di Armando Morales

In esercizio, le pompe centrifughe dovrebbero lavorare sempre in corrispondenza del punto di funzionamento, erogando la portata richiesta (di progetto): com’è noto, in corrispondenza di questo punto si verificano le condizioni ottimali di funzionamento che assicurano la stabilità operativa.

Occorre però considerare che il punto di funzionamento si può scostare dalla sua posizione nominale, e quindi la pompa erogherà una portata maggiore o minore rispetto la portata di progetto.

Importanza della stabilità delle condizioni di esercizio della pompa

Dal punto di vista operativo il sistema circuito-pompa deve lavorare in condizioni di massima stabilità per evitare fluttuazioni significative della portata erogata. Certamente, in funzione dell’applicazione, la portata erogata andrà regolata attraverso diversi sistemi di regolazioni identificati in funzione di opportune valutazioni tecnico-economiche.

Nella pratica tecnica moderna lo scostamento incrementale può posizionarsi nell’intervallo pari al 10% – 20% della portata di progetto (Q progetto) per contenere la caduta del rendimento.

Sotto la portata di progetto, invece, lo scostamento dovrebbe essere molto più contenuto perché con la diminuzione della portata insorgono delle problematiche che, in un tempo di esercizio prolungato, provocano malfunzionamenti di carattere, sia meccanico che fluidodinamico. Pertanto, è molto importante capire le cause che determinano il funzionamento anomalo della pompa per poterle eliminare o mitigare il più possibile.

Possibili cause del funzionamento anomalo di una pompa

Le cause del funzionamento anomalo di una pompa possono essere molteplici:

• 1. Ricircolazione interna del fluido all’aspirazione ed alla mandata
  Questo fenomeno fluidodinamico si manifesta con il decremento della portata erogata rispetto a quella di progetto, questo si verifica perché una parte del liquido aspirato tende ad invertire il flusso in corrispondenza dell’occhio della girante, ovvero, si instaura un flusso in controcorrente rispetto al flusso principale.
  Questa circostanza genera dei vortici che causano pulsazioni e fenomeni di instabilità che determinano l’insorgere di vibrazioni sulla girante con il conseguente danneggiamento della stessa. Risulta significativo segnalare che, quando si presenta questo fenomeno indesiderato, un’ulteriore riduzione della portata provoca la manifestazione del fenomeno anche alla mandata della girante.
• 2. Spinta radiale
  È noto che, l’interazione reciproca tra girante e corpo pompa genera, nel piano della girante, delle forze idrauliche cha variano in grandezza ed in direzione in funzione della portata.
  Queste forze, però, non sempre si equilibrano, e quindi si produce una spinta radiale variabile in funzione della portata. Sostanzialmente, la spinta viene generata dalla voluta della pompa (asimmetrica) che determina una asimmetria di conversione dell’energia cinetica in energia in pressione.
  Sotto, in figura, viene mostrato il grafico dell’andamento della spinta radiale generata in funzione della portata per due tipi di corpo spirale.
  Come si può vedere dal grafico, l’incidenza è molto contenuta per il corpo costruito con la doppia spirale (corpo simmetrico), invece, riguardo la pompa costruita con il corpo semplice si osserva una maggiore variabilità per tutto l’intervallo di portate considerate con la spinta radiale che cresce al diminuire della portata, dove la massima spinta si verifica a portata nulla, e la minima in corrispondenza del punto di massima efficienza.
  La spinta radiale generata sollecita l’albero a flessione con il conseguente aumento delle sollecitazioni sui cuscinetti, generando anche l’aumento dell’usura su guarnizioni e tenute idrauliche.

• 3. Aumento della temperatura
  Le evidenze sperimentali dimostrano che, con la diminuzione della portata si verifica una riduzione del rendimento della pompa, come mostrato in figura. 2, pertanto, aumenta la percentuale della potenza meccanica che, degradandosi in calore, riscalda la portata di fluido incrementandone sempre più la temperatura. In generale, quando si vuole verificare se le prestazioni della macchina subiscono variazioni nel tempo; si confronta il valore della prevalenza misurato con la valvola di mandata chiusa (shut off condition) con quello fornito dal costruttore, sempre in condizione di shut off.

Possiamo concludere che per le macchine operatrici a fluido la portata elaborata deve essere sempre superiore al valore della minima portata continua ammissibile che corrisponde alla minima portata alla quale la pompa può funzionare in maniera continua e stabile per un periodo di tempo indefinito.
Tale dato deve essere dichiarato dal costruttore considerando come fattori critici la durata media dei cuscinetti e l’incremento contenuto della temperatura del liquido pompato.

(Bibliografia: Renato della Volpe, Macchine, Liguore Editore, Napoli, 2011)