Pompe e turbine

MACCHINE CHE SCAMBIANO ENERGIA CON L’ESTERNO

Nella costruzione di impianti idraulici è possibile installare delle macchine in grado di scambiare

energia con l’esterno. Queste macchine prendono il nome di pompe (se portano l’energia

dall’esterno all’interno del circuito) o di turbine (se portano energia dall’interno all’esterno del

circuito).

Possiamo capire se ci troviamo in presenza di una pompa i di una turbina misurando la differenza

di pressione dell’acqua tra monte (serbatoio di partenza) e valle (serbatoio di arrivo). Se si tratta di

una pompa, la pressione a valle è maggiore rispetto alla pressione a monte. Se si tratta di una

turbina la situazione è opposta (pressione a valle minore di quella a monte).

Se posizioniamo un manometro con le due bocche una a sinistra e una a destra della pompa,

∆ H

quest’ultimo misurerà una differenza di pressione. Questa differenza prende il nome di

p

prevalenza manometrica di una pompa.

∆ p= γ ∆ h

−γ

( )

m γ ∆ h

−γ

( )

∆ p m

∆ H = =

p γ γ ∆ H

Se facciamo lo stesso procedimento per una turbina la situazione sarà opposta. La differenza t

prende il nome di prevalenza manometrica di una turbina.

γ ∆ h

−γ

( )

∆ p m

∆ H = =

t γ γ

Ovviamente da queste affermazioni ne consegue che se ad una corrente sottraggo energia, riduco

il valore della pressione. Se, invece, aggiungo energia aumento il valore della pressione.

IMPIANTO DI SOLLEVAMENTO

La pompa viene solitamente posta vicino al serbatoio di partenza. Essa viene usata per fornire

all’acqua l’energia necessaria a vincere eventuali resistenze (dovute nella maggior parte dei casi

alla gravità) che incontra per arrivare a valle.

La condotta è detta condotta di mandata. La differenza di quota tra il punto B (valle) e il punto A

∆ Y

(monte) è detta prevalenza geometrica . L’energia che la pompa dovrà fornire all’acqua per

G

andare dal punto A al punto B sarà:

2

v

∆ H Y JL+ξ

=∆ +

p G 2 g 2

v

JL

Dove sono le perdite di carico continue e sono le perdite di carico concentrate (che

2 g

trascuriamo nel caso di lunghe condotte).

Dalla prevalenza manometrica è possibile ricavare la potenza idraulica che è data da:

F

[ ]

P ∆ H L

=γQ =

idr p T

Questa è la potenza di cui ha bisogno il fluido per andare dal punto A al punto B.

E

Se alla pompa fornisco una corrente con un’energia iniziale , essa restituirà una corrente con

p

E E μ

un’energia che sarà uguale al prodotto tra e (rendimento della pompa, sempre minore di

c p p

1).

E . μ

=E

c p p

La potenza della pompa sarà:

P γQ ∆ H

idr p

P = =

p μ μ

p p

Immaginiamo di avere un pozzo in cui il piano dell’acqua dista h = 20 m dal piano campagna.

Dobbiamo comprare una pompa in grado di garantire una portata di Q= 10 l/s.

La potenza idraulica necessaria sarà:

P 4 −3

10 1 0 20 200

idr

P = = =

p μ μ μ

p p p

La pompa, in alcuni casi, può essere anche posta in superficie, ma, eliminando tutta l’aria dalla

P atm 10 m

pompa, quindi creando il vuoto, può far salire l’acqua per un’altezza massima di .

≅

γ

Questo perché l’acqua è incomprimibile.

Dunque, un sistema che vede l’istallazione della pompa in superficie, è funzionale solo se l’acqua

si trova ad una profondità massima di 6 m. Se l’acqua si trova ad una profondità maggiore di 8-9 m

non possiamo applicare un sistema che vede la pompa in superficie, ma dobbiamo applicare la

pompa al di sotto del livello dell’acqua. Questa applicazione è più complicata.

Una pompa si dice volumetrica se è ciclica e ad ogni ciclo riempie e svuota un volume prefissato.

La pompa idraulica classica è quella centrifuga. Per capirne il funzionamento dobbiamo introdurre

quella che è la curva caratteristica della pompa. Questa curva indica la prevalenza manometrica (

∆ H ) in rapporto alla portata.

p

Si vede nel grafico che le pompe centrifughe possono lavorare anche a portata nulla (Q=0).

Questo vuol dire che il motore fa girare la pompa anche se la valvola dell’acqua è chiusa. Questa