Come funziona una pompa per acqua sommergibile?

1. Introduzione

Cos'è una pompa ad acqua sommergibile?

Una pompa ad acqua sommergibile è una pompa centrifuga e il suo motore elettrico integrati in un'unica unità ermeticamente sigillata, progettata per funzionare completamente immersa nel fluido che pompa. A differenza delle pompe montate in superficie chetiroacqua tramite aspirazione, una pompa sommergibilespingeacqua verso l'alto da sotto il livello del fluido. Questo design elimina la necessità di adescamento e riduce significativamente il rischio di cavitazione, un problema comune nei sistemi basati sull'aspirazione.

Applicazioni comuni

Le pompe sommergibili trovano largo impiego in numerosi settori:

• Approvvigionamento idrico domestico da pozzo
• Irrigazione agricola
• Sistemi idrici comunali e delle acque reflue
• Drenaggio e drenaggio delle costruzioni
• Movimentazione delle acque reflue e dei liquami
• Processi industriali, compreso il sollevamento artificiale dei giacimenti petroliferi tramite pompe sommergibili elettriche (ESP)

La loro capacità di funzionare in modo efficiente quando posizionati sotto la superficie del fluido li rende ideali per pozzi profondi, scantinati allagati, pozzetti e altri ambienti sommersi.

Push vs. Pull: perché è importante

Poiché le pompe sommergibili spingono anziché aspirare il fluido, evitano le limitazioni intrinseche dell'aspirazione, come il blocco del vapore, il bloccaggio dell'aria e la cavitazione. La stretta integrazione tra motore e girante riduce inoltre al minimo la lunghezza dell'albero, riducendo l'usura meccanica e migliorando l'affidabilità.

2. Componenti chiave

• Motore ermeticamente sigillato: Racchiuso in un involucro stagno, spesso riempito con olio dielettrico o protetto da robuste guarnizioni. Aziona l'albero della girante rimanendo isolato dal mezzo pompato.

• Giranti e diffusori (design multistadio): La maggior parte dei sommergibili utilizza giranti centrifughe, singole o impilate in più stadi. Ogni girante aggiunge energia cinetica; diffusori o volute convertono quindi questa velocità in pressione. Più stadi = prevalenza totale più alta.

• Albero, cuscinetti e giunti: L'albero trasmette la coppia dal motore alle giranti. I cuscinetti (tipicamente boccole in ambienti umidi) forniscono supporto radiale e sono distanziati lungo l'albero in unità multistadio.

• Guarnizioni, camera dell'olio e sensore di umidità: Le doppie tenute meccaniche proteggono il motore: una tenuta primaria è rivolta verso il fluido (gestisce pressione e abrasione) e una tenuta di riserva secondaria fornisce ridondanza. Una camera piena d'olio lubrifica e isola le guarnizioni, mentre un sensore di umidità avvisa gli operatori in caso di guasto precoce delle guarnizioni.

• Schermata di aspirazione/valvola di fondo/testa di scarico: L'aspirazione consente l'ingresso del fluido filtrando i detriti di grandi dimensioni. Nelle applicazioni con pozzi, una valvola di fondo schermata impedisce il riflusso e garantisce un adescamento costante. Lo scarico si collega alla tubazione montante che porta l'acqua in superficie.

• Cavo di alimentazione e pressacavo: I cavi per impieghi gravosi e adatti all'immersione con raccordi pressacavo a tenuta stagna forniscono energia. La corretta selezione e sigillatura del cavo nel punto di ingresso sono fondamentali per impedire l'ingresso di acqua.

• Componenti specializzati (per ESP): Le pompe sommergibili elettriche per giacimenti petroliferi spesso includono separatori di gas, protezioni del motore e materiali resistenti alla corrosione per gestire flussi multifase (petrolio/gas/acqua) in condizioni estreme di fondo pozzo.

3. Principio di funzionamento – Passo dopo passo

1. Assunzione di liquidi: L'acqua entra attraverso lo schermo di aspirazione inferiore, filtrata per escludere i solidi di grandi dimensioni.
2. Accelerazione della girante: Il motore fa girare l'albero e le giranti ad alta velocità, trasmettendo energia cinetica al fluido.
3. Conversione energetica: Quando il fluido ad alta velocità esce da ciascuna girante, passa attraverso un diffusore o voluta, dove la velocità viene convertita in pressione.
4. Potenziamento multistadio(se applicabile): Nelle pompe multistadio, questo processo si ripete su successive coppie girante-diffusore, aumentando progressivamente la pressione (prevalenza).
5. Scarico: L'acqua pressurizzata scorre nella colonna di scarico e viene spinta verso l'alto attraverso il tubo montante fino alla superficie o al punto di raccolta.

Nota sul raffreddamento: La maggior parte dei motori sommersi si affida al fluido circostante per il raffreddamento. Il funzionamento a secco, anche per breve tempo, può causare un rapido surriscaldamento, danni alle guarnizioni e guasti al motore.

4. Tipologie e Varianti

• Pompe per acque reflue/fognature: Sono dotate di giranti a canale aperto, vortex o trituratrici per gestire i solidi senza intasamenti. Gli spazi interni più ampi possono accogliere stracci, detriti e fanghi.
• Elettropompe sommergibili (ESP): Utilizzato nella produzione di petrolio e gas per il sollevamento artificiale. Progettato per portate elevate, prevalenza elevata e condizioni difficili di fondo pozzo, spesso con capacità di trattamento del gas.

5. Fondamenti delle prestazioni: prevalenza, flusso ed efficienza

• Curve della pompa e punto di funzionamento: Ogni pompa è dotata di una curva delle prestazioni che traccia la prevalenza (pressione) rispetto alla portata. Il punto operativo effettivo è dove questa curva interseca la curva di resistenza del sistema. Operando vicino alPunto di migliore efficienza (BEP)massimizza la durata della vita e riduce al minimo il consumo di energia.
• Conteggio degli stadi e progettazione della girante: Più stadi aumentano la prevalenza massima; passaggi della girante più grandi migliorano la gestione dei solidi ma possono ridurre l'efficienza o richiedere una maggiore potenza del motore.

6. Installazione e integrazione del sistema

• Pozzo contro installazioni su sump:

  • Nei pozzi: la pompa è sospesa su un tubo di caduta all'interno dell'involucro, posizionato sotto il livello statico dell'acqua per un raffreddamento e un'aspirazione affidabili.
  • In pozzetti o fosse: può poggiare su una base o su una piattaforma galleggiante; garantire un'adeguata immersione e rimozione dei detriti.

• Protezione elettrica: Le garanzie essenziali includono:

  • Avviatori motore e relè di sovraccarico
  • Protezione da guasto a terra (GFCI/RCD)
  • Sensori di funzionamento a secco e interruttori termici

• Controllare valvole e tubazioni: Una valvola di non ritorno (ritegno) impedisce il riflusso quando la pompa si ferma, mantenendo l'adescamento e riducendo il colpo d'ariete. Le tubazioni montanti di dimensioni adeguate riducono al minimo le perdite per attrito e preservano l'efficienza del sistema.

7. Manutenzione, modalità di guasto e risoluzione dei problemi

Suggerimenti per la manutenzione ordinaria:

• Ispezionare visivamente i cavi di alimentazione e i pressacavi
• Esaminare gli allarmi della centrale e i registri dei sensori
• Monitorare gli andamenti della corrente operativa, della pressione e della temperatura
• Recuperare periodicamente la pompa per l'ispezione delle guarnizioni/cuscinetti (la frequenza dipende dal ciclo di lavoro e dall'aggressività del fluido)

8. Vantaggi, limitazioni e lista di controllo per la selezione

Vantaggi

• Funzionamento silenzioso (motore ovattato dall'acqua)
• Alta efficienza e ingombro compatto
• Non è richiesto alcun adescamento
• Ideale per installazioni profonde o remote

Limitazioni

• Le guarnizioni sono un punto critico di guasto
• Il recupero per il servizio può richiedere molto lavoro
• Non adatto per applicazioni con funzionamento a secco

Lista di controllo della selezione

✅ Tipo di fluido (acqua pulita, liquami, liquami, olio?)
✅ Dimensioni e concentrazione dei solidi → scegliere il tipo di girante di conseguenza
✅ Portata richiesta e prevalenza dinamica totale → corrisponde alla curva della pompa
✅ Alimentazione (tensione, fase, compatibilità VFD)
✅ Profondità di installazione e requisiti di raffreddamento
✅ Accessibilità per manutenzione e recupero

9. Domande frequenti (FAQ)

D: Una pompa sommergibile può funzionare a secco?
R: Generalmente,NO. La maggior parte fa affidamento sul fluido circostante per il raffreddamento. Il funzionamento a secco provoca un rapido surriscaldamento, la bruciatura delle guarnizioni e il guasto del motore. Alcuni modelli includono la protezione dal funzionamento a secco, ma è meglio evitarla del tutto.

D: Perché la mia pompa emette un ronzio ma non sposta l'acqua?
R: Le possibili cause includono:

• Problemi elettrici (condensatore guasto, avviatore o perdita di fase)
• Blocco meccanico (aspirazione ostruita o girante grippata)
• Blocco d'aria o livello del fluido basso
  Inizia controllando i componenti di potenza, quindi ispeziona l'aspirazione e la rotazione della girante.

D: Quanto durano le pompe sommergibili?
R: La durata della vita varia notevolmente:

• Pompe per pozzi per acqua pulita: 10–15+ anni con la cura adeguata
• Pompe per acque reflue o per servizi abrasivi: 3–8 anni
  Il monitoraggio regolare e la manutenzione preventiva prolungano significativamente la durata.

10. Conclusione – Consigli pratici per acquirenti e operatori

Quando si seleziona o si utilizza una pompa sommersa:

• Far corrispondere con precisione la curva della pompaai requisiti di prevalenza e portata del vostro sistema.
• Dare priorità all'integrità della tenuta e alla sigillatura dei cavi—questi sono i punti di errore più comuni.
• Scegli design specializzatiper fluidi impegnativi (ad esempio, giranti trituratrici per liquami, dispositivi di gestione del gas per ESP).
• Investi in controlli intelligenti: la protezione dal funzionamento a secco, i VFD (ove utile) e il monitoraggio remoto si ripagano in termini di tempi di inattività ridotti.
• Pianificare la funzionalità: Garantire un facile recupero e accesso per le ispezioni.

Una pompa sommergibile ben scelta, installata correttamente e mantenuta diligentemente offre prestazioni affidabili ed efficienti per anni, anche negli ambienti più difficili.