Ricoprimento idraulico e mancanza del livello minimo in vasca possono innescare vortici, trascinamento d’aria e un rapido decadimento delle prestazioni della pompa. Di seguito un caso pratico, utile per capire “cosa succede” quando non si rispettano le condizioni richieste per evitare turbolenze e ingresso d’aria.
Sommario
Contesto: serbatoi di accumulo e rischio di trascinamento d’aria
Nel contesto dei serbatoi di accumulo, il tema del ricoprimento idraulico è legato a una condizione pratica: evitare che, al diminuire del livello del pelo libero, si generino turbolenze e velocità locali troppo elevate tali da trascinare aria dalla superficie verso la tubazione di aspirazione.
L’obiettivo è mantenere condizioni tali da non favorire lo sviluppo di vortici in superficie e, di conseguenza, l’ingresso d’aria nella condotta che alimenta la pompa.
Ricoprimento idraulico (UNI EN 12845:2020): cosa si vuole evitare
Il riferimento è al capitolo 9.3 Serbatoi di accumulo della UNI EN 12845:2020 e, in particolare, al punto 9.3.5 (richiamando FIGURA 4 e PROSPETTO 12). L’impostazione è chiara: definire condizioni che aiutino a prevenire il trascinamento di aria dal pelo libero, causato da vortici dovuti a turbolenze e velocità locali elevate.
In altre parole: quando il ricoprimento non è sufficiente, i vortici possono “agganciare” aria atmosferica e portarla dentro la tubazione di aspirazione fino alla pompa.
Il caso pratico: svuotamento vasca con aspirazione soprabattente
Il caso mostrato riguarda una vasca di accumulo in svuotamento, con la pompa che aspira in modalità SOPRABATTENTE. La sequenza evidenzia cosa cambia al variare del livello del pelo libero rispetto al tubo di aspirazione.
- Livello iniziale: il pelo libero è identificabile (nell’esempio) da una traccia sul tubo.
- Fino a un certo livello (FIGURA 1): non si osserva sviluppo di vortici in superficie.
- Scendendo ulteriormente (FIGURA 2): iniziano a comparire vortici attorno al tubo.
- Ancora più in basso (FIGURA 3): si osserva uno sviluppo completo dei vortici con ingresso massiccio d’aria.
Questo esempio rende immediato il collegamento tra abbassamento del livello (e quindi minore ricoprimento idraulico) e instabilità del pelo libero in prossimità dell’aspirazione.
Dai vortici al trascinamento d’aria nella condotta di aspirazione
Quando, come nel caso della FIGURA 2, iniziano a essere presenti vortici intorno al tubo, l’aumento della velocità locale favorisce il trascinamento dell’aria all’interno della tubazione. Quell’aria, una volta entrata, raggiunge la bocca di aspirazione della pompa.
Quando si arriva alla condizione di FIGURA 3, con vortici completamente sviluppati, l’ingresso d’aria può diventare massiccio. A questo punto la condotta di aspirazione non trasporta più solo acqua in condizioni “pulite”, ma una miscela con presenza significativa di aria.
Cavitazione e fluido bifasico: fenomeni distinti, ma possono sommarsi
Nel caso descritto, essendo la condotta SOPRABATTENTE, oltre al trascinamento d’aria può verificarsi anche la cavitazione. La dinamica riportata è la seguente: la pressione all’interno della condotta diventa minore della tensione di vapore dell’acqua, con evaporazione di una parte del liquido a temperatura ambiente.
All’interno della condotta possono quindi coesistere:
- acqua liquida + acqua allo stato gas (formata per eccessiva depressione: pressione < tensione di vapore);
- aria proveniente dall’atmosfera, trascinata per eccessiva velocità di ingresso legata a scarso ricoprimento.
È importante il punto: sono due fenomeni separati, anche se possono presentarsi insieme e contribuire entrambi ai problemi di funzionamento.
Decadimento delle prestazioni: cosa succede alla curva Q/H
Trascinamento d’aria e cavitazione possono determinare (anche singolarmente) un decadimento delle prestazioni della pompa. Nell’esempio viene richiamato un possibile andamento in FIGURA 4.
Il risultato pratico è critico per l’impianto: viene meno la possibilità di ottenere il punto Q/H previsto dai calcoli progettuali. In termini operativi, significa che la pompa potrebbe non garantire la combinazione attesa di portata e prevalenza nelle condizioni di progetto.
Deterioramento rapido: girante, supporti e cuscinetti sotto stress
Se le condizioni descritte perdurano, l’esito indicato è la rapida distruzione della macchina. In particolare, i danni possono interessare:
- girante e supporti, per effetto dell’implosione delle bolle di cavitazione;
- cuscinetti e relative sedi di lavoro, a causa di spinte assiali non equilibrate che provocano spostamenti della girante e sollecitazioni anomale.
In sintesi: la mancanza di ricoprimento idraulico non è solo un tema “idraulico”, ma può trasformarsi velocemente in un problema di affidabilità meccanica.
Prevenzione: a cosa fare riferimento nella UNI EN 12845:2020
Per evitare l’insorgere delle problematiche descritte, il testo richiama il rispetto della UNI EN 12845:2020, in particolare:
- cap. 9.3 Serbatoi di accumulo, con focus sul punto 9.3.5, figura 4 e prospetto 12, dove sono presenti indicazioni per evitare l’insorgere dei vortici in superficie;
- cap. 10.6 Condizioni di aspirazione, punto 10.6.2.1, dove è imposto che NPSHd > NPSHr + 1 alla portata massima prevista per la pompa.
Questi richiami collegano in modo diretto il controllo del ricoprimento idraulico (e dei vortici) alla verifica delle condizioni di aspirazione.
Conclusione
Quando il ricoprimento idraulico non è rispettato, l’abbassamento del pelo libero può favorire vortici, trascinamento d’aria e (nel caso soprabattente) anche cavitazione: il risultato può essere un rapido calo prestazionale e danni alla pompa fino al deterioramento di girante e supporti.
