NPSH
I valori minimi di funzionamento che possono essere
raggiunti all’aspirazione delle pompe sono limitati
dall’insorgere della cavitazione.
La cavitazione consiste nella formazione di cavità di
vapore in un liquido quando localmente la pressione
raggiunge un valore critico, ovvero quando la pressione
locale è uguale o appena inferiore alla pressione di
vapore del liquido.
Le cavità di vapore fluiscono assieme alla corrente e
quando raggiungono una zona di maggior pressione, si
ha il fenomeno di condensazione del vapore in esse
contenuto. Le cavità collidono generando onde di
pressione che si trasmettono alle pareti, le quali,
sottoposte a cicli di sollecitazione, si deformano per poi
cedere per fatica. Questo fenomeno, caratterizzato da
un rumore metallico prodotto dal martellamento a cui
sono sottoposte le pareti, prende il nome di cavitazione
incipiente.
I danni conseguenti alla cavitazione possono essere
esaltati dalla corrosione elettrochimica e dal locale
aumento della temperatura dovuto alla deformazione
plastica delle pareti. I materiali che presentano migliore
resistenza a caldo ed alla corrosione sono
gli acciai legati ed in special modo gli austenitici.
Le condizioni di innesco della cavitazione possono essere
previste mediante il calcolo dell’altezza totale netta
all’aspirazione, denominata nella letteratura tecnica con la
sigla NPSH (Net Positive Suction Head).
L’NPSH rappresenta l’energia totale (espressa in m) del
fluido misurata all’aspirazione in condizioni di
cavitazione incipiente, al netto della tensione di vapore
(espressa in m) che il fluido possiede all’ingresso della
pompa.
Per trovare la relazione tra l’altezza statica hz alla quale
installare la macchina in condizioni di sicurezza, occorre
che la seguente relazione sia veri
ficata:
hp+hz≥(NPSHr+0.5)+hf+hpv
1
dove:
hp
è la pressione assoluta che agisce sul pelo libero
del liquido nella vasca d’aspirazione espressa in m
di liquido; hp è il quoziente tra la pressione
barometrica ed il peso volumico del liquido.
hz
è il dislivello tra l’asse della pompa ed il pelo libero
del liquido nella vasca d’aspirazione espresso in
metri; hz è negativo quando il livello del liquido è
più basso dell’asse della pompa.
hf
è la perdita di carico nella tubazione d’aspirazione e
negli accessori di cui essa è corredata quali:
raccordi, valvola di fondo, saracinesca, curve, ecc.
hpv
è la pressione di vapore del liquido alla temperatura
di esercizio espressa in m di liquido. hpv è il
quoziente tra la tensione di vapore Pv e il peso
volumico del liquido.
0,5
è un fattore di sicurezza.
La massima altezza di aspirazione possibile per una
installazione dipende dal valore della pressione
atmosferica (quindi dall’altezza sul livello del mare in cui
è installata la pompa) e dalla temperatura del liquido.
Per facilitare l’utilizzatore vengono fornite delle tabelle
che danno, con riferimento all’acqua a 4°C e al livello
del mare, la diminuzione dell’altezza manometrica in
funzione della quota sul livello del mare, e le perdite
d’aspirazione in funzione della temperatura.
Temperatura
acqua(°C)
20 40 60 80 90 110 120
Perdita di
aspirazione (m)
0,2 0,7 2,0 5,0 7,4 15,4 21,5
Quota sul livello
del mare (m)
500 1000 1500 2000 2500 3000
Perdite di
aspirazione (m)
0,55 1,1 1,65
2,2
2,75 3,3
Le perdite di carico sono rilevabili dalle tabelle riportate
sul catalogo a pag. 103-104. Allo scopo di ridurre la
loro entità al minimo, specialmente nei casi di
aspirazione notevoli (oltre i 4-5 m) o nei limiti di
funzionamento alle portate maggiori, è consigliabile
l’impiego di un tubo in aspirazione di diametro
maggiore di quello della bocca aspirante della pompa.
È sempre buona norma comunque posizionare la
pompa il più vicino possibile al liquido da pompare.
Esempio di calcolo:
Liquido: acqua a ~15°C γ = 1 kg/dm
3
Portata richiesta: 30 m
3
/h
Prevalenza in mandata richiesta: 43 m.
Dislivello d’aspirazione: 3,5 m.
Viene scelta una FHE 40-200/75 il cui valore dell’NPSH
richiesto è, a 30 m
3
/h, di 2,5 m.
Per l’acqua a 15 °C risulta
hp = Pa / γ = 10,33m, hpv = Pv / γ = 0,174m (0,01701 bar)
Le perdite di carico per attrito Hf nella condotta
d’aspirazione con valvole di fondo siano ~ 1,2 m.
Sostituendo i parametri della relazione
numerici di cui sopra si ha:
10,33 + (-3,5) ≥ (2,5 + 0,5) + 1,2 + 0,17
risolvendo si ottiene: 6,8 > 4,4
La relazione risulta soddisfatta.
1 con i valori
613
9
