SISTEMA DI POMPAGGIO (introduzione)

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1 SISTEMA DI POMPAGGIO (introduzione) Si utilizzano le pompe, per il sollevamento dell acqua dai pozzi e per inviarla ai serbatoi o inviarla ad una rete di distribuzione e comunque per trasferire l acqua o altri liquidi da un posto ad un altro, che non sia a più basso livello del primo (si chiama Prevalenza Geodetica Hg, il dislivello fra il punto di presa del liquido ed il punto di mandata). Le pompe sono macchine idrauliche operatrici, le quali assorbendo energia meccanica da un motore di azionamento, cedono energia al fluido pompato sotto forma di pressione statica e dinamica. Un impianto di pompaggio ha la funzione di trasformare l'aumento di pressione prodotto dalla pompa in un liquido in forme d'energia di natura diversa a seconda del particolare utilizzo: Energia potenziale gravitazionale (impianti di sollevamento), energia cinetica (impianti di iniezione), energia di pressione

2 Le terminologie comuni di una pompa sono: M (P) = Portata massica (portata in peso) = massa (peso) di fluido pompato nell unità di tempo. Unità di misura= Kg/h o Kg/s V = portata volumica = volume di liquido pompato nell unità di tempo. Unità di misura= m 3 /h o m 3 /s Se «y» è la massa volumica (peso specifico) o densità nel liquido pompato è: M = V * y (P= V*y) H = prevalenza (manometrica) = pressione impartita dalla pompa nel liquido. E misurabile con due manometri posti, immediatamente a monte ed immediatamente a valle della pompa. La prevalenza si misura in bar (Kg/cm 2,atm). Nel sistema tecnico è uso corrente misurare la prevalenza di una pompa in «m» H 2 0 (metri di colonna d acqua ) tenendo presente che 10 m H 2 0 = 1 Kg/cm 2 (atm) = 0,9805 bar. N = potenza assorbita kw (CV) n = rendimento = Energia ceduta al liquido nell unita di tempo / potenza assorbita Pa = pressione del serbatoio a valle Pb = Pressione del serbatoio a monte Hg = prevalenza geodetica Ha = prevalenza della condotta di aspirazione Hb = prevalenza nella condotta di mandata

3 I TIPI DI POMPE PIU UTILIZZATI E LE LORO FUNZIONI Le pompe più usate sono: Le pompe a stantuffo. Le pompe centrifughe. Le pompe assiali. Le prime sono applicabili per qualunque prevalenza fino a 200/300 bar e per piccole portate, e convengono specialmente per acque limpide. Quelle centrifughe, al contrario sono apprlicabili per qualsiasi portata ma solo per piccole o medie prevalenze fino a 15/20 bar e convengono specialmente per sollevare grandi volumi d acqua a piccola altezza; non avendo valvole funzionano bene anche con acque torbide come nei casi di prosciugamenti, irrigazioni ecc Le pompe assiali sono adatte per ancor più elevate portate con minori prevalenze rispetto alle pompe centrifughe.

4 POMPE A STANTUFFO Le pompe a stantuffo sono costituite da un cilindro dotato di una valvola di immissione e di una valvola di mandata. Entro al cilindro si muove, di moto alternativo, uno stantuffo. Durante la corsa di allontanamento della testata lo stantuffo aspira, attraverso la valvola di immissione, il liquido, che, nella corsa di ritorno viene spinto, sempre dallo stantuffo, fuori dal cilindro attraverso la valvola di mandata. Le pompe a stantuffo possono essere di tipo: Aspirante Premente Aspirante-premente Siano: H a = altezza della colonna d aspirazione H p = altezza della colonna premente H = H a + H p = prevalenza, in m D = diametro dello stantuffo, in m C = corsa dello stantuffo, in m n c = numero dei colpi, o corse doppie, dello stantuffo, a minuto n = velocità di rotazione dell albero giri/min v = velocità media dello stantuffo, in m/s V = portata della pompa, ossia volume di liquido sollevato in m 3 /s n = rendimento, dovuto al funzionamento imperfetto delle valvole a stantuffo

5 Velocità dello stantuffo (v) E conveniente da 0,25/0,5 m/s se la pompa è a trasmissione ; per pompe a vapore con azione diretta si può arrivare fino a v = 0,75 ma non conviene mai oltrepassare tale valore. Rendimento (n) Per pompe di recente costruzione - = 0,90 Ordinarie - = 0,80 Vecchie - = 0,75 Funzionanti male - = 0,65 Calcolo di una pompa a stantuffo Si fissa il valore di «v» e si determina poi il diametro dello stantuffo con le seguenti formule: D= per pompe a semplice effetto D= per pompe doppio effetto Per pompe aspiranti: C= 1,5 2 D Per pompe aspiranti e prementi a semplice effetto: C= 2 4 D Per pompe aspiranti e prementi a doppio effetto C= 2 3 D Indi si ricava il numero dei colpi dello stantuffo con la formula N c =

6 Pompe centrifughe Le pompe centrifughe sono costituite da una ruota a palette «girante» che ruota entro un corpo opportunamente costruito. Il liquido entra assialmente nel corpo e fra le palette della gigante. Per forza centrifuga, dovuta alla rotazione della girante, il liquido si sposta radialmente ed esce dalla stessa ad elevata velocità e quindi con una certa energia. La pressione dinamica dovuta alla velocità di uscita si trasforma in pressione statica nel diffusore cioè nella parte di uscita del corpo della pompa. Il diffusore è infatti costruito in modo che la velocità del liquido vada diminuendo e quindi parte della pressione dinamica si trasformi in pressione statica. Le giranti delle pompe centrifughe possono essere con palette rivolte in avanti, radiali o rivolte all indietro. Il diverso orientamento delle palette fa differire le caratteristiche di portata e prevalenza le caratteristiche delle pompe centrifughe vengono riportate su un diagramma nel quale si leggono le portate G in ascisse e le prevalenze H in ordinate Una pompa centrifuga ad una sola girante può dare prevalenza non superiore a determinati valori. Quando si desiderano prevalenze più elevate si mettono più giranti in serie le cui prevalenze si sommano, mentre resta invariata la portata. Ai simboli esposti per le pompe a stantuffo si aggiungono: n = numero di giri/min della girante; Vp = velocità dei punti della girante posti sula periferia esterna in m/s; Vα = velocità del liquido nel tubo di aspirazione e nel tubo premente; R = raggio esterno della girante in metri.

7 L altezza della colonna d aspirazione può raggiungere 4 5 metri,è preferibile tenerla più bassa possibile. Velocità del liquido vα Per H<6 m vα =0,80 1,80 m/s H=6 15 m vα =1,80 2,50 m/s Alcuni costruttori fanno: vα = Velocità della girante vp in media vp =1,25 Rendimento varia da 0,80 0,5 a seconda della buona o cattiva costruzione della pompa. Calcolo di una pompa a centrifuga : si fissa il valore di vα e si determinano i diametri dei tubi di aspirazione e premente d = = 1,13 (in metri) Si determina poi il diametro dell albero con la formula

8 Pompe assiali Sono costituite da una girante che ruota entro un tamburo cilindrico e formate da una serie di pale a profilo alare. il liquido pompato si muove con moto prevalentemente assiale, parallelo cioè all asse di rotazione. Uscendo dalla girante il liquido passa attraverso un raddrizzatore che trasforma parte della pressione dinamica in pressione statica. Caratteristica di queste pompe sono le elevate portare con modeste prevalenze. Anche per queste pompe vengono riportare le caratteristiche di portata, prevalenza e potenza assorbita in diagrammi come per le pompe centrifughe valendo anche gli stessi principi.

9 L'impianto di pompaggio più in dettaglio... Oltre la pompa, gli elementi principali che costituiscono un impianto di pompaggio sono: Il Motore che aziona la pompa, le tubazioni (d'aspirazione e mandata), le valvole, i filtri, i serbatoi (d'aspirazione e mandata), i sistemi d'innesco della pompa e di scarico dell'impianto.

10 I motori Una pompa può essere costituita da motori di diverso tipo: motori elettrici (a corrente alternata o continua), motori alternativi a combustione interna (Diesel o a ciclo Otto), turbine idrauliche o a vapore ecc... La scelta del tipo di motore dipende, ad esempio, dalla disponibilità di alimentazione elettrica o di altre fonti energetiche, il campo di regolazione dell'impianto ecc...

11 Le tubazioni A seconda della natura del liquido, delle portate in gioco e delle pressioni, le tubazioni potranno essere costituite in ferro, acciaio, materiali non ferrosi (alluminio, rame, ottone), cemento armato o materiali plastici. Le tubazioni d'aspirazione sono più brevi e di diametro maggiore di quelle di mandata al fine di contenere al minimo le perdite di carico e ridurre al minimo il rischio di cavitazione. Il diametro del tubo di aspirazione è scelto in modo da far sì che la portata sia mediamente compresa tra 1 m/s e 2 m/s

12 Le valvole valvole di intercettazione e regolazione Le valvole d'intercettazione hanno lo scopo di isolare dal resto dell' impianto. Questo per far si che la manutenzione e sostituzione avvenga senza bisogno di svuotare ogni volta l'impianto. Vengono disposte in vari punti della tubazione per avere varie funzioni; da semichiuse per evitare perdite di carico, a chiuse, durante la manutenzione. Sono posizionate esclusivamente nel tratto di mandata della tubazione per evitare il pericolo di innesco della cavitazione

13 Valvole di ritegno Hanno lo scopo di impedire lo svuotamento dell'impianto in caso di arresto della pompa. Sono dotate di un elemento mobile che si apre durante il moto del fluido in una direzione, in modo da chiudersi quando il fluido tenderà a defluire nel verso opposto. Questo tipo si valvola può essere impiegata in vari punti dell'impianto; dal proteggere la pompa, a qualsiasi altro punto soggetto al colpi d'ariete.

14 Valvole di sicurezza e controllo Le prime hanno la funzione di mantenere la pressione costante entro i valori prefissati Le seconde hanno lo scopo di proteggere l'impianto da pericolosi sbalzi di pressione o eccessivi valori di quest'ultima, dovute ad errori di manovra o al mal funzionamento dell'impianto stesso.

15 Serbatoi d'aspirazione e mandata Sono bacini di dimensioni diverse a seconda dell'impianto e contengono il liquido da aspirare e quello di mandata della pompa Possono essere vari a seconda dell'uso dell'impianto, in generale se ne possono distinguere due - bacini naturali, le cui pareti posso essere rinforzate, ma costituite all'origine dal suolo terrestre - bacini artificiali costituiti in muratura o metallo, aperti o chiusi, eventualmente in pressione.

16 Sistemi d'innesco e di scarico Sono sistemi che hanno la funzione di decidere il riempimento o lo svuotamento dell'impianto. Il sistema d'innesco è utile quando la pompa non è in grado di causare una depressione sufficiente all'aspirazione del liquido, è quindi necessario riempire d'acqua la pompa e tutta la tubazione necessaria all'aspirazione Lo scarico dell'impianto è costituito da valvole di spurgo poste nelle parti più basse dell'impianto con apposita canalizzazione utile per lo scarico dell'impianto. Il serbatoio di mandata è posto più in alto della pompa. Questo permette durante l'apertura della valvola posta sulla derivazione del tratto di mandata, il riempimento della valvola d'intercettazione.

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