UNIVERSITÀ DI PISA

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DIPARTIMENTO DI AGRONOMIA E GESTIONE DIPARTIMENTO DI AGRONOMIA E GESTIONE DELL’AGROECOSISTEMADELL’AGROECOSISTEMA

Sezione Idraulica agraria ed ingegneria del territorioSezione Idraulica agraria ed ingegneria del territorio

LaboratorioNazionale

dell’IrrigazioneP. Celestre www.lni.unipi.it

CORSO DI IDRAULICA AGRARIA

SISTEMI DI SOLLEVAMENTO

Prof. Ing. Pier Gino Megale

aa. 2008 - 2009

GENERALITÀ SULLE POMPE

SI RICORRE ALLE POMPE QUANDO:

• l’acqua si trova ad una quota inferiorequota inferiore a quella di utilizzazione;• la pressione necessaria è inferiorepressione necessaria è inferiore a quella disponibile;• si vuole aumentare la portataaumentare la portata di una condotta esistente.

Le pompe sono macchine che trasformano l’energia meccanica in trasformano l’energia meccanica in energia idraulicaenergia idraulica, che viene fornita alla corrente che le attraversa essenzialmente in forma di pressionepressione.

L’inserimento di una pompa in una sezione di una condotta ha l’effetto di innalzare bruscamente in quella sezione la linea dei carichi totaliinnalzare bruscamente in quella sezione la linea dei carichi totali di un’altezza funzione della potenza della pompa e del suo rendimento.

Tale altezza prende il nome di prevalenzaprevalenza della pompa.

TIPI DI POMPE

POMPE VOLUMETRICHE

ASP CMP

TIPI DI POMPE

POMPE CENTRIFUGHE

GIRANTE

DIFFUSORE

TIPI DI POMPE

POMPE SPECIALI

PRESTAZIONI DELLE POMPE E LORO RAPPRESENTAZIONE

Curva caratteristica

QHH

Q H Q H Q Hl/s m l/s m l/s m10 35,5 12,1 51,7 13,8 67,512 35,5 14,5 51,7 16,6 67,514 35,0 16,9 51,0 19,3 66,616 34,5 19,3 50,3 22,1 65,618 34,0 21,7 49,5 24,8 64,720 33,0 24,1 48,1 27,6 62,825 30,5 30,2 44,4 34,5 58,030 27,5 36,2 40,1 41,4 52,335 23,5 42,2 34,2 48,3 44,740 20,0 48,3 29,1 55,2 38,0

n1=1450 n=1750 n=20001,21 1,381

0

20

40

60

80

100

120

10 15 20 25 30 35 40 45 50

Q [l/s]

H [

m .

c.a]

1450

1750

2000

2200

2400


Velocità di rotazione

Portata

11 n

n

Q

Q

Prevalenza

2

11

n

n

H

H

Potenza assorbita

3

11

n

n

P

P

Rendimento C1


Velocità di rotazione

Portata

11 n

n

Q

Q

Prevalenza

2

11

n

n

H

H

Potenza assorbita

3

11

n

n

P

P

Rendimento C1

Hzf

cp

fn

50

60

cp N

1 3000

2 1500

INVERTER

ELETTROPOMPE


Cavitazione

L’evaporazioneevaporazione è il fenomeno, possibile a qualunque temperatura, per il quale le molecole più prossime alla superficie libera di un liquido abbandonano il liquido stesso passando allo stato di vapore.Ciò avviene quando, a causa dell'aumento del loro grado di agitazione termica, raggiungono un livello di energia cinetica sufficiente per sfuggire all’attrazione molecolare.

La pressione di vaporepressione di vapore di un liquido è la pressione del suo vapore a cui si verifica l'equilibrio fra la fase liquida e la fase gassosa. Dipende dalla temperatura

0,239

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

T [°C]

pv

[m

c.a

.]

ACQUAACQUA


Cavitazione

Quando invece è la pressione del liquido a scendere al disotto della pressione di vapore, in quel punto, si produce cavitazionecavitazione, ovvero formazione di bolle di vapore all’interno del liquido. In questo caso le bolle di vapore sono instabili perché sono

prodotte da un calo improvviso di pressione nel liquido, mentre temperatura, e quindi tensione di vapore, restano costanti.Come la pressione torna a superare la tensione di vapore, la

sostanza torna alla fase liquida e la bolla implode istantaneamente

Se il liquido si trova a pressione costante, ha luogo l’ebollizionel’ebollizione quando, aumentando la temperatura, la pressione di vapore cresce fino a raggiungere la pressione del liquido.Le bolle di vapore che si formano sono stabili, in quanto il

vapore viene a trovarsi alla stessa pressione del liquido e si disperde nella fase gassosa.


Cavitazione

Tendenza di una pompa alla cavitazione

CARICO NETTO ASSOLUTO

H0 = Ha + h0 – hv

Ha - carico totale relativo nella sezione di aspirazione

h0 - pressione atmosferica

hv - pressione di vapore del liquido

H0 = h0 – (Ha + hv)


Cavitazione

CARICO NETTO ASSOLUTO

H0 = h0 – (Ha + hv)

z a

00

-1

-2

-3

-4

0

-5

-6

-7

-8

-9

-10

h0

hv

H0

La a

J aL

a

U2 a

2g

- Ha

NP

SH

CARICO NETTO ASSOLUTO MINIMO

NET POSITIVE SUCTION HEADNET POSITIVE SUCTION HEAD

H0 = h0 – (Ha + hv) > NPSH

Ha = za+ a + JaLa< h0 – hv – NPSH


Cavitazione

CARICO NETTO ASSOLUTO MINIMO

NET POSITIVE SUCTION HEADNET POSITIVE SUCTION HEAD

Ha = za+ a + jaLa< h0 – hv – NPSH

Ha = za+ a + jaLa< 10 – NPSH

0,239

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

T [°C]

pv

[m

c.a

.]

0

200

400

600

800

1000

1200

9 9,2 9,4 9,6 9,8 10 10,2 10,4

ho [m c.a.]

alt

itu

din

e [

m s

.m.]

PRESSIONE DI VAPORE

PRESSIONE ATMOSFERICA


Cavitazione

Ha < 10 – NPSH


Potenza assorbita

G

H

HGL

WGT

HWL

T

HWPn

T

WQ

HQPn

QH

P

PREVALENZA MANOMETRICA TOTALE

A

B

La Lp

Ha

Hp

Hg

He

CONDOTTA DI ASPIRAZIONE

CONDOTTA PREMENTE

POMPA

IMPIANTO

dove:Hg - altezza geodetica o dislivello, zB-zA;

Ha - perdita di carico nella condotta di aspirazione, JaLa + a;

Hp - perdita di carico nella condotta premente, JpLp + p;

He - altezza piezometrica di esercizio, pe/.

vincere il dislivello tra la quota dell’acqua nella sezione di partenza e quella nella sezione di arrivo;

compensare le perdite di carico nella condotta di aspirazione e nella condotta premente;

assicurare all’impianto la pressione richiesta.

HT = Hg + Ha + Hp + He

PROGETTO DI UN SISTEMA DI SOLLEVAMENTO

A

B

La Lp

Ha

Hp

Hg

Q

HT = Hg + Ha + Hp = Hg + JLa +JLpHT = Hg + JL

C

D

Cc

Ce

Ct

Dme

1) Individuazione della pompa

2) Dimensionamento delle condotta di aspirazione

3) Dimensionamento della condotta premente



La determinazione del diametro della condotta dal punto di vista idraulico è un problema indeterminato.

Si può definire il diametro della condotta fissando la velocità media

Con buona approssimazione al diametro di massima economiadiametro di massima economia corrisponde una velocità praticamente indipendente dalla portatavelocità praticamente indipendente dalla portata, ma funzione del tempo di esercizio nell’annotempo di esercizio nell’anno.

Se il funzionamento è continuocontinuo tale velocità si aggira attorno ad 1 m/s1 m/s e sale per impianti con funzionamento stagionale, come avviene per gli impianti irrigui.



DIAMETRO ORIENTATIVO

PERDITE DI CARICO

Tf U0

mesi/anno m/s

12 1

6 1,2

4 1,5

4

20

00

D

U

QA

00 2

U

QD

LD

QkLLJHpHa

mpa0

2



PREVALENZA MANOMETRICA TOTALE

POMPA E PREVALENZA REALE

LD

QkHeHgH

mT0

2

0

Q

HT0H

HQ ;

NC50-250 255


2) Dimensionamento della condotta di aspirazione

NPSH

NPSHzhhLJHa avaaa 0Q

HT0H NPSH

NPSHzLJ aaaa 10

z a

La

aJ a

La

z az a

LaLa

aJ a

La

aJ a

La


3) Dimensionamento della condotta premente

pp L

HpJ

A

B

L a L p

H g

H p

H a

HH - Hg - Ha = Hp

m

p Jp

QkD

12

21

21

pp

pppp JJ

JJLL

12 ppp LLL

mp

pD

QkJ

1

2

1

mp

pD

QkJ

2

2

2

Dp1

Dp2

Lp1Lp2

CURVA CARATTERISTICA DELL’IMPIANTO E PUNTO DI FUNZIONAMENTO

A

B

L a L p

HI

Q

= zB - zA + Ja La + Jp Lp

pmp

ama

I LD

QkL

D

QkzH

22

2QD

L

D

LkzH

mp

p

ma

aI

2xbay

IMPIANTI DI POMPAGGIO CON PIÙ POMPE

1) Pompe in serie

Q

H

H1 H2

H3

Q

1 2 3

321

Q

H2+H3

H1+H2+H3

Q

Q Q Q


2) Pompe in parallelo

Q

H

HH

1 2 3

13 2

Q2Q3 Q1+Q2+Q3

H H H

Q1 Q2Q1+

H


2) Pompe in parallelo

1 32

Q1+Q2+Q3

Q1Q1+ Q2

Q

H

H1

H2

H3

0

20

40

60

80

100

120

10 15 20 25 30 35 40 45 50

Q [l/s]

H [

m .c

.a]

0

20

40

60

80

100

120

10 15 20 25 30 35 40 45 50

Q [l/s]

H [

m .c

.a]

SISTEMA DI SOLLEVAMENTO CON INVERTER

2400

2200

2000

1750


Pompe in parallelo

1 pompa2 pompe1 irrigatorehe (1)2 irrigatorihe (2)

0

10

20

30

40

50

60

70

0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005

Q [m³/s]

H [

m c

.a.]

0,0028 0,0044

33

21

h = k q2

REGOLAZIONE

Pompe in parallelo

1 pompa2 pompe1 irrigatorehe (1)2 irrigatorihe (2)

0

10

20

30

40

50

60

70

0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005

Q [m³/s]

H [

m c

.a.]

0,0037

28

h = k q2

0,0022

38

0,0019

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

2500

5,0

32,82 irrig.

42,8

1 irrig. no reg.1 irrig. reg.

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