Pompe centrifughe a trascinamento magnetico

Compass

Le pompe centrifughe a trascinamento magnetico serie COMPASS sono realizzate in polipropilene e PVDF e sono adatte per liquidi altamente corrosivi.

Grazie all’innovativo sistema di azionamento magnetico, la serie COMPASS riduce i rischi di perdite, emissioni e costi di manutenzione.

La trasmissione del moto avviene tramite giunti magnetici senza alcuna tenuta meccanica e questo design garantisce la massima sicurezza ed efficienza.

Il liquido pompato deve essere pulito e senza solidi in sospensione.

Principio di funzionamento della pompa centrifuga

La pompa centrifuga è una pompa idraulica (turbomacchina) che elabora il fluido di lavoro in un volume costante nel tempo attraverso canali sempre aperti, con flusso tipicamente stazionario (quindi non sono necessarie valvole all’interno).

Quando la girante viene messa in rotazione imprime una rotazione anche al fluido (energia cinetica) e una depressione nel condotto di aspirazione che, assieme alla spinta della pressione atmosferica, risucchia il liquido all’interno della pompa centrifuga.

Il fluido percorre una traiettoria dal centro della girante alla sua periferia grazie all’azione delle forze centrifughe, e attraversa i canali a sezione crescente formati dalle palette curve. Già in questo percorso parte dell’energia cinetica viene trasformata in energia di pressione.

All’uscita dalla girante il fluido entra nella voluta, anch’essa realizzata con sezione crescente, e la rimanente quota di energia cinetica viene trasformata in energia di pressione che incrementa la prevalenza. Tanto più sarà l’energia di pressione trasferita al fluido, e quindi la prevalenza della pompa, quanto più lontano il fluido di lavoro potrà essere mandato.
Il range di funzionamento della pompa centrifuga è strettamente limitato alla sua curva caratteristica.

Caratteristiche della pompa centrifuga

Ogni pompa centrifuga ha una propria curva caratteristica, che rappresenta graficamente le prestazioni della pompa.

Sull’asse delle ascisse (asse x) è riportata la portata Q, solitamente in m3/h. Essa indica la quantità di fluido che passa in ogni sezione della pompa centrifuga in un arco di tempo definito. Questa quantità dipende dalle caratteristiche dimensionali della pompa, dal numero di giri del motore (quindi la velocità di rotazione della girante) e dalle caratteristiche del fluido (densità e viscosità in funzione della temperatura). La portata influenza tutte le prestazioni della pompa centrifuga ed è il primo parametro tecnico da prendere in considerazione.
Sull’asse delle ordinate (asse y) è invece riportata la prevalenza H, solitamente in metri. Essa è calcolata dalla differenza di pressione tra l’uscita e l’ingresso della pompa centrifuga e rappresenta quanto lontano il fluido può essere spinto se nel suo percorso incontra delle resistenze come l’altezza, curve o valvole.

Definiamo:

ΔZ differenza d’altezza tra bacino di valle A e bacino di monte B;
P_A e P_B le pressioni che agiscono
rispettivamente sul pelo libero del bacino di
monte A e sul pelo libero del bacino di monte
B;
γ = peso specifico del fluido (= densità del
fluido*accelerazione di gravità g);
ΣY somma delle perdite distribuite e localizzate
all’interno dell’impianto.

Se fossimo in condizioni ideali, con condotte perfettamente lisce, senza curve, valvole o filtri quindi
𝛴𝑌 = 0 e con 𝑃𝐴 = 𝑃𝐵 = 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒 𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 avremmo che 𝐻 = 𝛥𝑍, quindi la pompa centrifuga cede tutta l’energia per superare solo l’altezza.
In realtà la pompa deve superare una quota maggiore della sola differenza d’altezza in quanto le condizioni ideali non possono mai essere raggiunte, quindi la prevalenza che deve raggiungere è

H = ΔZ + (P_B – P_A)γ + Σ Y

Stabilite le dimensioni della pompa centrifuga (girante e voluta) e la velocità di rotazione della girante (data dal numero di giri del motore) la curva caratteristica è univoca e tipica per ogni pompa.

Conoscendo il peso specifico del fluido γ è possibile anche calcolare la potenza teorica 𝑾, in Watt, richiesta per movimentarlo:

𝑊 = 𝛾 ⋅ 𝑄 ⋅ 𝐻
La potenza reale 𝑾𝒂 assorbita dal motore è leggermente maggiore in quanto bisogna considerare che ci saranno sempre delle perdite per attrito e fluidodinamiche all’interno della pompa stessa considerate nel rendimento η. La curva della potenza, sempre in funzione della portata Q, fa quindi riferimento alla seguente formula
𝑊𝑎 = 𝑊/𝜂
È intuitivo capire che all’aumentare della portata la potenza richiesta aumenterà, come mostrato nel grafico sottostante

Scegliere una pompa centrifuga a trascinamento magnetico?

La pompa centrifuga a trascinamento magnetico è adatta a movimentare con una certa rapidità e continuità liquidi altamente corrosivi. Prima di sceglierla è però fondamentale valutare tutte le condizioni di esercizio:

Fluido elaborato: una pompa centrifuga a trascinamento magnetico è una macchina ad alta prestazione ma piuttosto delicata. È necessario quindi che il liquido di lavoro abbia una viscosità bassa, al massimo fino a 200 cps (per la taglia maggiore). Viscosità maggiori richiederebbero forze magnetiche e quindi potenze molto superiori, quindi il rischio è che il liquido non venga movimentato affatto. È importante considerare anche un peso specifico massimo di 1,8 kg/L. Valori superiori affaticherebbero eccessivamente la girante e verrebbe compromesso il funzionamento del motore a causa di assorbimenti fuori range.
La girante chiusa non permette il passaggio di liquidi sporchi con solidi sospesi o fanghiglia che la intaserebbero, mentre polveri metalliche non sono compatibili con i magneti.
Temperatura: è possibile utilizzare le pompe centrifughe a trascinamento magnetico Fluimac in un range tra i -5°C e +65°C se realizzate in polipropilene, altrimenti in un range tra i -20°C e +95°C se la pompa centrifuga è realizzata in PVDF. L’importante è che il fluido rimanga sempre allo stato liquido e che la viscosità non superi i 200 cps (soprattutto a basse temperature).
Condizioni di lavoro: ad ogni pompa centrifuga è associata una curva caratteristica specifica che riporta la prevalenza [m] che la macchina può raggiungere data una certa portata [m3/h]. Conoscere le condizioni del proprio impianto prima di scegliere una pompa centrifuga previene il rischio di performance inadeguate e il danneggiamento dell’impianto e della macchina.
Configurazione: non sono pompe autoadescanti quindi vanno poste esternamente al serbatoio di prelievo, sotto il livello del pelo libero del fluido, con asse parallelo al suolo.

Vantaggi della pompa centrifuga

Sicurezza ed efficienza: la girante e la camera di passaggio del liquido sono completamente separate del motore e isolate dall’ambiente esterno tramite un bicchiere che impedisce perdite, trafilamenti ed emissioni. È possibile quindi movimentare liquidi potenzialmente pericolosi, tossici o corrosivi, rispettando le stringenti norme di sicurezza e ambientali;
Riduzione costi di manutenzione: nella pompa a trascinamento magnetico non ci sono componenti che lavorano a sfregamento, quindi sono meno soggette all’usura e richiedono meno sostituzioni di parti rispetto una classica pompa a tenuta meccanica;
Accoppiamento motore-pompa facile: l’assenza di un componente che trasmetta il moto meccanicamente facilita il montaggio motore-pompa. La girante si allineerà da sola all’asse di rotazione grazie all’interazione magnetica tra magnete interno e magnete esterno

Come è fatta la nostra pompa centrifuga a trascinamento magnetico Compass

La pompa centrifuga è una turbomacchina idraulica operatrice in grado di elaborare il fluido mediante il lavoro compiuto per effetto centrifugo attraverso canali fissi e rotanti sempre aperti, senza modificare la comprimibilità del fluido stesso.
Da qui il nome pompa centrifuga. La rotazione impressa dai magneti alla girante fornisce energia cinetica al flusso (accelerazione in direzione radiale) che viene trasformata in energia di pressione nei successivi canali divergenti.

I componenti principali di una pompa centrifuga orizzontale a tenuta meccanica sono:

La girante è il componente principale della pompa centrifuga nonché l’organo mobile con cui il fluido scambia energia. Costruita in materiale plastico rinforzato da fibre (PP + VTR o PVDF + CF secondo l’impiego della pompa centrifuga e del fluido elaborato) è composta da una serie di palette curve che formano canali via via crescenti con l’aumentare del raggio. La girante chiusa aumenta il rendimento della pompa (meno perdite di carico) ma non permette il passaggio di liquidi sporchi. Essa è calettata direttamente al magnete interno con cui ruota solidalmente, ed è sostenuta da un albero fisso. Non c’è nessun collegamento diretto tra motore e girante, il movimento viene trasmesso solo per interazione magnetica, per questo è importante usare fluidi con bassa viscosità (max 200 cps).
È possibile raggiungere portate volumetriche [m3/h] e prevalenze [m] diverse controllando il diametro della girante, la curvatura, l’altezza e il numero delle palette.
Per ogni girante ci sarà una curva caratteristica della pompa centrifuga a trascinamento magnetico cioè quale prevalenza è possibile raggiungere data una certa portata, il range di funzionamento e il punto di lavoro.
Il corpo pompa o voluta, a forma di chiocciola, con sezione crescente nella direzione del moto, permette l’aspirazione del fluido in senso assiale e mandata radiale verso l’alto. Oltre a direzionare il flusso è fondamentale anche per le prestazioni della pompa centrifuga: l’area crescente rallenta opportunamente il fluido quindi l’energia cinetica viene trasformata in energia di pressione.
Il magnete esterno è calettato sul motore e trasmette la sua rotazione alla girante. Non entra mai in contatto col fluido, quindi non è soggetto a fenomeni d’usura e corrosione.
Il bicchiere separatore assicura l’isolamento del fluido e della parte idraulica dall’ambiente esterno. È completamente sigillato per evitare trafilamenti di liquido. Divide la girante (e il magnete interno) dal magnete esterno, ed è costruito dello stesso materiale del corpo pompa per garantire la compatibilità chimica col liquido ma non influisce sul trascinamento magnetico. In una pompa a trascinamento magnetico la concentricità della girante è mantenuta dalle forze magnetiche in direzione radiale e dall’albero fisso rispetto al bicchiere.
Il motore è l’organo che imprime la rotazione. Nei casi più comuni si tratta di un motore elettrico a 2 poli (circa 3000 rpm). In base al numero di giri è possibile ottenere diverse curve caratteristiche della pompa centrifuga a trascinamento magnetico.

Come usare la pompa centrifuga a trascinamento magnetico Compass

Le pompe centrifughe a trascinamento magnetico funzionano tramite l’interazione magnetica tra un magnete esterno ed uno interno calettato alla girante. Queste forze generano alte temperature, ed è quindi necessario raffreddare i componenti.
Noi le abbiamo progettate in modo che questo compito sia sempre svolto dal fluido di lavoro, senza l’impiego di mezzi supplementari ma è importante ricordare che la pompa centrifuga a trascinamento magnetico va messa in moto solo se invasata, mai a secco, per evitare la fusione delle parti e conseguente perdita di liquido.

Le pompe centrifughe a trascinamento magnetico sono una soluzione ottimale nel caso in cui sia richiesta la movimentazione di liquidi altamente corrosivi, tossici, inquinanti o costosi. È importante che il liquido sia pulito senza solidi in sospensione che altrimenti ostruirebbero la girante chiusa.
Con la pompa a trascinamento magnetico è possibile movimentare fluidi con viscosità fino a 200 CPS (con la taglia maggiore) o peso specifico fino a 1,8 kg/L aumentando la potenza del motore. A parità di numero giri [rpm] aumentare la potenza del motore non influisce sulla portata e la prevalenza della pompa centrifuga ma compensa l’aumento di sforzo dovuto a liquidi più densi. Per valori superiori di viscosità servirebbero forze magnetiche maggiori, superare il limite compromette la rotazione della girante e quindi il trasporto del fluido;
Una pompa centrifuga a trascinamento magnetico è una macchina molto efficiente ma delicata. Bisogna conoscere le caratteristiche dell’impianto e del fluido di lavoro per poter scegliere la macchina adeguata.
- Per il loro principio di funzionamento le pompe centrifughe creano una depressione in aspirazione. Se la pressione assoluta all’ingresso della girante è inferiore alla tensione di vapore del liquido di lavoro, si incorre nel fenomeno di cavitazione (creazione di bolle di liquido evaporato e implosione sulla girante). Le pompe centrifughe a trascinamento magnetico Fluimac, vanno posizionate all’esterno delle vasche del fluido e installate sempre sotto battente affinché il liquido non abbia difficoltà ad entrare nell’aspirazione della pompa. È comunque possibile controllare la massima altezza d’aspirazione tramite le curve dell’NPSH: L’NPSH della pompa (disponibile) deve sempre essere maggiore all’NPSH richiesto dall’impianto considerando l’altezza geodetica (differenza d’altezza tra serbatoio di valle e l’ingresso della pompa), le perdite di carico tra queste due sezioni e la differenza di pressione tra la pressione del pelo libero del serbatoio di valle e la tensione di vapore del liquido.
- Oltre alle condizioni in aspirazione è fondamentale conoscere le caratteristiche delle condotte di mandata perché influiscono sul calcolo della prevalenza. Prima di scegliere la pompa centrifuga a trascinamento magnetico è necessario conoscere la prevalenza richiesta dall’impianto: all’altezza geodetica (differenza d’altezza tra il serbatoio di valle e quello di monte attraverso cui spostare il fluido) è necessario aggiungere tutte le perdite di carico dovute all’impianto. Possiamo dividere le perdite in due tipi: distribuite e localizzate. Le prime dipendono dallo scorrimento del fluido nelle condotte e serve conoscere le dimensioni e le condizioni dei tubi, le seconde dipendono da fattori localizzati nell’impianto come ad esempio curve, valvole o filtri.
- Infine serve conoscere il fluido di lavoro. Anche la viscosità e la densità influiscono sul calcolo delle perdite di carico e anche nella scelta della potenza del motore. È importante ricordare che la viscosità è fortemente dipendente dalla temperatura d’esercizio. Basse temperature incrementano molto la viscosità