corso sulle motopompe

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PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DELLE POMPE

Le pompe sono macchine idrauliche operatrici che ricevendo energia meccanica da unqualsiasi motore la trasmettono nella misura consentita dal rendimento del gruppopompa-motore al liquido che le attraversa

Le pompe sono impiegate per sollevare quantitativi dacqua o di altri liquidi da un livello

inferiore ad uno superiore facendogli vincere un certo dislivello e conferendo allacquauna spinta

Le pompe si possono classificare nelle due grandi categorie delle macchine a motorotatorio e a moto alternativo

POMPE CINETICHE in cui grazie allazione di forze centrifughe il liquidoincrementa dapprima la sua energia cinetica che viene immediatamentetrasformata in energia di pressione La portata erogata dipende dalla prevalenzaA questa categoria appartengono le pompe di impiego piugrave comune ovvero lepompe centrifughe

POMPE VOLUMETRICHE che spostano quantitagrave di liquido costanti per ogni ciclodi funzionamento Possono essere alternative o rotative Caratteristicafondamentale egrave che la portata erogata non dipende dalla prevalenza ma solo dalnumero di cicli effettuati nellunitagrave di tempo

POMPE SPECIALI tutte le pompe che non rientrano nelle categorie precedentice funzionano secondo principi di funzionamento particolari o che rispondono adesigenze specifiche

Esaminiamole ora singolarmente

POMPE CINETICHE O DINAMICHE

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POMPE CENTRIFUGHE

La pompa centrifuga eacute di gran lunga la pompa di uso piugrave comune sia in ambitoindustriale che civile

Funzionamento

Se ne comprende il funzionamento osservando (figura 1) che uncilindro riempito dacqua posto in rotazione attorno al proprioasse modifica la forma del pelo libero facendole assumere unprofilo parabolico infatti laccelerazione centrifuga egraveproporzionale al quadrato del raggio di rotazione ed alla velocitagraveangolare La differenza H di livello che si osserva (e cheintuitivamente egrave funzione della velocitagrave di rotazione) si diceprevalenza della pompa Egrave anche intuitivo osservare che a paritagravedi velocitagrave angolare (e quindi di profilo del liquido) se io praticoun foro esattamente allaltezza H non avrograve alcuna uscita diliquido tanto piugrave basso lo pratico tanto maggiore saragrave la quantitagrave

nellunitagrave di tempo detta portata di liquido uscente

Figura 1 Principio di funzionamentodella pompa centrifuga

Nella pratica il fluido egrave contenuto allinterno di un corpo edegrave messo in rotazione da una girante La figura 2rappresenta lo schema tipico di una girante La pala curvaruota attorno allasse con velocitagrave periferica Vp ed il fluidoesce nella direzione dellestremitagrave della pala con velocitagraveVt La composizione delle velocitagrave vettoriali definisceportata e prevalenza Il corpo della pompa egrave poi costruito asezione crescente in modo che per la costanza (Bernoulli) dellenergia totale la componente cinetica si trasforma in

statica incrementando cosigrave la prevalenzaFigura 2 Dinamica del fluido in una

pompa centrifuga

POMPE VOLUMETRICHE

Si dicono pompe volumetriche quelle pompe che sfruttano la variazione di volume in unacamera per provocare unaspirazione o una spinta su un fluido

Il cuore delluomo e degli animali egrave una pompa di questo tipo

POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE

Figura 3 Pompa a vite di Archimede

bull Vite di Archimede

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Questo tipo di pompa sposta quantitagrave costanti di liquido ad ogni rotazione Per limitare itrafilamenti tra vite e statore si usa per basse prevalenze ed alte portate Egrave oggi utilizzatacome idrovora e come mezzo di sollevamento negli impianti di depurazione acque

bull Noria

Malgrado la relativa antichitagrave di questa pompa la noria resta ad oggi lunica a utilizzare lo

stesso fluido pompato come fluido motore Di fatto egrave unevoluzione della ruota idraulicacombinando una ruota da sotto (motrice) con una modificata da sopra (operatrice)

POMPE VOLUMETRICHE A STANTUFFO O PISTONE

La variazione di volume egrave ottenuta con lo scorrimento alternato di un pistone in un cilindroe opportune valvole di ritegno forzano il fluido a scorrere in una sola direzione e neimpediscono il reflusso durante la corsa di ritorno del pistone

Questo tipo di pompe puograve essere diviso in

bull a semplice effetto se il pistone compie lavoro solamente durante la corsa in unsenso

bull a doppio effetto se il pistone compie lavoro sia allandata che al ritorno

Unaltra suddivisione molto empirica si puograve avere in

bull aspiranti il pistone produce una depressione che provoca il sollevamento delliquido lungo un tubo e la sua espulsione dalla pompa a pressione ambiente

bull prementi il fluido entra nel cilindro a pressione ambiente e viene sollevata per effetto della pressione in questo caso il cilindro si trova allo stesso livello o al disotto del liquido da sollevare

bull aspiranti e prementi integrano entrambe le funzioni

Lazione della pompa premente non ha alcuna limitazione teorica I limiti sono dovuti aiproblemi di contenimento della pressione elevata da parte della camera della pompa delleguarnizioni e delle valvole

Le pompe a stantuffo sono utilizzate per portate piccole e medie e per alte e altissimeprevalenze

POMPE VOLUMETRICHE A MANO

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Di fatto si tratta di una pompa a pistone semplice dilarghissimo impiego nelle campagne e in tempipassati nelle fontane pubbliche delle cittagrave Si prestabene allestrazione di acque da pozzi di piccolaprofonditagrave (fino a 10 - 15 m anche se esistono modellicapaci di pompare da 100 m in tal caso perogravepossiedono sistemi piuttosto complessi didemoltiplicazione per ridurre lo sforzo)

Figura 4 Schema di pompa a mano

POMPE VOLUMETRICHE A MEMBRANA

Una variazione sullo stesso principio della pompa a stantuffo egrave la pompa a diaframma incui la variazione di volume egrave data dalloscillazione di una membrana che chiude un lato diuna camera Il vantaggio di questa soluzione egrave lassoluta impermeabilitagrave ottenuta conleliminazione dello scorrimento tra parti

Il movimento puograve essere impresso alla membrana per via meccanica per esempioattraverso un sistema a leva e manovella o una camma oppure preumaticamentealternativamente introducendo e rilasciando aria compressa in una camera opposta aquella di pompaggio

La pressione massima egrave limitata dalla resistenza del materiale che costituisce lamembrana solitamente gomma e nel caso di alimentazione pneumatica egrave direttamenteproporzionale alla pressione fornita dallaria di alimentazione Sono utilizzate per portatepiccole e medie e prevalenze medie e alte

Figura 5 pompe a membrana

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POMPE VOLUMETRICHE A INGRANAGGI

In queste pompe si sfrutta la variazione di volumecausata dallingranamento dei denti di dueingranaggi Sono ampiamente usate per pomparelolio lubrificante nei motori degli autoveicoli (anche

se in tal caso il piugrave delle volte si tratta di una pompaad ingranaggio trocoidale) per pompare lolio nelcircuito idraulico di macchine per movimento terra ein genere in tutte quelle applicazioni in cui il fluido egraveviscoso purcheacute non sia dannoso alla pompa stessain funzione dello scorrimento tra le parti componentiUn caso particolare della pompa ad ingranaggi egrave lapompa a vite (da non confondere con quella a vite eccentrica ) che si puograve considerare come pompa adin rana i ad un solo dente

Figura 6 Schema di pompa ad ingranaggi

POMPE VOLUMETRICHE A CAMERA VARIABILE

Ve ne sono vari tipi a lobi a palette e a vite eccentrica detta anche a cavitagrave progressiva omono

Le pompe a lobi sono costituite da una camera sagomata al cui interno ruotano su assiparalleli ed in modo sincrono due lobi Nella rotazione i lobi muovono il fluido dalla boccadi aspirazione a quella di mandata creando cosigrave un flusso ragionevolmente continuo

Posizione 0-Gradi

Trasporto attraverso i lobi

superiori Chiusuraattraverso i lobi inferiori

Posizione 90 Gradi

Trasporto attraverso i lobiinferioriChiusura

attraverso i lobi superiori

Corsa di ritorno

Direzione di flusso invertita

attraverso il cambiamentodel senso di rotazione della

pompa

Fig7 Pompa a lobi

Le pompe a palette presentano invece un rotore allinterno del quale scorrono in sensoradiale delle palette caricate da molle che fanno cosigrave scorrere le palette contro lo statorele superfici sono lavorate in modo da avere una certa tenuta Con la rotazione del rotore siha una serie di camere a volume costante o decrescente Il fluido viene cosigrave trasportatodalla bocca di aspirazione a quella di mandata Non sono necessarie le valvole e la pompaegrave facilmente reversibile La prevalenza di questo tipo di pompe egrave limitato dalla scarsatenuta delle palette anche queste pompe si prestano bene al pompaggio di liquidi pulitiaventi un certo potere lubrificante

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Fig8 Pompa a palette

Le pompe a cavitagrave progressiva sono costituite da uno statore in materiale elastico(solitamente gomma sintetica) allinterno del quale egrave impressa una spirale e da un rotoresolitamente metallico a forma di spirale di diametro inferiore a quello dellimpronta dellostatore eccentrico rispetto allasse di rotazione Le due spirali sono realizzate in modo chevi siano sempre generatrici a contatto e si crea cosigrave una cavitagrave stagna (grazie al contattorotore metallico - statore in gomma) che si sposta grazie al movimento rotatorioeccentrico verso la bocca di mandata Queste pompe sono molto versatili e sopportanoliquidi con solidi in sospensione se non troppo abrasivi sono adatte per portate da bassea medie e prevalenze medie e medio-alte grazie al loro sviluppo longitudinale hannobasso ingombro e sono adatte ad essere introdotte nei barili per effettuarne losvuotamento

Fig9 Pompa a cavitagrave

POMPE VOLUMETRICHE PERISTALTICHE

Si basano sulleffetto della peristalsi ovvero loscorrimento di una strozzatura su un tubo che haleffetto di spremere attraverso di esso il fluidocontenuto Sono costituite da un rotore che portadiversi rulli Ruotando i rulli schiacciano un tubodi gomma contro una parete cilindrica

Figura 10 Pompa peristaltica per calcestruzzo

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Il principale vantaggio di questa pompa egrave che il fluido contenuto non entra in contatto conaltra parte se non il tubo ed egrave isolato dallatmosfera Per questo motivo egrave particolarmenteutilizzata in medicina per pompare il sangue nella circolazione extracorporea e nellaemodialisi

POMPE CENTRIFUGHE - COSTRUZIONE E PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO

I tipi di pompe piugrave comunemente impiegate nelle operazioni di protezione civile sonoquelle assiali o elico-pompe e quelle centrifughe

Le pompe assiali possono spostare grandi quantitagrave dacqua ma con prevalenze modestee vengono impiegate soprattutto in bonifica dove egrave necessario sollevare portate dacquaingenti con modesti dislivelli (pompe idrovore) Si tratta dimpianti di grandi dimensioniquindi fissi utilizzati normalmente per liberare dalle acque ampie zone che altrimenti nonavrebbero scolo In caso di esondazioni fluviali le aree allagate possono essere

prosciugate facendo confluire le acque fuoriuscite attraverso canali esistenti oappositamente costruiti verso queste pompe adatte ad allontanare grandi quantitagravedacqua

Le pompe centrifughe coprono ampi settori dapplicazione per la loro versatilitagrave e per lapossibilitagrave di raggiungere forti prevalenze anche con portate elevateNelle operazioni di protezione civile vengono impiegate per lo spegnimento dincendi ilprosciugamento di locali allagati lapprovvigionamento idrico in casi demergenza

Queste ultime sono macchine idrauliche operatrici con le quali si ottiene il sollevamentodellacqua per effetto della forza centrifuga

Una pompa centrifuga egrave composta essenzialmente da una parte rotante detta girante e dauna parte fissa o corpo di pompa entro cui si muove lacqua convogliata dalla forzacentrifuga impressale dalla girante Lacqua entra nel corpo di pompa attraverso il tubo diaspirazione e viene inviata attraverso il movimento della girante nel tubo di mandataIl tubo di aspirazione egrave assiale rispetto alla girante il tubo di mandata egrave radiale

Il movimento della girante determina una depressione nel tubo di aspirazione e lacqua

spinta dalla pressione atmosferica risale lungo il tubo e viene proiettata dalla girante sulcorpo della pompa dal quale esce attraverso il tubo di mandata (figura 11)Le pompe centrifughe a seconda della disposizione dellalbero di trasmissione che muovela girante si distinguono in orizzontali e verticali

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Figura 11 Rappresentazione schematica di una pompa centrifuga

(1) Tubo di aspirazione (2) Tubo di mandata (3) Girante

TENUTE ASSIALI

GIRANTE

Figura 12 sezione di un corpo pompa centrifuga

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Figura 13 Sezione di una pompa centrifuga

In sintesi la pompa centrifuga egrave costituita (figura 3) da un corpo 1 che comprende ilbocchello di aspirazione 1a ed il diffusore 1b una girante 2 uno scudo 3 di chiusura dellaparte idraulica una cassa stoppa 4 che contiene il sistema di isolamento della parteidraulica dallesterno un supporto 5 dellalbero contenente i cuscinetti ed il lubrificante eappunto un albero 6 che collegato ad un motore (elettrico o a scoppio) trasmette il motoda questultimo alla girante

Quasi tutte le pompe centrifughe hanno aspirazione assiale e mandata radiale (stileeuropeo ISO) o tangenziale (stile americano API) verso lalto La supportazione puograveessere su piedini come in figura 14 o centreline (vedi figura 15) la prima piugrave semplice laseconda piugrave robusta In ogni caso la quasi totalitagrave delle pompe centrifughe ha una

supportazione back pull-out che consente di estrarre il supporto 5 completo di cassastoppa 4 e albero 6 senza dover smontare il corpo 1 appunto agendo nella parteposteriore con il vantaggio di non dover disconnettere la pompa dalle tubazioni durante gliinterventi di manutenzione

Figura 14 Pompa tipo ISO (per concessione di Finder Pompe SpA)

Figura 15 Pompa tipo API (per concessione di Finder Pompe SpA)

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Le pompe centrifughe orizzontali sono accoppiate direttamente al gruppo motore e aseconda che questo sia ad alimentazione elettrica o a benzina si distinguono inelettropompe o motopompe Sono pompe molto versatili di dimensioni e peso contenutifacilmente spostabili e trasportabili sia su automezzi sia a mano (pompe carrellate obarellate) Si prestano quindi sia per il prosciugamento di locali allagati che per lusoantincendio In questultimo caso devono fornire alte pressioni allacqua pompata e questo

si puograve ottenere con pompe a giranti multiple o pluristadio Lacqua alluscita dellaprima girante entra in una seconda e cosigrave via fino ad imboccare il tubo di mandata Laprevalenza della pompa egrave data dalla somma delle prevalenze delle singole giranti

Figura 16 Pompa per uso antincendio ad alta pressione

Il numero di giranti egrave in funzione della pressione che si vuole avere alla mandataIl limite delle pompe centrifughe orizzontali egrave la profonditagrave massima daspirazione Poicheacuteegrave la pressione atmosferica che spinge lacqua nel tubo daspirazione la profonditagravemassima da cui egrave possibile aspirare lacqua egrave quella corrispondente alla pressioneatmosferica cioegrave a 1033 m In realtagrave a causa delle perdite di carico non egrave possibilesollevare lacqua da una profonditagrave superiore a 6-7 m dallasse della pompa

Le pompe centrifughe verticali ovviano a questo inconveniente in quanto tutto il gruppopompa puograve essere calato nella vasca o pozzo da cui estrarre lacqua riducendo a zerolaltezza daspirazione Il gruppo motore rimane in superficie accoppiato attraverso unalbero di trasmissione oppure come avviene piugrave comunemente oggi con le pompesommergibili o sommerse realizzando in un unico corpo gruppo pompa e gruppo motorenecessariamente di tipo elettrico e perfettamente impermeabile allacqua (figura 17)

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Figura 17 Elettropompe sommergibili a giranti multiple (pluristadio)

Le pompe sommergibili possono cosigrave essere calate sotto il livello dellacqua utilizzando iltubo stesso di mandata dellacqua ed evitare i problemi dellaltezza daspirazioneQuesto tipo di pompa si presta per il prosciugamento di locali con livelli dacqua profondi o

con acque torbide oppure per lapprovvigionamento idrico demergenza da pozziEssendo collocate molto spesso sotto il piano campagna devono fornire notevoliprevalenze quindi adottare giranti multiple Un altro inconveniente nel caso dimpiego inemergenza eacute costituito dal motore elettrico che puograve richiedere in assenza dalimentazioneelettrica limpiego di un gruppo elettrogeno

Figura 18 Elettropompe sommergibili posizionamento

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Figura 16 Elettropompe sommergibili posizionamento e principio di funzionamento

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PREVALENZA

Consideriamo una pompa che sollevi lacqua dal livello A al livello B

Per fare questo deve creare il vuoto nel tubo daspirazione in modo tale che lacqua visalga spinta dalla pressione atmosferica ed inviarla in pressione nel tubo di mandata

Figura 17 Schema di funzionamento di un impianto di sollevamento dacqua a mezzo pompa e riferimentiper il calcolo della prevalenza

(1) tubo di aspirazione (2) tubo di mandata

Si definisce

bull altezza geodetica daspirazione Ha la differenza di livello tra il punto A e lapompa

bull altezza geodetica di mandata Hm la differenza di livello tra il punto B e la pompabull prevalenza geodetica H la differenza tra i livelli del liquido alla mandata e

allaspirazione (Figura 17)

La prevalenza geodetica H comunemente definita prevalenza corrisponde quindi allasomma delle altezze geodetiche daspirazione Ha e di mandata HmCon riferimento alla figura 17b se misuriamo i livelli dei punti A e B rispetto ad un unicopiano di riferimento la prevalenza H egrave data dalla differenza

H = H2 - H1

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vale a dire dalla differenza tra il livello dellacqua allaspirazione e quello alla mandatacoincidente con laltezza H di figura 17a

Si puograve determinare la prevalenza di una pompa misurando la differenza in metri esistentefra il livello dellacqua daspirazione e quello di mandata una pompa che aspira acqua dauna vasca appoggiata al terreno contenente un metro dacqua e la solleva fino ad un

serbatoio a 15 metri dal suolo ha una prevalenza H = 14 m

In realtagrave nella vasca daspirazione ed in quella di mandata lacqua egrave caratterizzata oltreche da altezze diverse anche diverse pressioni e velocitagrave per cui la pompa non le ha solofornito unenergia potenziale sollevandola di unaltezza H2 - H1 ma le ha anche dato unapressione P2 - P1 ed una velocitagrave (quindi unenergia cinetica) V2 - V1 corrispondenti alladifferenza fra la pressione e la velocitagrave finali ed iniziali

Nel passare attraverso le tubazioni e la pompa stessa lacqua subisce dei rallentamenti e

quindi delle perdite denergia definite perdite di carico che si traducono in una minor prevalenza Quando chiudiamo parzialmente il rubinetto della gomma con cui laviamolauto lacqua esce piugrave lentamente e non arriva piugrave dove arrivava prima la chiusura delrubinetto ha aumentato le perdite di carico cioegrave si egrave verificata una perdita denergia adiscapito della prevalenza totale

PORTATA

La portata della pompa egrave il volume dacqua misurato in litri o metri cubi che viene mosso

dalla pompa nellunitagrave di tempo (generalmente secondi o minuti) La portata si misurapertanto in litri al secondo (ls) litri al minuto (lm) metri cubi allora (mch) eccLa portata e la prevalenza sono i due elementi fondamentali che contraddistinguono lepompe

POTENZA

La pompa per sollevare una portata dacqua Q fornendole una prevalenza totale Htcompie un lavoro di sollevamento che richiede una potenza P (misurata in kilowattora)cioegrave unenergia fornitale attraverso un motore definita dalla seguente espressione

P = 98 Q Ht

La potenza cosigrave espressa egrave la potenza utile cioegrave quella strettamente necessaria per sollevare la portata dacqua Q allaltezza H

A causa delle inevitabili perdite denergia la potenza utilizzata cioegrave quella realmentenecessaria per far funzionare la pompa egrave maggiore e viene definita potenza assorbitaIl rapporto fra la potenza utile e quella assorbita egrave definito rendimento Il rendimento egravesempre inferiore allunitagrave percheacute in qualsiasi macchina operatrice la potenza utile egrave sempreminore di quella assorbita

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PRESTAZIONI DELLE POMPE

Prevalenza e portata seguono leggi di variazione diverse essendo la prima proporzionaleal quadrato della velocitagrave e la seconda direttamente proporzionale alla velocitagraveAllaumentare della portata corrisponde una diminuzione della prevalenza e la reciprocavariazione di queste grandezze viene rappresentata in una curva chiamata curvacaratteristica

Un esempio appare in figura 18 Nellesempio si vede una pompa avente portata 16 msup3he prevalenza 405 m (questa coppia di valori egrave solitamente definita punto di lavoro )

Figura 18 Curva caratteristica

La curva rossa egrave la caratteristica vera e propria e si vede come alla portata di 20 msup3h laprevalenza si riduca a circa 36 m Le curve rosse tratteggiate indicano le prestazioni congiranti di diverso diametro

Le curve color ocra indicano il rendimento totale della pompa (solitamente espresso inpercentuale) che nel nostro caso egrave di poco inferiore al 50 La curva verde indica

NPSH(r) della pompa nel nostro caso pari a circa 14 m si noti come si abbia il minimoNPSH (r) circa 1 m alla portata di rendimento massimo La curva blu esprime la potenza

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assorbita allasse della pompa con liquido avente densitagrave 1000 kgm3 nel nostro casopoco superiore a 3 kW

Figura 19 Curva caratteristica delle pompe(19a) Curva teorica (19b) Curva reale di una pompa centrifuga pluristadio per alte pressioni in funzione del numero digiri al minuto (n)

Dalla curva caratteristica costruita sperimentalmente per ogni tipo di pompa si puogravedesumere quale saragrave la prevalenza fornita dalla pompa per ogni valore di portata erogata(figura 19a) Ne consegue che il valore di prevalenza di una pompa deve sempre essereriferito alla portata erogata

La curva caratteristica varia poi in funzione del numero di giri del motore per cui in realtagraveogni pompa egrave caratterizzata da una famiglia di curve caratteristiche cioegrave da andamentiportate-prevalenze che variano in funzione del numero di giri (figura 19b)

Nella selezione di una pompa centrifuga egrave sempre bene scegliere un modello in cui ilpunto di lavoro cada nella parte discendente della curva Ciograve percheacute oltre ad avere dinorma un rendimento piugrave elevato questa selezione consente un agevole controllo dellaportata mediante linterposizione in mandata di una perdita di carico variabile(solitamente una valvola)

IL FENOMENO DELLA CAVITAZIONE

Fig 20 Studio del fenomeno della cavitazione in un tunnel ad acqua

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La cavitazione egrave un fenomeno consistente nella formazione di zone di vapore allinternodi un liquido che poi implodono producendo un rumore caratteristico

Ciograve avviene a causa dellabbassamento locale di pressione ad un valore inferiore allatensione di vapore del liquido stesso che subisce cosigrave un cambiamento di fase a gasformando cavitagrave contenenti vapore

La dinamica del processo egrave molto simile a quella dellebollizione La principale differenzatra cavitazione ed ebollizione egrave che nellebollizione a causa dellaumento di temperaturala tensione di vapore sale fino a superare la pressione del liquido creando quindi unabolla meccanicamente stabile percheacute piena di vapore alla stessa pressione del liquidocircostante nella cavitazione invece egrave la pressione del liquido a scendereimprovvisamente mentre la temperatura e la pressione di vapore restano costanti Per questo motivo la bolla da cavitazione resiste solo fincheacute non esce dalla zona di bassapressione idrostatica appena ritorna in una zona del fluido in quiete la pressione divapore non egrave sufficiente a contrastare la pressione idrostatica e la bolla da cavitazioneimplode immediatamente

Il fenomeno puograve avvenire sulle eliche delle navi nelle pompe e nel sistema vascolare dellepiante

Affincheacute la cavitazione possa manifestarsi occorre un substrato che agisca da centro dinucleazione puograve essere la superficie di un contenitore impuritagrave presenti nel liquidooppure altre irregolaritagrave La temperatura ha una notevole influenza sulla cavitazionepoicheacute altera la tensione di vapore Se la temperatura aumenta la maggiore tensione divapore facilita la cavitazione

Si conviene usualmente di considerare una macchina idraulica in fase di cavitazionequando la portata o la prevalenza o la potenza generata calano di piugrave del 3 rispetto acondizioni analoghe in assenza di cavitazione

PROBLEMI DOVUTI ALLA CAVITAZIONE

In genere la cavitazione egrave un fenomeno indesiderato e fonte di problemi In dispositivicome pompe ed eliche la cavitazione provoca una notevole perdita di efficienzaemissione di rumore e danneggiamento dei componenti

DANNI AD ELICHE E POMPE

Quando le lame di unelica o della girante di una pompa (centrifuga o assiale) si muovononel liquido si formano zone di bassa pressione laddove il liquido viene spostato Piugravevelocemente la lama avanza maggiore egrave labbassamento di pressione quando vieneraggiunto il valore della tensione di vapore il liquido evapora e forma le bolle di gas Nellepompe la cavitazione si puograve manifestare in due modi

Fig 21 Danneggiamento dovuto alla cavitazione in una Turbina Francis

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La cavitazione in aspirazione si ha quando la pompa aspira liquido in condizioni di bassapressione e si ha la formazione di vapore nella parte di ingresso della pompa Le bolle divapore attraversano la girante e quando giungono nella sezione di uscita lalta pressionequi presente ne causa la violenta implosione che crea il caratteristico rumore come se lapompa stesse facendo passare della ghiaia Ciograve comporta una consistente erosione dellapompa sia in aspirazione che in mandata con conseguente diminuzione dellecaratteristiche idrauliche

La tendenza di una pompa (o altro dispositivo) alla cavitazione egrave espresso dal concetto diNPSH (Net Positive Suction Head ) in genere espresso in metri (sistema tecnico) Inparticolare lNPSH(r) (acronimo per NPSH required) egrave caratteristico della pompa edesprime il patrimonio energetico del fluido richiesto per lattraversamento della porzionedella pompa compresa tra la flangia di aspirazione e la prima girante (perdite di caricoenergia cinetica eventuale dislivello) LNPSH(a) (acronimo per NPSH available)strettamente legato al circuito esprime il patrimonio energetico del fluido al livello dellaflangia di aspirazione decurtato della quantitagrave Psat(T)γ Per assicurare il funzionamentoin assenza di cavitazione si dovragrave avere che NPSH(a) gt NPSH(r)

LE MOTOPOMPE USATE IN PROTEZIONE CIVILE

Fig 22 Motopompa autoadescante

Le pompe sono di tipo centrifugo autoadescante a girante aperta e piatto drsquousura riportato

Lrsquoautoadescamento avviene per borbottamento dellrsquoaria allrsquointerno del liquido imprigionatonel corpo della pompa che quindi deve essere di disegno e forma tali da permettere unrapido e sicuro autoadescamento fino a 8 m di profonditagrave Una valvola di non ritornoincorporata nel corpo evita lo svuotamento di questrsquoultimo alla fermata della pompapermettendo un rapido innescamento alla ripartenza della pompa La tenuta meccanica egravein metallo duro resistente allrsquoabrasione ed egrave lubrificata tramite una camera a grasso sulretrotenuta

VANTAGGI

La capacitagrave di autoadescamento permette lrsquouso di tali pompe senza riempire la condotta diaspirazione ed evita la valvola di fondo Possono quindi essere agevolmente usate inversione trasportabile con motori elettrici o endotermici oppure nellrsquoaspirazione da vascheo canali profondi o lontani

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Fig 23 Particolare che mostra come non sia necessario riempire il tubo di aspirazione e la valvola di fondo

La girante di tipo aperto con palettatura di forte spessore ed il piatto di usura nichelato eriportato con viti di acciaio inossidabile conferiscono alla macchina una buona resistenzaallrsquoazione meccanica di sostanze abrasive quali sabbia terriccio polvere di marmo eccAmpie aperture sul corpo permettono lrsquoispezione dellrsquointerno della girante senza dover smontare la pompa

Fig 24 Spaccato di una pompa autoadescante per usi di Prot civile

AUTOADESCAMENTO

Lrsquoautoadescamento egrave la capacitagrave di aspirare lrsquoaria nella condotta di aspirazione durante lafase diavviamento della pompa Ciograve avviene mettendo in forte turbolenza il liquido allrsquointerno delcorpo pompa Ersquo quindi necessario riempire preventivamente tramite lrsquoapposita portinasuperiore il corpo pompa di liquido da pompareAllrsquoavviamento della girante si instaura un circuito turbolento tra la zona di aspirazione e dimandata della girante che provoca un trasporto di aria dalla condotta di aspirazione alla

mandata Qui lrsquoaria si separa grazie alla forte diminuzione della velocitagrave Tutte le pompeautoadescanti

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sono in grado di creare una depressione Questa depressione egrave ampiamente sufficienteper garantire durante la fase di pompaggioun corretto funzionamento della pompa

Fig 25 fase di adescamento

MOTOPOMPE DA SVUOTAMENTO

Le motopompe da svuotamento sono state progettate per impieghi gravosi continuativi diVigili del Fuoco e Protezione Civile Il rapido adescamento anche con elevata prevalenzadi aspirazione lrsquoelevata portata e prevalenza e lrsquoaltissima qualitagrave dei materiali impiegatiper la costruzione sono le caratteristiche principali

La robustissima costruzione del corpo pompa unita alla particolare conformazione dellagirante permette il trattamento ed il trasferimento acque luride con sassi e corpi solidi insospensione rendendo cosigrave possibile anche lrsquoutilizzo senza impiegare il filtro diaspirazione

Fig 25 particolare della girante

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OPERAZIONI NECESSARIE PER METTERE IN FUNZIONE UNA POMPA DASVUOTAMENTO

Ora vediamo insieme le operazioni passo-passo da eseguire per mettere in funzione unamotopompa autoadescante

1 RIMUOVERE IL TUBO DI ASPIRAZIONE 2 APRIRE GLI SPORTELLI -

AGGANCIARE IL TUBO DI ASPIRAZIONE

3 AVVITARE IL TUBO DI MANDATA 4 CONTROLLARE IL LIVELLO DEL GASOLIO

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5 SVITARE IL TAPPO DI RIEMPIMENTO DEL CORPOPOMPA 6 RIEMPIRE IL CORPO POMPA

7 RIEMPIMENTO DEL CORPO POMPA 8 RICHIUDERE IL TAPPO DEL CORPO POMPA

9 COLLEGARE LA BATTERIA (PRIMA IL POSITIVO) 10 TIRARE LA LEVA A FARFALLA E GIRARE LA

CHIAVE PER AVVIARE

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11 ATTENDERE LrsquoADESCAMENTO DELLA POMPACONTROLLANDO IL MANOMETRO DI ASPIRAZIONE

12 DURANTE LE OPERAZIONI DI POMPAGGIOMONITORARE IL MANOMETRO DI MANDATA

13 PER LO SPEGNIMENTO DELLA MOTOPOMPAGIRARE LA VALVOLA A FARFALLA

14 EVENTUALE PROCEDURA PER AVVIAMENTO ASTRAPPO

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CASI TIPICI DI MALFUNZIONAMENTO

Inconvenienti Probabili cause

Pompa bloccata bull Ossidazione delle parti rotanti dovuta ad un prolungatoperiodo di sosta

Mancata erogazione drsquoacquabull

Presenza drsquoaria nella pompa e nella tubazione diaspirazionebull Valvola di fondo difettosa o ostruitabull Entrata drsquoaria dal premistoppa o dalla tubazione di

aspirazionebull Altezza drsquoaspirazione eccessivabull Velocitagrave di rotazione troppo bassabull Errato senso di rotazione

Portata insufficiente bull Tubazione di aspirazione e valvola di fondo di diametroinsufficiente

bull Girante usurata o ostruitabull Altezza drsquoaspirazione eccessivabull Tenute sul corpo pompa usuratebull Valvola di fondo ostruita

Pressione insufficiente bull Altezza drsquoaspirazione eccessivabull Velocitagrave di rotazione troppo bassabull Errato senso di rotazionebull Eccessiva quantitagrave drsquoaria o gas nellrsquoacquabull Girante usurata o ostruitabull Aspirazione drsquoaria dalla tubazione di aspirazione dalla

valvola di fondo o dalla sede del premistoppa

Rumore e vibrazioni nellapompa

bull Funzionamento in cavitazionebull Pompa e tubazioni non saldamente fissatebull Funzionamento a portata troppo ridottabull Presenza di corpi estranei nella pompabull Errato allineamento del gruppobull Cuscinetti usurati

Surriscaldamento dellapompa

bull Mancanza o eccesso di lubrificazionebull Eccessiva spinta causata da usura agli organi meccanici

Eccessivo assorbimento dipotenza

bull Velocitagrave di rotazione eccessivabull Scelta della pompa con caratteristiche erratebull Pompa non regolata alle caratteristiche previstebull Errato allineamento del gruppo

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Progetto e dispensa dellrsquoopera egrave stata effettuata dal GOR Paderno

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Prima edizione

2008

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PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DELLE POMPE

Le pompe sono macchine idrauliche operatrici che ricevendo energia meccanica da unqualsiasi motore la trasmettono nella misura consentita dal rendimento del gruppopompa-motore al liquido che le attraversa

Le pompe sono impiegate per sollevare quantitativi dacqua o di altri liquidi da un livello

inferiore ad uno superiore facendogli vincere un certo dislivello e conferendo allacquauna spinta

Le pompe si possono classificare nelle due grandi categorie delle macchine a motorotatorio e a moto alternativo

POMPE CINETICHE in cui grazie allazione di forze centrifughe il liquidoincrementa dapprima la sua energia cinetica che viene immediatamentetrasformata in energia di pressione La portata erogata dipende dalla prevalenzaA questa categoria appartengono le pompe di impiego piugrave comune ovvero lepompe centrifughe

POMPE VOLUMETRICHE che spostano quantitagrave di liquido costanti per ogni ciclodi funzionamento Possono essere alternative o rotative Caratteristicafondamentale egrave che la portata erogata non dipende dalla prevalenza ma solo dalnumero di cicli effettuati nellunitagrave di tempo

POMPE SPECIALI tutte le pompe che non rientrano nelle categorie precedentice funzionano secondo principi di funzionamento particolari o che rispondono adesigenze specifiche

Esaminiamole ora singolarmente

POMPE CINETICHE O DINAMICHE

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POMPE CENTRIFUGHE


Funzionamento






pompa centrifuga

POMPE VOLUMETRICHE






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bull Noria















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Posizione 0-Gradi



Posizione 90 Gradi



Corsa di ritorno



pompa

Fig7 Pompa a lobi


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TENUTE ASSIALI

GIRANTE


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PREVALENZA





Si definisce





H = H2 - H1

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PORTATA



POTENZA


P = 98 Q Ht



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VANTAGGI


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AUTOADESCAMENTO



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CHIAVE PER AVVIARE

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pompa centrifuga

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