ACQUEDOTTI E IMPIANTI DI SOLLEVAMENTO

I primi acquedotti che sono sorti in Italia funzionavano a gravità essendo alimentati esclusivamente

da sorgenti di alta quota. Ai nostri giorni si può tranquillamente affermare che non esiste sistema di

rifornimento idropotabile che possa funzionare senza l’ausilio delle pompe di sollevamento.

Le pompe normalmente usate sono quasi esclusivamente del tipo centrifugo abbinate a motori

elettrici asincroni cioè a velocità fissa che è funzione diretta della frequenza della corrente elettrica

che li alimenta.

Il primo elemento da considerare è la curva caratteristica della pompa che rappresenta le portate che

essa è in grado di sollevare al variare della quota da vincere e che, nella figura a lato, è definita dalla

curva superiore tratteggiata in azzurro (curva “a”). Si noterà che la pompa è in grado di sollevare

l’acqua alla massima altezza del grafico ma con portata pari a zero. La portata aumenta via via

che diminuisce l’altezza da superare. Logicamente questa grande possibilità di variare la portata

sollevabile deve tener conto di un fattore importante e cioè del rendimento della macchina nelle

varie sue condizioni di funzionamento. E’ chiaro che nel punto iniziale di prevalenza massima

tutta l’energia impiegata viene dissipata trasformandosi in calore ed infatti la portata

sollevata è pari a zero.

Man mano che diminuisce l’altezza da raggiungere la portata aumenta a partire da zero , migliora il

rendimento con un incremento continuo fino a raggiungere il punto massimo quando la pompa

funziona all’incirca secondo il binomio portata/pressione tipico di costruzione della macchina. Da

quel punto in poi la portata può aumentare ancora ma con un duplice effetto negativo di

diminuzione sia della prevalenza e sia del rendimento.

Trova quindi conferma la regola generale in base alla quale ogni pompa deve lavorare alle sue

condizioni di lavoro normali e quindi corrispondenti ai dati di targa o con contenute

differenze rispetto ad essi. Qualora ci fosse bisogno di sollevare una portata molto bassa e con

prevalenza elevata bisognerebbe, ovviamente , scegliere un’altra pompa di adeguata curva

caratteristica.

A questo punto è da considerare la seconda curva (curva “b”) riportata nel disegno schematico e

cioè la curva delle portate/pressioni relative al funzionamento della condotta di mandata ed il punto

di intersezione tra le due curve che rappresenta il funzionamento dell’insieme. Per garantire un

buon comportamento dell’impianto detto punto deve definire l’optimum sia per la pompa che per

l’impianto idrico deve cioè dimostrare che la portata sollevata per il dislivello richiesto ha luogo

senza dissipazioni energetiche eccessive.

Per la verità, pur essendo ovvio nell’esempio in esame, sussiste un altro elemento molto importante

ed è la stabilità del sistema di sollevamento rappresentato dal punto di incontro delle due

curve. Come si nota dal grafico indicato tale punto è esattamente definito e quindi nell’impianto in

oggetto non esistono problemi ma si vedrà che in altri tipi di impianti di sollevamento il pericolo

della instabilità di funzionamento è molto sentito.

Altre utili informazioni possono essere lette su “LA REGOLAZIONE DEGLI IMPIANTI DI

SOLLEVAMENTO DEGLI ACQUEDOTTI”.

LE POMPE A VELOCITA’ DI ROTAZIONE VARIABILE

Una importante alternativa del sistema di sollevamento descritto riguarda le pompe a velocità di

rotazione variabile.

Si tratta di una innovazione partita più di un ventennio or sono quando la moderna elettronica ha

reso fattibile, tramite una apparecchiatura elettronica chiamata inverter, la regolazione della

frequenza della corrente che alimenta le pompe e quindi la variazione continua dei giri al secondo

delle pompe stesse ed il loro asservimento ai sistemi di controllo e comando automatici

(telecontrollo e telecomando).

Maggiori chiarimenti su “L’UTILIZZAZIONE DELLE ELETTROPOMPE A VELOCITA’

VARIABILE NEGLI ACQUEDOTTI”.

Nella figura a lato sono rappresentate (con elementi adimensionali) le caratteristiche principali di

una pompa a velocità variabile. La curva superiore in tratteggio di colore rosso è la ripetizione della

curva caratteristica di cui si è parlato in precedenza mentre le curve parallele riportate più in

basso si riferiscono alla stessa pompa al variare in diminuzione della sua velocità di rotazione.

Ovviamente non è presa in esame una pompa che gira a velocità superiore alla velocità di base cioè

alla velocità che si riscontra con inverter fuori servizio e pompa direttamente alimentata

normalmente dalla corrente elettrica, poiché in tal caso si tratterebbe di un funzionamento non

attuabile nella realtà non essendo materialmente possibile far effettuare al motore elettrico un

lavoro superiore alla sua potenzialità. Chiaramente si può solo assoggettarlo ad un uso ridotto della

sua potenza effettiva ma mai ad uno maggiore.

La tecnica di modificazione della velocità ha una effetto corrispondente alla creazione di tante

pompe simili ma più piccole di quella originaria e quindi tutte atte a diminuire portata e prevalenza

man mano che diminuiscono i giri al secondo.

Vengono elencati nelle due tabelle alcuni dati di funzionamento della pompa a pieni giri e per

confronto la stessa pompa che riduce la velocità portandosi al 70% di quella originaria. Si

noterà che la macchina, se usata impropriamente, denuncia rendimenti molto bassi che, per un

corretto esercizio, devono essere evitati facendo funzionare sempre la pompa sulla base degli

elementi dell’area tratteggiata nel grafico.

E’ anche opportuno ribadire a gran voce un concetto fondamentale: la variazione di velocità non

riguarda solo e soltanto la portata della pompa, ma fa variare contemporaneamente anche la

prevalenza di pompaggio.

Ne consegue che utilizzare la variazione di velocità per modificare la portata quando l’altezza di

pompaggio è costante, costituisce un errore grave in quanto si costringe la macchina a

funzionare con rendimenti molto bassi tutte le volte che va ad operare al di fuori del nocciolo

centrale segnato con tratteggio nel grafico. L’errore classico che si commette frequentemente è

l’uso di pompe a giri variabili per il sollevamento da un serbatoio inferiore ad uno superiore di una

portata d’acqua variabile nel tempo. Molto meglio, in questo caso, usare soltanto pompe a

velocità fissa. Le ragioni risulteranno chiare nella discussione che segue.

La variazione di velocità trova invece un impiego ideale nel pompaggio diretto in rete, in

quanto vi è richiesta una variazione contemporanea sia della portata e sia della pressione!

Quest’ultima risulterà elevata per tutti i periodi nei quali ciò torna utile per vincere le maggiori

perdite di carico dell’impianto idrico privato e per dar modo all’utente stesso di soddisfare in pieno

il suo fabbisogno, ivi compresi i casi di consumi eccezionalmente alti.

Sarà invece caratterizzata da valori inferiori in tutti i periodi di modesta richiesta idrica ed infine da

valori di pressione veramente bassi al verificarsi dei consumi minimi come ad esempio nelle notti

dei periodi invernali. Il tutto si svolge con rendimenti ottimali del gruppo motore/pompa

ritraendone un vantaggio rimarchevole per il notevole risparmio nell’energia di pompaggio ed

inoltre per la rilevante riduzione delle perdite e dei guasti di condotta.

Si è già spiegato come la maggior parte degli acquedotti in normale servizio funzioni con regole

esattamente contrarie e cioè aumentando la pressione alla notte quando l’alta pressione, invece di

essere utile, risulta dannosa perché sottomette le condotte ad un lavoro inutilmente oneroso e

perché fonte della maggior parte delle perdite occulte che assillano il sistema idropotabile italiano.

Dalla descrizione fatta si intuisce la logica analogia che esiste tra modalità di pompaggio e quelle di

funzionamento idraulico della rete di condotte, essendo anch’essa caratterizzata dal richiedere una

pressione maggiore quando i consumi aumentano. Ciò consente che una rete alimentata in diretta da

pompe a velocità variabile possa soddisfare pienamente le richieste non solo al perdurare dei

normali consumi ma anche in quelli eccezionalmente elevati come ad esempio in caso di apertura di

idranti per lo spegnimento di incendi, per lavaggio strade e annaffiamento giardini. In questi casi

l’automatismo, rilevata la maggiore richiesta, fa crescere la velocità delle pompe aumentando la

portata addotta ed allo stesso tempo la pressione necessaria per vincere le maggiori perdite di carico

della rete.

A questo punto è d’obbligo una osservazione. Come si spiega nella sezione “portate e perdite” il

consumo dell’utenza ed al tempo stesso le perdite occulte, sono molto sensibili alla pressione e

quindi allorché come accade nel caso descritto, viene aumentata la pressione di rete, anche nel

punto di consegna dell’acqua si crea una tendenza all’aumento dei consumi, aumento che a sua

volta si ripercuote sul sistema automatico di regolazione delle pompe facendole aumentare

nuovamente portata e pressione il che a sua volta potrebbe far aumentare di nuovo la portata totale

richiesta innescando una catena di avvenimenti molto pericolosa di cui bisogna tener presente

nella progettazione del sistema di telecontrollo. Si tratta comunque di procedure che si verificano in

molti campi industriali e di cui ormai si conoscono caratteristiche e soluzioni.

Nel caso specifico il sistema di regolazione deve operare le variazioni di portata con molta cautela

distanziando gli interventi e verificando automaticamente di volta in volta i risultati reali prima di

ordinare un nuovo intervento. Vedi ” FABBISOGNO,CONSUMI, PORTATE E PERDITE NELLA

PRATICA DI ESERCIZIO”.

Un altro errore che si ripete sovente è l’impiego di pompe variabili funzionanti in parallelo con

pompe normali a velocità fissa allo scopo di poter cambiare a piacere la portata sollevata. Ad

esempio in caso di grandi escursioni della richiesta idrica si usano una o più pompe a giri fissi

funzionanti in parallelo per le variazioni macroscopiche di portata mentre per quelle minute che

intercorrono tra la messa in moto di una pompa e di quella seguente si ricorre ad una pompa a

velocità variabile, sempre in parallelo, allo scopo di avere un graduazione minuta e continua di

portata. E’ chiaro che in questo caso la pompa a velocità variabile, quando lavora a bassi giri per

sollevare le basse portate di integrazione, lo fa con una pressione anch’essa di valore molto basso e

quindi completamente difforme da quello delle altre pompe che lavorano a pieni giri. Si tratta

evidentemente di un impiego errato della variazione di giri.

Si conclude affermando che le pompe a velocità variabile devono lavorare sempre da sole

oppure, quando sono in parallelo con altre, devono essere tutte di tipo variabile e

contemporaneamente tutte, nessuna esclusa, variare la velocità di rotazione in modo che

ciascuna di esse lavori costantemente con portata e pressione a buon rendimento elettro-

meccanico.

Servirà questo esempio estremo. Siano in moto tre pompe in parallelo ed a velocità fissa da 100

l/sec cadauna e sia da sollevare una portata totale di 340 l/sec. ad un’altezza di 100 m. Allora

viene messa in moto, sempre in parallelo, la pompa variabile a bassa velocità che dovrebbe fornire

solo i 40 l/sec si integrazione. E’ ben noto che essa a soli 40 l/sec di portata e quindi a velocità

molto bassa, ha una pressione bassissima e quindi non riesce ad immettere in condotta alcuna

portata ma tutta l’energia impiegata per farla girare viene dissipata in calore.

Nella pratica il problema viene risolto aumentando la velocità fino al punto da riuscire veramente

ad immettere la richiesta portata di 40 l/sec ma a questo regime la pompa non può far altro che

andare totalmente fuori rendimento. La soluzione del problema in questo caso può essere trovata

in due modi : installando più pompe a velocità variabile di potenza molto diversa l’una dalle altre e

facendo funzionare di volta in volta la sola pompa che ha una portata adeguata alla richiesta oppure

mettendo più pompe uguali a giri variabili che una volta messe in moto in coppia o in numero

maggiore funzionino sempre alla stessa velocità e quindi alla stessa prevalenza.