Il pompaggio nelle reti acquedottistiche

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1 Giornata di studio su progetto e gestione delle stazioni di pompaggio Università di Brescia, 22 novembre 2013 Il pompaggio nelle reti acquedottistiche Gianfranco Becciu

2 Introduzione 2 Gli impianti di sollevamento nelle reti acquedottistiche sono caratterizzati principalmente dalla variabilità delle portate e delle prevalenze. La progettazione di questi impianti deve quindi orientarsi verso soluzioni che garantiscano al contempo flessibilità di funzionamento, massima economia e alto livello di efficienza energetica.

3 Impianto di sollevamento con portata e prevalenza variabili: 3 rete di distribuzione con serbatoio a valle della pompa H g = prevalenza geodetica o statica H max = prevalenza totale con Q min (minimo consumo) H min = prevalenza totale di Q max (massimo consumo) H = H g + Y N + Z N Z B + (L a + L) J + ΣPc = H gn + (L a + L) J + ΣPc H gn = Y N + Z N Z A B H max Y N H g H min Y N A N

4 Dimensionamento della condotta di mandata 4 P T C e = c e ò W(t) dt = c e g r C C i e 0 T ò 0 Q(t) H(t) h(t) dt C i 0 1 D r n i (1 i) n (1 i) 1 Il diametro di minima passività D deve essere individuato tenendo conto della variabilità di portata, prevalenza e rendimento delle pompe nel periodo di funzionamento annuale T. Anche il costo unitario dell energia c e, a rigore, è variabile nel tempo, ma con modalità che è difficile prevedere sul lungo periodo. Quindi è necessario ricorrere a stime sui futuri valori medi.

5 Scelta della pompa 5 H H max E opportuno scegliere una pompa che abbia il rendimento massimo per la portata Q* più frequente, intermedia tra Q min e Q max. H * H min η η* η 1 η 2 Q min Q * Q max Q Q Per evitare variazioni eccessive del carico piezometrico nel nodo d ingresso è anche opportuno scegliere una pompa o un gruppo di pompe con la curva caratteristica H Q piatta. Nel caso di pompa singola a velocità costante la scelta quindi si orienterà su pompe radiali con numero di giri caratteristico medio basso. Con questo tipo di pompe la curva di rendimento è anche generalmente più piatta in corrispondenza del valore massimo.

6 Pompe centrifughe uguali in parallelo 6 Per portate medio alte la soluzione più frequente è quella di un gruppo di pompe a velocità costante in parallelo, generalmente uguali. Questo consente di regolare la portata nel tempo attraverso la modifica del nume-ro di pompe attive. Q 3 Q 2 Q 1 Q n = portata della singola pompa quando sono in funzione n pompe Se la curva di impianto è piatta (perdite di carico piccole rispetto alla prevalenza statica), le prevalenze e i rendimenti varieranno poco.

7 Impianto di sollevamento con portata e prevalenza variabili: 7 rete di distribuzione senza serbatoio H g = prevalenza statica H max = prevalenza totale massima con Q max (massimo consumo) H min = prevalenza totale minima con Q min (minimo consumo) H = H g + Y N H B + Z N Z B + (L a + L) J + ΣPc = H gn + (L a + L) J + ΣPc H gn = Y N + Z N Z A piezometrica di massimo consumo H max Y N max H g H min Y N min piezometrica di minimo consumo H B A L a P L N M B alla rete di distribuzione

8 Scelta della pompa 8 H H max Z A = Z N n 1 In questo caso la portata Q fornita dalla pompa è uguale all intera portata distribuita dalla rete. Per ottenere lo stesso valore di carico piezometrico H B all estremità B della rete al variare della portata è necessario che la prevalenza sia crescente con la portata. H * H min η η* n 3 Q min Q * n 2 Q max Q La prevalenza è pari alle sole perdite di carico e la curva caratteristica dell impianto è ripida. La soluzione ottimale è in questo caso una pompa con velocità variabile. Q Con questo tipo di pompe la curva di rendimento è anch essa variabile con la velocità e per piccole variazioni della portata non ci si sposta molto dal valore massimo.

9 Impianto di sollevamento con portata e prevalenza variabili: 9 rete di distribuzione con serbatoio a monte della pompa H g = prevalenza statica = 0 H max = prevalenza totale massima con Q max (massimo consumo) H min = prevalenza totale minima con Q min (minimo consumo) H = Y N H B + Z N Z B + (L a + L) J + ΣPc = H gn + (L a + L) J + ΣPc H gn = Y N + Z N Z A piezometrica di massimo consumo H ma H min x A Y N max Y N min piezometrica di minimo consumo H B L a P L N M B alla rete di distribuzione

10 Scelta della pompa 10 H H max H * Z A = Z N n 1 Anche in questo caso la portata Q fornita dalla pompa è uguale all intera portata distribuita dalla rete. La posizione sopraelevata del serbatoio a monte però consente di avere l alimentazione a gravità della rete fino alla portata Q G. H min 0 Z A η η* Q G n 3 Q min Q * n 2 Q max Q Per ottenere il carico piezometrico H B all estremità B della rete al variare della portata è necessaria la pompa, con prevalenza crescente con la portata per Q > Q G. Anche in questo caso la soluzione ottimale è una pompa con velocità variabile. Q

11 Pompe centrifughe a velocità variabile 11

12 Pompe centrifughe a velocità variabile 12