Guida alla misurazione del volume della pompa a pozzo profondo: come calcolare il flusso e la testa dinamica totale

Una pompa a pozzo profondo non deve essere selezionata solo in base alla profondità del pozzo, alla dimensione del tubo di scarico o alla potenza del motore.Insieme., questi due valori formano il punto di lavoro della pompa: portata a una testa specificata.

Se il fabbisogno di flusso è sottostimato, il sistema potrebbe non soddisfare la domanda di irrigazione, di approvvigionamento idrico o di processo.operare lontano dal suo raggio di efficaciaLa dimensione affidabile inizia quindi con i dati del sito, non con un numero di modello.

Questa guida spiega come calcolare il flusso e la TDH richiesti per una pompa a pozzo profondo o a pozzo,come evitare errori comuni e come utilizzare il punto di lavoro risultante sulla curva di prestazioni del costruttore.

Per dimensionare una pompa sommergibile a pozzo profondo, determinare il flusso richiesto dall'applicazione e calcolare il TDH nelle condizioni di funzionamento attese.

Per una scarica aperta in un serbatoio ventilato, la testa di pressione richiesta all'uscita può essere pari a zero.la pressione residua richiesta deve essere convertita in metri o piedi d'acqua e aggiunta a TDH.

La pompa finale è selezionata dalla sua curva di prestazione Q-H al punto di lavoro calcolato.tali due valori massimi si verificano in punti di funzionamento diversi.

Il flusso è il volume di acqua che deve essere consegnato per unità di tempo.non dal diametro dell'uscita della pompa.

I punti di partenza tipici sono:

• Irrigazione agricola: domanda di acqua per le colture, superficie irrigata, dimensione della zona di irrigazione, tasso di applicazione e orari di pompaggio disponibili.
• Fornitura municipale o comunitaria: domanda media, domanda nelle ore di punta, volume di stoccaggio e rendimento consentito del pozzo.
• Trasferimento idrico industriale: consumo di processo, volume dei lotti, programma operativo e requisiti di ridondanza.
• Allevamento e acquacoltura: consumo giornaliero, consumo di picco, esigenze di circolazione o di scambio dell'acqua.
• Riempimento del serbatoio: volume utilizzabile del serbatoio diviso per il tempo di riempimento consentito.

Esempio: un serbatoio di stoccaggio di 400 m3 deve essere riempito in cinque ore.

Il flusso di progettazione deve anche essere compatibile con il rendimento sostenibile del pozzo.flusso instabileQuando la domanda supera il rendimento sicuro del pozzo, aumentare lo stoccaggio o prolungare il tempo di pompaggio è spesso più sicuro dell'installazione di una pompa più grande.

Tre profondità sono spesso confuse durante la selezione di pompe a pozzo profondo:

• Livello dell'acqua statica: la distanza dal punto di riferimento alla testa del pozzo alla superficie dell'acqua quando il pozzo è recuperato e la pompa non è in funzione.
• Livello dell'acqua di pompaggio, chiamato anche livello dell'acqua dinamico: il livello dell'acqua mentre il pozzo viene pompato al flusso di progettazione o vicino a esso.
• Profondezza di impostazione della pompa: la profondità fisica a cui è installato l'assorbente della pompa o l'insieme della pompa.

Per il componente di sollevamento verticale del TDH, utilizzare il livello di acqua di pompaggio previsto al flusso di progettazione.La pompa può essere installata al di sotto del livello dell'acqua di pompaggio per mantenere l'immersione e il raffreddamento del motore, ma l'acqua al di sotto del livello di pompaggio è già pressurizzata su entrambi i lati della pompa e non crea una elevazione statica aggiuntiva uguale.

Una progettazione pratica dovrebbe tenere conto del livello più basso previsto di acqua di pompaggio, compreso il declino stagionale delle acque sotterranee, il ritiro a lungo termine e le interferenze dei pozzi vicini.L'impostazione della pompa deve rimanere abbastanza profonda per un'immersione sicura, ma rispettano comunque la costruzione del pozzo, le zone di sedimento, i requisiti di raffreddamento del motore e le limitazioni dei cavi.

L'innalzamento verticale è la differenza di altezza tra il livello dell'acqua di pompaggio e l'altezza di scarico finale.

Se il livello dell'acqua di pompaggio è di 60 m sotto il suolo e l'acqua entra in un serbatoio ventilato a 12 m sopra il suolo:

Se il punto di scarico si trova sotto la testa del pozzo, utilizzare la differenza di altitudine reale piuttosto che aggiungere le distanze meccanicamente.Il calcolo deve descrivere la variazione di energia tra la superficie dell'acqua di sorgente in condizioni di pompaggio e il punto di consegna.

La perdita di attrito è la testa consumata mentre l'acqua si muove attraverso il tubo principale, orizzontale e i raccordi in salita.età e numero di valvole e accessoriUn piccolo tubo può costare meno all'inizio, ma può aumentare considerevolmente il consumo di testa ed energia nel corso della vita del sistema.

Per i sistemi idrici, gli ingegneri calcolano comunemente le perdite dei tubi dritti con l'equazione di Hazen-Williams o l'equazione di Darcy-Weisbach.e calcolare la perdita al flusso di progettazione- includere perdite minori da componenti quali gomiti, tees, riduttori, valvole di controllo, valvole di isolamento, flussometri, filtri e condizioni di entrata o uscita.

Un flusso di lavoro pratico è:

1. Indicare ogni sezione del tubo per materiale, diametro interno e lunghezza.
2. Calcolare la velocità e la perdita di attrito in ciascuna sezione al flusso di progettazione.
3. Aggiungere coefficienti di lunghezza o di perdita equivalenti per accessori e valvole.
4. Includere le perdite attraverso filtri, scambiatori di calore o altre apparecchiature dai dati dei fornitori.
5. Aggiungere le perdite per ottenere la testa di attrito del sistema al flusso di carico.

La perdita di attrito aumenta rapidamente con l'aumento del flusso. Se la domanda del progetto cambia, ricalcola la perdita invece di ridimensionarla in modo lineare. Controlla anche la velocità dell'acqua: un tubo di dimensioni ridotte può creare un alto attrito.martello ad acqua e costi operativi eccessivi, mentre un tubo superfluo aumenta il costo del capitale.

Se il punto di erogazione deve mantenere la pressione, convertire tale pressione in testa d'acqua e aggiungerla a TDH.

• 1 bar equivale a circa 10,2 m di acqua.
• 1 psi equivale a circa 2,31 piedi di acqua.
• 1 m di acqua è pari a circa 9,81 kPa.

Ad esempio, una pressione di uscita richiesta di 3 bar è:

Se il liquido pompato ha una densità significativamente differente da quella dell'acqua, si deve utilizzare un dispositivo di misurazione della pressione.la conversione pressione-testa deve utilizzare la gravità specifica del liquido.

Alcuni calcoli di dimensionamento semplificati combinano tutte le perdite dinamiche in una sola franchigia di attrito.Valvole di controllo, i contatori d'acqua e le apparecchiature di trattamento possono causare perdite significative, specialmente in caso di flusso elevato o di inquinamento.

Non applicare ad ogni progetto una percentuale arbitraria: una breve,una linea di acqua pulita di grande diametro e una linea lunga con impianti multipli non dovrebbero ricevere la stessa quotaUn modesto margine di progettazione può essere appropriato per l'incertezza, ma la sovradimensionamento della testa di una grande percentuale può spostare il punto di funzionamento lontano dalla regione di massima efficienza.

Supponiamo che un progetto di approvvigionamento idrico a pozzo profondo abbia le seguenti condizioni di funzionamento:

• Flusso richiesto: 80 m3/h.
• Livello dell'acqua di pompaggio: 60 m al di sotto del livello di riferimento della testa del pozzo.
• Entrata del serbatoio: 12 m sopra il livello di riferimento della testa di pozzo.
• Perdita calcolata di tubi e di apparecchiature a 80 m3/h: 8 m.
• Pressione residua richiesta al collegamento del serbatoio: 3 bar, equivalente a 30,6 m di acqua.
• Perdita di equipaggiamento aggiuntivo: 2 m.

Prima calcolare la sollecitazione verticale:

Calcolare il TDH:

Il punto di carico richiesto è quindi di circa 80 m3/h a 113 m TDH. Questo è il punto che deve essere situato sulla curva di prestazione della pompa.Il calcolo non significa che una pompa etichettata con una testa massima di 113 m fornirà 80 m3/hIl modello deve produrre entrambi i valori nello stesso punto di funzionamento.

Una curva della pompa mostra come la testa cambia con il flusso per un modello specifico, la velocità, la configurazione della girante e il numero di fasi.Il punto di funzionamento effettivo si verifica quando la curva della pompa interseca la curva del sistema.

Quando si riesamina un modello candidato:

• Situare 80 m3/h sull'asse orizzontale del flusso e circa 113 m sull'asse verticale della testa.
• Confirmare che la curva del modello attraversa o si avvicina a questo punto nell'intervallo di funzionamento raccomandato dal costruttore.
• Preferire il funzionamento vicino alla regione efficiente e stabile del modello, non alla testa di spegnimento o all'estremità destra della curva.
• Controllare la potenza assorbita al punto di lavoro e selezionare un motore con il margine di servizio richiesto alle condizioni standard e di sito applicabili.
• Verificare l'efficienza, il flusso minimo, il flusso massimo ammesso, il numero di fasi, le dimensioni di scarico e, se del caso, le prestazioni di non sovraccarico.
• Controllare il sistema a livelli minimi e massimi di acqua attesi.un livello d'acqua più elevato può spostare la pompa verso un punto di funzionamento di flusso più elevato e può aumentare il carico del motore.

Il funzionamento a frequenza variabile può fornire flessibilità di controllo, ma devono essere controllati il motore, il cavo, il raffreddamento, la velocità minima, la protezione armonica e l'intervallo di funzionamento della pompa.Un VFD non corregge una selezione idraulica fondamentalmente inadatta.

La profondità di impostazione della pompa è una decisione di installazione, non un sostituto della TDH.ingresso di aria e perdita di raffreddamentoAllo stesso tempo, evitare di posizionare la pompa in una zona di produzione di sedimenti o troppo vicino al fondo del pozzo.

Il livello di immersione richiesto dipende dalla progettazione della pompa, dal flusso, dal diametro del pozzo, dalla velocità di ingresso e dai requisiti del produttore.in un pozzo di grande diametro, serbatoio aperto o installazione insolita, può essere richiesto un manico a induzione di flusso.

Il punto di lavoro idraulico restringe i modelli disponibili, ma la famiglia finale di prodotti dipende anche dal diametro del pozzo, dalla qualità dell'acqua, dal materiale, dalla tensione e dalle condizioni di installazione.

• Serie QJ: destinata al sollevamento delle acque di pozzi profondi o di pozzi di trivellazione e disponibile in configurazioni per diverse fonti e materiali d'acqua.compresi i progetti ad alto flusso e ad alto costo.
• Serie SP: le serie di pompe per pozzi sommergibili da 4 pollici, 6 pollici, 8 pollici e 10 pollici consentono la selezione in base al diametro del pozzo e al punto di carico.quindi il flusso e la testa devono essere controllati sulla curva del modello individuale piuttosto che dedotti dal diametro della pompa.
• Serie QS: adatta a operazioni di trasferimento idrico subacqueo di dimensioni minori o diverse in cui i requisiti idraulici e la disposizione dell'installazione corrispondono alla serie.la condizione di raffreddamento e la geometria del pozzo sono adeguate prima di utilizzarlo come selezione del pozzo.

Per le acque corrosive o mineralizzate, la selezione del materiale fa parte della dimensione della pompa perché la corrosione e l'usura influenzano l'affidabilità.di acciaio inossidabile o di altre leghe, a seconda della serie e del mezzoPrima di scegliere i materiali bagnati, è necessario esaminare l'analisi dell'acqua.

Utilizzare il livello dell'acqua di pompaggio, l'altezza dello scarico, l'attrito e la pressione richiesta.La profondità di impostazione della pompa è controllata separatamente per quanto riguarda l'immersione e la sicurezza dell'installazione..

L'utilizzo del livello statico recuperato può sottovalutare la sollecitazione e causare un flusso insufficiente quando la pompa è in funzione.

Le lunghe condotte, i piccoli diametri interni, le valvole e i filtri possono aggiungere una perdita significativa.

La forza motrice da sola non determina il carico idraulico.

Un grande margine non verificato può sovradimensionare la pompa, aumentare la velocità e il consumo di energia e spostare l'operazione al di fuori della gamma preferita.Affrontare l'incertezza attraverso scenari operativi realistici e revisione della curva.

Per ottenere una raccomandazione e un preventivo tecnicamente utili per la pompa, fornire:

• Velocità di flusso richiesta e se è continua, massima o variabile.
• Livello dell'acqua statica e livello dell'acqua di pompaggio a un flusso di prova indicato.
• La profondità del pozzo, il diametro interno dell'involucro e i limiti di impostazione della pompa.
• Elevazione dello scarico e pressione residua richiesta al punto di consegna.
• Materiale di montaggio e di condotta, diametro interno, lunghezza e accessori.
• Temperatura dell'acqua, pH, contenuto di cloruri, contenuto di sabbia e altri dati disponibili di analisi dell'acqua.
• Fonte di alimentazione: tensione, frequenza, fase e metodo di avvio o di controllo.
• Orientazione dell'impianto, condizioni di raffreddamento, lunghezza del cavo e condizioni ambientali o di altitudine locali.

Con questi parametri, il costruttore può calcolare o verificare la TDH, identificare le curve candidate, verificare il carico del motore e raccomandare materiali e accessori.

No. La testa richiesta si basa sul livello dell'acqua di pompaggio, sull'altezza di consegna, sull'attrito e sulla pressione di uscita richiesta.componenti non automatici di sollevamento verticale.

Utilizzare il livello di pompaggio o dinamico dell'acqua previsto al flusso di progettazione. Valutare anche il livello operativo stagionale più basso.ma normalmente sottovaluta il sollevamento durante il pompaggio.

Per l'acqua pulita vicino alla temperatura ambiente, moltiplicare il bar per circa 10.2Pertanto, 3 bar equivale a circa 30,6 m di testa d'acqua.

L'installazione della pompa più in profondità sotto la superficie dell'acqua di pompaggio aumenta l'immersione, ma non aggiunge automaticamente quella profondità completa al sollevamento statico.Calcolare l'innalzamento dal livello dell'acqua di pompaggio all'altezza dello scarico.

No. La testa massima e il flusso massimo sono punti finali di una curva e non si verificano insieme. Il modello selezionato deve soddisfare il flusso e la TDH richiesti in un punto di lavoro entro il suo intervallo di funzionamento raccomandato.

Non esiste una percentuale universale che si adatti a tutti i progetti. Prima calcola le perdite note e la variazione credibile del livello dell'acqua. Aggiungi solo una compensazione giustificata per l'incertezza rimanente.quindi verificare sia i punti di funzionamento normali che i punti di funzionamento peggiori sulla curva.

Calcolare il flusso richiesto dalla domanda reale, utilizzare il livello di acqua di pompaggio per il sollevamento verticale, aggiungere il tubo,perdite di attrezzature e attrezzature, convertire la pressione di uscita richiesta in testa e quindi abbinare il flusso combinato e il TDH alla curva di prestazione del produttore.

Per l'esempio di questa guida, il carico richiesto è di circa 80 m3/h a 113 m TDH. Una selezione finale richiede ancora la conferma del diametro del pozzo, dei livelli d'acqua, della condotta, dell'alimentazione,qualità dell'acqua, raffreddamento del motore e curva del modello selezionato.

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