Come leggere la curva di una pompa e dimensionare correttamente l’impianto idraulico.
Capire come leggere la curva di una pompa è il primo passo per selezionare il modello più adatto, evitando errori di dimensionamento, sprechi energetici e problemi di cavitazione.
Quando si seleziona una pompa per un impianto idraulico, che sia per un’abitazione, un pozzo o un sistema di irrigazione, la curva caratteristica è lo strumento da cui partire per fare una scelta corretta. Capire come interpretarla è fondamentale per:
- individuare il modello in grado di soddisfare le esigenze dell’impianto e allo stesso tempo evitare sovradimensionamenti;
- prevenire inefficienze energetiche, con un beneficio in termini di costi e di impatto ambientale;
- garantire lunga durata e prestazioni ottimali della pompa, grazie all’individuazione del punto di massimo rendimento.
Curva caratteristica di una pompa idraulica: questione di portata e di prevalenza.
Com’è noto, la pompa trasforma l'energia meccanica fornita dal motore in energia cinetica trasferendola al fluido attraverso le pale della girante. Questa energia viene poi in parte convertita in energia di pressione, consentendo al fluido di muoversi all’interno di un impianto. Per descrivere il comportamento della pompa, si fa riferimento a due grandezze fondamentali: la portata e la prevalenza.
La portata di una pompa centrifuga indica il volume di fluido che essa può movimentare in un determinato lasso di tempo. In termini pratici, si tratta della quantità di liquido che attraversa la pompa nell’unità di tempo, espressa comunemente in litri al minuto (l/min) o metri cubi all’ora (m³/h). Negli Stati Uniti, viene spesso utilizzato anche il GPM (gallons per minute, galloni al minuto).Questa grandezza è influenzata da vari fattori, tra cui le dimensioni costruttive della pompa, la velocità di rotazione del suo albero, nonché le proprietà fisiche del fluido trattato, come densità e viscosità. La portata rappresenta una delle caratteristiche tecniche fondamentali di una pompa centrifuga, poiché determina la capacità di soddisfare le esigenze di flusso di un determinato impianto o processo.
La prevalenza di una pompa rappresenta la differenza di pressione tra il punto di uscita e quello di ingresso del fluido, espressa in termini di altezza, generalmente in metri (m). In sostanza, essa indica fino a quale altezza la pompa è in grado di sollevare il fluido, trasformando l’energia meccanica in energia di pressione. Questo parametro è cruciale, poiché determina la capacità della pompa di vincere le resistenze presenti lungo il percorso del fluido, come quelle causate da curve, valvole, tubazioni o perdite di carico distribuite. La prevalenza costituisce quindi un elemento chiave nella selezione della pompa più adatta a uno specifico impianto, poiché deve essere compatibile con le condizioni strutturali del sistema, come la lunghezza e il diametro delle tubazioni, l’altezza di sollevamento richiesta e la quantità di fluido da trasferire.
La curva caratteristica traccia il comportamento della pompa.
Il comportamento della pompa, in termini di capacità di generare prevalenza a diverse portate, è descritto dalla sua curva.La curva viene tracciata su un piano cartesiano dove l’asse orizzontale (asse delle ascisse) rappresenta la portata — espressa in m³/h, l/min o GPM — e l’asse verticale (asse delle ordinate) indica la prevalenza in metri (m).
In generale la curva ha un andamento decrescente: ciò significa che, all’aumentare della portata, la prevalenza tende a diminuire: maggiore quantità di fluido in movimento comporta una minore capacità di sollevamento per unità di fluido.
Ogni pompa ha però una propria curva caratteristica e questo dipende da diversi fattori, tra cui:
- la geometria della girante (diametro, forma e inclinazione delle pale);
- la velocità di rotazione della pompa;
- le perdite interne dovute all’attrito e alle turbolenze;
- le caratteristiche costruttive del corpo pompa.
In tutti i casi, la curva consente proprio di visualizzare come la pompa si comporterà in un dato punto all'interno del suo intervallo di prestazioni.
Come selezionare il giusto modello di una pompa.
Bisogna innanzitutto identificare la capacità e la prevalenza necessarie per il proprio impianto. Nel grafico della curva caratteristica della pompa, ogni punto rappresenta una combinazione di portata e prevalenza che la pompa può realmente fornire.Immaginiamo di dover sollevare acqua da un serbatoio interrato e mandarla a un serbatoio sopraelevato tramite una pompa. I dati che dobbiamo considerare sono l’altezza di sollevamento, ad esempio 15 metri, a cui vanno sommate le perdite di carico, e la portata richiesta, ad esempio 12 m³/h.
Troveremo in questo modo il punto di lavoro richiesto dall’impianto, indipendente dalla pompa. A questo punto bisogna valutare la pompa e verificare che il punti di lavoro richiesto si trovi sulla sua curva. Se il punto si trova sotto la curva significa che la pompa non non riesce a fornire la prevalenza richiesta alla portata desiderata; se il punto è sopra la curva, vuol dire che il sistema richiederebbe una prevalenza minore rispetto a quella fornita dalla pompa a quella portata. Nel primo caso la pompa non riesce a vincere la resistenza del sistema, nel secondo caso è sovradimensionata. In sintesi, solo se il punto di lavoro richiesto si trova sulla curva caratteristica della pompa significa che c’è un reale equilibrio tra ciò che la pompa può dare e ciò che il sistema richiede.
Punto di lavoro e punto di massimo rendimento (BEP).
Ma non basta che il punto di lavoro si trovi sulla curva: è essenziale che sia anche il più vicino possibile al punto di massimo rendimento, noto come BEP (Best Efficiency Point). Ogni pompa ha infatti una portata alla quale lavora in condizioni ottimali, con il massimo rendimento. Questo punto si individua su una curva a campana che rappresenta il rapporto tra la potenza utile e quella assorbita, sempre in funzione della portata e viene solitamente indicato dai costruttori sulla curva caratteristica. Per esempio, immaginiamo una pompa che abbia il suo BEP tra i 7 e i 10 m³/h, corrispondente al 70%-80% della sua portata massima. Se il punto di lavoro richiesto dall'impianto ricade in questo intervallo, significa che la pompa lavorerà in condizioni ottimali. Quando la pompa lavora troppo lontana da questo punto, le conseguenze sono negative: verso sinistra (bassa portata) si rischiano vibrazioni, surriscaldamento e rumore; verso destra (alta portata) si riduce il rendimento e aumentano usura e consumi.Cos'è l'NPSH e perché è importante.
Quando una pompa aspira un fluido, si genera una depressione all’ingresso (aspirazione). Se questa pressione scende troppo, il fluido può evaporare localmente generando bolle e dando vita al fenomeno della cavitazione, che può danneggiare gravemente la girante.Per questo, soprattutto per impianti con aspirazione profonda, è importante considerare il valore NPSHR – Net Positive Suction Head Required, ovvero valore minimo di pressione (espressa in metri di colonna liquida) che deve essere presente all’ingresso della pompa per evitare la cavitazione. Viene indicato dal costruttore nella scheda tecnica della pompa, tipicamente in funzione della portata.
Più alta è la portata, maggiore sarà l’NPSHR richiesto dalla pompa. il Net Positive Suction Head Available (NPSHA) indica invece la pressione effettivamente disponibile all’aspirazione della pompa, determinata dalle condizioni dell’impianto: livello del liquido, pressione atmosferica, perdite in aspirazione, altezza di aspirazione. Per un funzionamento sicuro, il valore NPSHA deve essere maggiore di quello NPSHR, con un margine di sicurezza di almeno 0,5-1 metro. In caso contrario, la pompa rischia di cavitare, causando danni e cali di prestazione.
