La finalità di una pompa idraulica è sollevare un liquido ad un livello più elevato di quello di partenza, quando scegliamo una pompa dobbiamo, quindi, prima di tutto pensare a due cose: il volume del fluido che dobbiamo spostare e l’altezza a cui bisognerà sollevarlo. I parametri corrispondenti a queste informazioni sono la portata e la prevalenza.
Parametri per le pompe agricole
Per quanto riguarda le pompe agricole, come quelle montate su macchine irroratrici, oltre alla portata dovremo fare anche molta attenzione alla pressione: nelle irrorazioni e nei trattamenti fitosanitari, infatti, la pressione di fuoriuscita del liquido influenza direttamente l’efficacia del trattamento stesso.
Portata e pressione sono strettamente legate alla potenza. Una volta stabilite la pressione e la portata di cui abbiamo bisogno potremo anche trovare la potenza necessaria alla nostra pompa.
Sul sito e sui cataloghi di pompe Comet per l’agricoltura, potrai trovare lo schema relativo ad ogni modello di pompa che indica Pressione Portata Potenza e Velocità.
Nei prossimi paragrafi andremo a descrivere i parametri che abbiamo visto fino ad ora:
Insieme ad altri importanti parametri di rendimento di una pompa:- perdita di carico
- rendimento
- NPSH - prevalenza netta di aspirazione positiva
Portata o volume pompato
La portata (Q) è il volume di fluido spostato nell'unità di tempo. La portata viene espressa normalmente in:
- m3/s (metri cubi al secondo)
- l/min (litri al minuto)
- gpm (gallon per minute)
Nell'ambito delle pompe, la portata consiste nella quantità di fluido che fuoriesce dalla mandata della pompa nell'unità di tempo, detta anche volume pompato.
Prevalenza
La prevalenza (H) è la capacità di una pompa di elevare un certo volume di liquido ad una determinata altezza. In altre parole è il dislivello massimo di sollevamento.
Nel sistema metrico SI, essa viene misurata in metri colonna acqua (m C.A.) o più semplicemente in metri.
Per definire la prevalenza H, necessaria a spingere un determinato volume oltre un certo dislivello, occorre sommare due variabili:
Prevalenza H = Hg+Y
Hg = la prevalenza geodetica cioè la differenza tra il livello del liquido nel serbatoio di mandata e in quello di aspirazione. Hg = Ha+Hm
Ha = altezza geodetica di aspirazione e rappresenta la differenza di livello tra l'asse della pompa e la superficie del liquido da aspirare. Ha ha valore positivo se il livello del liquido si trova al di sopra dell’asse della pompa, ha valore negativo se livello del liquido si trova al di sotto dell’asse della pompa, come nell'immagine.
Hm = altezza geodetica di mandata, cioè la differenza tra l'asse della pompa e il livello del liquido nel bacino nel quale il liquido è pompato.
Y rappresenta la perdita di prevalenza dovuta alla perdite di energia causate dall'attrito del liquido e dalla presenza di restringimenti, curve, ecc. (vedi anche perdite di carico). Le prestazioni della pompa dovranno poter sopperire a queste perdite, per poter ottenere il sollevamento richiesto.
La prevalenza, come la pressione, misura l’energia cinetica trasferita dalla pompa al liquido, ma a differenza della pressione, essa è basata sul volume, quindi è indipendente dal peso specifico del fluido pompato. Pertanto la prevalenza di una pompa è la stessa, a prescindere dal peso specifico del fluido pompato.
Pressione
La pressione (p) è il rapporto tra una forza (F) che agisce ortogonalmente (perpendicolarmente) su una superficie e la sua area (S).
La pressione viene espressa normalmente in:
- pascal = 1N/m² (1 Newton per metro quadrato)
- bar = 100 kPa (100 kilopascal)
- atm (atmosfera) = 1,01325 bar = pressione esercitata dall'atmosfera terrestre al livello del mare. Viene di solito approssimata ad 1 bar.
- psi (Pounds per Square Inch) o libbra forza per pollice quadro.
Prevalenza e pressione di una pompa sono parametri i correlati.
Formule di conversione prevalenza – pressione nel sistema metrico:
Da Prevalenza (in metri) a pressione (in bar)
p = 0.0981 h · SG
dove:
h = prevalenza (m)
p = pressione (bar)
SG = peso specifico
Da Pressione (in bar) a Prevalenza (in metri)
h = p · 10.197 / SG
dove:
h = prevalenza (m)
p = pressione (bar)
SG = peso specifico
Nell'ambito delle pompe, la pressione è la forza conferita dalla macchina al fluido pompato, ossia la spinta propulsiva con cui il fluido fuoriesce dalla pompa.
Così come la prevalenza, anche la pressione erogata da una pompa può essere soggetta a dispersioni, dette perdite di carico, di cui occorre tener conto nella realizzazione del circuito.
PerditA di carico
La perdita di carico (o perdita di pressione) tra due punti di un circuito idraulico è la differenza di carico idraulico tra i due punti presi in considerazione.
Consideriamo ad esempio un bacino in cui si trova un fluido con pelo libero ad una certa altezza, collegato ad un condotto. La forza di gravità tende a far fluire il fluido verso il basso e farlo uscire dal condotto. Durante il suo moto, il fluido perde energia, come si può notare dalle altezze diverse e decrescenti, raggiunte dal liquido nei successivi vasi comunicanti.
Queste perdite di energia sono causate da resistenze al libero scorrimento del fluido, generate da una serie di fattori, come ad esempio:
- velocità, viscosità e temperatura del fluido
- diametro, lunghezza e rugosità dei tubi utilizzati
- presenza di ostacoli sul circuito, come valvole, rubinetti, curve
Le formule per il calcolo delle perdite di carico sono alquanto complesse, per cui consigliamo di utilizzare calcolatori automatici presento on-line, come ad esempio: Pressure-Drop-Online-Calculator
Potenza
In fisica, la potenza (P) è l'energia trasferita, prodotta o utilizzata da un sistema fisico nell'unità di tempo.
Essa si misura in watt (W) = rapporto tra unità di energia in joule (J) e unità di tempo in secondi (s):
- CV (cavallo vapore europeo DIN) = 735,49875 W
- HP (horse power britannico) = 745,69987158227022 W
CV e HP in pratica si equivalgono: 1 CV = 0,98631 HP
Nel nostro ambito, la potenza è la quantità di energia che deve essere trasferita alla pompa per sollevare una determinata portata Q ad una determinata altezza H, nell'unità di tempo.
Per calcolare la potenza generata da una pompa, occorre tenere presente due fattori: potenza utile (Pu) che è la quantità di energia disponibile, ovvero l’energia trasferita dal motore alla pompa e potenza dissipata (Pd), ovvero l'energia dispersa dalla pompa per cause meccaniche e idrauliche.
La differenza tra potenza utile e potenza dissipata determina la potenza idraulica (Pi) ovvero quantità di energia effettivamente trasferita dalla pompa al fluido.
Pi = Pu - Pd
Rendimento
La potenza utile di un qualsiasi circuito deve essere sempre superiore alla potenza idraulica. In altre parole, il motore selezionato deve avere una potenza superiore a quella che si intende applicare al fluido, in modo da sopperire alla dissipazione.
Il rapporto tra potenza idraulica e potenza utile si definisce rendimento (η - eta).
η = Pi/Pu
Il rendimento è la capacità della pompa di trasformare energia meccanica in energia idraulica (efficienza).
Per i motivi suddetti, il suo valore è sempre inferiore all'unità. Più esso si avvicina ad 1, più la pompa è efficiente.
NPSH (net positive suction head)
La prevalenza netta di aspirazione positiva consiste nella differenza tra la pressione esistente in un fluido in un determinato punto di un circuito idraulico e la pressione necessaria affinché quel fluido passi allo stato gassoso in quello stesso punto, detta tensione di vapore.
All'atto pratico l’NPSH serve per definire prevalenza e pressione minima, al di sotto della quali si crea cavitazione in aspirazione.
L’NPSH si distingue in:
- NPSH(a) - Net Positive Suction Head available:
ossia la prevalenza netta realmente disponibile sul circuito. Il valore è strettamente legato alle caratteristiche dell’impianto, per cui deve essere calcolato di volta in volta, attraverso una formula specifica:
NPSH (a) = pa + Ha – pF - pVP
Dove:
-
- pA = pressione assoluta sulla superficie del fluido nel bacino di aspirazione.
Tipicamente si tratta di pressione atmosferica, quindi = 101 325 Pa = 1,01325 bar = 14.696 psi.
-
- Ha = altezza geodetica di aspirazione, ossia la distanza tra livello del fluido e asse della pompa. Come già visto, il suo valore è positivo nel caso il livello sia al di sopra dell’asse della pompa, mentre è negativo se il livello è al di sotto dell’asse pompa
- pF = perdita di carico, dovuta a tubi e raccordi, che agiscono come restrizioni contro il flusso del fluido
- pVp = tensione di vapore del fluido alla temperatura di pompaggio.
E’ bene ricordare che la tensione di vapore aumenta all'aumentare della temperatura. Il calcolo può essere effettuato indifferentemente in unità di lunghezza (per ottenere la prevalenza) o in unità di pressione.
2. NPSH (r) - Net Positive Suction Head required,ossia la prevalenza (pressione) minima in aspirazione richiesta dalla pompa, il cui valore viene fornito dal costruttore della pompa.
E’ fondamentale che: NPSH (a) > NPSH (r)
In altre parole, la prevalenza, e quindi la pressione disponibile sull'aspirazione del circuito deve essere sempre superiore a quelle minime richiesta dalla pompa.
Pertanto, al momento della realizzazione del circuito è fondamentale verificare che la pressione misurata sull'aspirazione della pompa sia superiore a quella indicata dai dati prestazionali della pompa stessa.
Ciò ridurrà drasticamente i rischi di cavitazione di una pompa a membrana.
Velocità
La velocità angolare ω(t), detta anche velocità di rotazione, consiste nella variazione della misura di un angolo (Δθ), nel tempo (Δt). [ω = omega; Δ = delta; θ = theta] 
La velocità angolare si misura in rpm (round per minute), ossia in numero di rivoluzioni complete (angolo giro di 360°) compiute in un minuto.
La velocità (angolare) di una pompa serve a determinare:
- velocità di rotazione dell’albero di trasmissione
- velocità di rotazione della girante, in caso si tratti di una pompa centrifuga.
