Nei sistemi di trasporto di fanghi, la prevalenza della pompa è uno dei parametri chiave utilizzati per determinare la pompa per fanghi più adatta.

Molte persone intendono semplicemente la prevalenza di una pompa come "quanto in alto una pompa può sollevare una sospensione", ma la situazione reale è più complessa. La prevalenza rappresenta l'energia acquisita da un'unità di peso del liquido mentre attraversa la pompa. In un sistema di trasporto reale, la prevalenza che la pompa deve fornire è correlata al livello del liquido, alle perdite nella tubazione, alle condizioni di pressione e alle condizioni operative del sistema.

È importante notare che i produttori di pompe per fanghi generalmente forniscono curve di prestazione basate sulle prestazioni in acqua pulita . Tuttavia, il fluido effettivamente trasportato è solitamente una sospensione contenente particelle solide. Pertanto, una curva di prestazione in acqua pulita non può essere considerata direttamente rappresentativa delle prestazioni finali della pompa nelle effettive condizioni operative con fanghi.

Questo articolo illustra il concetto di base della prevalenza di una pompa per fanghi, il calcolo della prevalenza, come leggere le curve di prestazione in acqua pulita e i principali fattori da considerare nella scelta di una pompa per fanghi per un utilizzo effettivo con fanghi.

1. Cos'è la prevalenza della pompa per fanghi?

La prevalenza di una pompa è l'energia acquisita da un'unità di peso di liquido mentre attraversa la pompa, e viene normalmente espressa in metri di colonna di liquido (m).

In base alla prevalenza totale all'ingresso e all'uscita della pompa, la prevalenza della pompa può essere espressa come:

H = H₂ − H₁

Dove:

• H — Prevalenza della pompa (m)

• H₂ — Prevalenza totale all'uscita della pompa (m)

• H₁ — Prevalenza totale all'ingresso della pompa (m)

Pertanto, la prevalenza della pompa non è semplicemente uguale all'altezza di sollevamento verticale.

In un sistema reale di trasporto di fanghi, l'energia che la pompa deve fornire è correlata anche alle perdite di carico per attrito, alle perdite di carico localizzate e alle perdite di carico dovute alla velocità in uscita nelle condotte di ingresso e di uscita.

2. Come vengono determinate le pressioni totali di ingresso e di uscita?

Secondo i dati tecnici delle pompe per fanghi, la prevalenza totale in ingresso può essere determinata in base alle condizioni della tubazione di ingresso, inclusi i seguenti fattori:

• Perdita di carico per attrito nella condotta di ingresso (m)

• Perdita di carico locale totale nella condotta di ingresso (m)

• Altezza del livello del liquido in ingresso

Per una pompa orizzontale , l'altezza del livello del liquido in ingresso viene misurata dall'asse della pompa al livello del liquido in aspirazione. Se il livello del liquido è al di sotto dell'asse della pompa, il valore è negativo.

Per una pompa verticale , il punto di riferimento è l'estremità esterna del bordo di ingresso della pala della girante. Se il livello del liquido è al di sotto del bordo di ingresso della girante, il valore è negativo.

Analogamente, la prevalenza totale in uscita è determinata da:

• Perdita di carico per attrito nella condotta di uscita (m)

• Perdita di carico locale totale nella condotta di uscita (m)

• Perdita di carico dovuta alla velocità di uscita

• altezza del livello del liquido in uscita

Per una pompa orizzontale , l'altezza del livello del liquido in uscita si misura dall'asse centrale dell'albero della pompa fino al livello del liquido in uscita.

Per una pompa verticale , la misura va dall'estremità esterna del bordo di ingresso della pala della girante fino al livello del liquido in uscita.

Dal punto di vista ingegneristico, ciò significa che il calcolo della prevalenza della pompa non può basarsi unicamente sul dislivello . È necessario considerare le condizioni idrauliche complete all'ingresso e all'uscita della pompa.

3. Qual è la differenza tra prevalenza della pompa e pressione?

La prevalenza e la pressione non sono lo stesso parametro.

La prevalenza della pompa viene normalmente espressa in metri di colonna di liquido, mentre la pressione è comunemente espressa in Pa, kPa, bar o altre unità di misura della pressione.

La relazione tra differenza di pressione e prevalenza della pompa può essere espressa come:

ΔP = ρgH

Dove:

• ΔP — Differenza di pressione

• ρ — Densità del mezzo trasportato

• g — Accelerazione gravitazionale

• H — Prevalenza della pompa

Pertanto, alla stessa prevalenza della pompa, fluidi con densità diverse produrranno differenze di pressione diverse.

Ciò è particolarmente importante per le pompe per fanghi, poiché la densità dei fanghi è generalmente superiore a quella dell'acqua pulita.

Tuttavia, è importante comprendere che:

Un aumento della densità della sospensione non implica un aumento proporzionale della prevalenza della pompa.

La densità specifica della sospensione influisce principalmente sui requisiti di pressione e potenza, mentre le prestazioni effettive della sospensione sono influenzate anche dalla concentrazione di solidi, dalla granulometria, dalla viscosità e dalle caratteristiche delle particelle.

4. Che cos'è il dislivello dinamico totale (TDH)?

La prevalenza della pompa è la prevalenza effettivamente fornita dalla pompa in una specifica condizione operativa, mentre la prevalenza dinamica totale (TDH) è la prevalenza totale richiesta dal sistema di trasporto a una determinata portata.

In parole semplici:

• TDH indica quanta prevalenza richiede il sistema.

• La prevalenza della pompa indica la quantità di pressione che la pompa è in grado di fornire.

Durante la selezione della pompa per fanghi, la pompa deve essere in grado di soddisfare il TDH richiesto alla portata target .

5. Qual è la differenza tra le prestazioni in acqua limpida e le prestazioni effettive in presenza di fanghi?

Le curve di prestazione in acqua limpida e le prestazioni effettive in presenza di fanghi possono differire.

L'acqua pulita viene comunemente utilizzata per i test e la verifica delle prestazioni delle pompe. Pertanto, le curve di prestazione CNSME® si basano generalmente sulle prestazioni in acqua pulita .

Espressa come prevalenza del liquido, la prevalenza della pompa rappresenta principalmente l'energia unitaria fornita dalla pompa stessa. A parità di tipo di pompa, velocità e condizioni di portata, una variazione della densità del fluido non comporta una variazione proporzionale della prevalenza.

Tuttavia, quando il fluido trasportato passa da acqua limpida a una sospensione contenente particelle solide, fattori quali la concentrazione della sospensione, la dimensione delle particelle, la viscosità, la forma delle particelle e le caratteristiche di sedimentazione possono influenzare le effettive prestazioni operative della pompa.

In generale, quando si pompano fanghi ad alta concentrazione o con particelle grossolane, la prevalenza e l'efficienza effettive della pompa possono essere inferiori rispetto alle prestazioni con acqua pulita. L'abrasività del fango, inoltre, influisce principalmente sull'usura e sulla durata dei componenti della parte idraulica.

Pertanto, la curva di prestazione in acqua pulita è una base importante per la selezione della pompa per fanghi, ma non deve essere considerata direttamente come la prestazione finale della pompa nelle effettive condizioni operative con fanghi.

Ad esempio, la curva di prestazione della pompa per fanghi CNSME 4/3 AH è evidenziata come segue:

PERFORMANCE FOR CLEAR WATER

Ciò significa che la curva rappresenta le prestazioni di base della pompa in condizioni di acqua limpida, tra cui:

• Portata

• Testa

• Velocità (RPM)

• Efficienza

• NPSHr

Tuttavia, il mezzo operativo effettivo è solitamente costituito da fanghi minerali, scarti di lavorazione o altre sospensioni contenenti particelle solide.

Le seguenti caratteristiche della sospensione possono influenzare le prestazioni effettive della pompa:

• Peso specifico della sospensione (Sm)

• Concentrazione di solidi

• Dimensione delle particelle solide

• Viscosità

• Forma e caratteristiche delle particelle

• Caratteristiche di sedimentazione

Rispetto all'acqua pulita, il pompaggio di fanghi ad alta concentrazione e a particelle grossolane può comportare una significativa riduzione della prevalenza effettiva della pompa e della sua efficienza.

Per alcune sospensioni a particelle fini, l'efficienza della pompa può aumentare in determinate condizioni.

Perciò:

La curva di prestazione in acqua pulita è un elemento importante per la selezione delle pompe per fanghi, ma non può essere considerata direttamente come la prestazione finale nelle effettive condizioni operative con fanghi.

La scelta della pompa più adatta deve valutare le prestazioni della pompa in base alle specifiche proprietà della sospensione e alle condizioni operative.

6. Come leggere la curva di prestazione di una pompa per fanghi da 4/3 AH

La curva di prestazione della pompa per fanghi CNSME 4/3 AH viene qui utilizzata come esempio.

La curva aiuta gli utenti a comprendere le relazioni prestazionali di base di una pompa per fanghi.

Portata

L'asse orizzontale rappresenta la portata, normalmente espressa in m³/h .

Indica la capacità di trasporto della pompa nelle corrispondenti condizioni operative.

Testa

L'asse verticale rappresenta la prevalenza della pompa, espressa in metri .

A parità di velocità, la portata e la prevalenza della pompa sono normalmente correlate. Tuttavia, al variare della portata di esercizio, varia anche la prevalenza che la pompa è in grado di fornire.

Pertanto, non bisogna considerare solo la prevalenza massima di una pompa. Bisogna invece determinare quanta prevalenza la pompa può fornire alla portata richiesta.

RPM

La curva di prestazione contiene i dati relativi alle prestazioni della pompa a diverse velocità di rotazione.

Dopo aver determinato la portata target e la prevalenza richiesta, è possibile individuare la velocità di esercizio appropriata a partire dalla curva di prestazione, in modo da corrispondere al punto di lavoro richiesto.

Efficienza

Le aree di efficienza sulla curva indicano l'efficienza della pompa in diverse condizioni operative.

Durante la fase di selezione, la pompa deve operare entro un intervallo di funzionamento ragionevole. È necessario considerare l'efficienza, l'usura, l'NPSH e le potenziali modifiche al sistema, anziché puntare semplicemente al punto di massima efficienza.

NPSHr

La curva di prestazione 4/3 AH contiene indicazioni quali:

3 m, 4 m, 6 m, 8 m, 10 m

Questi valori corrispondono ai dati NPSHr (Net Positive Suction Head Required) .

Durante la fase di selezione della pompa, il valore NPSHr della pompa deve essere confrontato con il valore NPSHa disponibile dal sistema, prevedendo un margine di sicurezza adeguato per ridurre il rischio di cavitazione.

NPSHa rappresenta la prevalenza netta positiva di aspirazione effettiva disponibile dal sistema, mentre NPSHr rappresenta la prevalenza netta positiva di aspirazione richiesta dalla pompa in una specifica condizione operativa.

Prestazioni in acque cristalline

Un ultimo punto è particolarmente importante:

La curva di prestazione del modello 4/3 AH è una curva di prestazione in acqua limpida.

Se l'applicazione effettiva prevede l'utilizzo di fanghi minerali ad alta concentrazione, fanghi a particelle grossolane o altre condizioni di fanghi particolari, le prestazioni in acqua limpida indicate nella curva non devono essere considerate direttamente come le prestazioni operative effettive.

7. Qual è il punto di funzionamento della pompa?

Il punto di funzionamento della pompa viene normalmente determinato da:

Portata + Prevalenza

Ad esempio, un sistema di trasporto di fanghi potrebbe richiedere:

• Una portata target specificata

• Una corrispondente prevalenza del sistema a quella portata

Questa combinazione di portata e prevalenza rappresenta un punto di funzionamento importante per la selezione della pompa.

In un sistema reale, le prestazioni della pompa devono corrispondere ai requisiti del sistema.

Perciò:

La prevalenza massima di una pompa non corrisponde alla sua prevalenza effettiva di funzionamento.

Una pompa può essere in grado di raggiungere una prevalenza massima relativamente elevata, ma potrebbe non essere in grado di fornire la stessa prevalenza alla portata desiderata.

Per questo motivo, nella scelta di una pompa per fanghi è necessario considerare sia la portata che la prevalenza .

8. Come scegliere una pompa per fanghi in base alla portata e alla prevalenza

La scelta della pompa per fanghi può generalmente seguire i passaggi descritti di seguito.

① Determinare la portata richiesta

Innanzitutto, è necessario determinare la capacità di trasporto richiesta dal sistema:

Q = Portata richiesta

② Calcolare la testa di sistema richiesta

Calcolare la prevalenza richiesta dal sistema in base alle condizioni di ingresso, alle condizioni di uscita e al sistema di tubazioni.

I fattori chiave includono:

• livello del liquido

• Lunghezza della condotta

• diametro del tubo

• perdite per attrito

• Perdite locali

• Condizioni di pressione

③ Determinare il punto di lavoro

Definire:

Portata + Prevalenza richiesta

come punto di riferimento principale per la selezione della pompa.

④ Eseguire l'abbinamento preliminare utilizzando la curva di prestazione

Utilizzare la curva di prestazione del produttore per determinare il tipo di pompa e la velocità di funzionamento in grado di raggiungere il punto di lavoro desiderato.

⑤ Valutare le prestazioni effettive della sospensione

La curva di prestazione in acque limpide può essere utilizzata solo come base preliminare per la selezione.

La selezione effettiva dovrebbe inoltre tenere conto di parametri operativi quali:

• Peso specifico della sospensione (Sm)

• concentrazione di solidi

• Dimensione massima delle particelle

• Viscosità

• Caratteristiche delle particelle

• Caratteristiche di insediamento

Questi parametri vengono utilizzati per valutare le prestazioni della pompa in condizioni reali di flusso di fanghi.

⑥ Confermare la configurazione meccanica

Dopo aver determinato la portata, la prevalenza e le condizioni della sospensione, è necessario confermare anche la configurazione meccanica della pompa, che comprende:

• Girante

• Componenti della parte umida

• Telaio/supporto della pompa

• Gruppo cuscinetto

• Lancia

• Disposizione dell'azionamento

• Potenza del motore

Per le pompe orizzontali per fanghi, la staffa di supporto e il gruppo cuscinetti devono essere compatibili con la capacità di carico meccanico, il diametro dell'albero, la configurazione dell'azionamento e le condizioni operative.

Pertanto, anche la staffa di supporto della pompa è parte integrante della scelta finale della pompa , e non può essere determinata unicamente in base alle dimensioni di ingresso e uscita della pompa stessa.

9. Perché la scelta di una pompa per fanghi non può basarsi solo sulla prevalenza?

"Scegliere una pompa la cui prevalenza massima raggiunga il numero di metri richiesto" è un approccio comune, ma questo metodo non garantisce che la pompa soddisfi le effettive condizioni operative.

Le prestazioni di una pompa per fanghi sono strettamente correlate alla portata, alla prevalenza, alla velocità, alle proprietà del fango e alla configurazione meccanica della pompa.

A parità di portata e prevalenza, diverse concentrazioni di sospensione, granulometrie e caratteristiche abrasive possono richiedere tipologie di pompe, velocità operative, giranti e componenti della sezione idraulica completamente differenti.

Pertanto, nella scelta della pompa per fanghi è necessario considerare:

Portata + Prevalenza + Proprietà della sospensione + Prestazioni della pompa + Configurazione meccanica

piuttosto che selezionare una pompa semplicemente in base alla sua prevalenza massima .

10. Quali dati sono necessari per la selezione della pompa per fanghi?

Se avete bisogno che un produttore di pompe per fanghi vi aiuti a selezionare la pompa più adatta alle vostre esigenze, vi consigliamo di fornire i seguenti dati operativi di base:

Quanto più completi sono i dati operativi, tanto più facile sarà per il produttore determinare il tipo di pompa, la velocità di funzionamento, i componenti della parte idraulica, la staffa di supporto della pompa e la configurazione del motore più adatti.