Una pompa centrifuga sposta il fluido da un punto all’altro, ma come? Questo articolo, il quarto della serie “Elementi di base delle pompe centrifughe”, analizzerà il funzionamento della pompa descrivendo il flusso del fluido attraverso la pompa ed il modo in cui una pompa centrifuga trasforma energia per eseguire questo spostamento di fluido. Capire come funziona una pompa centrifuga è il primo essenziale passo per l’apprendimento dell’interazione tra pompa e sistema.
Nell’articolo precedente abbiamo visto quali sono i termini comunemente associati alle pompe centrifughe, ovvero pressione, fluido, temperatura. Inizieremo ora il nostro studio del funzionamento della pompa. In questo articolo vedremo in che modo il fluido arriva dentro una pompa centrifuga, la attraversa ed in seguito fuoriesce. Verranno inoltre discusse nuovamente le varie aree della sezione idraulica di una pompa (abbiamo discusso di sezione idraulica e sezione di potenza in questo articolo).
In questo articolo imparerai:
- Cos’è l’aspirazione in una pompa centrifuga
- Cos’è la pressione di aspirazione in una pompa centrifuga
- Cos’è la mandata in una pompa centrifuga
- Cos’è la pressione di mandata in una pompa centrifuga
- Come passa un fluido attraverso una pompa centrifuga
- Come avviene la conversione di energia all’interno di una pompa.
Cos’è l’aspirazione in una pompa centrifuga
L’aspirazione della pompa è l’area di ingresso o la flangia in cui il fluido entra nella voluta (corpo pompa o chiocciola). Può essere orientata orizzontalmente o verticalmente, a seconda della configurazione della pompa.
Cos’è la pressione di aspirazione in una pompa centrifuga
La pressione di aspirazione è la pressione effettiva, positiva o negativa, alla connessione di aspirazione della pompa misurata attraverso un manometro. Le pompe in realtà non “aspirano” il fluido come potrebbe far credere il nome. La pressione più alta all’esterno della voluta nella tubazione di aspirazione si sposta nell’area di pressione inferiore, ovvero verso l’occhiello della girante, determinando così il fluido disponibile per la girante stessa.
Un esempio molto semplice per capire meglio la pressione di aspirazione in una pompa centrifuga è quello di una cannuccia in una bevanda. Quando l’aria viene rimossa dalla cannuccia (quindi creazione di un’area di bassa pressione), la pressione atmosferica spinge il liquido dentro la cannuccia ed in seguito nella bocca.
Cos’è la mandata in una pompa centrifuga
La mandata (scarico) di una pompa centrifuga è l’area di uscita o flangia in cui il fluido esce dalla voluta (corpo pompa). La flangia di mandata è generalmente orientata verso l’alto (verticalmente), ma può anche essere montata lateralmente (o orizzontalmente) se richiesta dall’applicazione.
Cos’è la pressione di mandata in una pompa centrifuga
La pressione di mandata (scarico) è la pressione effettiva alla connessione di mandata della pompa misurata attraverso un manometro. Questa pressione è uguale alla pressione di aspirazione della pompa più la prevalenza totale (pressione) sviluppata dalla pompa centrifuga.
Come passa un fluido attraverso una pompa centrifuga
Il fluido scorre attraverso la pompa entrando prima di tutto nella flangia di aspirazione. Dopo aver attraversato la flangia di aspirazione, il fluido entra nell’area di pressione più bassa della pompa, ovvero l’occhiello della girante.
Da qui il fluido viene raccolto dalle pale della girante che ruota. Il fluido passa lungo le pale dove la velocità e l’energia si aggiungono ad essa.
Attraverso la forza centrifuga, il fluido viene spostato verso l’estremità esterna della girante, contro la voluta e verso la flangia di mandata (scarico). A questo punto, poiché il fluido è bloccato dalla voluta, la velocità diminuisce ed aumenta così la pressione (prevalenza).
La velocità del fluido diminuisce perché la voluta è costruita in modo tale che la girante non sia centrata al suo interno. Piuttosto, la girante è sfalsata rispetto al centro. Questo sfasamento fa sì che tra la girante e la voluta ci sia del gioco che aumenta man mano che ci si avvicina all’area di mandata (scarico). Quando il gioco tra girante e corpo pompa aumenta, la velocità diminuisce e la pressione aumenta. L’atto finale all’interno della pompa consente al fluido di spostarsi attraverso il bordo interno della voluta fino alla flangia di mandata (scarico) dove esce dalla pompa ad una pressione più elevata.
Conversione di energia all’interno di una pompa
Ora che sappiamo come un fluido passa attraverso una pompa, dobbiamo capire come l’energia cambia stato al fine di spostare il fluido stesso. Questa parte dell’articolo descriverà i tipi di energia che possiamo trovare in una pompa e le conversioni di energia che avvengono all’interno del macchinario.
Vedremo nel dettaglio i seguenti argomenti:
- Cos’è l’energia
- Cos’è l’energia di velocità
- Cos’è l’energia di pressione
- Come avviene la conversione di energia all’interno di una pompa.
Cos’è l’energia
L’energia si può trovare in molte forme. Può essere il carburante, l’elettricità, l’energia idrica, l’energia eolica o quella posseduta da un corpo in movimento.
L’energia essenzialmente esiste come due forme fondamentali:
- Energia cinetica (l’energia del movimento)
- Energia potenziale (l’energia della posizione).
Una pompa converte l’energia meccanica (trasmessa da un motore) in energia liquida allo scopo di spostare il fluido da un punto ad un altro all’interno di un sistema di tubazioni. L’energia liquida di una pompa viene misurata in termini di prevalenza (o pressione). Esiste anche in due forme:
- Energia di pressione o pressione di prevalenza
- Energia di velocità o velocità di prevalenza
È questa conversione dell’energia di velocità di un corpo in movimento (il fluido all’interno di una pompa) a produrre energia di pressione, che fa sì che il fluido si muova lungo il tubo anche se ci sono dei sistemi di pressione da superare.
Cos’è l’energia di velocità
L’energia di velocità rappresenta l’energia cinetica del peso unitario del liquido che si muove ad una certa velocità. L’energia di velocità viene spesso indicata come velocità di prevalenza.
Cos’è l’energia di pressione
L’energia di pressione o pressione di prevalenza è definita come l’energia necessaria per spostare un quantità di liquido a determinate contro pressioni. È questa energia, convertita da energia di velocità, che muove il liquido dalla pompa alla tubazione.
Come avviene la conversione di energia all’interno di una pompa
Il fluido sulla flangia di aspirazione ha una velocità uguale alla velocità del fluido nella tubazione. La velocità della girante prende questa energia del fluido e la aumenta alla velocità delle punte delle pale della girante. Nel punto in cui il fluido inizia a lasciare le punte delle pale della girante, il fluido inizia a rallentare.
Il fluido, al raggiungimento della flangia di mandata, ha rallentato fino alla velocità del fluido nel tubo di mandata (scarico). Di conseguenza, vi è una conversione di energia di velocità in energia di pressione sulla flangia di mandata (scarico). Questa energia di pressione è ciò che è necessario per superare la resistenza dell’attrito nella tubazione e dai cambiamenti nel livello del fluido (prevalenza statica).
Leggi l’ultimo articolo della serie Elementi di base delle pompe centrifughe riguardante la curva caratteristica di una pompa.