Curva caratteristica di una pompa centrifuga

Il legame tra la portata Q e la prevalenza totale H, a numero di giri costante, è tipico di ogni pompa ed è rappresentato da una curva nel piano cartesiano Q, H che prende il nome di curva caratteristica della pompa.

 

 

L’andamento della curva caratteristica dipende essenzialmente dal tipo di girante. Possiamo distinguere i tre casi, rappresentati nella figura precedente, di pompa con girante radiale, girante semiassiale e girante assiale. La curva caratteristica della pompa a girante radiale ha un andamento parabolico. La pompa è particolarmente indicata quando la portata è notevolmente costante e la prevalenza è soggetta a variazioni limitate. La pompa a girante semiassiale ha una curva caratteristica con andamento sempre discendente e più stretto rispetto a quello di una pompa a girante radiale. La pompa a girante assiale ha una curva caratteristica quasi rettilinea verso il basso. Viene generalmente utilizzato per sollevare portate rilevanti con dislivelli di pochi metri.

Di seguito è riportato l’andamento della curva caratteristica H (Q) e delle curve complementari del rendimento η (Q) e della potenza assorbita W (Q) di una pompa centrifuga.

 

Curva caratteristica H (Q)

La curva caratteristica di una pompa rappresenta le variazioni della prevalenza H in funzione della portata Q. La curva portata-prevalenza della pompa viene tracciata sperimentalmente per punti, a numero di giri costante, riportando la prevalenza H sulla ordinata e il flusso Q sull’ascissa in un sistema di assi cartesiani ortogonali. Le prevalenze diminuiscono all’aumentare della portata (e viceversa).

 

 

Si può quindi dedurre che: la pompa centrifuga, a velocità di rotazione costante n, trasporta una portata Q che aumenta al diminuire della prevalenza H. Quando la portata è zero la prevalenza raggiunge il valore massimo 2.

 

Efficienza η (Q)

Il rendimento η di una pompa è il rapporto tra la potenza utile Wu e la potenza assorbita W, ovvero η = Wu / W. La curva di rendimento ha un andamento prima ascendente e poi discendente. Nel punto di massima efficienza (o nelle sue vicinanze) il funzionamento della pompa è ottimale.

 

 

 

Potenza assorbita W (Q)

La potenza W è il prodotto della portata Q per la prevalenza H e per la densità d del fluido (W = Q ∙ d ∙ H). Se nel diagramma si rappresenta la portata Q sull’asse delle ascisse e la potenza assorbita W sull’asse delle ordinate si ottiene la curva portata-potenza. Questa curva è generalmente ascendente, cioè sale all’aumentare della portata.

 

 

Campo di funzionamento ottimale di una pompa

Nonostante una pompa possa funzionare in condizioni così diverse, esiste un punto della curva su cui (o intorno al quale) sarebbe opportuno farla funzionare. Questo punto corrisponde al valore massimo di efficienza della pompa (vedi curva portata-efficienza).

 

 

Diagramma a conchiglia

I rendimenti possono essere rappresentati anche in corrispondenza delle curve portata/prevalenza mediante curve di uguale rendimento. Il cosiddetto “diagramma di collina” detto anche “diagramma di shell”. I rendimenti stanno gradualmente diminuendo man mano che ci si sposta dal punto di massimo rendimento verso la sua periferia.

Se cambia il numero di giri della macchina cambia anche la curva caratteristica, quella del rendimento e quella della potenza assorbita. In figura è mostrata la famiglia delle curve caratteristiche e delle potenze assorbite alle diverse velocità della girante, in cui sono segnate anche le curve di rendimento costante aventi forma ovale. Questo diagramma, che identifica il range prestazionale caratteristico della macchina, viene generalmente chiamato diagramma a conchiglia.

 

 

Il passaggio da una condizione operativa all’altra può essere fatto molto facilmente, tenendo presente che la portata Q, la prevalenza H e la potenza W misurate ad n giri e la portata Qx, la prevalenza Hx e la potenza Wx quando il numero di giri è nx, esistono le seguenti relazioni:

 

Scelta della pompa

I costruttori generalmente presentano la gamma delle pompe di normale produzione sotto forma di grafici costituiti da tanti quadrilateri curvilinei, ciascuno dei quali identifica la fascia, nel piano cartesiano di prevalenza, di utilizzo di una tipologia di pompa. La figura seguente mostra un esempio di questo tipo di grafico chiamato diagramma a mosaico. Una volta note la portata e la prevalenza, il diagramma permette di effettuare una scelta del primo orientamento della pompa.

 

 

Curva caratteristica della tubazione e punto di lavoro

Come è noto, il salto totale è composto da due addendi, il salto geodetico e un termine Y (Q) che esprime le perdite di carico che si verificano nelle tubazioni di mandata e di aspirazione. Poiché il termine Y (Q) è una funzione quadratica della portata, risulta: H = Hg + Y (Q) = Hg + kQ². Questa equazione nel piano Q, H è rappresentata da una parabola ed è chiamata curva caratteristica del tubo.

 

 

L’intersezione nel piano Q,H tra la curva caratteristica della pompa e quella della tubazione, che in figura è il punto B, è detto punto caratteristico di funzionamento. Se la curva caratteristica della tubazione cambia posizione, ad esempio per la variazione della resistenza al movimento imputabile al grado di apertura di una valvola sulla tubazione o per l’aumento della scabrezza della tubazione, allora varia il punto di funzionamento.

 

 

La curva caratteristica del sistema può essere modificata:

• variando le resistenze al flusso (ad esempio strozzando una valvola a saracinesca)
• variando la componente statica della prevalenza (ad esempio aumentando o diminuendo la pressione nel serbatoio o il livello del liquido nel caso di serbatoio aperto).

 

Perdite di carico nelle pompe centrifughe

Questo tipo di caduta di pressione si verifica nelle pompe centrifughe nel tratto compreso tra la flangia di aspirazione e l’inizio delle pale della girante ed è indicato dai costruttori con la sigla NPSH. Il termine NPSH deriva dall’inglese e significa letteralmente “battente netto positivo di aspirazione”, cioè altezza netta positiva dal lato aspirazione.

 

 

 

 

I costruttori forniscono nei loro cataloghi l’andamento della curva portata-NPSH che rappresenta la variazione dell’NPSH della pompa (NPSHnec.) in funzione della variazione della portata.

La curva NPSH generalmente ha un andamento:

• aumentando gradualmente partendo dalla portata minima Qmin fino alla portata di migliore efficienza Qopt
• decisamente crescente verso l’alto per portate superiori a Qopt
• Al di sotto di Qmin la curva NPSH (tratteggiata in figura) ha un andamento ascendente molto ripido, quasi verticale.