Cosa sono le pompe centrifughe

Cosa sono le pompe centrifughe

Le pompe centrifughe sono un tipo comune di pompa che utilizza il trasferimento di energia rotazionale da una girante per aumentare la pressione e la portata di un fluido. Queste pompe sono utilizzate in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui fornitura idrica, lavorazione chimica e mercati industriali. Il componente chiave di una pompa centrifuga è la girante, che è un disco rotante con palette curve che creano una zona a bassa pressione all'ingresso della pompa e una zona ad alta pressione all'uscita.

Le pompe centrifughe sono note per il loro design semplice, che consiste in un involucro a voluta che ospita la girante e dirige il flusso del fluido dalla porta di aspirazione alla porta di scarico. La girante è montata su un albero azionato da un motore elettrico o da un'altra fonte di energia. Quando la girante ruota, trasmette energia cinetica al fluido, che viene poi convertita in energia di pressione mentre il fluido scorre attraverso l'involucro a voluta e fuori dalla porta di scarico.

Come funzionano le pompe centrifughe

Le pompe centrifughe funzionano convertendo l'energia meccanica di una girante rotante in energia cinetica, che viene poi utilizzata per pompare fluidi. La girante, un componente chiave della pompa, è composta da palette curve che ruotano rapidamente all'interno della cassa della pompa. Quando la girante ruota, crea una zona di bassa pressione al centro, aspirando il fluido nella pompa attraverso la porta di aspirazione.

Il fluido entra nell'occhio della girante e viene catturato dalle palette rotanti. Mentre il fluido si muove verso l'esterno lungo le palette, guadagna velocità e pressione. La forza centrifuga generata dalla girante rotante spinge il fluido attraverso la cassa della pompa e nella porta di scarico, dove esce dalla pompa a una pressione più alta rispetto a quando è entrato.

Progettazione di pompe centrifughe

La progettazione delle pompe centrifughe varia a seconda dell'applicazione specifica e del tipo di fluido pompato. Tuttavia, la maggior parte delle pompe centrifughe è composta da due componenti principali:

Voluta

La voluta è un involucro a forma di spirale che circonda la girante. La sua funzione principale è quella di raccogliere il fluido scaricato dalla girante e guidarlo verso la porta di scarico. La voluta è progettata per aumentare gradualmente l'area della sezione trasversale, il che aiuta a convertire la velocità del fluido in pressione.

Diffusore

In alcuni progetti di pompe centrifughe, viene utilizzato un diffusore al posto di una voluta. Il diffusore è un set di palette fisse che circondano la girante. Mentre il fluido si muove attraverso il diffusore, le palette guidano il flusso e aiutano a convertire la velocità del fluido in pressione. I diffusori sono comunemente utilizzati nelle pompe centrifughe multistadio.

Parti di pompe centrifughe

Le pompe centrifughe sono costituite da diversi componenti chiave che lavorano insieme per garantire un funzionamento efficiente e affidabile:

Girante

La girante è il componente rotante della pompa che genera la forza centrifuga necessaria per spostare il fluido. È costituita da un set di palette curve progettate per aspirare il fluido e accelerarlo verso l'esterno. Le giranti possono essere realizzate in vari materiali, come ghisa, acciaio inossidabile o materiali compositi, a seconda dell'applicazione e del tipo di fluido pompato.

Diffusore o involucro a voluta

Il diffusore o involucro a voluta è il componente stazionario che circonda la girante. La sua funzione principale è quella di raccogliere il fluido scaricato dalla girante e guidarlo verso la porta di scarico. L'involucro aiuta anche a convertire la velocità del fluido in pressione.

Albero e manicotti dell'albero

L'albero è il componente rotante che collega la girante al motore. È supportato da cuscinetti e sigillato per evitare perdite. Le guaine dell'albero sono spesso utilizzate per proteggere l'albero da usura e corrosione, specialmente quando si pompano fluidi abrasivi o corrosivi.

Cuscinetti

I cuscinetti sono utilizzati per supportare l'albero e garantire una rotazione fluida. Possono essere cuscinetti a sfere o cuscinetti a manicotto, a seconda dell'applicazione e dei requisiti di carico.

Tenute Meccaniche

Le tenute meccaniche sono utilizzate per prevenire perdite lungo l'albero. Sono costituite da due superfici di accoppiamento, una fissa e una rotante, tenute insieme dalla pressione della molla. Le tenute meccaniche sono ampiamente utilizzate nelle pompe centrifughe per la loro affidabilità e capacità di gestire un'ampia gamma di fluidi e pressioni.

Tipi di pompa

Esistono due tipi principali di pompe: pompe volumetriche e pompe centrifughe. Le pompe volumetriche funzionano spostando fisicamente una quantità fissa di fluido a ogni ciclo, mentre le pompe centrifughe utilizzano l'energia cinetica di una girante rotante per spingere il fluido attraverso la pompa.

Pompa a spostamento positivo

Le pompe a spostamento positivo sono un tipo di pompa che sposta il fluido racchiudendo ripetutamente un volume fisso e spostandolo meccanicamente attraverso il sistema. Sono solitamente utilizzate per applicazioni ad alta pressione e bassa portata e possono gestire liquidi viscosi. Esempi di pompe a spostamento positivo includono pompe a cavità progressiva, pompe a membrana e pompe a motore pneumatico.

Pompa centrifuga

• Pompe centrifughe monostadio: Queste pompe hanno una girante singola e sono più adatte per applicazioni a bassa o moderata pressione. Sono comunemente utilizzate nei mercati di approvvigionamento idrico, irrigazione e industriale.
• Pompe centrifughe multistadio: Queste pompe sono dotate di più giranti in serie, ogni stadio aumenta la pressione del fluido. Le pompe multistadio sono utilizzate quando sono richieste pressioni più elevate, come nell'approvvigionamento idrico delle caldaie e nelle applicazioni di pulizia ad alta pressione.
• Pompe centrifughe a flusso assiale: Conosciute anche come pompe a elica, queste pompe hanno un design assiale in cui la girante spinge il fluido lungo l'asse dell'albero. Sono comunemente utilizzate in applicazioni con portate elevate e requisiti di bassa prevalenza, come il controllo delle inondazioni e l'irrigazione.
• Pompe centrifughe a flusso radiale: In queste pompe, il fluido entra nella girante assialmente e viene scaricato radialmente, perpendicolarmente all'albero. Le pompe a flusso radiale sono adatte per applicazioni ad alta pressione e possono gestire un'ampia gamma di fluidi, tra cui liquidi puliti, prodotti chimici e acqua calda.

Vantaggi delle pompe centrifughe

1. Design semplice: Le pompe centrifughe hanno meno parti mobili rispetto alle pompe volumetriche, il che le rende più facili da produrre, utilizzare e manutenere.
2. Alta efficienza: Le pompe centrifughe possono raggiungere elevati livelli di efficienza, soprattutto quando funzionano al loro punto di massima efficienza (BEP).
3. Ampia gamma di applicazioni:Le pompe centrifughe possono gestire un'ampia gamma di liquidi, tra cui acqua, sostanze chimiche e persino alcuni fluidi viscosi.
4. Basso costo: Grazie alla loro struttura semplice e agli elevati volumi di produzione, le pompe centrifughe sono generalmente meno costose rispetto ad altri tipi di pompe.
5. Flusso regolare: Le pompe centrifughe forniscono un flusso costante e non pulsante, essenziale per molte applicazioni.

Svantaggi delle pompe centrifughe

1. Portata di aspirazione limitata: Le pompe centrifughe hanno una capacità di aspirazione limitata, il che significa che devono essere posizionate vicino alla fonte del fluido o necessitano di adescamento.
2. Bassa efficienza in condizioni fuori progetto: Le pompe centrifughe sono più efficienti quando funzionano al loro punto di massima efficienza (BEP). L'efficienza diminuisce significativamente quando funzionano a portate o pressioni lontane dal BEP.
3. Non adatto per fluidi ad alta viscosità: Le pompe centrifughe non sono adatte al pompaggio di fluidi ad alta viscosità, poiché la maggiore resistenza del fluido può ridurre notevolmente l'efficienza e le prestazioni della pompa.
4. Rischio cavitazione:Le pompe centrifughe sono soggette a cavitazione, che si verifica quando la pressione del fluido scende al di sotto della sua pressione di vapore, provocando la formazione di bolle di vapore che possono danneggiare la pompa.

Pompe centrifughe vs pompe a spostamento positivo

Fattore	Pompe centrifughe	Pompe volumetriche positive
Principio operativo	Utilizza l'energia cinetica per spostare i fluidi accelerandoli radialmente verso l'esterno	Sposta i fluidi spostandoli fisicamente con un meccanismo alternativo o rotatorio
Portata	Fornisce un flusso continuo e stabile; la portata varia con la pressione di scarico	Fornisce una portata costante indipendentemente dalla pressione di scarico
Efficienza	Elevata efficienza per fluidi a bassa viscosità; l'efficienza diminuisce con l'aumento della viscosità	Mantiene un'elevata efficienza sia per fluidi a bassa che ad alta viscosità
Pressione	Genera alta pressione; adatto per applicazioni ad alta prevalenza	Genera alta pressione; ideale per applicazioni ad alta pressione
Gestione dei fluidi	Gestisce fluidi puliti, a bassa viscosità con pochi solidi; non adatto per fluidi sensibili al taglio	Gestisce un'ampia gamma di fluidi, inclusi fluidi viscosi, sensibili al taglio e abrasivi
Manutenzione	Bassa necessità di manutenzione grazie al design semplice e al minor numero di parti mobili	Requisiti di manutenzione più elevati dovuti a una progettazione più complessa e a parti mobili
Costo	Minori costi iniziali e minor consumo energetico per applicazioni a bassa viscosità	Costo iniziale più elevato ma maggiore efficienza energetica per applicazioni ad alta viscosità
Applicazioni comuni	Approvvigionamento idrico, irrigazione, sistemi di raffreddamento, alimentazione caldaie e applicazioni industriali generali	Elaborazione chimica, petrolio e gas, alimenti e bevande, prodotti farmaceutici e applicazioni di misurazione

Pompe ANSI vs API

Fattore	Pompe ANSI	Pompe API
Applicazione	Industria generale, lavorazione chimica, trattamento delle acque	Petrolio e gas, petrolchimica, raffinerie
Progetto	Dimensioni standardizzate e parti intercambiabili	Personalizzato per applicazioni specifiche
Condizioni operative	Temperature e pressioni moderate	Temperature, pressioni e portate elevate
Materiali	Ghisa, acciaio inossidabile, ghisa duttile	Acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, duplex, lega 20
Camera di tenuta	Spazio più piccolo e limitato per guarnizioni e piani di scarico	Più grande, accoglie varie guarnizioni e piani di lavaggio
Efficienza	Efficienza moderata grazie al design standardizzato	Maggiore efficienza grazie alla progettazione personalizzata
Manutenzione	Manutenzione più semplice grazie alle parti intercambiabili	Manutenzione più complessa grazie alle parti personalizzate
Costo	Minori costi iniziali e di sostituzione dei pezzi	Costi iniziali più elevati e costi di sostituzione delle parti più elevati

Pompa centrifuga vs pompa centripeta

Fattore	Pompa centrifuga	Pompa centripeta
Trasferimento di energia	Converte l'energia rotazionale in energia cinetica del fluido	Converte l'energia cinetica del fluido in energia di pressione
Progettazione della girante	Palette curve che spingono il fluido verso l'esterno dal centro	Palette dritte che guidano il fluido verso l'interno, verso il centro
Flusso del fluido	Flusso radiale dal centro verso il bordo esterno della girante	Flusso assiale dal bordo esterno verso il centro della girante
Generazione di pressione	Genera pressione aumentando la velocità del fluido e quindi convertendola in pressione nell'involucro della voluta o nel diffusore	Genera pressione convertendo direttamente la velocità del fluido in pressione
Applicazioni	Ampia gamma di applicazioni, tra cui fornitura idrica, lavorazione chimica e mercati industriali	Applicazioni limitate, principalmente in settori specializzati come l'aerospaziale e alcuni processi industriali
Efficienza	Efficienza generalmente più elevata grazie all'efficace conversione dell'energia rotazionale in energia cinetica del fluido	Minore efficienza rispetto alle pompe centrifughe a causa della conversione diretta dell'energia cinetica in pressione
Manutenzione	Design relativamente semplice, più facile da manutenere e riparare	Progettazione più complessa, che richiede manutenzione e riparazione specializzate
Costo	Generalmente più convenienti grazie al loro uso diffuso e al design più semplice	Costi più elevati associati alla loro natura specializzata e alla progettazione complessa

Applicazioni per pompe centrifughe

1. Approvvigionamento idrico e trattamento:Le pompe centrifughe sono comunemente utilizzate per pompare l'acqua negli impianti di approvvigionamento idrico comunale, negli impianti di irrigazione e negli impianti di trattamento delle acque.
2. Sistemi HVAC: Le pompe centrifughe vengono utilizzate negli impianti di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria per far circolare l'acqua o altri fluidi termovettori.
3. Lavorazione chimica:Le pompe centrifughe vengono utilizzate per trasferire prodotti chimici in vari settori dell'industria di trasformazione, come quello petrolchimico, farmaceutico e alimentare.
4. Industria del petrolio e del gas:Le pompe centrifughe vengono utilizzate per varie applicazioni nel settore petrolifero e del gas, come il trasferimento di petrolio greggio, il potenziamento di condotte e i sistemi di iniezione.
5. Produzione di energia:Le pompe centrifughe vengono utilizzate nelle centrali elettriche per i sistemi di alimentazione dell'acqua, la circolazione dell'acqua di raffreddamento e il trasferimento della condensa.

Fattori operativi delle pompe centrifughe

Portate di limitazione

La strozzatura è un metodo comune utilizzato per controllare la portata nei sistemi di pompe centrifughe. Regolando la valvola di scarico, la portata può essere ridotta mantenendo una velocità costante della pompa. Ciò consente una maggiore flessibilità nel soddisfare i requisiti di domanda variabili. Tuttavia, la strozzatura può anche portare a un maggiore utilizzo di energia e a una riduzione dell'efficienza della pompa, specialmente quando si opera lontano dal punto di massima efficienza (BEP) della pompa.

Curve di portata e portata

La curva prevalenza-portata è una rappresentazione grafica delle prestazioni di una pompa centrifuga, che illustra la relazione tra la prevalenza totale (pressione) e la portata. La forma della curva prevalenza-portata varia a seconda del tipo di pompa, del design della girante e di altri fattori. Far funzionare una pompa troppo lontano dal suo BEP può comportare una riduzione dell'efficienza, una maggiore usura e potenziali danni ai componenti della pompa.

Viscosità

La viscosità del fluido pompato è un altro fattore critico nel funzionamento della pompa centrifuga. Con l'aumentare della viscosità del fluido, le prestazioni della pompa diminuiscono a causa delle maggiori perdite per attrito e della ridotta velocità di flusso. Le pompe centrifughe sono generalmente più adatte per fluidi a bassa o media viscosità, come acqua, oli e alcuni prodotti chimici.

Potenza

I requisiti di potenza di una pompa centrifuga dipendono da fattori quali portata, prevalenza, densità del fluido ed efficienza della pompa. Selezionare una pompa con la potenza nominale appropriata è fondamentale per garantire un funzionamento efficiente ed evitare il sovraccarico del motore. Potrebbe essere necessaria una potenza aggiuntiva quando si pompano fluidi ad alta viscosità o quando si opera a portate e pressioni elevate. Il dimensionamento e la selezione adeguati della pompa e del motore possono aiutare a ottimizzare l'uso di energia e ridurre i costi di manutenzione per tutta la durata del sistema.

Domande frequenti

Perché le pompe centrifughe non riescono a gestire l'aria?

Le pompe centrifughe sono progettate per pompare liquidi, non gas. Quando l'aria entra in una pompa centrifuga, può causare la perdita di adescamento della pompa e l'arresto del pompaggio. Questo perché l'aria interrompe il flusso continuo di liquido attraverso la pompa, riducendone l'efficienza e le prestazioni.

Una pompa centrifuga è a corrente alternata o continua?

Le pompe centrifughe possono essere azionate da motori AC (corrente alternata) o DC (corrente continua). La scelta tra AC e DC dipende dall'applicazione specifica, dalla disponibilità della fonte di alimentazione e dai requisiti di controllo. I motori AC sono più comunemente utilizzati per la loro semplicità, affidabilità e costi inferiori, mentre i motori DC offrono un migliore controllo della velocità e sono adatti per applicazioni alimentate a batteria.