Rendimento di una Pompa Idraulica: Definizione e Calcolo
Nel mondo dell'idraulica, valutare l'efficienza delle pompe è fondamentale per ottimizzare i sistemi e ridurre i costi energetici. Il rendimento di una pompa idraulica è un parametro chiave per determinare le prestazioni e l'efficacia di tali sistemi. In questa guida, esploreremo cos'è il rendimento di una pompa, come si calcola e quali fattori influenzano le sue prestazioni.
Cos'è il Rendimento di una Pompa Idraulica?
Il rendimento di una pompa idraulica è definito come il rapporto tra la potenza utile fornita al fluido e la potenza assorbita dalla pompa. In altre parole, rappresenta la capacità della pompa di trasformare l'energia meccanica in energia idraulica. 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.
Maggiore è il rendimento, più efficiente è la pompa nel convertire l'energia in lavoro utile. Il rendimento totale di una pompa considera le perdite di carico interne alla macchina.
Come si Calcola il Rendimento di una Pompa Idraulica?
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.
La formula generale per calcolare il rendimento (η) è la seguente:
η = Wu/W
Dove:
- η è il rendimento (espresso in percentuale)
- Wu è la potenza utile (potenza idraulica fornita al fluido)
- W è la potenza assorbita (potenza meccanica fornita alla pompa)
La potenza della pompa che si ottiene è espressa in watt (o in kilowatt, dove 1 kW = 1000 W). Come abbiamo visto, effettuare il calcolo della potenza di una pompa centrifuga è abbastanza semplice. Conoscendo le diverse caratteristiche e applicando le formule riportate in questo articolo è possibile identificare correttamente i valori necessari.
Calcolo della Prevalenza
L’energia meccanica trasferita per unità di peso del liquido si chiama prevalenza e si indica con la lettera H. Il legame tra portata Q e la prevalenza totale H, a numero di giri costante, è tipico di ciascuna pompa ed è rappresentato da una curva nel piano cartesiano Q, H che si chiama curva caratteristica della pompa. Tale curva rappresenta quindi le variazioni della prevalenza H in funzione della portata Q e viene tracciata sperimentalmente per punti, a numero di giri costante, riportando in ordinata la prevalenza H ed in ascissa la portata Q in un sistema di assi cartesiani ortogonali.
Spesso, tuttavia, si hanno a disposizione altri dati per il calcolo della prevalenza, riferiti alle caratteristiche della pompa: si tratta della potenza assorbita e del rendimento. Per esempio poniamo il caso di calcolare la prevalenza di una pompa centrifuga che assorbe 4,5 KW di potenza con rendimento del 70% fornendo una portata d’acqua di 350 dm3/min.
Fattori che Influenzano il Rendimento
Diversi fattori possono influenzare il rendimento di una pompa idraulica:
- Perdite Volumetriche: 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.
- Perdite per Urti: Invece le perdite per urto sono legate allo scostamento dei triangoli di velocità reali da quelli di progetto (teorici), che provoca l’urto della corrente fluida sulla palettatura.
Curve Caratteristiche delle Pompe Centrifughe
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.
Le curve caratteristiche di una pompa centrifuga sono:
- Curva Caratteristica (Portata-Prevalenza): La curva caratteristica rappresenta la capacità di una pompa di generare il flusso del fluido (portata) in base alla prevalenza. Il legame tra la portata e la prevalenza, a numero di giri costante, è tipico di ciascuna pompa.
- Curva di Rendimento: La curva di rendimento permette di valutare l’efficienza del funzionamento di una pompa. La curva rappresenta, sull’asse delle ordinate, il rapporto tra potenza utile alla pompa e potenza assorbita (definita dalla variabile η = Wu/W) in relazione alla portata volumetrica rappresentata sull’asse delle ascisse con la variabile Q.
- Curva di Potenza Assorbita: La curva di potenza assorbita di una pompa è un parametro che permette di valutare l’efficienza di una pompa. La curva rappresenta, sull’asse delle ordinate, la potenza elettrica impiegata caratterizzata dalla variabile W in relazione alla portata espressa dalla variabile Q sull’asse delle ascisse. La potenza W è il prodotto della portata Q per la prevalenza H e per la densità d del fluido (W=Q∙d∙H).
Consigli Utili
- Le pompe devono funzionare all'interno della curva di lavoro, riportata nelle caratteristiche tecniche dal costruttore.
- Sulla mandata della pompa deve essere sempre presente una saracinesca che permetta, all'atto del montaggio, di poter strozzare leggermente la mandata, quando si hanno degli assorbimenti siano fuori targa.
- Quando accade la cavitazione, il sintomo principale è dato dalle violente vibrazioni generate dalla pompa, che si ripercuotono sulle tubazioni.