UNIVERSITÀ DI PISA
DIPARTIMENTO DI AGRONOMIA E GESTIONE DELL’AGROECOSISTEMA
Sezione Idraulica agraria ed ingegneria del territorio
Laboratorio
Nazionale
dell’Irrigazione
P. Celestre
www.lni.unipi.it
CORSO DI IDRAULICA AGRARIA
SISTEMI DI SOLLEVAMENTO
Prof. Ing. Pier Gino Megale
aa. 2008 - 2009
GENERALITÀ SULLE POMPE
SI RICORRE ALLE POMPE QUANDO:
• l’acqua si trova ad una quota inferiore a quella di utilizzazione;
• la pressione necessaria è inferiore a quella disponibile;
• si vuole aumentare la portata di una condotta esistente.
Le pompe sono macchine che trasformano l’energia meccanica in
energia idraulica, che viene fornita alla corrente che le attraversa
essenzialmente in forma di pressione.
L’inserimento di una pompa in una sezione di una condotta ha l’effetto
di innalzare bruscamente in quella sezione la linea dei carichi totali di
un’altezza funzione della potenza della pompa e del suo rendimento.
Tale altezza prende il nome di prevalenza della pompa.
TIPI DI POMPE
POMPE VOLUMETRICHE
ASP
CMP
TIPI DI POMPE
POMPE CENTRIFUGHE
DIFFUSORE
GIRANTE
TIPI DI POMPE
POMPE SPECIALI
PRESTAZIONI DELLE POMPE E LORO RAPPRESENTAZIONE
Curva caratteristica
H  H Q 
PRESTAZIONI DELLE POMPE E LORO RAPPRESENTAZIONE
Velocità di rotazione
Prevalenza
Potenza assorbita
Rendimento
Q n

Q1 n1
120
100
H n
  
H1  n1 
P n
  
P1  n1 

C
1
3
2400
n1=1450
2
80
H [m .c.a]
Portata
2200
1
Q 2000 H
l/s
m
60
10 1750 35,5
12
35,5
14
40 1450 35,0
16
34,5
18
34,0
20
20
33,0
25
30,5
0
30
27,5
10
15
35
23,5
40
20,0
20
n=1750
n=2000
1,21
1,38
Q
l/s
12,1
14,5
16,9
19,3
21,7
24,1
30,2
36,2
25
42,2
48,3
H
m
51,7
51,7
51,0
50,3
49,5
48,1
44,4
40,1
30
35
34,2
Q [l/s]
29,1
Q
l/s
13,8
16,6
19,3
22,1
24,8
27,6
34,5
41,4
40
48,3
55,2
H
m
67,5
67,5
66,6
65,6
64,7
62,8
58,0
52,3
45
50
44,7
38,0
PRESTAZIONI DELLE POMPE E LORO RAPPRESENTAZIONE
Velocità di rotazione
ELETTROPOMPE
Portata
Prevalenza
Potenza assorbita
Rendimento
Q n

Q1 n1
H n
  
H1  n1 
P n
  
P1  n1 

C
1
2
f
n  60
cp
f  50 Hz
3
cp
1
2
INVERTER
N
3000
1500
PRESTAZIONI DELLE POMPE E LORO RAPPRESENTAZIONE
Cavitazione
L’evaporazione è il fenomeno, possibile a qualunque temperatura, per il
quale le molecole più prossime alla superficie libera di un liquido
abbandonano il liquido stesso passando allo stato di vapore.
0,8
Ciò avviene quando,
a causa dell'aumento del loro grado di agitazione
termica, raggiungono
un livello di energia cinetica sufficiente per sfuggire
0,7
all’attrazione 0,6
molecolare.
pv [m c.a.]
0,5
La pressione
di vapore di un liquido è la pressione del suo vapore a cui
0,4
si verifica l'equilibrio
fra la fase liquida e la fase gassosa.
Dipende dalla
0,3 temperatura
ACQUA
0,239
0,2
0,1
0
0
5
10
15
20
25
T [°C]
30
35
40
45
PRESTAZIONI DELLE POMPE E LORO RAPPRESENTAZIONE
Cavitazione
Se il liquido si trova a pressione costante, ha luogo
l’ebollizione quando, aumentando la temperatura, la pressione
di vapore cresce fino a raggiungere la pressione del liquido.
Le bolle di vapore che si formano sono stabili, in quanto il
vapore viene a trovarsi alla stessa pressione del liquido e si
disperde nella fase gassosa.
Quando invece è la pressione del liquido a scendere al disotto
della pressione di vapore, in quel punto, si produce cavitazione,
ovvero formazione di bolle di vapore all’interno del liquido.
In questo caso le bolle di vapore sono instabili perché sono
prodotte da un calo improvviso di pressione nel liquido, mentre
temperatura, e quindi tensione di vapore, restano costanti.
Come la pressione torna a superare la tensione di vapore, la
sostanza torna alla fase liquida e la bolla implode
istantaneamente
PRESTAZIONI DELLE POMPE E LORO RAPPRESENTAZIONE
Cavitazione
Tendenza di una pompa alla cavitazione
CARICO NETTO ASSOLUTO
H0 = Ha + h0 – hv
Ha
h0
hv
- carico totale relativo nella sezione di aspirazione
- pressione atmosferica
- pressione di vapore del liquido
H0 = h0 – (Ha + hv)
PRESTAZIONI DELLE POMPE E LORO RAPPRESENTAZIONE
Cavitazione
CARICO NETTO ASSOLUTO
00
0
-1
-2
-Ha
za
CARICO NETTO ASSOLUTO MINIMO
NET POSITIVE SUCTION HEAD
-3
-4
h0
-5
-6
Ha = za+ da + JaLa< h0 – hv – NPSH
-8
-9
-10
NPSH
-7
hv
La
H0
Ua2
2g
H0 = h0 – (Ha + hv)
JaLa da
H0 = h0 – (Ha + hv) > NPSH
PRESTAZIONI DELLE POMPE E LORO RAPPRESENTAZIONE
Cavitazione
0,8
PRESSIONE DI VAPORE
0,7
pv [m c.a.]
0,6
0,5
0,4
0,3
0,239
CARICO NETTO ASSOLUTO MINIMO
NET POSITIVE SUCTION HEAD
0,2
0,1
0
0
5
10
15
20
Ha = za+ da + jaLa< 10 – NPSH
25
30
35
40
45
T [°C]
1200
PRESSIONE ATMOSFERICA
Ha = za+ da + jaLa< h0 – hv – NPSH
altitudine [m s.m.]
1000
800
600
400
200
0
9
9,2
9,4
9,6
9,8
ho [m c.a.]
10
10,2
10,4
PRESTAZIONI DELLE POMPE E LORO RAPPRESENTAZIONE
Cavitazione
Ha < 10 – NPSH
PRESTAZIONI DELLE POMPE E LORO RAPPRESENTAZIONE
Potenza assorbita
L G H
T
G W 
L W  H
W H
Pn 
T
H
W
Q
T
Pn  Q  H
P
HQ

G
PREVALENZA MANOMETRICA TOTALE
 vincere il dislivello tra la quota
dell’acqua nella sezione di partenza
e quella nella sezione di arrivo;
 compensare le perdite di carico nella
condotta di aspirazione e nella
condotta premente;
 assicurare all’impianto la pressione
richiesta.
Hp
He
B
IMPIANTO
HT = Hg + Ha + Hp + He
CONDOTTA PREMENTE
Hg
CONDOTTA DI
ASPIRAZIONE
POMPA
A
dove:
Hg - altezza geodetica o dislivello, zB-zA;
Ha - perdita di carico nella condotta di
aspirazione, JaLa + Sda;
Hp - perdita di carico nella condotta
premente, JpLp + Sdp;
He - altezza piezometrica di esercizio, pe/.
Ha
La
Lp
PROGETTO DI UN SISTEMA DI SOLLEVAMENTO
Hp
B
HT = Hg + Ha + Hp = Hg + JLa +JLp
HT = Hg + JL
Hg
Q
A
Ha
C
La
Cc
Ct
1) Individuazione della pompa
2) Dimensionamento delle condotta di
aspirazione
Ce
Dme
Lp
D
3) Dimensionamento della condotta
premente
PROGETTO DI UN SISTEMA DI SOLLEVAMENTO
1) Individuazione della pompa
 La determinazione del diametro della condotta dal punto di vista idraulico
è un problema indeterminato.
 Si può definire il diametro della condotta fissando la velocità media
 Con buona approssimazione al diametro di massima economia
corrisponde una velocità praticamente indipendente dalla portata, ma
funzione del tempo di esercizio nell’anno.
 Se il funzionamento è continuo tale velocità si aggira attorno ad 1 m/s e
sale per impianti con funzionamento stagionale, come avviene per gli
impianti irrigui.
PROGETTO DI UN SISTEMA DI SOLLEVAMENTO
1) Individuazione della pompa
 DIAMETRO ORIENTATIVO
Q  D02
A0 

U0
4
Q
D0  2
 U0
 PERDITE DI CARICO


Q2
Ha  Hp  J La  L p  k m L
D0
Tf
U0
mesi/anno
m/s
12
1
6
1,2
4
1,5
PROGETTO DI UN SISTEMA DI SOLLEVAMENTO
1) Individuazione della pompa
 PREVALENZA MANOMETRICA TOTALE
HT 0
Q2
 Hg  He  k m L
D0
H
HT0
 POMPA E PREVALENZA
REALE
NC50-250  255
Q ; H
Q
PROGETTO DI UN SISTEMA DI SOLLEVAMENTO
2) Dimensionamento della condotta di aspirazione
 NPSH
H
HNPSH
T0
J a La  d a  10  z a  NPSH
Ha  J a La  d a  h0  hv  z a  NPSH
Q
PROGETTO DI UN SISTEMA DI SOLLEVAMENTO
3) Dimensionamento della condotta premente
J p2  k
H
H - Hg - Ha = Hp
J p1  k
Dp2
Hp
Lp
1
 Q2  m

D p   k

Jp


Jp 
Dp1
Hp
Lp2
Lp1
Hg
A
L p1  L p
J p  J p2
J p1J p 2
L p 2  L p  L p1
Ha
La
Lp
Q2
m
Dp2
Q2
m
D p1
B
CURVA CARATTERISTICA DELL’IMPIANTO E
PUNTO DI FUNZIONAMENTO
HI = zB - zA + Ja La + Jp Lp
Q2
Q2
H I  z  k m La  k m L p
Da
Dp
B
 La L p  2
H I  z  k  m  m  Q
 Da D p 


Q
A
y  a  b x2
La
Lp
IMPIANTI DI POMPAGGIO CON PIÙ POMPE
1) Pompe in serie
H
H1+H2+H3
1
Q
2
Q
3
Q
H2+H3
H3
H1 H2
1
Q
2
3
Q
IMPIANTI DI POMPAGGIO CON PIÙ POMPE
2) Pompe in parallelo
H
1
H
2
H
3
H
HH
3
Q3 Q2
2
1
Q1 Q1+QQ1+Q
2 2+Q3
Q
IMPIANTI DI POMPAGGIO CON PIÙ POMPE
2) Pompe in parallelo
H
H3
H2
H1
1
Q1
2
3
Q
Q1+ Q2
Q1+Q2+Q3
SISTEMA DI SOLLEVAMENTO CON INVERTER
120
2400
100
2200
H [m .c.a]
80
2000
60
1750
40
20
0
10
15
20
25
30
Q [l/s]
35
40
45
50
IMPIANTI DI POMPAGGIO CON PIÙ POMPE
Pompe in parallelo
70
60
H [m c.a.]
50
1 pompa
2 pompe
1 irrigatore
he (1)
2 irrigatori
he (2)
40
33
30
21
20
h = k q2
10
0
0,000
0,001
0,0028
0,002
0,003
Q [m³/s]
0,004
0,0044
0,005
60
55
50
42,8
45
40
32,8
35
REGOLAZIONE
2 irrig.
1 irrig. no reg.
1 irrig. reg.
30
25
20
Pompe in parallelo
15
5,0
10
5
0
2500
-5
70
60
H [m c.a.]
50
1 pompa
2 pompe
1 irrigatore
he (1)
2 irrigatori
he (2)
38
40
30
28
20
h = k q2
10
0
0,000
0,001
0,0022
0,002
0,0019
0,003
Q [m³/s]
0,0037
0,004
0,005