Ricoprimento idraulico - un esempio

DOMANDA
E’ possibile avere un esempio degli effetti della mancanza di ricoprimento idraulico, come inteso dal cap. 9.3 Serbatoi di accumulo della UNI EN 12845:2020?

RISPOSTA
Il cap. 9.3 Serbatoi di accumulo della UNI EN 12845:2020 e in particolare il punto 9.3.5 (FIGURA 4 e  PROSPETTO 12), cerca di dettare le condizione perché non avvenga il trascinamento di aria dal pelo libero della vasca, a causa delle turbolenze generate da velocità locali troppo elevate.

Tale fenomeno è già stato preso in considerazione nei quesiti:

• #11 Sommergenza delle Vertical Turbine Pumps (VTP) 
• #25 Differenza tra volume geometrico e volume utile della riserva idrica antincendio

Qui si mostrerà un caso pratico, nel quale il mancato rispetto del minimo ricoprimento idraulico, ha portato ad una immediata diminuzione delle prestazioni della pompa in esame e ad un rapido deterioramento della girante.

Nell’immagine, viene riportata una sequenza che illustra lo svuotamento della vasca di accumulo, dalla quale la pompa sta aspirando in modalità SOPRABATTENTE .

Il livello iniziale del pelo libero è indicato chiaramente dalla parte superiore della traccia bianca presente sul tubo. Fino al livello raggiunto nella FIGURA 1, non si ha nessuno sviluppo di vortici in superficie.

Quando il pelo libero arriva al livello che si può vedere nelle FIGURA 2, allora iniziano ad essere presenti, intorno al tubo, i vortici dovuti all’aumento della velocità. Inizia così il trascinamento dell’aria all’interno della tubazione. Aria che raggiungerà ovviamente la bocca di aspirazione della pompa.

Facendo scendere il pelo libero fino al livello indicato nella FIGURA 3, si ha uno sviluppo completo dei vortici e un ingresso massiccio di aria all’interno della condotta di aspirazione.

Essendo in questo caso la condotta SOPRABATTENTE, si ha anche il verificarsi, del concomitante fenomeno della cavitazione. Infatti la pressione all’interno della condotta diviene minore della tensione di vapore dell’acqua e si ha quindi l’evaporazione di una parte del liquido a temperatura ambiente.

All’interno della condotta si ha quindi la presenza di :

• un fluido bifasico formato da acqua allo stato liquido e acqua allo stato gas , formatosi a causa dell’eccessiva depressione all’interno della condotta di aspirazione (pressione < tensione di vapore)
• di aria proveniente direttamente dall’atmosfera, a causa dell’eccessiva velocità di ingresso nella condotta di aspirazione; questo trascinamento è causato da uno scarso ricoprimento

Questi due fenomeni, che come abbiamo detto sono completamente separati , danno luogo, da soli o insieme, ad un decadimento delle prestazioni della pompa (un esempio di andamento della curva è riportato in FIGURA 4 ).

Viene perciò meno la possibilità di ottenere il punto Q/H previsto dai calcoli progettuali.

FIGURA 4

Inoltre il perdurare delle condizioni descritte, porterà alla rapida distruzione della macchina. In particolare provocherà danni sulla girante e sui supporti. Danni legati sia all’implosione delle bolle di cavitazione, sia alla presenza di spinte assiali non equilibrate, che provocano spostamenti della girante e sollecitazioni a carico dei cuscinetti e delle loro sedi di lavoro.

FIGURA 5

Per evitare l’insorgere di queste problematiche occorre quindi fare riferimento a UNI EN 12845:2020 e rispettare il contenuto di:

• cap. 9.3 Serbatoi di accumulo e in particolare il punto 9.3.5, la figura 4 e il prospetto 12; dove sono presenti le indicazioni per evitare l’insorgere dei vortici in superficie
   
• cap. 10.6 Condizioni di aspirazione e in particolare il punto 10.6.2.1. dove viene imposto che NPSHd > NPSHr + 1 alla portata massima prevista per la pompa