Le pompe:
il cuore dell'impianto

di Lucia Bortolini

 

da Macchine e Motori Agricoli, suppl. al n. 10 - 2000

 

 

La progettazione di un impianto irriguo richiede un apparato pompante correttamente dimensionato al sistema di distribuzione dell’acqua. Se il programmatore può essere considerato il cervello di un impianto di irrigazione, la pompa ne costituisce il cuore.
La funzione principale di una pompa è trasferire energia da una fonte di potenza ad un fluido con il risultato di creare flusso, sollevamento e/o aumento della pressione nel fluido stesso.
Le attrezzature pompanti normalmente utilizzate nell’irrigazione dei giardini sono pompe centrifughe mosse da un motore elettrico (elettropompe). L’organo lavorante è la girante che, ruotando all’interno di una camera chiusa (corpo o cassa), spinge l’acqua verso l’esterno (da cui parte il tubo di mandata) determinando per forza centrifuga una depressione al centro, dove è collocata l’aspirazione.
Caratteristiche principali delle pompe sono la portata e la prevalenza. Questi valori sono normalmente riportati in una targhetta metallica che viene fissata dal costruttore sulla pompa.
La portata indica la quantità di acqua che la pompa è in grado di aspirare nell’unità di tempo (generalmente espressa in litri al minuto o metri cubi/ora) e dipende dalla capacità volumetrica della girante e dal diametro delle bocche di aspirazione e di mandata.
La prevalenza rappresenta l’altezza di sollevamento (metri) data dalla differenza tra il livello d’acqua da aspirare e il punto più alto a cui deve essere spinta l’acqua. Questo valore dipende dalle caratteristiche e numero di giranti.
Le caratteristiche di portata e di prevalenza di una pompa variano all’interno di un dato intervallo di valori in maniera compensativa: all’aumentare della portata diminuisce la potenza e viceversa.
Altre caratteristiche importanti sono la potenza ed il rendimento. La potenza assorbita dalla pompa durante il suo funzionamento è espressa in kW ed è data dalla somma della potenza resa e delle potenze perse all’interno della pompa stessa (perdite meccaniche, idrauliche e volumetriche). La potenza assorbita, quindi, è sempre maggiore a quella fornita ed il loro rapporto indica il rendimento della pompa.
Le ditte costruttrici forniscono tabelle e grafici indicanti le caratteristiche di funzionamento di ogni pompa da cui ricavare le prestazioni alle diverse condizioni. È opportuno ricordare che una pompa è impiegata convenientemente quando funziona con valori di portata e prevalenza che assicurano il massimo rendimento. Per tale ragione la scelta dovrà cadere su un modello di potenza tale da assicurare prestazioni adeguate alle necessità dell’impianto irriguo e funzionante normalmente nella fascia a più elevato rendimento.
A seconda delle caratteristiche della fonte di approvvigionamento (cisterna, pozzo trivellato, ecc.) e delle specifiche esigenze dell’impianto irriguo, la scelta della pompa può essere orientata verso tipologie diverse:

Elettropompe centrifughe ad asse orizzontale
Si tratta di una pompa ad una o più giranti nella quale il motore elettrico è montato sullo stesso asse con la bocca di aspirazione assiale e quella di mandata radiale normalmente rivolta verso l’alto. Il corpo della pompa è collegato tramite uno speciale raccordo al motore creando un unico complesso (monoblocco).
Sono pompe adatte al prelievo da pozzi poco profondi o cisterne superficiali. Le elettropompe monoblocco assommano i vantaggi di una facile installazione ad un semplice impiego e basso costo di esercizio, assicurando nel contempo un funzionamento silenzioso e con ottime prestazioni.
Tale tipo di pompa deve essere preferibilmente collocata in ambienti aerati in quanto sono dotate di raffreddamento ad aria. Nel caso, quindi, di una installazione su pozzetto è necessaria la presenza di aperture di ventilazione; deve essere inoltre assicurata l’assenza di infiltrazioni o peggio allagamenti del pozzetto.

Elettropompe sommerse
Costruite in un unico blocco accoppiando in asse verticale la pompa a più giranti ad un motore elettrico ad immersione che è posto nella parte inferiore. Nella parte centrale è presente una griglia di aspirazione mentre nella parte superiore è incorporata una valvola di ritegno.
Questo tipo di pompe è indicato per il prelievo da pozzi trivellati caratterizzati da un notevole profondità (oltre i 6 metri) e un diametro limitato (i modelli più piccoli di pompe hanno diametro di soli 10 cm).
Sono pompe sensibili alla sabbia, spesso presente nei pozzi, che può usurare le giranti necessitando un loro rapido ricambio e riducendo il rendimento della pompa.

Elettropompe ad asse verticale (con motore in testa d’albero)
In questo tipo di pompe il motore elettrico è montato in senso verticale all’imbocco del pozzo. Rispetto alle elettropompe sommerse presentano il vantaggio di poter effettuare manutenzioni e riparazione del motore sono l’estrazione dell’intera pompa dal pozzo.
Si tratta di pompe utilizzate negli impianti per l’irrigazione dei tappeti erbosi solo in alternativa alle pompe orizzontali per il prelievo da cisterne.

Elettropompe sommergibili
Si tratta di piccole pompe con modeste portate e prevalenze utilizzabili solo in piccoli impianti per il prelievo di acque da cisterna. Infatti, la bocca aspirante rivolta verso il basso permette il prelievo quasi totale dell’acqua contenuta in una cisterna.

Scelta del tipo di pompa
Innanzitutto è necessario conoscere la portata che la pompa deve erogare. Questo valore è dato dalla somma delle portate dei singoli irrigatori che si intendono far funzionare contemporaneamente ed è limitato dalla portata della fonte di approvvigionamento (pozzo o serbatoio). Anche nel caso in cui quest’ultima non costituisca limitazione, al fine di contenere le dimensioni e quindi i costi di acquisto e funzionamento di una pompa, è opportuno suddividere l’impianto irriguo in più zone.
L’altro dato riguarda la pressione richiesta per il funzionamento dell’impianto. A tal fine deve essere determinata la prevalenza manometrica totale della pompa in grado di assicurare in uscita dalla tubazione di mandata tale pressione.
La prevalenza totale è data dalla somma delle seguenti componenti:

  • profondità del livello dinamico o altezza verticale di aspirazione
  • altezza verticale di mandata
  • perdite di carico continue nelle tubazioni (comprese aspirazione e mandata) e localizzate (gomiti,  derivazioni, elettrovalvole, ecc.)
  • pressione di esercizio degli irrigatori

Per comodità di calcolo tutti i valori possono essere espressi in metri (1 bar @ 10 metri).

L’altezza verticale di aspirazione deve essere inferiore alla capacità di aspirazione della pompa. In altre parole, la pompa non può funzionare ad una altezza dal livello dinamico dell’acqua superiore ad un determinato valore. In caso contrario la pompa funzionerebbe in cavitazione con grave danno per gli organi in movimento. Questa capacità si determina sottraendo al valore 10,3 (pressione barometrica al livello del mare) il dato N.P.S.H. (Net Positive Suction Head o carico di aspirazione positiva netta), fornito dalle ditte produttrici, e le perdite di carico nella tubazione di aspirazione, che si determinano facilmente consultando le tavole riportate in vari testi e dalle ditte produttrici.
Determinati i valori di portata e prevalenza totale si può calcolare la potenza assorbita dalla pompa data da
            Q x H
kW = ------------
           102 x h

dove Q è la portata, H è la prevalenza totale e h è il rendimento. La scelta dovrà essere orientata verso modelli che presentano caratteristiche di funzionamento poco ampie (curva di prevalenza quasi piatta) laddove il rendimento è più elevato.

Alcuni casi di funzionamento difettoso di una pompa

Inconvenienti

Probabili cause

Pompa bloccata
  • Ossidazione delle parti rotanti dovuta ad un prolungato periodo di sosta
Mancata erogazione d’acqua
  • Presenza d’aria nella pompa e nella tubazione di aspirazione
  • Valvola di fondo difettosa o ostruita
  • Entrata d’aria dal premistoppa o dalla tubazione di aspirazione
  • Altezza d’aspirazione eccessiva
  • Velocità di rotazione troppo bassa
  • Errato senso di rotazione
Portata insufficiente
  • Tubazione di aspirazione e valvola di fondo di diametro insufficiente
  • Girante usurata o ostruita
  • Altezza d’aspirazione eccessiva
  • Tenute sul corpo pompa usurate
  • Valvola di fondo ostruita
Pressione insufficiente
  • Altezza d’aspirazione eccessiva
  • Velocità di rotazione troppo bassa
  • Errato senso di rotazione
  • Eccessiva quantità d’aria o gas nell’acqua
  • Girante usurata o ostruita
  • Aspirazione d’aria dalla tubazione di aspirazione, dalla valvola di fondo o dalla sede del premistoppa
Rumore e vibrazioni nella pompa
  • Funzionamento in cavitazione
  • Pompa e tubazioni non saldamente fissate
  • Funzionamento a portata troppo ridotta
  • Presenza di corpi estranei nella pompa
  • Errato allineamento del gruppo
  • Cuscinetti usurati
Surriscaldamento della pompa
  • Mancanza o eccesso di lubrificazione
  • Eccessiva spinta causata da usura agli organi meccanici
Eccessivo assorbimento di potenza
  • Velocità di rotazione eccessiva
  • Scelta della pompa con caratteristiche errate
  • Pompa non regolata alle caratteristiche previste
  • Errato allineamento del gruppo