Regolazione della Pompa Idraulica: Funzionamento e Metodi
Il punto di funzionamento di una pompa centrifuga è determinato dall'intersezione tra la curva caratteristica della pompa e quella dell'impianto. Questa intersezione definisce la prevalenza e la portata erogate dalla macchina.
Metodi per Variare il Punto di Funzionamento
Esistono diversi metodi per variare il punto di funzionamento di una pompa idraulica, ognuno con specifici vantaggi e svantaggi.
1. Valvola di Strozzamento
Inserendo una valvola di strozzamento, si aumenta la resistenza dell'impianto. Se la velocità di rotazione della pompa è costante, il punto di funzionamento si sposta, ad esempio, da B1 a B2 (come mostrato in Fig.1). A questo punto la pompa genera una prevalenza superiore a quella necessaria per l’impianto che viene abbattuta nella valvola strozzata, trasformandosi irreversibilmente in energia termica ed asportata dal flusso. Questa perdita è accettabile se il campo di regolazione è piccolo oppure se la regolazione è sporadica.
È il criterio più semplice ed economico, esso consiste, nell’agire sul grado di apertura di una valvola di regolazione, montata immediatamente a valle della flangia di mandata della pompa. Si introduce in questo modo una perdita di carico localizzata variabile, con conseguente variazione della pendenza della curva caratteristica dell’impianto e, quindi, della sua intersezione con la curva caratteristica della pompa.
Nella figura 6 si può osservare come, a velocità di rotazione costante, un’aumentata pendenza della curva caratteristica dell’impianto, causata dalla parziale chiusura della valvola, permetta di ridurre la portata erogata. La pompa genera una prevalenza (B1) superiore a quella necessaria per l’impianto (C1), l’eccedenza (rappresentata dal segmento BC) viene utilizzata per vincere le perdite generate dalla valvola strozzata. Tale energia viene dissipata tutta sotto forma di calore e viene persa completamente.
2. Pompa a Velocità di Rotazione Variabile
Un altro metodo per regolare la portata è l'uso di una pompa a velocità di rotazione variabile. Se la curva caratteristica dell’impianto è una parabola che parte dall’origine degli assi, come nell’esempio HA1, dimezzando la velocità la prevalenza si riduce a un quarto mentre la potenza di comando si riduce ad un ottavo.
Se invece la curva caratteristica dell’impianto (nell’esempio HA2) è una parabola con una grande prevalenza statica, è necessario assicurarsi che diminuendo la velocità di rotazione la curva non abbia punti di intersezione con la curva caratteristica della pompa, e quindi nemmeno un punto di funzionamento.
Il punto di funzionamento della pompa può quindi essere modificato, modificando la velocità di rotazione della macchina. In questo modo si ottiene, per ogni velocità, una diversa curva caratteristica. Ogni curva è legata alle altre dalle leggi della similitudine (fig.). La curva dell’impianto incrocerà ogni curva della pompa, in un punto diverso. La macchina potrà quindi adattare le proprie prestazioni all’andamento della richiesta della rete idrica.
Il caso classico è quello di macchine adibite alla pressurizzazione di un condotto di distribuzione di acqua potabile. Le variazioni orarie della richiesta, vengono seguite dalla variazione delle prestazioni della/e pompa grazie all’uso di sistemi di controllo elettronici (sensori e inverter). In questo modo si ottiene anche un grande risparmio di energia, poiché le prestazioni della macchina seguono esattamente ciò che viene richiesto e non ci sono dissipazioni di energia.
3. Collegamento di Pompe in Serie o in Parallelo
Il punto di funzionamento di una pompa può anche essere variato andando a collegare le pompe in serie o in parallelo. In particolare il collegamento in parallelo si realizza quando più pompe hanno in comune il bacino di aspirazione, o il collettore di aspirazione, ed il collettore di mandata. La portata totale è data dalla somma delle portate delle singole pompe, mentre la prevalenza rimane invariata. La curva caratteristica del sistema si ottiene sommando le ascisse delle curve caratteristiche di ciascuna pompa.
ll collegamento in parallelo si ottiene quando più pompe, che aspirano ciascuna in modo indipendente, spingono all’interno dello stesso collettore di mandata. La portata in ogni punto della curva caratteristica risultante, sarà data dalla somma delle portate delle singole pompe alla medesima prevalenza (fig. 14).
Con il collegamento in serie invece in tutte le pompe defluisce la stessa portata mentre la prevalenza del sistema è data dalla somma delle prevalenze delle singole pompe. La curva caratteristica di più pompe in serie si ottiene sommando per ogni valore di portata Q la prevalenza H di ciascuna pompa (fig.
È evidente che anche questo metodo è di tipo dissipativo, elaborando la macchina una portata maggiore di quella effettivamente necessaria.
4. Valvola di Bypass
In questo caso a valle della pompa viene inserita una valvola che scarica la portata in eccesso nel serbatoio di aspirazione. Anche questo metodo è di tipo dissipativo. La pompa veicola una Q maggiore di quella che viene richiesta dall’impianto. Le perdite che si realizzano con questo schema di regolazione sono maggiori di quelle che si realizzano con lo schema che utilizza una valvola di regolazione in mandata.
Leggi di Similitudine
Prima di illustrare questi sistemi di variazione del punto di funzionamento, occorre introdurre le cosiddette leggi di similitudine. Le leggi della similitudine permettono la previsione delle prestazioni di una macchina a partire dalla conoscenza del comportamento di un ' altra macchina o di un modello realizzato in laboratorio. Esse sono basate sul concetto che due macchine geometricamente simili (dimensioni caratteristiche che stanno in un rapporto costante) e cinematicamente (simili triangoli delle velocità all’ ingresso e allo scarico dalla girante) avranno anche Io stesso rendimento idraulico. Partendo da questa tesi si possono sviluppare delle semplici relazioni fra prevalenza H, portata Q e numero di giri n.
Valvole Oleodinamiche
Le valvole oleodinamiche sono utilizzate sia per la regolazione che la distribuzione dell’energia. La trasformazione dell’energia avviene attraverso una pompa che va a regolare la velocità del fluido trasformando l’energia meccanica in energia idraulica. La pompa avrà il compito di tutelare la tenuta tra la mandata e l’aspirazione.
Tipologie di Valvole Oleodinamiche
Le valvole regolatrici, per esempio, determinano quantità costanti di portata rendendo possibile la regolazione delle velocità, attraverso l’impostazione dei valori, ad es. Le valvole regolatrici di portata sono dispositivi quindi utilizzati per regolare il flusso all'interno di un impianto oleodinamico, ridurre o aumentare una qualsiasi portata a valori desiderati.
Il regolatore di flusso più diffuso e semplice è quello bidirezionale che controlla i flussi in pratica in entrambe le direzioni. Il regolatore di flusso in oleodinamica nella sua versione più semplice è costituito da un restringimento a sezione fissa. Quando in oleodinamica si ha l’esigenza quindi di far circolare il flusso solo in una direzione sono utilizzate le valvole regolatrici unidirezionali.
Vi sono poi le valvole oleodinamiche regolatrici CETOP il cui sistema di “normalizzazione”, fissa gli standard dimensionali per la Pneumatica e l'Oleoidraulica. Le valvole bidirezionali CETOP a piastra prodotte da Tognella permettono per esempio un’ottima resa nella regolazione del flusso in entrambi i sensi. Esse si presentano dotate di uno spillo che se adeguatamente configurato consente di ottenere grande linearità di flusso nell’apertura e una regolazione impeccabile e accurata sulla portata caratteristica. Questo avviene per la presenza del doppio sistema decimale presente sulla manopola e grazie ad un anello metallico con scala numerica graduata che permette di individuare, con velocità agli addetti al settore, le condizioni di flusso e pressione.