Pompe Idrauliche per Irrigazione: Funzionamento e Tipologie
Le pompe idrauliche sono strumenti fondamentali per il trasferimento efficiente dei liquidi in una vasta gamma di applicazioni. Dal trattamento dei reflui zootecnici alla lavorazione delle biomasse, sino agli interventi fitosanitari e all’irrigazione, le pompe idrauliche sono fondamentali per un gran numero di operazioni agricole.
La funzione principale delle pompe idrauliche è quella di movimentare le acque di flusso. L'elemento essenziale che permette alla pompa di compiere questo sforzo è il motore. La campagna di irrigazione 2024 è ormai alle porte e quest’anno, perlomeno al Centro-nord, dovrebbe partire con un calendario piuttosto tradizionale, dopo anni in cui la prolungata siccità ha costretto gli agricoltori ad aprire i bocchettoni già a fine marzo, per rendere possibili le semine primaverili.
Le forme di irrigazione sono molteplici e variano talvolta da territorio a territorio. Tuttavia, dallo scorrimento alla sub-irrigazione, dall’aspersione alla fertirrigazione di precisione, hanno un elemento in comune: la pompa idraulica. Un dispositivo che ricorre con una certa frequenza in agricoltura. Le pompe idrauliche elettriche sono particolari dispositivi meccanici in grado di spostare liquidi in modo verticale e orizzontale a seconda delle diverse esigenze. Questi sistemi si differenziano, tra le altre cose, anche per la forza motrice che le fa funzionare. Tra queste ci sono quelle a funzionamento elettrico.
In queste pagine prendiamo in esame le macchine per irrigazione, con particolare attenzione a un componente essenziale come la pompa idraulica. Dovendo muovere acqua, la cui viscosità molto bassa, è possibile ricorrere a pompe dal disegno piuttosto semplice, come le centrifughe, riservando soluzioni più complesse (e costose) ad altri settori.
Tipologie di Pompe Idrauliche
Le pompe idrauliche sono disponibili in una vasta gamma di tipologie, ognuna progettata per specifiche esigenze di trasferimento di liquidi. Le differenti tipologie di pompe funzionano ognuna secondo le proprie modalità e finalità operative e costruttive, ma, in linea di massima, si possono suddivise in tre categorie: pompe autoadescanti, pompe centrifughe e pompe sommerse.
Pompe Centrifughe
L’irrigazione, invece, è al momento pane per le pompe centrifughe: attrezzi efficienti nel funzionamento e generalmente poco costosi e ingombranti, dal momento che hanno una struttura elementare. Una pompa centrifuga è infatti composta da un corpo, un albero e un’elica che movimenta il fluido prendendolo dal tubo di aspirazione e inviandolo a quello di mandata. Questo, nella loro forma più semplice.
La pompa cosiddetta centrifuga possiede un'entrata dell'acqua (definita aspirazione), posizionata in corrispondenza dell'asse centrale dell'elettropompa. L'accensione di un motore elettrico fa muovere alcune pale, dette giranti, che spingono i liquidi pompati dal centro della pompa, verso l'esterno.
Dal punto di vista progettuale, una pompa centrifuga può essere orizzontale o verticale. Per l’irrigazione si usano quasi esclusivamente le prime, dal momento che il flusso di acqua deve essere pompato in senso orizzontale. Le caratteristiche della (o delle) giranti dipendono dal materiale movimentato e dall’efficienza ricercata.
La girante aperta - né più né meno che un’elica - è meno efficiente di altre soluzioni, ma non si intasa e pertanto è indicata per fluidi abrasivi, molto densi oppure contenenti detriti. La girante semi-aperta, più efficiente della precedente, è adatta per fluidi semi-abrasivi e non eccessivamente densi. La girante chiusa, formata da due dischi e un cilindro, all’interno del quale si trovano le pale dell’elica, è specifica per acqua e gas. Tuttavia, per l’irrigazione, vista la facilità con cui l’acqua può contenere sabbia, piccoli sassi o fango, si impiegano solitamente giranti aperte o semi-aperte. Il cui numero varia essenzialmente in funzione della pressione e della portata richieste: si va da pompe mono-girante a quelle a tre giranti, per portate maggiori.
Le giranti possono essere poste su un albero perpendicolare o parallelo rispetto al flusso del liquido. Nel primo caso si hanno pompe centrifughe radiali, nel secondo assiali.
Queste tipologie di pompe sono differenti da quelle centrifughe monogirante, perchè montano sull'asse diverse giranti, separate tra loro da diffusori, ovvero dei propri "raddrizzatori del flusso dell'acqua".
Pompe Autoadescanti
Pompe autoadescanti possono aspirare, durante l’avvio, l’aria presente nella condotta di aspirazione da una sorgente un pozzo, un laghetto o un fossato. Quando l’aria sarà stata eliminata, la pompa inizierà ad aspirare acqua. E’ importante aver prima riempito il corpo pompa con acqua. Queste pompe vengono in genere posizionate in luoghi asciutti, ossia fuori dall’acqua.
Il motore aziona il corpo della pompa autoadescante, che è dotato di un raccordo di aspirazione e di un raccordo di mandata. Il raccordo di aspirazione consente alla pompa di aspirare l’acqua attraverso un tubo di aspirazione, la cui estremità è posizionata sott’acqua (nota: il tubo di aspirazione posto in acqua deve terminare con una valvola di non ritorno, altrimenti l'acqua aspirata fuoriuscirà dal tubo stesso).
Nel corpo pompa sono posizionate una o più giranti. In pratica, le giranti funzionano come le palette di un rotore che, grazie al movimento, esercitano una determinata forza di aspirazione e di mandata. Con la rotazione della girante, queste forze vengono attivate e la pompa può aspirare acqua fino a una profondità di 8 metri. Questo tipo di pompa ha una potenza in uscita (mandata) sempre molto più alta e viene indicata come prevalenza o pressione massima. Di norma, quante più giranti sono presenti tanto maggiore è la pressione che la pompa può esercitare.
Pompe Sommerse
Utilizzate per estrarre acqua da grandi profondità, spesso superiori ai 30-50 metri. Queste pompe vengono inserite direttamente nel pozzo e spingono l’acqua verso l’alto sfruttando un motore elettrico immerso nel liquido.
Le pompe sommergibili vengono utilizzate per l’estrazione e il pompaggio del liquido da vasche o piscine. Uno degli utilizzi più frequenti è proprio quello per lo svuotamento di garages o cantine allagate o per i pozzi neri. In molti casi risulta necessario utilizzare una pompa per alimentare l’impianto di irrigazione, come per esempio quando abbiamo la possibilità di attingere acqua da un pozzo, oppure abbiamo una cisterna di recupero dell’acqua piovana, evitando in questo modo di utilizzare l’acqua dell’acquedotto.
Specifiche Fondamentali: Pressione, Portata e Prevalenza
Dire irrigazione non è sufficiente: i metodi per attuarla sono tanti e così variabili da condizionare significativamente le caratteristiche della pompa necessaria per ottenere il miglior rapporto tra efficienza, prestazioni e ottimizzazione dei costi. Le specifiche fondamentali cui guardare sono, riassumendo, tre: pressione, portata e prevalenza.
La pressione, in sintesi, indica la forza con cui l’acqua è spinta fuori dalla pompa e condiziona la distanza a cui si può far giungere il liquido e la capacità di irrigare a pioggia su ampie superfici. Si misura in Bar. Con prevalenza si indica l’altezza a cui si può spingere, in verticale, il fluido pompato. Si misura convenzionalmente in metri ed è direttamente proporzionale alla pressione: più alta è la pressione, più in alto si arriva con la prevalenza.
Al contrario, la portata è inversamente proporzionale alla prevalenza e rappresenta la quantità di acqua che si può muovere attraverso una pompa. Per questo motivo è misurata in litri al secondo (o al minuto) o in metri cubi/ora.
Un elemento da tenere in considerazione, nella scelta della pompa, è la dimensione delle tubature: con condotte più grandi aumenta la portata della pompa ma si riduce la pressione dell’acqua, per la legge di Poiseuille.
Per identificare le prestazioni della pompa però non bastano i dati riportati sulla targhetta della pompa. La portata indica il volume di acqua che viene movimentata in un determinato periodo di tempo. Detto questo, quando leggiamo la scheda della prestazione della nostra pompa, la pressione viene indicata in mca (metri colonna d’acqua), un bar di pressione corrisponde a 10 metri di colonna d’acqua, come vedete chiaramente nel disegno qua sotto, la pressione la possiamo immaginare come la forza che si genera alla base del tubo.
Nel caso della pompa sommersa la prevalenza è la differenza di quota tra il livello dell’acqua nella cisterna e il livello di uscita del tubo. Ora che abbiamo chiarito il significato di portata e prevalenza, per scegliere le pompa più adatta per il nostro impianto di irrigazione dobbiamo leggere la scheda tecnica della pompa dove troveremo le curve di prestazione.
Curve Caratteristiche delle Pompe
Il disegno caratteristico di una pompa è caratterizzato da una curva. Come si leggono e interpretano le informazioni di questo schema, presente nella scheda tecnica di ogni pompa è molto semplice. Il grafico mette in relazione 2 assi che rappresentano da un lato la massima pressione (prevalenza) prodotta dell'elettropompa e dall'altro la lunghezza portata in litri/min. Come è facile intuire, conoscendo un minimo i principi fisici che regolano la pressione dei liquidi, la pompa avrà il massimo della prevalenza e quindi della forza, quando la portata sarà pari a zero. Ogni libretto delle istruzioni presenta un disegno di questo tipo.
Installazione e Funzionamento
Ogni pompa che andrà installata dovrà essere completamente piena di acqua e non contenere alcun minima particella d'aria, affinchè la possa trasferire energia all'acqua. La spurgo dell’aria avviene di solito al primo avviamento e la pompa deve essere in marcia.
Il funzionamento dello spurgo è più complicato quando la pompa dovrà compiere un'aspirazione da un pozzo, cisterna o serbatoio che e’ posto al di sotto della pompa stessa. In questo caso la tubazione necessaria per l'aspirazione dovrà disporre di una valvola di non ritorno immersa nel serbatoio. In concreto, le valvole di non risalita, saranno montate all'estremità del tubo di aspirazione e in corrispondenza di un filtro, costituito da una rete metallica, che blocchi l'aspirazione dello sporco, rimasto sul fondo del deposito dell'acqua. La massima altezza affinchè una pompa possa lavorare correttamente, detta anche capacità di autodescamento, è di circa 8-9 metri.
Un aspetto da considerare nel momento in cui si volesse comprare un'elettropompa è che una per prelevare l'acqua e spostarla dovrà essere necessariamente collegata all'elettricità. Questo significa avere una pompa idraulica sempre attiva, indipendentemente dal fatto che avvenga o meno un consumo di acqua. Il funzionamento di un presscontrol dipenderà dalla pressione massima della pompa. Questo particolare strumento dovrà sempre tener conto della potenza della pompa elettrica. Sarà indispensabile fare sempre riferimento ai dati tecnici riportati sulla confezione del presscontrol, dove è indicato certamente la potenza massima di corrente che potrà tollerare. Come dicevamo sopra, il compito di un presscontroll potrà anche essere svolto da un pressostato.
Manutenzione
Una macchina che deve funzionare 24 ore al giorno - in una stagione in cui il tempo scarseggia e un fermo-macchina non è ipotizzabile a meno di non compromettere il delicato calendario delle irrigazioni - deve forzatamente richiedere una manutenzione molto ridotta. Le pompe centrifughe, ampiamente maggioritarie in questo campo, hanno per l’appunto il pregio della semplicità. A inizio stagione devono essere preparate con un’adeguata pulizia, controllo delle guarnizioni e cambio dell’olio negli ingranaggi. Fatto questo, è sufficiente intervenire con la sostituzione del premistoppa o della tenuta meccanica se si notano trafilamenti dal corpo pompa o perdite di pressione e con la pulizia periodica del girante nel caso si lavori con acqua inquinata da sabbia o alghe.
Una manutenzione regolare include la pulizia dei filtri, il controllo del corretto assorbimento del motore, la verifica delle guarnizioni e della valvola di non ritorno. Le manutenzioni straordinarie riguardano la sostituzione delle parti usurate o la riparazione del motore elettrico.
Cali di pressione improvvisi, getti irregolari o perdite lungo il tubo possono derivare da rotture interne, ostruzioni, usura della girante, o ingresso d’aria nel sistema.
Tabella Comparativa delle Pompe Idrauliche
| Tipo di Pompa | Caratteristiche | Vantaggi | Svantaggi | Applicazioni |
|---|---|---|---|---|
| Centrifuga | Struttura semplice, efficiente | Poco costosa, facile manutenzione | Meno efficiente con fluidi densi | Irrigazione, travaso acqua |
| Autoadescante | Aspirazione aria durante l'avvio | Adatta per pozzi e sorgenti | Profondità limitata (max 8 metri) | Estrazione acqua da pozzi |
| Sommersa | Motore immerso nel liquido | Adatta per grandi profondità | Installazione complessa | Pozzi artesiani |