TECNOLOGIE PER L ACQUACOLTURA

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1 Scuol di specilizzzione in: Allevmento, igiene, ptologi delle specie cqutiche e controllo dei prodotti derivti TECNOLOGIE PER L ACUACOLTURA PROF. MASSIMO LAZZARI Anno ccdemico L movimentzione meccnic dell cqu 1. Le pompe. Il dimensionmento di un impinto 3. L scelt delle pompe Le pompe sono mcchine che innlzno il livello energetico di un fluido, trsformndo energi meccnic in energi potenzile o cinetic. Le pompe sono uste in cqucoltur per umentre l pressione in un sistem idrulico e quindi per forzre l cqu muoversi contro un grdiente di energi. Sono utilizzte, d esempio, per sollevre l cqu d un quot più elevt di quell di prtenz, vincendo l grvità, o per muovere l cqu d un punto d un ltro, vincendo le resistenze del percorso. L corrett scelt dell pomp per un determinto impinto idrulico rppresent il fttore chive per rendere efficiente l trsformzione dell energi. Clssificzione delle pompe idruliche utilizzili in cqucoltur 1. Pompe centrifughe, o girnte chiocciol semplice o doppi, diffusori flusso rdile, ssile, misto girnte chius, semi-chius, pert girnte monocnle, icnle, multicnle multistdio d lt prevlenz (turine) eliche d lt portt. Pompe volumetriche loi vite cocle Pompe centrifughe Le pompe centrifughe sono pompe dinmiche : ciò signific che usno l forz centrifug imprtit ll cqu d un o più girnti per umentre l energi cinetic e l pressione dell cqu stess. L prte funzionle delle pompe centrifughe è l girnte, che è colloct in un struttur rigid entro il corpo dell pomp. L cqu è spirt dll depressione che si viene crere in prossimità del punto di spirzione, che coincide con il centro dell girnte, e riceve dll girnte un forte ccelerzione verso l esterno, umentndo l velocità fino d uscire in pressione dll occ o mndt dell pomp. Struttur generle di un pomp centrifug Prti elettriche: cvi limentzione motore sommergiile Prti meccniche: sistem di recupero sistem di rffreddmento cuscinetti Prti idruliche vno girnte spirzione, mndt Direzione del flusso A second dell direzione del flusso d cqu prodotto in relzione ll sse di rotzione dell girnte, le pompe possono essere clssificte come rdili, ssili o flusso misto. ) rdili l cqu entr nell girnte su un pino prllelo ll sse di rotzione ed esce d un ngolo di 90 grdi. ) ssili l girnte riceve e scric l cqu in un pino prllelo ll sse di rotzione. c) flusso misto l girnte riceve l cqu su di un pino prllelo ll sse di rotzione e l scric d un ngolo compreso tr circ 45 e 80 rispetto l sse di rotzione. 1

2 Pompe d elic Flusso rdile Flusso ssile Sono costituite d un elic moss d un motore che sollev l cqu con sollevmento meccnico. Sono pompe ideli per sse prevlenze ed lte portte. Il fisogno di portt ument drsticmente qundo ument l prevlenz, d esempio se viene ridott l luce di scrico. Le pompe d elic stdio singolo possono sollevre l cqu con dislivelli non troppo elevti, circ 8 metri l mssimo. Tuttvi, ccoppindo più stdi si può rrivre nche 40 m. Generlmente queste pompe operno sso regime di rotzione, tr i 100 e i 300 giri l minuto. L velocità dell elic è limitt dll cvitzione ll estremità delle ple. Poichè l velocità ll estremità delle ple ument con il dimetro, più grndi sono le eliche, meno veloci girno. Flusso misto Pompe Centrifughe (flusso rdile): Alt prevlenz Pompe d elic (flusso ssile): Alte portte Bss prevlenz Medio-lte portte Schem funzionle delle pompe centrifughe Form del corpo pomp girnte mndt ) chiocciol semplice il corpo h form di spirle, l cui sezione ument grdulmente verso l uscit. Il tsso di incremento dell sezione è disegnto in modo d ridurre l velocità dell cqu in uscit e di umentrne l pressione. L mggior prte delle pompe centrifughe singolo stdio hnno il corpo form di chiocciol e sono uste qundo le pompe devono lvorre continutivmente l mssimo dell efficienz. ) chiocciol doppi le pompe con corpo doppi chiocciol sono uste qundo è previsto che lvorino per lunghi periodi l di sotto delle loro cpcità totli. punto di spirzione c) diffusori, o plette fisse le pompe diffusori hnno sempre un corpo form di chiocciol, m esso present dei diffusori o plette fisse che servono guidre il fluido riducendone l turolenz, e quindi migliorndo l efficienz e l pressione ll uscit.

3 Tipo di girnte Le girnti vengono nche clssificte come chiuse, semichiuse o perte. Corpo chiocciol semplice: impeller girnte, eye of impellere occhio dell girnte. Corpo chiocciol doppi: doule volute doppi chiocciol. ) chiuse le plette dell girnte sono rcchiuse tr due pitti circolri di supporto delle plette stesse. ueste girnti presentno l più lt efficienz per l utilizzo con cqu pulit. ) semichiuse hnno le plette ttccte lungo l fcci di un pitto circolre. Dimostrno efficienze intermedie tr quelle chiuse e quelle perte m non possono essere utilizzte con cque troppo sporche. Corpo con diffusori, o plette fisse: sttionry vnes plette fisse c) perte l girnte present le plette ttccte d un piccol prte di un fcci del pitto. Lo spzio tr le plette e tr le plette ed il corpo dell pomp è molto mpio e questo permette il pssggio di liquidi nche densi, con prticolto di grosse dimensioni. plette plette Colloczione di un girnte di tipo perto nel corpo pomp pitti Girnte chius pitto Girnte semichius plette pitto Girnte pert Girnti di tipo semichiuso e loro colloczione nel corpo pomp Esempi di girnte monocnle, icnle e multicnle Pompe multistdio Sono pompe disegnte per sollevre l cqu d pozzi profondi. Sono definite multistdio perché sono costituite d un serie di pompe centrifughe stdio singolo collegte in serie. Il primo stdio, il più sso, prende l cqu dl pozzo e l spinge sul secondo; l ultimo spinge l cqu in superficie. ueste pompe possono sollevre l cqu d profondità nche molto elevte umentndo il numero degli stdi in qunto ogni stdio fornisce un quot di energi o pressione ll cqu. L pressione totle è funzione del disegno del singolo stdio e del numero degli stessi. L efficienz dipende molto dl disegno dell pomp in qunto ci sono perdite di ttrito d ogni stdio. Esistono due tipi di pompe multistdio A) Motore esterno e corpo pomp sommerso. L uso di questo tipo di pomp è limitto pozzi profondi non più di 15 0 m. Profondità superiori, inftti, sono difficili d rggiungere in qunto è necessrio mntenere l sse che trsmette il moto perfettmente verticle e centrto, ed esistono prolemi legti nche ll torsione dell sse. B) Pomp con motore sommerso. ueste pompe si possono usre in pozzi di dimetro molto contenuto, nche solo 10 cm. Non vi sono limiti di profondità, l unico prolem è costituito dl ftto che in cso di rottur è necessrio sollevre tutt l tuzione di mndt cui è collegt l pomp. 3

4 Schemi costruttivi di pompe multistdio A) motore emerso Esempi di instllzione delle pompe B) motore sommerso motore mndt cqu mndt cqu girnti spirzione Pompe in serie: girnti motore Si somm l prevlenz Rest costnte l portt spirzione Pompe volumetriche Alt prevlenz Pompe volumetriche vite o cocle Le pompe volumetriche sono utilizzte per l movimentzione di liquidi molto densi e sono crtterizzte d lte prevlenze e generlmente portte inferiori lle pompe centrifughe Bsse portte Pompe volumetriche loi Prestzioni delle pompe Potenz l freno (BP Brke orse Power) Portt () L portt è il volume di fluido spostto nell unità di tempo, quindi si misur in l/min, l/s, m3/h, ecc. Nel sistem inglese sono in uso comunemente i gpm (glloni per minuto). L potenz l freno è l potenz che deve essere pplict d un motore ll sse dell pomp per muovere l girnte ed imprtire potenz ll pomp e quindi ll cqu (potenz spes o utilizzt o consumt). Prevlenz () L prevlenz è l differenz tr il crico totle vlle e monte dell pomp stess, cioè è il lvoro eseguito dll pomp per spostre il fluido. Si misur in m di colonn d cqu. L potenz utile fornit dll pomp (WP) è sempre inferiore quell fornit dl motore che l muove (BP), perché prte del lvoro meccnico viene perduto, principlmente per ttriti interni. Potenz ll pomp (WP Wter orse Power) L potenz ll pomp è l potenz fornit dll pomp per movimentre l cqu (potenz utile o erogt o fornit) e può essere misurt in kw con l seguente relzione: Efficienz Il rpporto tr potenz trsmess dll pomp, cioè in uscit dll pomp, e l potenz l freno, cioè in ingresso ll pomp, misur l efficienz dell pomp. dove: ρ WP K ρ densità (per l cqu ρ 1 0 C) K coefficiente di trsformzione: 6,116 per WP in kw e in l/min 0,10 per WP in kw e in m3/s e p (%) WP BP L efficienz delle pompe centrifughe rggiunge vlori mssimi dell 85% 4

5 Esempio ul è l potenz l freno necessri per muovere un pomp crtterizzt d un efficienz dell 85% ed inserit in un sistem in cui si vuole mntenere un portt di 0,05 m 3 /s con un prevlenz pri 57 m? ρ 0, WP 14kW K 0,10 Crico netto ll spirzione (NPS Net Positive Suction ed) Il crico ll spirzione mette in relzione l pressione dell cqu nel sertoio di spirzione dell pomp con l tensione di vpore dell cqu. L cqu nel tuo di spirzione dell pomp si trov in tensione. Se l prevlenz totle ll spirzione corrisponde d un riduzione di pressione nell pomp ugule o mggiore dell pressione di vpore dell cqu, quest si trsformerà in vpore, formndo olle ll interno dell pomp. undo le olle d ri rggiungono l girnte suiscono un pressione tle d determinre un rumore tipico di mlfunzionmento e tle forz può rovinre l pomp stess. Il fenomeno prende il nome di cvitzione dell pomp. WP WP 14 ep (%) BP 16, 5kW BP e 85 p 10,1 m (1013 mr) A livello del mre e d un tempertur dell cqu di 15 C il mssimo sollevmento possiile dl lto spirzione è di 10,1 m, m per prudenz è consigliile non superre mi il 70% del crico ll spirzione. uesti vlori vrino con l ltitudine e l tempertur: Curve delle prestzioni delle pompe I dti reltivi lle prestzioni delle pompe sono forniti dl produttore in un form grfic che mette in relzione l portt con l prevlenz, l potenz, ecc. Ogni pomp present proprie crtteristiche che in genere si modificno con l uso. l crescere dell ltitudine, diminuendo l tensione di vpore, diminuisce nche il crico mssimo ll spirzione (risult circ 5,8 m 1500 m s.l.m.), prevlenz efficienz ll umentre dell tempertur, diminuisce il crico ll spirzione ( livello del mre si riduce del 30% circ pssndo d 10 5 C). Il mssimo sollevmento possiile, però, si riduce ulteriormente cus dell presenz di ttriti o ostcoli lungo le tuzioni: queste quntità devono essere clcolte per rrivre determinre il crico netto ll spirzione. portt L curv prevlenz-portt evidenzi che l prevlenz diminuisce costntemente con il crescere dell portt. L prevlenz è mssim portt null, e questo vlore è chimto prevlenz ll chiusur: tle vlore deve essere noto per progettre il circuito idrulico llo scrico dell pomp, dl momento che le tuzioni devono resistere tle prevlenz qundo tutte le vlvole sono chiuse. L curv efficienz-portt evidenzi che l efficienz ument l crescere dell portt sino rggiungere un vlore limite, oltre il qule diminuisce. L form dell curv vri second del disegno dell pomp, del dimetro dell girnte, ecc. Le curve crtteristiche delle pompe Altro esempio prevlenz portt Esempio: Portt 10 m 3 /h, con prevlenz 9 m. 5

6 Altro esempio Leggi d ffinità. undo cmi un prmetro costruttivo o opertivo di un pomp (es. dimetro dell girnte, velocità di rotzione, ecc.), vengono modificte nche le sue curve crtteristiche. Così, d esempio, modificre il regime di rotzione di un girnte può permettere ll utilizztore di dttre l pomp differenti condizioni di portt e di prevlenz. Vrizioni di velocità di rotzione Vrizioni di portt Vrizioni di prevlenz N 1 N 1 N 1 N1 dove N indic il numero di giri dell pomp e 1 e indicno le condizioni inizili dopo l vrizione. Vrizioni di potenz l freno N BP BP 1 N1 3 Esempio Un pomp che lvor 1750 giri scric 3750 l/min con un prevlenz di 91,44 m. Il vlore originle del crico netto ll spirzione è di 3,658 m ed il vlore originrio di BP è pri 100 cv. Clcolre i nuovi vlori di:,, BP e NPS r nell ipotesi che l nuov velocità di rotzione si di 000 giri/min. N ,7l / min N N ,44 119, 4m N N 000 BP BP cv N Vrizioni di dimetro dell girnte Poiché cmindo il dimetro si modific l geometri dell pomp, le equzioni riportte dnno un ide pprossimtiv del cmimento e sono vlide qundo il dimetro vri meno del 0%. Vrizioni dell portt Vrizioni dell prevlenz Vrizioni dell potenz l freno D 1 D D 1 D1 D BP BP 1 1 D 1 3 Esempio Un pomp h un girnte del dimetro di 0,3 cm (8 pollici) e scric 3750 l/min con un prevlenz di 91,44 m. Il vlore originle del crico netto ll spirzione è di 3,658 m ed il vlore originrio di BP è pri 100 cv. Clcolre i nuovi vlori di:,, BP e NPS r nell ipotesi che l nuov girnte i un dimetro di 19,05 cm (7,5 pollici). D 19, ,3 1 D Vrizioni dell configurzione delle pompe Spesso il fisogno idrico in cqucoltur necessit elevte esigenze di portt e di pressione che possono essere soddisftte solo con l impiego di più pompe. Le pompe possono essere ccoppite in serie o in prllelo Se le pompe sono collegte un vicino l ltr come in un comune sistem di pompggio, llor dovrnno essere soddisftte le necessità di crico netto ll spirzione NPS solo dell prim pomp cioè quell post più in lto. M se le pompe distno l un dll ltr deve essere considerto il crico netto ll spirzione di ciscun pomp. BP D 1 D1 19,05 91,44 0,3 3 3 D BP1 D1 19, ,3 80,36 83,39 pompe in serie pompe in prllelo pompe in serie vicine: si consider il crico in spirzione dell sol prim pomp pompe in serie distnti: deve essere clcolto il crico in spirzione di entrme seprtmente 6

7 Pompe in serie (+) portt + prevlenz + + potenz l freno BP + BP + BP + ( + ) efficienz e+ K( BP + BP ) + L portt totle delle pompe in serie non cmi, mentre l prevlenz e l potenz l freno totli derivno dll somm dei fttori delle singole pompe Esempio Clcolre l prevlenz totle, l potenz totle richiest e l efficienz del sistem che prevede l uso di due pompe A e B montte in serie per ottenere un portt totle di 0,0473 m 3 /s. Mod. A Mod. B Regime rotzione (giri/min) Dimetro girnte (cm) 5,4 30,5 Prevlenz (m) 6,8 33,5 Efficienz (%) Si ricord che: WP e p (%) BP ρ WP K WP BP e ρ BP e K uindi le potenze l freno delle due pompe risultno: Pompe in prllelo (//) ρ ,8 1 BP 15kW e K 0,83 0,10 // ρ ,5 1 BP 19, 9kW e K 0,78 0,10 Le prestzioni del sistem di pompe in serie risultno: portt + 0,0473 prevlenz + + 6,8 + 33,5 60,3 potenz l freno BP + BP + BP ,9 34,9 + ( + ) 0, ,3 efficienz e+ 80% K( BP + BP ) 0,10 34,9 portt prevlenz potenz l freno efficienz + // // // BP BP + BP e // ( + ) // S K( P + P ) L portt totle e l potenz l freno delle pompe in prllelo deriv dll somm dei fttori delle singole pompe, mentre l prevlenz non cmi Esempio Utilizzndo i dti dell esempio precedente, clcolre l portt, il fisogno di potenz e l efficienz delle due pompe montte in prllelo per superre un prevlenz di 7,4 m. Mod. A Mod. B Portt (m 3 /s) 0,0473 0,05 Efficienz (%) uindi le potenze l freno delle due pompe risultno: ρ ,4 1 BP 15, 3kW e K 0,83 0,10 ρ ,4 1 BP 19, 1kW e K 0,73 0,10 Le prestzioni del sistem di pompe in serie risultno: portt prevlenz // + 0, ,05 0,0993 // 7,4 potenz l freno BP // BP + BP 15,3 + 19,1 34,4 efficienz e + ( + ) 0, ,3 // 78% K( P + P ) 0,10 34,4 7

8 Scelt dell pomp dtt per un impinto Scelt dell pomp dtt per un impinto Prevlenz (m) Prevlenz dell pomp L pomp deve compiere un lvoro per sollevre l cqu d un cert quot e per vincere le resistenze dell impinto idrulico. Per scegliere l pomp dtt isogn quindi clcolre l prevlenz mnometric totle dell impinto Prevlenz mnometric totle dell impinto L prevlenz mnometric totle dell impinto tot si clcol sommndo: Prevlenz dell impinto tot geo + tu Portt (l s -1 ) dove: geo prevlenz geodetic o dislivello tu perdite di crico delle tuzioni Prevlenz geodetic o dislivello L prevlenz geodetic è il dislivello geodetico (differenz di quot) tr il livello del liquido nell vsc di spirzione e il livello del liquido nell vsc di mndt o nell tuzione di mndt. Perdite di crico delle tuzioni Le perdite di crico delle tuzioni tu sono determinte dll sommtori delle perdite di crico distriuite dis e delle perdite di crico loclizzte loc (dette nche perdite di crico concentrte o minori). tu Σ dis + Σ loc Perdite di crico distriuite Le perdite di crico distriuite sono dovute ll ttrito del fluido nelle tuzioni (f) e quindi dipendono d: lunghezz delle tuzioni (L) dimetro delle tuzioni (D) velocità del fluido (V) rugosità delle tuzioni (ε) densità del fluido (ρ) viscosità ssolut (µ) viscosità cinemtic (ν µ / ρ) L V dis f D g In prticolre si può dire che il fttore di ttrito f è funzione di: ed nche di dove, per or, ricordimo che: R N D dimetro delle tuzioni V velocità del fluido ε rugosità delle tuzioni ν viscosità cinemtic del fluido D V ν ε Ε D In prticolre, l viscosità cinemtic ν dell cqu 0 C vle 10-6 m /s ed è vriile con l tempertur. Viscosità cinemtic ν C m /s 0 1, , , , ,

9 L prim relzione R N D V ν esprime il numero di Reynolds (R N ) che rppresent il rpporto tr le forze interne e le forze dovute ll viscosità ed è usto per definire i flussi lminri ed i flussi turolenti. Flusso lminre: R N < 000 Flusso instile: 000<R N <4000 Flusso turolento: R N >4000 In regime lminre vle l seguente relzione: f 64 In regime turolento il clcolo del fttore di ttrito è più complesso e come vedremo può vvenire utilizzndo il Digrmm di Moody. R N L second relzione è chimto rugosità reltiv ed è il rpporto tr rugosità ssolut e dimetro del tuo. L rugosità ssolut è un misur dell ltezz delle sperità presenti ll interno del tuo. L rugosità ssolut dei diversi mterili è conosciut e riportt in pposite telle. E chiro però che ess vri in funzione dell età dell tuzione, del grdo di sporcizi, ecc. ε Ε D Il DIAGRAMMA DI MOODY descrive le relzioni esistenti tr fttore di ttrito f, Numero di Reynolds RN e Rugosità reltiv ε/d Infine, noto il fttore di ttrito f ttrverso il digrmm di Moody è possiile clcolre le perdite di crico distriuite per mezzo dell seguente relzione (funzione di Drcy- Weisch). dove: dis perdite di crico (m) f fttore di ttrito (dimensionle) L lunghezz dell tuzione (m) D dimetro (m) V velocità del fluido (m/s) g costnte di grvità (m/s ) L V dis f D g Se il fluido percorre sezioni di tuzione crtterizzte d dimensioni diverse, il clcolo delle perdite di crico distriuite deve essere eseguito singolrmente per ogni sezione. Σ dis i Esempio di clcolo delle perdite di crico distriuite Un tuzione d cciio del dimetro di 10 cm e lung 500 m è percors d cqu 0 C con un velocità di 1,5 m/s; clcolre le perdite di crico distriuite. 1) si clcol il numero di Reynolds RNVD/v (ricordndo che l viscosità cinemtic dell cqu vle 10-6 ): V D 1,5 0,1 1,5 0,1 RN ν 10 0, ) si determin l rugosità ssolut del mterile ε, ttrverso l precedente tell. Per l cciio normle ε vle 0,06 cm. uesto vlore viene utilizzto per clcolre l rugosità reltiv: ε 0,06 0,006 D 0,1 3) utilizzndo i dti ppen trovti, con il digrmm di Moody si determin il fttore di ttrito f, che risult ugule 0,07 (vedi esempio grfico). f 0,07 ε/d 0,006 4) utilizzndo il fttore di ttrito ppen trovto, si clcolno le perdite di crico distriuite con l relzione Drcy-Weisch: dis L V 500 1,5 f 0,07 15,5 D g 0,1 9,81 RN

10 Procedimento semplificto per il clcolo delle perdite di crico distriuite In lterntiv l modello di clcolo ppen descritto, per l uso prtico le perdite di crico distriuite dis possono essere stimte per mezzo di telle o digrmmi che riportno l prevlenz (es. m/100 m di tuzione) in funzione del mterile dell tuzione, del dimetro, del suo stto, vecchii, ecc. Un esempio è dto dl Normogrmm di Srlin d (m/100m) ,1 Dimetro d 100 mm Rugosità k 0,01 k 0,05 k 0,10 k 0,5 k 1,00 Prevlenz 0,01 0,001 0,0001 d 300 mm d 600 mm 0, Portt (l/s) Es. Nomogrmm Srlin per il clcolo delle perdite di crico distriuite Vlori di K NUOVE VECCIE plstici 0,01 0,5 cciio trfilto 0,05 1,00 cciio sldto 0,10 1,00 Perdite di crico loclizzte ( loc ) o concentrte o minori Vlori del Coefficiente di Attrito (κ) per le perdite di crico loclizzte (esempi) Le perdite di crico loclizzte sono dovute ll presenz di ostcoli, curve, restringimenti, vlvole, ecc. lungo le tuzioni. Esse, dunque, dipendono d: crtteristiche geometriche dell ostcolo velocità del fluido e possono essere clcolte con l relzione: loc Σ (κ). V /g dove: κ coefficiente d ttrito V velocità del fluido (m/s) g costnte di grvità (m/s ) I coefficienti di ttrito (κ) vengono determinti sperimentlmente in funzione degli ostcoli incontrti lungo il circuito idrulico, e sono rilevili d pposite telle. Vlori del Coefficiente di Attrito (κ) per le perdite di crico loclizzte (esempi) Vlori del Coefficiente di Attrito (κ) per le perdite di crico loclizzte (esempi) 10

11 Vlori del Coefficiente di Attrito (κ) per le perdite di crico loclizzte (esempi) Vlori del Coefficiente di Attrito (κ) per le perdite di crico loclizzte (esempi) Esempio: scelt di un pomp per il crico di un vsc (procedimento semplificto) uindi le perdite loclizzte totli risultno: loc ( k1 + k + k3) V g Dll prim tell riportt si possono ricvre i vlori di k per l curv gomito (k1 0,9), per l vlvol srcinesc pert per ¾ (k 1,15), mentre per l riduzione si possono considerre i dti riportti negli schemi precedenti: si consider dpprim il qudrto del rpporto tr i due dimetri, cioè (4/18) 0, 0,019. Si rilev che per vlori compresi tr 0,01 e 0,10, k3 0,5. (0,9 + 1,15 + 0,5) 0,6 9,81 0,041 Portt dell pomp 70 l/s Tipo di tuzioni PVC nuove Dimetro interno 00 mm + 6 curv 90 6 m + 4 srcinesc curv 90 0 m curv 90-1 vlvol non-ritorno - prim curv 3 m 1 m 60 m socco Clcolo dell prevlenz totle dell impinto 1. Dislivello geodetico TOT geo + tu tu Σ dis + Σ loc Dislivello geodetico + Perdite di crico distriuite + Perdite di crico loclizzte Prevlenz totle dell impinto 0 m geo 6 (-1) 7 m 11

12 . Perdite di crico distriuite Portt dell pomp 70 l/s Tipo di tuzioni PVC nuove 6 m Dimetro interno 00 mm Rugosità 3 m Prevlenz Dimetro 1 m 60 m 1 m L m dis,0 m / 100 m,0 * 71/100 1,4 m Portt Vlori di K NUOVE VECCIE plstici 0,01 0,5 cciio trfilto 0,05 1,00 cciio sldto 0,10 1,00 3. Perdite di crico loclizzte curv 90 srcinesc socco v / S loc Σ (β) v /g curv 90 curv 90 S v Portt dell pomp Dimetro interno 70 l/s 00 mm vlvol non-ritorno prim curv Σ (β) 0,4 +,0 + 0,3 + 0,3 + 0, + 0,3 + 1,0 4,5 70 l/s 70/1000 0,07 m 3 /s S (0, / ) * 3,14 0,031 m v / S 0,07 / 0,031,6 m/s loc 4,5 * ((,6) / ( * 9,81)) 1, m Dislivello geodetico + Perdite di crico distriuite + Perdite di crico loclizzte Prevlenz totle dell impinto Scelt dell pomp : Portt 70 l/s 5 m 3 /h Prevlenz 9,6 m 7,0 + 1,4 + 1, 9,6 m L curv crtteristic dell pomp deve intersecre l curv dell prevlenz totle dell impinto nell intorno del punto di miglior rendimento. Nell prtic l prevlenz totle dell impinto non srà mi rppresentt d un unico punto, perché: - il dislivello geodetico vri con il vrire del livello di liqume nel pozzetto ed eventulmente nell vsc finle; - le perdite di crico vrino con l invecchimento dei tui e con eventuli vrizioni delle crtteristiche dell cqu. 1

13 Si consider, quindi, un zon di funzionmento, entro l qule scegliere l pomp. Prevlenz (m) geo Prevlenz dell impinto Pomp ottimle Portt (l s -1 ) AIRLIFT undo un tuzione si trov immers perpendicolrmente in un sertoio contenente cqu, il livello dell cqu nell tuzione e nell mss sono in equilirio e non vviene lcun movimento dell cqu. undo, però, nell tuzione si iniett ri in prossimità del fondo tle equilirio si rompe. Il miscuglio ri/cqu, essendo più leggero dell sol cqu, si innlz ll interno del tuo, mentre l cqu, che risult più pesnte, entr dl fondo del tuo. Se si continu d iniettre ri l equilirio non viene mi rggiunto e il miscuglio ri/cqu continuerà d uscire dll estremità superiore dell tuzione. Se si ument il flusso d ri ument l quntità d cqu spostt fino d rggiungere un vlore mssimo, oltre il qule, pur umentndo il flusso d ri, non ument l quntità d cqu spostt. Esempi di irlift:, c tuzione estern, d tuzione intern, line ri intern c, d line ri estern 13

14 L equzione che descrive l equilirio che si viene crere nell colonn è l seguente: (S+L). γ m S. γ 0 S Profondità o immersione del miscuglio ri cqu nel tuo. L Sollevmento o ltezz del miscuglio ri cqu rispetto ll superficie dell cqu. γ m Peso specifico del miscuglio ri cqu. γ 0 Peso specifico del liquido esterno ll tuzione. Poiché l ri è meno dens dell cqu il peso specifico del miscuglio srà minore quello del liquido e S+L deve essere mggiore di S ffinché l equzione si in pri. Se nel tuo viene insufflt un sufficiente quntità d ri il peso specifico del miscuglio srà silncito così (S+L)-S srà mggiore di L che è il sollevmento relizzto dll pomp e il miscuglio verrà scricto ll estremità del tuo. Uno dei principli fttori che regolno l efficienz di un ir-lift è l immersione dell tuzione di sollevmento, l crescere dell immersione, inftti, ument l efficienz del sistem. In secondo luogo le prestzioni dell ir-lift diminuiscono qundo ument l distnz ll qule l cqu deve essere sollevt. L ttrito del fluido con il tuo determin l perdit di efficienz (cioè è più fcile superre piccoli dislivelli). Anche il dimetro del tuo di sollevmento e l quntità d ri insufflt giscono sull efficienz. L turolenz è un fttore importnte nell influenzre l efficienz dell irlift. E importnte cioè il meccnismo medinte il qule l ri viene insufflt. In prticolre è necessrio che le olle d ri ino il medesimo dimetro in qunto le olle più grndi rislgono più velocemente. Pertnto è opportuno che l ri si distriuit trmite un diffusore che produc olle piccole ed uniformi. Un equzione sviluppt d Cstro e l. nel 1975 permette di clcolre l portt in relzione ll lunghezz dell tuzione e del grdo di immersione. dove: portt ( litri/min) x % immersione L lunghezz totle (cm) d dimetro tuo (cm) 3 3, ( 0,758 x L + 0,01196) d D quest relzione risult che l minim immersione dell tuzione è pri ll 80% rispetto ll lunghezz totle. Un fttore di sicurezz del 5% è d dottre un volt che si usi l equzione per il dimensionmento di un irlift. Cioè dimetri delle tuzioni, lunghezz e grdo di immersione devono essere scelti in modo d fornire il 5% in più dell quntità d cqu ritenut necessri. Nell prtic, per il dimensionmento di un irlift si possono utilizzre i dti dell seguente tell. uest tell, inftti, permette di clcolre l portt d cqu in irlift di diverso dimetro D (d 1 8 cm), di divers lunghezz L (d cm) e per diversi rpporti di sommersione (d 0,8 1,0). Portt d cqu di un irlift, espress in l/min Esempio Dimensionre un irlift per un cqurio profondo 90 cm e 3 m di superficie, supponendo che si necessrio un flusso pri 10 l/min. Dll precedente tell, scegliendo un vlore di immersione x 0,9, un portt di lmeno 150 l/min (per sicurezz il 5% in più di quell progettule) ed un tuzione lung 100 cm, risult necessrio un dimetro di circ 6 cm per grntire il desiderto flusso idrico. Utilizzndo l equzione, il risultto è nlogo. L portt d cqu ument con l quntità d ri insufflt; esiste tuttvi un punto di mssim efficienz dell pomp (mssimo trsporto d cqu /unità d ri insufflt). Il flusso d ri necessrio per mntenere un determint portt d cqu può essere clcolto con un digrmm specifico. 3 3, ( 0,758 x L + 0,01196) d d ,758 x L + 0, ,,, d 5, 94cm 0,758 0,854 4,41 0,01196,85 0,

15 Ritornndo ll esempio precedente, il rpporto tr lunghezz e dimetro risult 100/6 17, se l percentule di immersione è 90%, dl digrmm risult un rpporto tr flusso d cqu e flusso d ri pri 0,38. uindi, essendo il flusso d cqu 150 l/min, il flusso d ri risult 150/0, l/min Altro esempio Considerimo un tuzione di 90 cm del dimetro di,5 cm, immers per l 80% nell cqu. Il rpporto lunghezz/dimetro risult 90/,5 36 Dl digrmm risult un rpporto tr flusso d cqu e flusso d ri di circ 0,5, cioè sono necessri litri d ri per sollevre ogni litro d cqu. Se si immerge l tuzione per il 90%, risult un rpporto di 0,75, cioè sono sufficienti 1,3 litri d ri per sollevre ogni litro d cqu. Se si immerge completmente l tuzione, il rpporto è ncor più vntggioso (0,9), però non si h sollevmento m solo trsporto dell cqu. 15