Un primer per pompa centrifuga, parte 1

Aug 03, 2023

Il tema del numero di febbraio di Pumps & Systems è "ritorno alle origini". Seguendo l'esempio, l'articolo di questo mese esaminerà alcuni dei fondamenti delle pompe centrifughe. Si noti che le pompe centrifughe rientrano nella classe cinetica delle pompe rotodinamiche.

Inizialmente presumo che il lettore abbia un concetto visivo di base di una girante collegata a un albero, il tutto montato all'interno di un involucro/voluta. Vedi immagine 1.

L'albero della pompa può essere l'albero motore stesso o accoppiato a un motore. Il motore è tipicamente un motore elettrico a induzione, ma potrebbe anche essere un motore, una turbina a vapore o uno dei numerosi altri tipi di motori primi.

Come primo riassunto generale, la girante aumenta il livello energetico del fluido aumentandone la velocità. Una volta che il fluido lascia la girante, l'involucro converte la velocità in pressione.

Una pompa funziona effettivamente secondo principi scientifici di base. A discrezione dell'operatore, il motore ruota (energia meccanica), facendo ruotare anche l'albero della pompa e la girante collegata.

La girante rotante conferisce un'energia cinetica al fluido circostante che avvia il movimento (velocità) nel fluido. La velocità del fluido aumenterà sostanzialmente durante il suo percorso attraverso la girante dall'occhio al centro fino ai bordi delle alette sul diametro esterno.

Esiste una formula semplice per calcolare la velocità del fluido impartita dalla girante. È una semplice funzione della velocità e del diametro (vedi Equazione 1). Da notare la relazione diretta, dove se aumenta la velocità della girante e/o all'aumentare del diametro della girante aumenta la velocità del fluido e viceversa.

Come visione di livello successivo del processo che avviene all'interno della pompa: la girante rotante (energia cinetica) impartisce un movimento (velocità) al fluido.

Quando il fluido lascia la punta della pala della girante e si cattura (si raccoglie) nell'involucro, l'involucro converte l'energia della velocità in energia della pressione (prevalenza). In poche parole, l'energia della velocità del fluido viene convertita in energia della pressione nell'involucro. L'energia di pressione è anche definita come prevalenza (H).

Per osservare questo fenomeno da un altro punto di vista tecnico, si potrebbe anche utilizzare la prima legge di conservazione dell’energia. "L'energia non può essere né creata né distrutta; può solo essere modificata nella forma."

In aggiunta e complementare alla disciplina meccanica della fluidodinamica, conosciamo anche il principio di Bernoulli, il quale afferma nella sua forma più semplice che se la velocità diminuisce, la pressione aumenterà e viceversa. Ancora una volta, ciò è dovuto alla conservazione dell’energia.

Si noti che una pompa centrifuga non crea realmente la pressione del sistema di per sé, ma crea invece il flusso. La pressione che misuriamo sul manometro è in realtà il risultato della resistenza del sistema al flusso generato.

Se non ci fosse alcun sistema collegato alla flangia di scarico, non ci sarebbe alcuna reale pressione sviluppata (Il "sistema" è l'aggregato di diverse quote, pressioni, tubazioni, componenti e valvole).

La spiegazione più semplice per utilizzare la prevalenza anziché la pressione per misurare l'energia di una pompa centrifuga è che la pressione di una pompa cambierà se cambia il peso/gravità specifica (SG) del liquido, ma la prevalenza non cambierà.

Di conseguenza, è sempre possibile descrivere le prestazioni di una pompa (assumendo che sia un fluido newtoniano), sia che si tratti di un idrocarburo pesante (acido solforoso con peso specifico compreso tra 1,2 e 1,5) o leggero (benzina con peso specifico 0,7) utilizzando il termine prevalenza.

L'operatore della pompa misura lo stato di salute e le prestazioni della pompa monitorando la differenza di pressione relativa su entrambi i lati della pompa.

Se tutti i fluidi fossero uguali con un peso specifico costante, le unità per esprimere la pressione di scarico della pompa potrebbero essere espresse come pressione con effetti negativi o imprecisi minimi o nulli. Ma poiché i fluidi hanno gravità diversa, siamo obbligati a usare il termine prevalenza.

Renditi conto che anche se tutto ciò che stessimo pompando fosse acqua, il peso specifico cambia ad ogni grado di variazione della temperatura. Nota e distingui che la testa è un livello di energia e la pressione è semplicemente una forza.