ACQ-0012 · Acquedotti · Livello intermedio

Come rappresentare una pompa e la sua curva caratteristica

Dati, curve, punto di funzionamento e controlli per la modellazione delle stazioni di pompaggio

Ultimo aggiornamento: 2026-09-08

In sintesi

Una pompa non impone contemporaneamente portata e prevalenza: il suo punto di funzionamento deriva dall'intersezione tra curva della pompa e curva resistente del sistema. Nel modello devono essere definiti nodi di aspirazione e mandata, curva portata-prevalenza alla velocità nominale, stato iniziale e logica di comando. Per valutazioni energetiche servono anche curva di rendimento e costo dell'energia. È preferibile utilizzare una curva del costruttore con più punti nel campo operativo, evitando estrapolazioni oltre i limiti ammessi. Per pompe a velocità variabile le curve si trasformano secondo le leggi di affinità, da applicare entro il campo di validità della macchina.

Il valore nominale individua un punto della curva. La portata effettiva dipende dalla prevalenza richiesta dalla rete, dai livelli dei serbatoi, dalle perdite di carico e dallo stato degli altri impianti.

Curva portata-prevalenza e curva di rendimento devono riferirsi alla stessa pompa, diametro della girante e velocità di rotazione. Mescolare curve differenti rende inattendibile il calcolo.

Il problema progettuale

Le pompe forniscono energia alla rete e determinano portate, pressioni, livelli dei serbatoi e consumi elettrici. Una rappresentazione semplificata può essere sufficiente per una prima verifica, ma non per valutare esercizio, regolazione ed energia.

Il modello deve riprodurre la relazione tra portata e prevalenza, non soltanto un valore nominale scelto dal progettista.

Come viene rappresentata una pompa

Una pompa è un collegamento orientato tra un nodo di aspirazione e uno di mandata. Aggiunge un carico h_p dipendente dalla portata Q secondo la curva caratteristica.

Gli output principali sono portata, prevalenza fornita, stato e, quando disponibili i dati necessari, potenza ed energia. Il verso deve essere coerente con l'installazione reale e con eventuali valvole di ritegno.

Curva portata-prevalenza

La curva H(Q) riporta in ascissa la portata e in ordinata la prevalenza fornita alla velocità nominale. Per una pompa centrifuga ordinaria la prevalenza diminuisce al crescere della portata.

I punti devono provenire dal costruttore o da prove sulla macchina. Una curva con più punti descrive meglio il campo operativo rispetto a un singolo punto. Devono essere annotate unità, velocità di rotazione, diametro della girante e condizioni di prova.

Curva portata-prevalenza della pompa, curva resistente della rete e individuazione del punto di funzionamento.

Il punto di funzionamento

Il sistema richiede una prevalenza composta dal dislivello statico e dalle perdite distribuite e localizzate. La relativa curva resistente cresce generalmente con la portata.

Il punto di funzionamento è l'intersezione tra curva della pompa e curva del sistema. Se cambiano domanda, livello dei serbatoi, apertura delle valvole o configurazione della rete, cambia anche il punto di funzionamento.

Dati da raccogliere

Per una modellazione completa occorrono:

• curva portata-prevalenza;
• curva di rendimento;
• velocità nominale e diametro girante;
• limiti di portata raccomandati;
• potenza del motore e rendimento complessivo, se disponibili;
• quota e pressione all'aspirazione;
• perdite nelle condotte e negli organi della stazione;
• logica di avvio, arresto e regolazione;
• configurazione delle pompe in servizio e riserva.

I dati devono descrivere la macchina effettivamente installata, non soltanto una famiglia commerciale simile.

Curva a uno, tre o più punti

Alcuni motori di calcolo consentono una curva definita da un solo punto, ricostruendo automaticamente gli altri parametri mediante ipotesi convenzionali. Questa opzione è utile soltanto per studi preliminari.

Una curva a tre punti comprende tipicamente intercetta a bassa portata, punto di progetto e punto di massima portata. Una curva multipunto consente di seguire più fedelmente i dati del costruttore, ma deve restare decrescente e priva di discontinuità non fisiche.

Curva di rendimento ed energia

Il rendimento varia con la portata e presenta generalmente un massimo vicino al punto di miglior rendimento. Per stimare correttamente l'energia non è sufficiente un rendimento costante se la pompa lavora in un intervallo ampio.

La potenza idraulica è proporzionale a ρgQH. La potenza assorbita dipende dal rendimento complessivo pompa-motore. Curve e tariffe temporali permettono di confrontare strategie operative, ma non sostituiscono la verifica dei limiti elettromeccanici.

Pompe a velocità variabile

Indicando con N il numero di giri, le leggi di affinità forniscono in prima approssimazione:

• Q proporzionale a N;
• H proporzionale a N²;
• P proporzionale a N³.

Queste relazioni trasformano la curva nominale, ma non garantiscono rendimento costante né validità illimitata. Devono essere rispettati campo del variatore, velocità minima, raffreddamento del motore e curva reale del costruttore.

Avvio, arresto e regolazione

Le pompe possono essere comandate da livelli dei serbatoi, pressioni, orari, portate o regole combinate. Le soglie di avvio e arresto devono avere isteresi sufficiente a evitare commutazioni frequenti.

Una simulazione in periodo esteso permette di contare gli avviamenti, verificare i tempi di funzionamento e individuare alternanze o conflitti tra controlli. Lo stato iniziale deve essere coerente con livelli e condizioni iniziali.

Più pompe in parallelo o in serie

Pompe in parallelo condividono la prevalenza e sommano le portate, ma ciascuna si sposta sulla propria curva quando cambia il numero di unità attive. Non è corretto moltiplicare semplicemente la portata nominale senza ricalcolare il punto di funzionamento.

Pompe in serie sono attraversate dalla stessa portata e sommano le prevalenze. Devono essere rappresentate singolarmente quando hanno curve, velocità o controlli differenti.

Condizioni di aspirazione e cavitazione

Il normale modello di rete calcola il carico all'aspirazione, ma la verifica della cavitazione richiede il confronto tra NPSH disponibile e NPSH richiesto dal costruttore, considerando pressione atmosferica, tensione di vapore, quota e perdite nella linea di aspirazione.

Una pressione nodale positiva non dimostra da sola l'assenza di cavitazione. Questa verifica deve essere svolta separatamente per tutte le condizioni operative rilevanti.

Campo operativo e avvisi del modello

La pompa dovrebbe funzionare nel campo raccomandato dal costruttore. Estrapolazioni oltre l'ultima portata misurata possono produrre prevalenze negative o punti non fisici.

Avvisi relativi a pompa chiusa, portata eccessiva o impossibilità di soddisfare il carico non devono essere ignorati. Possono indicare curva insufficiente, verso errato, valvola chiusa o condizioni al contorno incompatibili.

Verifica e calibrazione

Confrontare portata, pressione di aspirazione, pressione di mandata e potenza misurate con i risultati. Una differenza non deve essere corretta modificando arbitrariamente la curva prima di verificare livelli, valvole, diametri e strumenti.

Per macchine usurate può essere appropriata una curva aggiornata ricavata da prove, mantenendo traccia della data e della configurazione dell'impianto.

Procedura operativa consigliata

1. Identificare pompa, girante e velocità nominale. 2. Acquisire curve H-Q e rendimento-portata. 3. Uniformare le unità senza alterare i valori. 4. Inserire aspirazione, mandata e verso corretti. 5. Modellare condotte, valvole e perdite della stazione. 6. Definire stato iniziale e controlli. 7. Eseguire scenari di domanda minima, media e punta. 8. Svolgere una simulazione in periodo esteso. 9. Verificare campo operativo, avviamenti, energia e NPSH. 10. Confrontare i risultati con misure o dati di collaudo.

Errori frequenti da evitare

• Imporre contemporaneamente portata e prevalenza nominali.
• Usare una curva riferita a girante o velocità diverse.
• Invertire gli assi Q e H o le unità.
• Accettare una curva crescente o non fisica.
• Estrapolare molto oltre il campo del costruttore.
• Trascurare le perdite nella stazione.
• Supporre rendimento costante in ogni condizione.
• Dimenticare isteresi e limiti sul numero di avviamenti.
• Confondere una pressione positiva con la verifica NPSH.

Indicazioni conclusive

La curva portata-prevalenza è il dato centrale della pompa. Il punto operativo nasce dall'interazione con la rete e deve essere verificato in tutti gli scenari, non identificato automaticamente con il punto nominale.

Curve affidabili, perdite della stazione, controlli, rendimento e condizioni di aspirazione consentono di valutare insieme servizio, sicurezza ed energia. I risultati devono rimanere entro il campo operativo della macchina.

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Domande frequenti

È possibile per una valutazione preliminare se il software ricostruisce una curva convenzionale, ma per il progetto e l'esercizio è preferibile inserire la curva del costruttore con più punti.

No. La portata dipende dall'intersezione tra curva della pompa e curva resistente della rete, che cambia con domande, livelli e configurazione.

In prima approssimazione la portata varia con la velocità e la prevalenza con il quadrato della velocità. Occorre comunque rispettare i limiti e i dati del costruttore.

Non è indispensabile per il solo equilibrio idraulico, ma è necessaria per una stima energetica attendibile e per valutare la distanza dal punto di miglior rendimento.

Inserendole come elementi distinti tra i rispettivi nodi, con curve e controlli propri. Il modello determinerà la portata di ciascuna in base al punto operativo comune.

Non necessariamente. La verifica NPSH richiede dati del costruttore e grandezze termodinamiche che devono essere confrontati separatamente con le condizioni calcolate all'aspirazione.