otenza in Kw = revalenza in m

27 PUNTO DI FUNZIONAMENTO (MODIFICA CON LA VARIAZIONE NUMERO DI GIRI) Il numero di giri caratteristico n c (di otenza) raresenta quindi la velocità con cui dovrebbe ruotare una oma che fornisse =m e W=KW e fosse geometricamente e oerativamente simile ad una oma che fornisca revalenza e otenza W ruotando con velocità n Il numero di giri caratteristico n s (di ortata) raresenta invece la velocità con cui dovrebbe ruotare una oma che fornisse =m e =m3/s e fosse geometricamente e oerativamente simile ad una oma che fornisca revalenza e otenza W ruotando con velocità n. uest ultimo si uò esrimere anche come velocità secifica ns n S 3 g 4 n Entrambi sono arametri che determinano in generale la classe della girante: al crescere di ns decresce il raorto D u /D e tra il diametro di uscita e quello di ingresso della girante. uesto raorto risulta ari ad er giranti uramente assiali. bassi valori di ns sono caratteristici di ome centrifughe a flusso radiale, nelle quali revale quindi l azione delle forze centrifughe In generale giranti a flusso radiale sono utilizzate er basse ortate e elevate revalenze, mentre giranti a flusso assiale sono utilizzate er alte ortate e basse revalenze.

28 PUNTO DI FUNZIONAMENTO (MODIFICA CON LA VARIAZIONE NUMERO DI GIRI) W n n c S g g n g 4 n ( KW ) ACUA W g ( KW ) n n c S n g 3 g 4 n n ns non diende dal tio di fluido 3 4 POMPE CENTRIFUGE LENTE: nc = 5 85, = m ad elevata revalenza e iccola ortata POMPE CENTRIFUGE NORMALI: nc = 85 7, = 4 m a media revalenza e media ortata POMPE CENTRIFUGE VELOCI: nc = 7, < 4 m ad iccola revalenza ed elevata ortata

29 NUMERO DI GIRI CARATTERISTICO E VELOCITA SPECIFICA Tra nc e ns sussiste la relazione nc ns 9.86 La velocità secifica ns resenta il vantaggio risetto a nc di essere indiendente dalla natura del liquido sollevato Valori di ns D u D e D D u e D D u e D D u e D D u e

30 Curve caratteristiche Curve caratteristiche delle ome er differenti numeri di giri secifici. P=otenza, =revalenza, = efficienza

31 Curve caratteristiche ome centrifughe La curva del rendimento è relativamente amia e iatta oiché le giranti centrifughe sono oco sensibili alle variazioni di incidenza. La curva caratteristica di una oma centrifuga è detta stabile se la curva di revalenza decresce monotonicamente con l aumentare della ortata. Per bassi numeri di giri secifici, le ome centrifughe ossono resentare una zona instabile alle basse ortate (forma arabolica della curva -). La curva di otenza diende dall andamento dell efficienza e della revalenza e risulta crescente al crescere della ortata.

32 Curve caratteristiche ome assiali Il rendimento massimo è iù alto risetto a quello delle giranti centrifughe ma la curva di funzionamento è iù stretta a causa della maggior sensibilità del rotore al variare dell incidenza. La curva di revalenza è semre decrescente con la ortata ma resenta una endenza maggiore risetto a quella delle ome centrifughe. Tale curva uò resentare un ginocchio in rossimità delle basse ortate a causa dell insorgere di fenomeni di instabilità. La otenza ha un andamento decrescente con la ortata.

33 Pome in serie o multistadio Per ottenere revalenze iù elevate ( m e oltre) si costruiscono POMPE MULTIPLE formate da iù giranti in serie calettate sullo stesso albero e contenute in un unica cassa. Il fluido ercorre in successione ognuna delle giranti (in numero che uò arrivare fino a 8 - ). La revalenza di una oma multila è data dalla somma delle revalenze arziali delle singole giranti.

34 Pome in arallelo

35 Pome a velocità variabile La variazione della velocità di rotazione di una macchina consente di soddisfare condizioni di funzionamento con ortata e revalenza variabili Modeste variazioni di n roducono sensibili variazioni di carico Modeste riduzioni di n roducono sensibili riduzioni di W E quindi sensibili risarmi di energia 3 n n W W n n n n

36 max max min min gmin gmax

37 CAVITAZIONE Nella sezione d ingresso delle ome si crea una deressione necessaria er asirare il fluido dal serbatoio di carico a monte. uesta deressione deve essere limitata er evitare un fenomeno dannoso della CAVITAZIONE. La CAVITAZIONE consiste nella vaorizzazione locale di un fluido quando la ressione raggiunge la ressione di vaore (TENSIONE DI VAPORE) del fluido. uando le bolle di vaore trascinate dalla corrente arrivano in zone con ressioni iù elevate, collassano roducendo onde di ressione di elevata intensità. L effetto è che articelle di liquido coliscono con estrema violenza le arti della oma causandone l erosione e, a volte, anche la rottura. Il fenomeno è accomagnato da forte rumore.

38 Formazione di bolle di vaore nel liquido Crescita delle bolle Collasso delle bolle CAVITAZIONE

39 Net Positive Suction ead (NPS) e Cavitazione NPS è acronimo di Net Positive Suction ead ed è la differenza tra la ressione in un unto di un generico circuito idraulico e la tensione di vaore del liquido nello stesso unto. L'NPS è un arametro imortante nel dimensionamento dei circuiti idraulici: se la ressione del liquido in un dato unto scende al di sotto della tensione di vaore, si avrà ebollizione del liquido, con ovvie erturbazioni del circuito: ne è effetto, ed esemio tiico, la cavitazione er cui una bolla di vaore in osizione oortuna ostruisce o arresta comletamente il flusso.

40 Net Positive Suction ead (NPS) e Cavitazione Se si considera il circuito idraulico di figura, l'nps nella sezione - sarà : NPS = P + Y t ovviamente da risolvere con unità coerenti, in cui Y è la erdita di carico tra le sezioni - e -, e t la tensione di vaore del liquido alla temeratura che si ha nella sezione -. Nel funzionamento delle ome, si distingue in genere tra NPS dis (Net Positive Suction ead (disonibile)) e NPS r (Net Positive Suction ead (richiesto)), dove NPS dis è l'nps calcolato alla bocca di asirazione della oma, e NPS r è l'nps massimo con cui la oma uò lavorare senza che si verifichi cavitazione.

41 Net Positive Suction ead (NPS) e Cavitazione La differenza fra la ressione assoluta in ingresso alla oma e la tensione di vaore rende il nome di net ositive suction head (NPS): NPS * g * v g * = ressione assoluta in ingresso * v = tensione di vaore = densità del fluido Tale arametro viene utilizzato er determinare le condizioni di cavitazione della oma. Se il suo valore, dettato dall imianto in cui si trova la oma, scende al di sotto di un certo limite (NPS R o NPS richiesto) caratteristico dalla oma stessa, si innesca il rocesso di cavitazione. La curva del NPS R deve essere fornita dal costruttore della oma. NPS>NPS R

42 Net Positive Suction ead (NPS) e Cavitazione Il carico ositivo netto all asirazione definisce la soglia oltre la quale er la oma inizia il fenomeno della cavitazione. La curva dell NPS r (NPS richiesto) viene definita serimentalmente dal roduttore abbassando rogressivamente il livello nel serbatoio di asirazione fino all insorgere dei rimi segni della cavitazione Y * serb g z a * ingr g v ingr g Y Y=erdite di carico * ingr g * serb g z a Y z a NPS dis * ingr g * v g * serb g z a Y * v g

43 Net Positive Suction ead (NPS) e Cavitazione Per il corretto funzionamento di un imianto deve essere NPS dis > NPS r NPS r * g serb * v g z a Y z a max * g serb * v g NPS r Y NPS dis = NPS r

44 Net Positive Suction ead (NPS) e Cavitazione Esemio: Sollevamento acqua fredda * v g Condizioni ressione normali Perdite di carico * g serb g atm m NPSr dichiarato dal costruttore Y 3m z amax = =.5 m NPS R 5.5m L imianto funzionerà correttamente er altezze di asirazione z a <.5 m

45 Net Positive Suction ead (NPS) e Cavitazione Esemio: Sollevamento acqua calda (T= C) * v g Condizioni ressione normali Perdite di carico NPS r dichiarato dal costruttore * g serb Y 3m NPS R g atm m 5.5m z amax = = -8.5 m L imianto funzionerà correttamente er battenti z a > 8.5 m

46 Net Positive Suction ead (NPS) e Cavitazione

47 5 6 7 P S S I I h A h A Δ () P A T I () S S I I h A h A Δ S S I I h A h A Δ... ' ' ' ' a a a a () g h a h a f e () Jeson and Travallee(975) suggeriscono la trasformazione e f G e f g h a h a G G e () MODELLO DI RETE ARCI=POMPE g f e Curva caratteristica g e f eg 4

48 5 6 7 P MODELLO DI RETE ARCI=POMPE g f e Curva caratteristica A e S S I I h A h A Δ e f g X 4 A h A h A ~ Δ P S S I I A I A S A P G G X

49 RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI - Sistemi di Fognatura Manuale di rogettazione OEPLI - A. Bianchi Pome e Imianti di sollevamento - OEPLI