MACCHINE Lezione 7 Impianti di pompaggio

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1 MACCHINE Lezione 7 Impianti di pompaggio Dr. Paradiso Berardo Laboratorio Fluidodinamicadelle delle Macchine Dipartimento di Energia Politecnico di Milano

2 Generalità Un impianto di pompaggio ha la funzione di trasformare l aumento di pressione prodotto dalla pompa in un liquido in varie forme: energia cinetica (impianti di iniezione) energia potenziale gravitazionale (impianti di sollevamento) energia potenziale il piezometrica i (impianti i i di compressione o trasporto) Gli elementi principali che costituiscono l impianto sono: motore tubazioni, valvole e filtri sistemi d innesco della pompa e di scarico dell impianto

3 Motori Il grafico riporta i costi indicativi di alcuni gruppi motore pompa

4 Motori a) pompa centrifuga motore elettrico b) pompa centrifuga motore diesel c) pompa alternativa motrice a vapore d) pompa centrifuga turbina a vapore

5 Tubazioni possono essere di vari materiali tubazioni di aspirazione hanno diametro maggiore e lunghezze minori rispetto a quelle di mandata per ridurre le perdite di carico e quindi il rischio di cavitazione

6 Valvole VALVOLE DI INTERCETTAZIONE: isolanoparte dell impianto, funzionano completamenteaperte aperte o completamente chiuse Valvola a saracinesca

7 Valvole Valvola a farfalla Valvole di regolazione: Valvole di regolazione: regolano la portata introducendo delle perdite di carico

8 Valvole Valvola a battente Valvola a fungo Valvola a disco con succhieruola

9 Valvole Valvola di sicurezza

10 Sistemi di innesco a) la pompa è dotata di una tubazione d'alimentazione, dalla rete idrica o da un serbatoio ) p p, ausiliario, che consente l'innesco. b) nell'impianto è presente una derivazione sul tratto di mandata che scavalca la valvola d'intercettazione; essendo il serbatoio di mandata posto più in alto della pompa, questa verrà riempita aprendo la valvola posta sulla derivazione. Nel caso in cui il serbatoio di mandata sia allo stesso livello della pompa, oppure al di sotto di essa, la derivazione dovrà essere collegata ad un serbatoio ausiliario posto al di sopra della pompa. c) la pompa è collegata ad una pompa a vuoto per l'aspirazione dell'aria.

11 Esempio di impianto di sollevamento

12 Caratteristiche interne Prevalenza richiesta dall impianto 2 2 p2 p1 v2 v1 = + + z z + 2 Y γ 2g H m 1 1 e 2 sono due sezioni a cavallo della macchina perdite di carico nei condotti di aspirazione e mandata perdite di carico localizzate e perdite di carico distribuite

13 Caratteristiche interne Perdite di carico localizzate: dipendono dagli ostacoli che il fluido incontranel nel suo cammino (gomiti, valvole, brusche variazioni di sezione, ecc ) e possono essere espresse da relazioni del tipo: y l v = ξ V& 2 2 i ξ i i ξ i i 2 2g 2gSi = dove ξ i è un coefficiente adimensionale di perdita che dipende dalla forma dell'ostacolo e v i è la velocità del liquido nel tratto di tubazione in cui è presente la perdita. Il coefficiente ξ i è praticamente indipendente da Re.

14 Caratteristiche interne Perdite di carico distribuite: possono essere espresse da relazioni del tipo: v l 2 & 2 i i y d = f i i = f i i 2 2g Dhi 2gSi V l D i hi dove f i è un coefficiente adimensionale, detto coefficiente d'attrito, riferito a un tratto di tubazione con diametro idraulico D hi costante e l i è la lunghezza del tratto. Il diametro idraulico è dfii definito come: 2 4S D h = p

15 Caratteristiche interne Nel moto in tubazioni, il coefficiente d'attrito f i dipende in generale dal numero di Reynolds Re e dallascabrezza relativa e r = e/d h, rapporto tra l'altezza media della rugosità superficiale ed il diametro idraulico; tale dipendenza può essere espressa mediante relazioni analitiche, quali, ad esempio, quella di Colebrook White, valida in regime di transizione: f = 2log Re f + ε r 3.7 o rappresentata mediante diagrammi quali l'abaco di Moody 2

16 Condizioni di funzionamento stabilità Le condizioni di funzionamento di un impianto di pompaggio si ottengono dall'intersezione della caratteristica interna con quella esterna

17 Condizioni di funzionamento stabilità La condizione di stabilità dipende dalla pendenza locale delle due caratteristiche in corrispondenza del punto di funzionamento: un punto di funzionamento è stabile quando la pendenza della caratteristica esterna è maggiore di quella interna (punto A)

18 Regolazione Regolazione dell impianto: esso consiste nell'agire sull'otturatore di una valvola di regolazione inserita sulla mandata della pompa, in modo da far variare la sezione di passaggio del fluido; s'introduce in tal modo una perdita di carico localizzata variabile con conseguente variazione della pendenza della caratteristica esterna e, quindi, della sua intersezione con la caratteristica della pompa.

19 Regolazione Regolazione dell impianto: esso consiste nell'agire sull'otturatore di una valvola di regolazione inserita sulla mandata della pompa, in modo da far variare la sezione di passaggio del fluido; s'introduce in tal modo una perdita di carico localizzata variabile con conseguente variazione della pendenza della caratteristica esterna e, quindi, della sua intersezione con la caratteristica della pompa.

20 Regolazione Regolazione della pompa: E' un metodo di regolazione della portata realizzato facendo variare la velocità di rotazione della pompa e, quindi, la sua caratteristica interna, mantenendo invariata la caratteristica dell'impianto

21 Avviamento di una pompa Dipende dal numero di giri caratteristico. Per bassi Ns la pompa assorbe bassa potenza a basse portate faccio partire la pompa con valvola di mandata chiusa. Alti Ns devo aprire una derivazione in mandata per eliminare il tappo generato dal fluido fermo.

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