Dimensionamento Pompa Idraulica: Calcolo e Fattori Chiave
Nel ruolo di produttori di pompe idrauliche, siamo consapevoli dell’elevato numero di variabili che è necessario prendere in considerazione per scegliere la pompa adatta alle specifiche esigenze applicative. Questo articolo ti guiderà attraverso i passaggi fondamentali per il dimensionamento di una pompa idraulica, aiutandoti a comprendere i fattori chiave e i calcoli necessari.
Cos'è la Prevalenza di una Pompa?
La prevalenza di una pompa è una grandezza fisica che esprime la capacità della pompa di sollevare un determinato volume di fluido ad un livello superiore dal punto in cui è posizionata la pompa stessa. Solitamente è espressa in metri di colonna d’acqua. In poche parole, possiamo anche definire la prevalenza come l’altezza massima di sollevamento che la pompa riesce a trasmettere al fluido convogliato.
L’esempio più chiaro è quello di un tubo verticale che sale direttamente dall’uscita di mandata. Il fluido sarà pompato lungo il tubo a 5 metri dall’uscita di scarico da una pompa con una prevalenza di 5 metri. La prevalenza di una pompa è inversamente correlata con la portata.
Come anticipato, la prevalenza è effettivamente l’energia che la pompa cede al fluido. Il fluido, scorrendo all’interno di una tubazione, subisce perdite di carico (deducibili in termini di pressione) dovute all’attrito tra il fluido stesso e le pareti della tubazione.
Calcolo delle Perdite di Carico
Per calcolare le perdite di carico è necessario definire un fattore di attrito, dipendente dalla velocità del fluido. Lungo la tubazione di un impianto sono presenti numerosi elementi di costruzione e gestione, come valvole, raccordi, restringimenti, ecc., anch’essi responsabili di perdite di carico. Per il calcolo relativo a queste perdite di carico esistono diversi metodi.
L’asse al centro è la corrispondente perdita di carico espressa in metri, relativa all’elemento in questione. L’indicatore prevalenza pompa è presente ed è consultabile all’interno delle schede tecniche di tutti i nostri principali prodotti.
Potenza di una Pompa
La potenza di una pompa, nota anche come potenza assorbita, rappresenta l’energia impartita al fluido pompato per aumentarne la velocità e la pressione. Tutte le pompe idrauliche, al fine di spostare e aumentare la pressione di un fluido, consumano energia. La potenza richiesta dalla pompa dipende da una serie di fattori accessori della pompa stessa, tra cui l’efficienza del motore della pompa e la pressione.
Ulteriori fattori che influiscono sulla potenza della pompa fanno riferimento alle caratteristiche di densità, viscosità e portata del fluido trasportato. Le pompe non sono in grado di trasferire tutta l’energia che ricevono; a causa degli attriti, dissipazioni, turbolenze; per cui l’energia assorbita nell’unità di tempo dal motore, chiamata potenza assorbita, sarà maggiore di quella effettivamente acquistata dal liquido.
Rendimento di una Pompa
Il rendimento di una pompa può essere definito come il rapporto fra la potenza utile e la potenza assorbita. Nello specifico il rendimento è la capacità della pompa di trasformare energia meccanica in energia idraulica (efficienza), rappresenta la relazione tra la potenza fornita al fluido pompato (potenza idraulica) e la potenza del motore, quest’ultimo deve avere una potenza superiore a quella che si intende applicare al fluido, in modo da sopperire alla dissipazione.
Il rendimento totale di una pompa considera le perdite di carico interne alla macchina. Il rendimento volumetrico di una pompa è usato per quantificare le perdite di volume di fluido dovuto ai giochi tra girante della pompa e il relativo corpo. Il rapporto tra la potenza utile e la potenza assorbita definisce il rendimento della pompa. Il rendimento di una pompa idraulica può essere calcolato a seconda della tecnologia di progettazione.
Esempio di Calcolo: Pompate Necessarie per Estendere un Cilindro
Un cilindro (corsa H=50 mm) viene azionato con una pompa a mano. Deve essere eseguita una corsa a vuoto L = 30 mm. Quante pompate occorrono per ottenere l’estensione completa del cilindro?
-> A = 132,7 cm² (come nell’esempio 1)Per la corsa a vuoto vale:
S BP (mm) =[V BP (cm³).10] : A (cm²)
Con una portata ad ogni corsa della pompa-> V BP = 32cm³
-> S BP = (32.10) : 132,7 mm = 2,4 mm
Numero pompate per la corsa a vuoto: si divide la corsa a vuoto per la corsa ad ogni pompata:
PB BP = L (mm) : S BP (mm) = 30 : 2,4 = 13 pompate
Per la corsa sotto carico:
S AP (mm) =é V AP (cm³).10] : A (cm²)
Con una portata ad ogni corsa della pompa-> V AP = 3 cm³
-> S AP =(3.10) : 132,7 mm = 0,23 mm
Numero delle pompate per la corsa sotto carico: si divide la corsa residua per la corsa compiuta ad ogni pompata:
PB A = [H(mm) - L(mm)] : S AP(mm)= [50-30] : 0,2 =87 pompate
Risultato: In totale = PB BP + PB AP = 13 + 87 = 100 pompate.
Velocità di Estensione di un Cilindro Idraulico
La velocità d’estensione di un cilindro idraulico azionato con una pompa elettrica dipende dall’area del pistone nel cilindro e dalla portata dell’elettropompa. Per le pompe bistadio si deve porre per il movimento del cilindro senza carico la porta-ta a bassa pressione Q BP e per gli spostamenti sotto carico invece la portata ad alta pressione Q AP .
Formula:
v(mm/s) = [Q(l / min).166,67] : A (cm²)
Dove:
- v= velocità del cilindro in mm / s
- Q= portata della pompa in l / min
- A= area del pistone nel cilindro in cm²
Esempio: Con quale velocità si estende un cilindro azionato da pompa elettrica? Un cilindro viene azionato con una pompa elettrica.
Influenza della Forma e delle Dimensioni
Anche la forma e le dimensioni della cassa ne influenzano il comportamento, e di conseguenza il dimensionamento si baserà sui parametri impostati dall’impianto. A questo punto si può correlare la portata e la prevalenza che la pompa deve garantire alle dimensioni specifiche, consentendo di stimare il diametro esterno della girante, una volta nota la velocità di rotazione.
Dove la velocità ω è misurata in [rad/s], la portata Q in [m3/s], la prevalenza H in [m] ed infine g rappresenta l’accelerazione di gravità. La pompa è trascinata da un motore elettrico alimentato a frequenza di rete.
Nota la potenza assorbita, è possibile stimare anche la coppia trasmessa e successivamente dimensionare l’albero che muove la girante, con il relativo diametro di imbocco. Si procede poi a stimare il rendimento totale della pompa e le caratteristiche geometriche.