Curva Caratteristica di un Impianto Idraulico: Definizione e Importanza

Una curva caratteristica delle prestazioni della pompa identifica il funzionamento di una pompa in un determinato sistema. È l’impronta digitale della pompa.

Definizione di Curva Caratteristica

Una curva caratteristica delle prestazioni della pompa, o curva della pompa, è determinata dai dati effettivi sulle prestazioni della pompa in un laboratorio. Questa curva è un tracciato della capacità di una pompa di generare flusso di fluido (portata) rispetto ad una determinata prevalenza. Ogni pompa, indipendentemente dal produttore, ha una sua curva unica.

Abbiamo quindi definito una curva caratteristica della pompa e ne abbiamo identificato l’uso nel paragrafo precedente. Ogni curva è composta da vari elementi. Nei successivi paragrafi definiremo gli elementi trovati su una curva di performance della pompa e identificheremo i loro usi individuali.

Elementi Chiave di una Curva Caratteristica

• Portata: definita come il volume di fluido che viene trasferito dalla pompa. Le unità più comuni per la portata sono in genere galloni al minuto (GPM) o metri cubi all’ora.
• Prevalenza: un termine spesso usato per descrivere l’energia meccanica aggiunta al fluido mediante la forza centrifuga. La prevalenza è un buon termine da usare con le pompe centrifughe perché sono dispositivi energetici costanti.

Portata e Prevalenza: Concetti Fondamentali

La portata è definita come il volume di fluido che viene trasferito dalla pompa. Le unità più comuni per la portata sono in genere galloni al minuto (GPM) o metri cubi all’ora. Le pompe centrifughe non offrono una grande flessibilità nelle variazioni di portata senza influire sull’efficienza della pompa. Quando si specificano i requisiti di portata per una pompa centrifuga, è necessario indicare una gamma di portata. I limiti di portata minima e massima sono molto importanti.

La portata di una pompa centrifuga varia in maniera inversamente proporzionale alla prevalenza. Ciò significa che quando la portata aumenta, la prevalenza diminuisce.

La prevalenza è un termine spesso usato per descrivere l’energia meccanica aggiunta al fluido mediante la forza centrifuga. Pertanto, la prevalenza applicata alle pompe centrifughe è comunemente espressa in piedi (o metri) di liquido.

La prevalenza dinamica totale (TDH) di una pompa centrifuga è la differenza tra la prevalenza di mandata e la prevalenza di aspirazione della pompa. La prevalenza dinamica totale (TDH) è la quantità di energia, espressa in piedi o metri, aggiunta al fluido dalla pompa. La prevalenza dinamica totale (TDH) può essere indicata come prevalenza della pompa o prevalenza totale della pompa.

Quando un liquido entra nella pompa, vi è una riduzione della pressione e della prevalenza.

Relazione tra Portata e Prevalenza

La prevalenza dinamica totale (TDH) varia inversamente alla portata. Un esempio di questo fenomeno è il flusso di acqua da un tubo da giardino. Senza impedimenti, l’acqua ha una portata maggiore, ma una prevalenza più bassa (pressione). Ciò è evidenziato da un getto d’acqua che non si estende molto lontano dal tubo. Tuttavia, quando si posiziona il pollice sopra l’estremità del tubo, la portata diminuisce, ma la pressione sale.

Efficienza e Punto di Massima Efficienza (BEP)

Il rendimento è la relazione tra la potenza fornita e la potenza effettivamente utilizzata. Il rendimento di una pompa centrifuga dipende dal punto di lavoro della pompa. Ogni pompa centrifuga ha quindi una determinata portata in cui funziona meglio. Questa è nota come “la portata ideale”. A questa portata ideale, l’efficienza della pompa è al massimo. Questo punto di massima efficienza è chiamato proprio Punto di Massima Efficienza (BEP). Quando si aziona una pompa, si raccomanda di dimensionare la pompa in modo che funzioni il più vicino possibile al BEP.

Le pompe funzionano meglio quando funzionano al loro punto di massima efficienza. A questo punto, le forze idrauliche all’interno della pompa sono equilibrate. Il funzionamento della pompa lontano dal punto di massima efficienza fa sì che le forze idrauliche all’interno dell’involucro diventino sbilanciate. Queste forze sbilanciate possono far piegare o flettere l’albero della pompa.

Altri Fattori Influenzanti

Una pompa richiede una certa quantità di energia per spostare il liquido. La dimensione della girante influisce sulla prevalenza dinamica totale (TDH), portata, NPSHR, efficienza e requisiti di potenza. Una pompa designata come 40x80-250 indica che la girante più grande che può essere installata in una pompa ha un diametro di 250 mm. È importante controllare sempre il diametro della girante durante la lettura di una curva della pompa. La dimensione effettiva può essere inferiore alle dimensioni della curva della pompa.

La velocità della pompa è la velocità di rotazione della pompa determinata dal motore (azionamento) e da qualsiasi altro dispositivo di trasmissione di potenza. La velocità della pompa può anche essere modificata elettricamente variando la frequenza di ingresso della potenza dai normali 60 Hz o 50 Hz a qualche altro valore. La velocità della pompa influisce direttamente sui requisiti di portata, prevalenza e potenza. All’aumentare della velocità della pompa, tutti e tre questi parametri aumentano, ma a velocità diverse.

Importanza delle Curve Caratteristiche

Le curve caratteristiche delle pompe vengono sviluppate mediante prove di laboratorio con acqua.

La curva caratteristica di una pompa centrifuga è una rappresentazione grafica della capacità della pompa di spostare fluidi in relazione al livello di pressione in essere durante le operazioni di funzionamento della pompa stessa.

• La curva di rendimento permette di valutare l’efficienza del funzionamento di una pompa.
• La curva di potenza assorbita di una pompa è un parametro che permette di valutare l’efficienza di una pompa.

La curva caratteristica di una pompa centrifuga permette di esprimere in maniera chiara l’idoneità di una specifica pompa per l’utilizzo all’interno di un determinato sistema.

Come Utilizzare le Curve Caratteristiche nella Progettazione

Nella progettazione delle reti acquedottistiche si riscontra sovente la necessità di determinare a priori le caratteristiche delle pompe di sollevamento da utilizzare. Il problema diventa arduo quando si è in presenza di sollevamento diretto in rete che, se effettuato con pompe a velocità di rotazione variabile, a fronte di una ottima versatilità, apporta ulteriori incognite.

I dati di portata e prevalenza nel punto di inserimento in rete della pompa che soddisfano le varie condizioni di calcolo delle reti idriche complesse sono infatti noti solo alla fine delle iterazioni di calcolo, quando la rete è equilibrata in tutte le sue componenti ivi compresa la pompa stessa.

La soluzione non può che derivare dall’esame di svariate versioni progettuali redatte introducendo nei calcoli le curve caratteristiche di più pompe, esaminandone i dati di funzionamento nelle diverse situazioni e, nel caso della velocità variabile, supponendo di variare anche la velocità di rotazione dei motori dell’intera serie di pompe.

Si usa definire in modo approssimato le caratteristiche di una pompa con due soli elementi: portata e prevalenza.

E’ ben noto come per definire una qualsiasi curva i punti debbano invece essere, come minimo, in numero di tre.

Pompe a Velocità Variabile

L’adozione di pompe a velocità variabile, facilitata dalla moderna elettrotecnica ed elettronica che si basa sugli inverter, consente di ottenere grandi benefici per le elevate possibilità di regolazione delle sue portata e prevalenza.

Software Moderni per il Calcolo delle Reti

Di contro sono notevoli le possibilità offerte dai moderni programmi di calcolo delle reti magliate in quanto, oltre a considerare schemi idrici anche molto complessi per costituzione delle maglie e per la presenza di apparecchiature idriche anche in grande numero e di qualsiasi tipo (valvole, pompe sia a giri fissi che variabili, serbatoi inseriti direttamente in rete, pozzetti di interruzione ecc. ecc.), consentono di simulare lunghe sequenze di reti in moto permanente tenendo conto delle variazioni che intervengono nel periodo temporale da esaminare e definendo tutti gli elementi di funzionamento ivi compresa l’evoluzione dei serbatoi direttamente inseriti in rete.

Si tratta di risultati notevolissimi con i quali è possibile prevedere a tavolino le soluzioni ottimali di progetto. Ovviamente la bontà dei risultati dipende dalla qualità dei dati di partenza che bisogna introdurre in quanto, come detto, si debbono sempre fare delle verifiche di una rete fissata a priori. In questo senso, per quanto riguarda specificamente gli impianti di sollevamento, diventa importante la possibilità di potere esaminare il comportamento di diversi gruppi pompa ripetendo più volte la verifica a seconda del tipo e del numero di pompe che si intende provare.

Da rilevare, a tale proposito, come una stessa seduta di calcoli, possa comprendere non solo una rete che viene esaminata nella evoluzione di periodi anche prolungati, ma anche più reti diversificate delle quali il computer determina in sequenza tutte le preimpostate varianti rendendo rapida la disamina dei risultati e la scelta della soluzione ottimale.

Si sono indicate delle regole empiriche per poter tracciare le curve caratteristiche portata/prevalenza di pompe siano esse del tipo tradizionale a giri fissi come pure a velocità variabile. La procedura qui consigliata consiste nell’effettuare una nutrita serie di verifiche usando, per gli impianti di sollevamento, delle serie di curve caratteristiche delle pompe in modo da determinare la macchina che, nella prima fase di calcoli, risulta ottimale.

Come Interpretare le Curve di Rendimento e Potenza Assorbita

Se voleste avere delle informazioni più dettagliate sulla pompa che vi apprestate a comprare dovrete necessariamente imparare a leggere la curva di rendimento, ben riconoscibile sulla tabella si assorbimento. Si tratta di un grafico molto esplicativo che spiega la portata, la prevalenza e l'assorbimento di una pompa idraulica.

Se osservando visivamente la curva di rendimento ci accorgessimo che la pompa superi i valori di portata o prevalenza o assorbimento, potremmo dedurne che sia sottodimensionata e quindi inutile al nostro scopo.

Le pompe devono funzionare all'interno della curva di lavoro, riportata nelle caratteristiche tecniche dal costruttore. Quando questo non accade vi è la possibilità che gli assorbimenti siano fuori targa o, nel caso opposto, che si verifichino fenomeni di cavitazione.

Definizioni Aggiuntive

• Prevalenza di una pompa: è definita come la differenza di pressione tra l’uscita e l’ingresso della pompa, espressa in unità di altezza (ad esempio in metri). L’unità di misura della prevalenza è rappresentata dal simbolo m.
• Portata di una pompa centrifuga: è la quantità di fluido che la pompa è in grado di spostare in un determinato intervallo di tempo.

Tabella Riepilogativa dei Parametri Chiave

tag: #Idraulico

Leggi anche:

• Curva a Gomito Idraulica
• Definizione e importanza della curva caratteristica
• Guida al lavaggio fai da te dell'impianto idraulico
• Cos'è l'idraulica?
• Bagno piccolo, grande stile