UNIVERSITÀ DI PISA

1. Laboratorio Nazionale dell’Irrigazione P. Celestre UNIVERSITÀ DI PISA DIPARTIMENTO DI AGRONOMIA E GESTIONE DELL’AGROECOSISTEMA Sezione Idraulica agraria ed ingegneria del territorio www.lni.unipi.it

2. CORSO DI IDRAULICA AGRARIA SISTEMI DI SOLLEVAMENTO Prof. Ing. Pier Gino Megale aa. 2008 - 2009

3. 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.

4. TIPI DI POMPE POMPE VOLUMETRICHE ASP CMP

5. DIFFUSORE GIRANTE TIPI DI POMPE POMPE CENTRIFUGHE

6. TIPI DI POMPE POMPE SPECIALI

7. PRESTAZIONI DELLE POMPE E LORO RAPPRESENTAZIONE Curva caratteristica

8. Portata 2400 2200 2000 Prevalenza 1750 1450 Potenza assorbita Rendimento PRESTAZIONI DELLE POMPE E LORO RAPPRESENTAZIONE Velocità di rotazione

9. Portata Prevalenza Potenza assorbita Rendimento PRESTAZIONI DELLE POMPE E LORO RAPPRESENTAZIONE Velocità di rotazione ELETTROPOMPE INVERTER

10. 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. Ciò avviene quando, a causa dell'aumento del loro grado di agitazione termica, raggiungono un livello di energia cinetica sufficiente per sfuggire all’attrazione molecolare. La pressione di vapore di un liquido è la pressione del suo vapore a cui si verifica l'equilibrio fra la fase liquida e la fase gassosa. Dipende dalla temperatura ACQUA

11. 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

12. PRESTAZIONI DELLE POMPE E LORO RAPPRESENTAZIONE Cavitazione Tendenza di una pompa alla cavitazione CARICO NETTO ASSOLUTO H0=Ha+ h0– hv Ha- carico totale relativo nella sezione di aspirazione h0- pressione atmosferica hv- pressione di vapore del liquido H0=h0 – (Ha+ hv)

13. 00 0 -1 -2 a U2 2g za -Ha -3 -4 da h0 -5 JaLa -6 -7 La NPSH -8 hv -9 -10 PRESTAZIONI DELLE POMPE E LORO RAPPRESENTAZIONE Cavitazione CARICO NETTO ASSOLUTO CARICO NETTO ASSOLUTO MINIMO NET POSITIVE SUCTION HEAD H0=h0 – (Ha+ hv) > NPSH H0=h0 – (Ha+ hv) H0 Ha=za+ da + JaLa< h0– hv–NPSH

14. CARICO NETTO ASSOLUTO MINIMO NET POSITIVE SUCTION HEAD PRESTAZIONI DELLE POMPE E LORO RAPPRESENTAZIONE Cavitazione PRESSIONE DI VAPORE Ha=za+ da + jaLa< 10–NPSH PRESSIONE ATMOSFERICA Ha=za+ da + jaLa< h0– hv–NPSH

15. PRESTAZIONI DELLE POMPE E LORO RAPPRESENTAZIONE Cavitazione Ha< 10–NPSH

16. G PRESTAZIONI DELLE POMPE E LORO RAPPRESENTAZIONE Potenza assorbita T H

17. 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. IMPIANTO HT = Hg + Ha + Hp + He CONDOTTA PREMENTE CONDOTTA DI ASPIRAZIONE POMPA 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/g.

18. Q PROGETTO DI UN SISTEMA DI SOLLEVAMENTO HT = Hg + Ha + Hp = Hg + JLa +JLp HT = Hg + JL C Cc Ct • Individuazione della pompa • Dimensionamento delle condotta di aspirazione • Dimensionamento della condotta premente Ce D Dme

19. PROGETTO DI UN SISTEMA DI SOLLEVAMENTO • 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.

20. PROGETTO DI UN SISTEMA DI SOLLEVAMENTO • Individuazione della pompa DIAMETRO ORIENTATIVO PERDITE DI CARICO

21. PROGETTO DI UN SISTEMA DI SOLLEVAMENTO • Individuazione della pompa PREVALENZA MANOMETRICA TOTALE H HT0 POMPA E PREVALENZA REALE NC50-250  255 Q

22. H HT0 Q PROGETTO DI UN SISTEMA DI SOLLEVAMENTO 2) Dimensionamento della condotta di aspirazione NPSH NPSH

23. H p B H g A H a L L a p PROGETTO DI UN SISTEMA DI SOLLEVAMENTO 3) Dimensionamento della condotta premente H H - Hg - Ha = Hp Dp2 Dp1 Lp2 Lp1

24. B Q A L L a p CURVA CARATTERISTICA DELL’IMPIANTO E PUNTO DI FUNZIONAMENTO = zB- zA + Jp Lp + Ja La HI

25. H2+H3 H1+H2+H3 H 1 2 3 Q H3 H1 H2 Q Q Q IMPIANTI DI POMPAGGIO CON PIÙ POMPE 1) Pompe in serie Q Q Q 2 3 1

26. H H H Q1+Q2+Q3 H Q Q2 Q2 Q1+ Q3 Q1 IMPIANTI DI POMPAGGIO CON PIÙ POMPE 2) Pompe in parallelo H H H 1 2 3 1 2 3

27. H H2 H3 H1 Q Q1 Q1+ Q2 Q1+Q2+Q3 IMPIANTI DI POMPAGGIO CON PIÙ POMPE 2) Pompe in parallelo 1 2 3

28. 2400 2200 2000 1750 SISTEMA DI SOLLEVAMENTO CON INVERTER

29. 70 60 50 1 pompa 2 pompe 40 1 irrigatore H [m c.a.] 33 he (1) 30 2 irrigatori 21 he (2) 20 10 0 0,0028 0,0044 0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 Q [m³/s] IMPIANTI DI POMPAGGIO CON PIÙ POMPE Pompe in parallelo h = k q2

30. 60 55 50 45 40 32,8 35 30 25 20 15 5,0 10 5 0 2500 -5 70 2 irrig. 42,8 1 irrig. no reg. 60 1 irrig. reg. 50 1 pompa 2 pompe 40 1 irrigatore H [m c.a.] 38 he (1) 30 2 irrigatori 28 he (2) 20 10 0 0,0022 0,0019 0,0037 0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 Q [m³/s] REGOLAZIONE Pompe in parallelo h = k q2