Manual Sanitare Cap.4

73

4. INSTALA|II DE RIDICARE A PRESIUNII APEI PENTRU CL~DIRILE DE LOCUIT

4.1 No\iuni de teorie privind utilizarea pompelor în sisteme hidraulice

Pompele reprezint` generatoare hidraulice care transform` diverse tipuri de energie (în principal energie electric`) în energie hidraulic`.

4.1.1 Parametri fundamentali ai generatoarelor hidraulice

Schematic, un agregat de pompare este alc`tuit dintr-o pomp` ]i un motor electric legate prin intermediul unui cuplaj (fig. 4.1).

Pompa prezint` o sec\iune de aspira\ie a ]i o sec\iune de refulare r. Parametrii fundamentali ce caracterizeaz` generatoarele hidraulice sunt:

1. Debitul Q. Reprezint` cantitatea de lichid vehiculat` de pomp` în unitatea de timp. Este un debit volumic ]i se raporteaz` întotdeauna la sec\iunea de refulare. Se m`soar` în m3/h sau în func\ie de domeniu în m3/s, l/min, l/s, etc.

2. În`l\imea de pompare.Reprezint` energia cedat` de pomp` curentului de lichid. Se define]te ca fiind diferen\a dintre energia specific` a curentului de lichid în sec\iunea de refulare ]i energia specific` a curentului de lichid în sec\iunea de aspira\ie:În`l\imea de pompare se determin` experimental de c`tre fabrican\ii de pompe ]i se m`soar` în metri coloan` de fluid vehiculat.

Pompele tratate în aceast` lucrare vehiculeaz` ap` ; în concluzie în`l\imea de pompare se m`soar` în metri coloan` de ap` (mCA) :

[mCA] (4.1)

Figura 4.1

Manual sanitare74 75

în care er ]i e

a sunt energiile specifice curentului de lichid în sec\iunile de refulare respectiv de

aspira\ie ale pompei ]i se exprim` cu rela\iile:

[mCA] (4.2)

[mCA] (4.3)

în care: - z – cotele geodezice ale sec\iunilor de refulare respectiv aspira\ie; - p – presiunile apei în sec\iunile de refulare respectiv aspira\ie; - - coeficien\ii Coriolis de neuniformitate a vitezelor în sec\iunile de refulare respectiv aspira\ie; - v – vitezele medii a curentului de fluid în sec\iunile de refulare, respectiv aspira\ie; - g – accelera\ia gravita\ional`; - - densitatea lichidului.

3. Puterea util` reprezint` puterea cedat` de pomp` curentului de fluid ]i se calculeaz` cu formula :

[kW] (4.4)

4. Puterea absorbit` este cea primit` de arborele pompei din exterior (de la cuplaj) necesar` pentru a transmite puterea util` lichidului ]i se calculeaz` cu rela\ia:

[kW] (4.5)

în care:- M – cuplul sau momentul la arbore;- - viteza unghiular`.

5. Randamentul pompei se define]te ca fiind raportul dintre puterea util` ]i cea absorbit` de pomp`:

(4.6)

6. Tura\ia pompei (n), caracteristic` specific` în general turboma]inilor este num`rul de rota\ii al rotorului în unitatea de timp ]i se exprim` în rot/min.

7. Parametrul de cavita\ie (NPSH) permite determinarea domeniului de func\ionare în regim cavita\ional ]i va fi definit în paragraful destinat fenomenului de cavita\ie a pompelor.

8. To\i parametrii enun\a\i mai sus se refer` numai la ma]ina hidraulic` (pompa). Un parametru foarte important îns` în practic` îl reprezint` puterea absorbit` de întreg agregatul de pompare (pomp` + motor) de la re\eaua electric`.

[kW] (4.7)

în care pe lâng` m`rimile deja enun\ate la punctele anterioare apar:

- - randamentul cuplajului dintre motor ]i pomp`;- - randamentul motorului electric.


4.1.2 Interdependen\a parametrilor fundamentali ai pompelor

În acest paragraf se va face referin\` cu prec`dere la cea mai utilizat` categorie de pompe ]i anume la pompele hidrodinamice (turbopompe). Acestea realizeaz` transferul de energie prin interac\iunea dintre un element în mi]care de rota\ie numit rotor ]i curentul de lichid. Între parametrii generatoarelor hidraulice enun\a\i mai sus exist` o interdependen\` func\ional`. Aceasta se exprim` prin trei suprafe\e caracteristice:

- Suprafa\a caracteristic` energetic`: ;

- Suprafa\a caracteristic` a puterii: ;- Suprafa\a caracteristic` a randamentului: .

Reprezentarea grafic` a acestor suprafe\e caracteristice, ob\inute pe cale experimental`, este incomod` ]i dificil de utilizat. În consecin\`, în practic` se utilizeaz` curbe caracteristice care se ob\in prin intersectarea suprafe\elor enun\ate mai sus cu plane perpendiculare pe una din axe. În majoritatea cazurilor se utilizeaz` plane perpendiculare pe axa n, adic` n- constant. Rezult` pentru o anumit` tura\ie nominal` n

0,

trei tipuri de curbe numite caracteristice: - caracteristica energetic` H=f(Q), n=n

0;

- caracteristica de putere P=f(Q), n=n0;

- caracteristica de randament =f(Q), n=n0.

Aceste curbe sunt stabilite pe cale experimental`, ele sunt date de fabricantul respectiv de pompe, iar forma lor arat` ca în figura 4.2:

Figura 4.2


Exist` cazuri în care un anumit tip de pomp` poate fi echipat cu rotoare cu diametre diferite. În aceste cazuri, fabricantul pune la dispozi\ia clientului un tip de reprezentare comercial` a interdependen\ei parametrilor fundamentali, exemplificat` în figura 4.3:

De asemenea exist` ]i posibilitatea reprezent`rii pe aceea]i diagram` a în`l\imii de pompare H ]i a

randamentului η în func\ie de debit ]i de tura\ia pompei, numit` diagrama universal` a pompei, care arat` ca în figura 4.4:

Concluzie: Din acest paragraf rezult` c` parametrii fundamentali ai ma]inilor hidraulice care au fost defini\i aici nu sunt independen\i unul de altul ]i se condi\ioneaz` reciproc.

Figura 4.3

Figura 4.4


4.1.3 Încadrarea unei pompe într-un sistem hidraulic

În paragraful anterior au fost prezenta\i parametrii fundamentali ai pompelor a]a cum sunt ei furniza\i de c`tre fabricant. S-a observat c` pompa func\ioneaz` într-un domeniu de debite ]i c` în`l\imea de pompare (H) depinde de debitul vehiculat (Q) dup` curba prezentat` în figura 4.3a. Se pune îns` urm`toarea întrebare logic`: la ce debit ]i cu ce în`l\ime de pompare va func\iona pompa respectiv` în momentul în care este montat` într-un sistem hidraulic dat? R`spunsul nu poate fi furnizat decât dup` ce se analizeaz` ]i caracteristicile hidraulice ale sistemului respectiv.

Pentru exemplificare se consider` un sistem hidraulic unifilar a c`rui schem` este dat` în figura 4.5:

În aceast` figur` i reprezint` sec\iunea de intrare în sistem, e reprezint` sec\iunea de ie]ire din sistem, a este sec\iunea de aspira\ie a pompei iar r este sec\iunea de refulare a pompei. Dac` se scrie legea energiilor între sec\iunile i ]i a rezult`:

(4.8)

rela\ie care exprim` faptul c` energia specific` a lichidului în sec\iunea de intrare i este egal` cu energia specific` a lichidului în sec\iunea de aspira\ie a pompei a din care se scad pierderile de sarcin` pe traseul i-a (h

r i-a). Similar se poate scrie c`:

(4.9)

ceea ce exprim` faptul c` energia specific` a lichidului în sec\iunea de refulare a pompei r este egal` cu energia specific` a lichidului în sec\iunea de ie]ire din sistem e din care se scad pierderile de sarcin` pe traseul r-e (h

r r-e).

Se reaminte]te c` în`l\imea de pompare este energia cedat` de pomp` curentului de lichid ]i se define]te prin rela\ia (4.1):

(4.1)

Adunând rela\iile (4.8), (4.9) ]i (4.1) rezult` urm`toarea rela\ie:

(4.10)

care poate fi prelucrat` în felul urm`tor: (4.11)

Rela\ia (4.11) exprim` în`l\imea de pompare în func\ie de caracteristicile sistemului hidraulic. În continuare se va încerca o prelucrare elementar` a acestei rela\ii transformând termenii care intervin în ea în al\i termeni mai convenabili din punct de vedere al scopului urm`rit, acela de a determina punctul de func\ionare al pompei. Astfel, energiile specifice ale lichidului în sec\iunile de intrare i respectiv de ie]ire e pot fi scrise sub forma:

Figura 4.5


(4.12)

(4.13)

în care termenii ce apar au fost defini\i anterior. În cazul sistemelor de alimentare cu ap` ( ]i instala\iile sanitare fac parte din aceste sisteme) se pot neglija termenii cinetici din rela\iile (4.12) ]i (4.13) deoarece valoarea lor este mic` în compara\ie cu valoarea

cotelor piezometrice . Rela\iile (4.12) ]i (4.13) devin astfel:

(4.14)

(4.15)

În ceea ce prive]te pierderile de sarcin` pe traseele i-a ]i r-e acestea se calculeaz` conform formulelor prezentate în capitolul 2 al acestei lucr`ri cu rela\iile:

(4.16) (4.17)

cu urm`toarea semnifica\ie a m`rimilor: h

rd i-a – pierderi liniare de sarcin` pe traseul i-a;

hrl i-a

– pierderi locale de sarcin` pe traseul i-a; h

rd r-e – pierderi liniare de sarcin` pe traseul r-e;

hrl r-e

– pierderi locale de sarcin` pe traseul r-e; λ - coeficien\ii de pierdere liniar` de sarcin` pe traseele i-a, respectiv r-e;

Σζ - suma coeficien\ilor de pierdere local` de sarcin` pe traseele i-a, respectiv r-e; v – vitezele apei pe tronsoanele i-a respectiv r-e;

l – lungimile tronsoanelor i-a respectiv r-e; D – diametrele tronsoanelor i-a respectiv r-e; g – accelera\ia gravita\ional`.

Dac` în rela\iile (4.16) ]i (4.17) se înlocuie]te viteza cu debitul conform rela\iei:

(4.18)

unde S este aria sec\iunii transversale a conductei iar D este diametrul acesteia ]i se introduc valorile numerice pentru , respectiv accelera\ia gravita\ional` g, rezult` urm`toarele rela\ii pentru pierderile de sarcin` pe traseele i-a respectiv r-e:

(4.19)

(4.20)


cu semnifica\ia m`rimilor explicat` mai sus. Este evident din figura 4.6 ]i din legea de conservare a debitelor c` debitul Q

i-a pe tronsonul i-a este acela]i cu debitul Q

i-e pe tronsonul r-e ]i egal cu Q.

Se poate introduce m`rimea numit` modulul de rezisten\` al conductei definit cu ajutorul rela\iei:

(4.21)

în urma c`reia rela\iile (4.19) ]i (4.20) cap`t` forma:

(4.22) (4.23)

Introducând rela\iile (4.14), (4.15), (4.22) ]i (4.23) în rela\ia (4.11) se ob\ine în`l\imea de pompare H sub forma:

(4.24)

Diferen\a de cote piezometrice poart` denumirea de în`l\ime static`:

(4.25)

iar modulul de rezisten\` al sistemului hidraulic considerat este suma modulelor de rezisten\` ale tronsoanelor componente i-a ]i r-e:

(4.26)

Introducând rela\iile (4.25) ]i (4.26) în rela\ia (4.24) se ob\ine expresia simplificat` final` a în`l\imii de pompare în func\ie de debitul vehiculat necesar` sistemului hidraulic în care este încadrat` pompa:

(4.27)

Important: Din cele de mai sus rezult` un lucru deosebit de important ]i anume faptul c` în`l\imea de pompare H a]a cum este ea dat` de formula (4.27) depinde numai de caracteristicile sistemului hidraulic în care este integrat` pompa ]i nu depinde de caracteristicile pompei. De asemenea, forma rela\iei ( 4.27) arat` c` în`l\imea de pompare este func\ie de debitul vehiculat H=f(Q) iar rela\ia se nume]te caracteristica sistemului hidraulic. Se reaminte]te c` se dispune ]i de caracteristica energetic` a pompei, dat` de fabricantul acesteia, ]i care se materializeaz` tot printr-o curb` H=f(Q), ce exprim` în`l\imea de pompare furnizat` de pomp` func\ie de debitul vehiculat. Dispunând de aceste dou` curbe este clar c` punctul de func\ionare al pompei încadrat` în sistemul hidraulic considerat se afl` la intersec\ia acestora într-un plan de coordonate (Q,H) lucru ilustrat în figura 4.6:


Important: A]a cum rezult` din teoria de mai sus, nu este obligatoriu ca punctul de func\ionare al pompei într-un sistem hidraulic s` coincid` cu punctul în care pompa func\ioneaz` la randament maxim. Punctul de func\ionare rezult` din încadrarea pompei în sistemul hidraulic în timp ce punctul optim de func\ionare este o caracteristic` individual` a pompei ]i corespunde punctului unde randamentul acesteia este maxim. O pomp` bine aleas` pentru un sistem hidraulic este o pomp` care încadrat` în acest sistem func\ioneaz` foarte aproape de punctul optim de func\ionare, adic` la un randament ridicat. În acest context trebuie men\ionat faptul c` valorile nominale indicate pentru fiecare pomp` de c`tre furnizorul acesteia ( debitul nominal, în`l\imea de pompare nominal`, puterea nominal`) NU reprezint` valorile la care va func\iona pompa în mod automat în cazul integr`rii acesteia într-un sistem hidraulic ci reprezint` valorile optime de func\ionare ale acesteia. Exemplu: Particularizând ]i mai mult asupra unui caz clasic întâlnit în practic` care pune în eviden\` o alegere defectuas` a unei pompe: se presupune c` pentru un sistem hidraulic trebuie aleas` o pomp` care s` asigure o în`l\ime de pompare de H=30 mCA ]i un debit Q=20 m3/h. Utilizatorul are la dispozi\ie o pomp` cu caracteristica energetic` dat` în figura 4.7:

Figura 4.6


Foarte mul\i utilizatori de pompe sunt tenta\i s` considere o alegere bun` pompa a c`rei caracteristic` energetic` este prezentat` mai sus datorit` faptului c` ea acoper` atât valoarea cerut` pentru debit (20 m3/h) cât ]i valoarea cerut` pentru în`l\imea de pompare (30 mCA). Cu toate acestea pompa este o alegere proast` datorit` faptului c` nu acoper` simultan cele dou` cerin\e de debit ]i presiune. Se observ` pe figur` c` dac` se impune o în`l\ime de pompare H= 30 mCA pompa va func\iona la un debit mult mai mic decât cel cerut iar dac` se impune un debit Q=20 m3/h pompa nu va realiza în`l\imea de pompare cerut`. În realitate în`l\imea de pompare ]i debitul vor fi cei corespunz`tori unui punct de func\ionare PF care nu satisface nici în`l\imea de pompare, nici debitul cerute. În concluzie, o pomp` trebuie aleas` astfel încât atât debitul cât ]i în`l\imea de pompare care trebuie satisf`cute s` se reg`seasc` în acela]i loc pe curba caracteristic` a pompei, în punctul de func\ionare al acesteia. Factorii care influen\eaz` punctul de func\ionare al unei pompe se împart în trei categorii:

• Factori specifici sistemului hidraulic;• Factori specifici pompei;• Factori specifici fluidului de lucru.

Factorii specifici sistemului hidraulic sunt modulul de rezisten\` ]i în`l\imea static`. Cu cât modulul de rezisten\` este mai mare, ceea ce înseamn` în realitate pierderi de sarcin` mai mari, vane închise, cu atât punctul de func\ionare se deplaseaz` pe caracteristica pompei c`tre debite mai mici ]i în`l\imi de pompare mai mari (fig. 4.8a). Acela]i fenomen este valabil ]i pentru în`l\imea static`; cu cât valoarea acesteia cre]te cu atât debitul scade ]i în`l\imea de pompare cre]te (fig 4.8b):

Figura 4.8a Figura 4.8b

Figura 4.7


Factorii specifici pompei care influen\eaz` punctul de func\ionare sunt tipul pompei ]i tura\ia acesteia. Factorii specifici lichidului care influen\eaz` punctul de func\ionare sunt natura, temperatura ]i con\inutul de gaz dizolvat în acesta.

4.1.4 Cavita\ia pompelor

În acest paragraf toate presiunile la care se face referin\` sunt exprimate în scar` absolut`. Fenomenul de cavita\ie const` în apari\ia, dezvoltarea ]i apoi dispari\ia prin implozie a unor bule de gaz în interiorul unui lichid aflat în mi]care. Apari\ia bulelor are loc în momentul în care presiunea local` scade sub valoarea unei presiuni critice aproximativ egal` cu presiunea de vaporizare. Dispari\ia se produce în momentul când presiunea cre]te peste aceast` valoare critic`. Chiar dac` în realitate aceast` presiune critic` nu este egal` cu presiunea de vaporizare diferen\a dintre ele este atât de mic` încât se va considera în tot ceea ce urmeaz` presiunea critic` egal` cu presiunea de vaporizare.

Pe scurt, mecanismul apari\iei ]i dezvolt`rii cavita\iei ilustrat în figura 4.9 este urm`torul : în sec\iunea de aspira\ie a pompei exist` posibilitatea ca valoarea presiunii lichidului s` scad` sub valoarea presiunii de vaporizare a acestuia. În acest moment, în masa lichidului î]i fac apari\ia bule de vapori ]i gaz a c`ror dimensiune poate cre]te foarte rapid. Pe de alt` parte masa de lichid se afl` în mi]care, p`r`se]te sec\iunea de aspira\ie a pompei ]i ajunge în rotorul acesteia unde presiunea cre]te brusc sub efectul energiei primite de masa lichid` de la pomp`. În acest moment bulele de vapori ]i gaz formate se mic]oreaz` ]i dispar prin implozie, fenomen ce se manifest` prin apari\ia unor microjeturi foarte puternice dirijate c`tre pere\ii solizi ai rotorului pompei. Aceste microjeturi pot avea un efect devastator asupra suprafe\elor rigide supuse fenomenului cavita\iei care practic pot fi distruse.

E s t e evident c` fenomenul de cavita\ie poate avea o intensitate mai mic` sau mai mare în func\ie de num`rul bulelor care se formeaz` ]i care dispar apoi prin implozie dând na]tere la microjeturile amintite anterior. Din acest punct de vedere apari\ia ]i dispari\ia prin implozie a unui num`r mic de bule nu produce stric`ciuni. Efectele devin sesizabile în momentul în care num`rul bulelor ce se formeaz` este foarte mare (tinde spre infinit) iar în acest caz fenomenul poart` denumirea de cavita\ie dezvoltat`.

Pe lâng` distrugeri, fenomenul de cavita\ie reduce drastic parametrii de func\ionare ]i produce vibra\ii ]i zgomote ; o pomp` care func\ioneaz` în regim de cavita\ie poate fi u]or de detectat datorit` zgomotului atipic produs.

Pentru a putea determina prin calcul practic dac` o pomp` func\ioneaz` sau nu în regim de cavita\ie se introduce un parametru de cavita\ie standardizat denumit NPSH (Net Pozitiv Suction Head) ]i care se exprim` în mCA. Acest parametru îmbrac` dou` forme :

• NPSH disponibil (NPSHd) ;

• NPSH cerut (NPSHc) ;

NPSH-ul disponibil este o caracteristic` a sistemului hidraulic în care este încadrat` pompa ]i reprezint` energia specific` absolut` pe care o are lichidul în sec\iunea de aspira\ie a pompei raportat` la un plan de referin\` situat deasupra axului pompei cu presiunea critic`.

Figura 4.9


Dac` se consider` o pomp` încadrat` într-un sistem hidraulic (fig. 4.10) NPSH-ul disponibil se exprim` cu rela\ia:

[mCA] (4.28)

în care: - p

i – presiunea apei în sec\iunea de intrare în sistemul hidraulic;

- pv – presiunea de vaporizare a apei;

- - coeficientul de neuniformitate al vitezelor în sec\iunea de intrare în sistemul hidraulic ; - v

i – viteza apei în sec\iunea de intrare în sistemul hidraulic ;

- - în`l\imea geodezic` de aspira\ie ; - z

i – cota geodezic` a sec\iunii de intrare în sistemul hidraulic ;

- hr i-a

– pierderile totale de sarcin` pe traseul i-a ;

În foarte multe situa\ii pompele aspir` apa dintr-un rezervor tampon în care nivelul este constant (rezervorul este alimentat în permanen\`). În acest caz sec\iunea de intrare în sistemul hidraulic este practic nivelul apei în rezervor, deci viteza v

i poate fi considerat` nul`. De asemenea, înlocuind rela\ia (4.22) ce

exprim` pierderile de sarcin` hr i-a

pe tronsonul i-a în rela\ia (4.28) ]i \inând cont de remarca anterioar` privind valoarea nul` a vitezei v

i dac` pompa aspir` dintr-un rezervor cu nivel constant, NPSH-ul disponibil devine :

[mCA] (4.29)

Figura 4.10

Figura 4.11


Mai mult, dac` rezervorul cu nivel constant este deschis (fig.4.11), atunci presiunea în sec\iunea de intrare în sistemul hidraulic este egal` cu presiunea atmosferic` ]i rela\ia (4.29) devine :

[mCA] (4.30)

NPSH-ul disponibil poate fi reprezentat cu ajutorul rela\iei (4.30) în func\ie de debitul vehiculat (fig. 4.12):

NPSH-ul cerut este o caracteristic` a pompei ]i reprezint` energia specific` absolut` minim` necesar` lichidului pentru evitarea apari\iei cavita\iei, raportat` la un plan de referin\` situat deasupra axului pompei cu presiunea critic`. La fel ca ]i celelalte curbe caracteristice, NPSH-ul cerut este furnizat de c`tre fabricantul pompei sub forma unui grafic NPSH

c=f(Q) (fig. 4.13) :

Condi\ia ca pompa s` nu func\ioneze în regim de cavita\ie este ca : NPSHd>NPSH

c. Domeniul

de func\ionare normal`, f`r` cavita\ie, este foarte bine scos în eviden\` în momentul în care suprapunem NPSH-ul disponibil ]i NPSH-ul cerut pe acela]i grafic (fig. 4.14) :

Figura 4.12

Figura 4.13


Punctul de intersec\ie al celor dou` curbe de NPSH disponibil ]i NPSH cerut NU este un punct de func\ionare al pompei îns` indic` valoarea debitului limit` cavita\ional Q

lim. Pentru Q<Q

lim, pompa func\ioneaz`

normal, în timp ce pentru Q>Qlim

, pompa func\ioneaz` în regim de cavita\ie. Cu alte cuvinte, pentru ca o pomp` s` func\ioneze în regim normal f`r` cavita\ie, trebuie ca punctul de func\ionare al acesteia s` se g`seasc` în dreptul unui debit mai mic decât debitul limit` cavita\ional (fig. 4.15).

Factorii care influen\eaz` debitul limit` cavita\ional sunt practic factorii care se reg`sesc în formula (4.28) ce exprim` valoarea NPSH

d. Cu alte cuvinte ]i în concordan\` ]i cu figura 4.15 se observ` c` to\i factorii ce duc

la cre]terea valorii NPSH-ului disponibil conduc în acela]i timp la cre]terea debitului limit` cavita\ional. A]adar: § Dac` p

i cre]te, Q

lim cre]te;

§ Dac` vi cre]te, Q

lim cre]te;

§ Dac` pierderile de sarcin` (Mi-a

) pe tronsonul i-a cresc, Qlim

scade; § Dac` H

ga cre]te, Q

lim scade;

Un parametru important care influen\eaz` valoarea debitului limit` cavita\ional este temperatura lichidului, având în vedere faptul c` aceast` temperatur` influen\eaz` decisiv valoarea presiunii de

vaporizare pv. Este suficient s` spunem c` la temperatura t=20°C valoarea termenului din rela\ia

(4.30) este aproximativ egal` cu 10 mCA în timp ce pentru t=100°C valoarea aceluia]i termen este nul`.

Important: În practic`, de cele mai multe ori utilizatorii de pompe doresc s` ]tie la ce în`l\ime geodezic` de aspira\ie maxim` se poate monta pompa (în spe\` axul pompei) pentru ca func\ionarea acesteia s` nu se fac` în regim de cavita\ie. Pentru a r`spunde la aceast` întrebare se impun condi\iile la limit`:

Figura 4.14

Figura 4.15


(4.31) (4.32)

în care Q* este debitul punctului de func\ionare (fig. 4.16) ]i se extrage valoarea în`l\imii geodezice de aspira\ie maxim` din rela\ia (4.28):

(4.33)

În cazul în care pompa aspir` dintr-un rezervor deschis, rela\ia (4.33) pentru calculul în`l\imii geodezice de aspira\ie maxim` devine:

(4.34)

Din aceast` rela\ie se observ` c` în cazul ideal în care s-ar considera pierderile de sarcin` pe traseul “i-a” aproximativ nule, iar valoarea NPSH

c(Q*) foarte aproape de valoarea nul`, ]i dac` se dau valori

pentru m`rimile din termenul , valoarea nu poate dep`]i 10 mCA.

În concluzie, nici o pomp`, nici m`car TEORETIC nu poate aspira ap` dintr-un rezervor tampon deschis de la o în`l\ime mai mare de 10 m. În realitate se poate recomanda într-o prim` aproximare ca în`l\imea geodezic` de aspira\ie a unei pompe s` nu dep`]easc` 7...8 m pentru a evita intrarea pompei în cavita\ie. Pentru siguran\` îns` trebuie verificate condi\iile enun\ate mai sus. Sintetizând în final se pot enumera câteva m`suri ce trebuie luate în vederea prevenirii fenomenului de cavita\ie: § evitarea mont`rii pompelor la în`l\imi geodezice mari de aspira\ie; § evitarea pierderilor mari de sarcin` pe conducta de aspira\ie, pierderi ce pot fi datorate fie unui diametru mic, fie unor rezisten\e locale mari (vane ce func\ioneaz` cu grad mare de închidere, traseu sinuos);

Figura 4.16


§ evitarea cre]terii temperaturii apei, fapt care conduce la cre]terea temperaturii de vaporizare a apei; § evitarea concentra\iei mari de gaze dizolvate în ap`.

4.1.5 Cuplarea pompelor în serie ]i paralel

În multe situa\ii o singur` pomp` nu poate acoperi cerin\ele de debit ]i presiune ale utilizatorului ]i în acest caz se utilizeaz` mai multe pompe cuplate în serie sau în paralel

4.1.5.1 Cuplarea pompelor în serie

Cuplajul pompelor în serie se face atunci când sunt necesare în`l\imi mari de pompare ce nu pot fi satisf`cute cu o singur` pomp`. Caracteristicile cuplajului în serie (fig. 4.17) sunt urm`toarele :

§ Q1a

=Q2a

=Qa – debitul vehiculat în cadrul cuplajului de prima pomp` este egal cu debitul vehiculat în

cadrul cuplajului de a doua pomp` ]i egal cu debitul cuplajului serie ; § H

1a+H

2a=H

a – în`l\imea de pompare a cuplajului serie este egal` cu în`l\imea de pompare a primei

pompe în cadrul cuplajului adunat` cu în`l\imea de pompare a celei de-a doua pompe func\ionând tot în cadrul cuplajului. Determinarea punctului de func\ionare al cuplajului serie se face pe cale grafic` (fig. 4.18) respectând urm`toarea metodologie :

Figura 4.17


§ Se traseaz` pe acela]i grafic caracteristicile energetice H=f(Q) pentru pompa 1 ]i pentru pompa 2 ; acestea sunt C1 respectiv C2 ;§ Se traseaz` prin puncte (vezi paragraful 4.1.2) caracteristica sistemului hidraulic Cs ;§ Punctele PF1 ]i PF2 reprezint` punctele de func\ionare ale pompelor 1 ]i 2 dac` acestea ar func\iona singure în sistemul hidraulic dat, nu cuplate în serie ; punctului de func\ionare PF1 îi corespunde debitul Q

1 ]i în`l\imea de pompare H

1 în timp ce punctului de func\ionare PF2 îi

corespunde debitul Q2 ]i în`l\imea de pompare H

2 ;

§ Se traseaz` caracteristica ansamblului format din cele dou` pompe montate în serie Ca ; aceasta se ob\ine prin puncte prin adunarea în`l\imilor de pompare ale celor dou` pompe la acela]i debit ;§ Punctul de func\ionare al ansamblului PFa se g`se]te la intersec\ia caracteristicii energetice a ansamblului ]i a caracteristicii sistemului hidraulic ; acestui punct de func\ionare îi corespunde debitul Q

a ]i în`l\imea de pompare H

a ;

§ Debitele la care func\ioneaz` fiecare pomp` în cadrul cuplajului serie sunt egale cu Qa ;

§ În`l\imile de pompare la care func\ioneaz` fiecare pomp` în cadrul cuplajului serie se citesc pe caracteristicile energetice ale acestora în dreptul debitului ansamblului serie Q

a, H

1a respectiv H

2a;

§ Randamentele la care func\ioneaz` fiecare pomp` în cadrul cuplajului serie η1, respectiv η2 se citesc pe caracteristicile de randament ale acestora în dreptul debitului ansamblului serie Q

a ;

§ Randamentul cuplajului serie se calculeaz` cu rela\ia :

(4.35)

în care dac` se introduce caracteristica cuplajului serie Q1a

=Q2a

=Qa rezult` :

(4.36)

Figura 4.18


Observa\ii :

§ Se remarc` faptul c` în cadrul cuplajului în serie a pompelor, acestea nu func\ioneaz` la aceia]i parametri la care ar func\iona individual adic` , , , ;

§ De asemenea se remarc` faptul c` în`l\imea de pompare a cuplajului serie Ha este suma în`l\imilor

de pompare a pompelor func\ionând în ansamblu ]i nicidecum suma în`l\imilor de

pompare ale celor dou` pompe dac` ar func\iona individual .

4.1.5.2 Cuplarea pompelor în paralel

Cuplajul pompelor în paralel se face atunci când sunt necesare debite mari ce nu pot fi satisf`cute cu o singur` pomp`. Caracteristicile cuplajului în paralel (fig. 4.19) sunt urm`toarele :

§Qa=Q

1a+Q

2a – debitul vehiculat în cadrul cuplajului paralel este egal cu suma dintre debitul vehiculat

în cadrul cuplajului de prima pomp` ]i debitul vehiculat în cadrul cuplajului de a doua pomp`; §H

a=H

1a=H

2a – în`l\imea de pompare a cuplajului paralel este aceea]i cu în`l\imea de pompare la

care func\ioneaz` prima pomp` în cadrul ansamblului ]i egal` cu în`l\imea de pompare la care func\ioneaz` ]i a doua pomp` în cadrul ansamblului.

Determinarea punctului de func\ionare al cuplajului paralel se face pe cale grafic` (fig. 4.20) respectând urm`toarea metodologie :

Figura 4.19


§ Se traseaz` pe acela]i grafic caracteristicile energetice H=f(Q) pentru pompa 1 ]i pentru pompa 2 ; acestea sunt C1 respectiv C2 ;§ Se traseaz` prin puncte (vezi paragraful 4.1.2) caracteristica sistemului hidraulic Cs ;§ Punctele PF1 ]i PF2 reprezint` punctele de func\ionare ale pompelor 1 ]i 2 dac` acestea ar func\iona singure în sistemul hidraulic dat, nu cuplate în paralel ; punctului de func\ionare PF1 i-ar corespunde debitul Q

1 ]i în`l\imea de pompare H

1 în timp ce punctului de func\ionare PF2 i-ar

corespunde debitul Q2 ]i în`l\imea de pompare H

2 ;

§ Se traseaz` caracteristica ansamblului format din cele dou` pompe montate în paralel Ca ; aceasta se ob\ine prin puncte prin adunarea debitelor celor dou` pompe la aceea]i în`l\ime de pompare ;§ Punctul de func\ionare al ansamblului PFa se g`se]te la intersec\ia caracteristicii energetice a ansamblului ]i a caracteristicii sistemului hidraulic ; acestui punct de func\ionare îi corespunde debitul Q

a ]i în`l\imea de pompare H

a ;

§ Debitele la care func\ioneaz` fiecare pomp` în cadrul cuplajului sunt egale cu Q1a

respectiv Q2a

; suma acestora este egal` cu debitul ansamblului Q

a ;

§ În`l\imile de pompare la care func\ioneaz` fiecare pomp` în cadrul cuplajului paralel sunt egale cu în`l\imea de pompare a cuplajului H

a;

§ Randamentele la care func\ioneaz` fiecare pomp` în cadrul cuplajului paralel η1 respectiv η2 se citesc pe caracteristicile de randament ale acestora în dreptul debitelor la care func\ioneaz` fiecare pomp` în cadrul cuplajului Q

1a respectiv Q

2a ;

§ Randamentul cuplajului paralel se calculeaz` cu rela\ia :

(4.37)

Figura 4.20


în care dac` se introduce caracteristica cuplajului serie H1a

=H2a

=Ha rezult` :

(4.38)

Observa\ii :

§ Se remarc` faptul c` în cadrul cuplajului în paralel a pompelor, acestea nu func\ioneaz` la aceia]i parametri la care ar func\iona individual adic` , , , ;

§ De asemenea se remarc` faptul c` debitul cuplajului paralel Qa este suma debitelor pompelor

func\ionând în ansamblu ]i nicidecum suma debitelor celor dou` pompe func\ionând

individual .

4.2 Tipuri de pompe

Exist` mai multe criterii dup` care pompele pot fi clasificate. Un prim criteriu ]i poate cea mai simpl` ]i mai la îndemân` clasificare poate fi f`cut` dup` mediul în care pompa respectic` func\ioneaz`: § pompe de suprafa\`; § pompe submersibile.

A]a cum este foarte u]or de dedus, pompele de suprafa\` func\ioneaz` în mediu atmosferic, în timp ce pompele submersibile sunt introduse în mediul lichid.

Alt` clasificare mult mai complex`, ]i care va fi urm`rit` în acest capitol se face dup` principiul de func\ionare al pompelor. Din acest punct de vedere exist`: § turbopompe (pompe hidrodinamice); § pompe volumice; § pompe cu fluid motor; § pompe electromagnetice; § elevatoare hidraulice.

În ceea ce urmeaz` vor fi prezentate caracteristicile principale ale turbopompelor, pompelor volumice ]i pompelor cu fluid motor care sunt mai des utilizate în domeniul instala\iilor interioare de alimentare cu ap` ]i canalizare.

Pompele electromagnetice realizeaz` un transfer direct de energie între energia electromagnetic` ]i energia curentului de lichid prin interac\iunea dintre un câmp magnetic ]i un câmp electric.

Elevatoarele hidraulice realizeaz` transferul de energie transferând un volum elementar de lichid la presiune atmosferic` de la o cot` geodezic` mic` la o cot` geodezic` mai mare. Exemplu clasic: fântâna de b`ut ap`.

4.2.1 Turbopompe

Turbopompele sunt ma]ini hidraulice care realizeaz` transferul de energie prin interac\iunea dintre un element în mi]care de rota\ie numit rotor ]i curentul de lichid. Turbopompele se caracterizeaz` prin: § aspira\ia ]i refularea comunic` între ele; § vitezele lichidului sunt mai mari decât vitezele elementelor în mi]care ale ma]inii; § energia specific` cedat` curentului de lichid (în`l\imea de pompare) depinde de debit.

La rândul lor turbopompele pot fi clasificate: § dup` viteza specific` de rota\ie (n

s):

o pompe centrifuge 30<ns<150;

o pompe diagonale ns<500;

o pompe axiale ns>500;

§ dup` geometria elementelor pompei:o pompe cu canal lateral;o pompe cu canal periferic;o pompe cu rotor retras;

§ dup` num`rul ]i pozi\ia rotoarelor:


o pompe mono-etajate;o pompe multi-etajate;o pompe dublu-flux.

În figura 4.21 este prezentat` o pomp` mono-etajat` centrifug` cu elementele sale componente:

1. rotor;2. axul pompei;3. carcasa pompei;4. sistem de etan]are;5. aspira\ia pompei;6. refularea pompei;7. bloc de lag`re;8. cuplaj.

Carcasa acestui tip de pomp` prezint` forma unei camere spirale prin care apa refulat` din rotor trece c`tre sec\iunea de refulare a pompei. Este cel mai utilizat tip de pomp` în instala\iile sanitare.

În figura 4.22 este prezentat` o pomp` axial`:

Elementele componente sunt acelea]i ca ]i pentru pompa centrifug` cu ad`ugarea unor palete statorice (9) în aval de rotor, cu rol de dirijare a lichidului.

Figura 4.21

Figura 4.22


În figurile 4.23, respectiv 4.24 sunt prezentate o pomp` cu canal periferic respectiv o pomp` cu canal lateral. În aceste tipuri de pompe transferul de energie de la pomp` c`tre lichid se face cu ajutorul mai multor palete ale rotorului. Particula de lichid avanseaz` trecând de mai multe ori printre paletele rotorului, de fiecare dat` primind energie. Mi]carea acesteia este deci elicoidal` ea str`b`tând un drum foarte lung. În concluzie, acest tip de pompe se caracterizeaz` printr-o în`l\ime de pompare mare ]i un debit mic.

Elementele componente sunt acelea]i ca pentru pompa centrifug`.

Figura 4.23

Figura 4.24


Un alt tip de turbopomp` este pompa cu rotor retras care se caracterizeaz` prin faptul c` rotorul este plasat într-o camer` lateral` a carcasei(fig.4.25). În acest caz lichidul pompat nu trece prin rotor, energia de pompare fiind transmis` prin interac\iunile între turbioanele create de rotor în curentul de lichid. Randamentul acestui tip de pomp` este sc`zut îns` prezint` avantajul c` se pot pompa lichide înc`rcate cu suspensii solide (ape uzate).

Elementele componente sunt acelea]i ca pentru pompa centrifug`.Pompele multi-etajate (fig.4.26) se folosesc atunci când se urm`re]te ob\inerea unor în`l\imi mari de

pompare. În realitate sunt alc`tuite din mai multe rotoare cuplate în serie în interiorul aceleia]i carcase; între rotoare exist` canale statorice care fac leg`tura între refularea unui rotor ]i aspira\ia celuilalt. Pompa are astfel o singur` aspira\ie ]i o singur` refulare.

Figura 4.25

Figura 4.26


Fabricantul ofer` de obicei caracteristicile pompei pentru un singur etaj. Pompele multietajate pot fi ]i axiale ]i diagonale. Pompele dublu-flux (fig 4.27) se folosesc atunci când se urm`re]te ob\inerea unor debite mari ]i sunt alc`tuite din dou` rotoare de pomp` centrifug` cuplate în paralel în interiorul aceleia]i carcase. Pompa are dou` aspira\ii, o singur` refulare, un singur bloc de lag`re ]i un singur sistem de etan]are.

Elementele componente sunt acelea]i ca la pompa centrifug` monoetajat`.

4.2.2 Pompe volumice

Pompele volumice realizeaz` circula\ia lichidului transportând periodic volume delimitate de lichid între aspira\ie ]i refulare. Acestea se caracterizeaz` prin:

§ sec\iunile de aspira\ie ]i refulare sunt separate etan];§ viteza lichidului este de acela]i ordin de m`rime cu viteza pieselor în mi]care ale pompei.

În ceea ce prive]te parametri pompelor volumice câteva preciz`ri se impun:§ debitul transportat de pompele volumice nu depinde de în`l\imea de pompare ci de volumul

delimitat transportat la o ac\iune a piesei active a pompei ]i de frecven\a (tura\ia) acestor ac\iuni;

§ viteza de rota\ie este un parametru independent pentru c` determin` debitul în sistem;§ no\iunea de în`l\ime de pompare este schimbat` cu no\iunea de presiune de refulare

deoarece presiunea de aspira\ie este constant` ]i foarte mic`.

Din punct de vedere al principiului de func\ionare exist` pompe volumice în care piesa activ` are o mi]care:

§ rotativ`:o cu pistoane axiale (fig.4.28);o cu pistoane radiale (fig.4.29);

Figura 4.27


o cu palete (fig.4.30);o cu angrenaj (fig.4.31);o cu loburi(fig. 4.32);

§ oscilant`:o cu piston simplu ( fig.4.33);o cu piston dublu (fig. 4.34);o cu membran` (fig. 4.35).

Figura 4.28 - Pomp` cu pistoane axiale

Figura 4.29 - Pomp` cu pistoane radiale


Figura 4.30 - pomp` cu palete

Figura 4.31 - Pomp` cu angrenaj


Figura 4.32 - Pomp` cu loburi

Figura 4.33 - Pomp` cu piston simplu


Figura 4.34 - Pomp` cu piston dublu

Figura 4.35 - Pomp` cu membran`


4.2.3 Pompe cu fluid motor

În cazul acestui tip de pomp` transferul de energie se face prin amestecul a dou` fluide dintre care un fluid cu energie ridicat` ]i debit mic (fluid motor) ]i un fluid cu energie sc`zut` ]i debit mare (fluid antrenat). Un exemplu de acest fel este ejectorul (fig. 4.36):

Principiul de func\ionare al ejectorului este urm`torul: Un fluid cu debit mic ]i energie specific` mare este introdus printr-un orificiu cu vitez` mare în camera de aspira\ie (1). Datorit` vitezei mari presiunea scade în camera de aspira\ie sub valoarea presiunii atmosferice ]i în acest fel este aspirat lichidul antrenat cu debitul Q. Cele dou` fluide p`trund astfel în camera de amestec (2). Înainte de a ie]i din ejector cele dou` fluide trec printr-un difuzor de refulare cu rol de diminuare a vitezei ]i cre]tere a presiunii. Ejectoarele prezint` avantajul c` nu au nici o pies` în mi]care ]i sunt folosite de multe ori la amorsarea turbopompelor.

4.2.4 Pompe Black Sea

În acest paragraf se va încerca o încadrare a pompelor furnizate de c`tre Black Sea ]i prezente în catalogul de produse în categoriile de pompe descrise mai sus. Pompele KFM ]i KPM sunt turbopompe de suprafa\` cu canal periferic folosite pentru ob\inerea unor în`l\imi mari de pompare. Se caracterizeaz` prin caracteristici energetice liniare.

Pompele CAM ]i CA sunt pompe centrifuge de suprafa\` autoamorsante. Ele se caracterizeaz` prin prezen\a în carcasa pompei a unui ejector cu rol de realizare a amors`rii pompei. Cu toate acestea, datorit` prezen\ei ejectorului în carcasa pompei ele nu se folosesc la în`l\imi de aspira\ie mai mari de 7 – 8 m.

Pompele CM sunt pompe centrifuge de suprafa\` simple iar pompele 2CM sunt pompe centrifuge cu dou` rotoare opuse. Circuitul apei prin aceste rotoare este de a]a natur` c` ele corespund ca tipologie grupului de pompe multietajate ]i sunt folosite pentru ob\inerea de în`l\imi mari de pompare.

Pompele CBM sunt turbopompe centrifuge de suprafa\` ale c`ror caracteristici se preteaz` în general exploar`rii în iriga\ii.

Pompele APM sunt turbopompe centrifuge de suprafa\` autoamorsante cu în`l\ime mare de aspira\ie. Ele sunt folosite la pomparea apelor din pu\uri adânci ]i sunt prev`zute cu un ejector care se monteaz` direct în pu\. O parte din apa pompat` de pomp` este trimis` printr-o conduct` special` în ejectorul din pu\ ]i serve]te ca fluid motor ( vezi 4.2.3). Ejectorul asigur` o parte din pomparea apei ]i în acest fel pot fi realizate în`l\imi de aspira\ie mai mari de 7 – 8 m pentru pompa de suprafa\`. Mai exact, diferen\a de în`l\ime pân` la aceast` valoare este preluat` de ejector.

Pompele RSM sunt turbopompe de suprafa\` multietajate cu ax orizontal. iar pompele RVM sunt pompe de suprafa\` multietajate cu ax vertical. Aceste tipuri de pompe sunt deseori utilizate la construc\ia grupurilor de pompare.

Pompele SUB, SCM, SVM sunt pompe centrifuge multietajate de adâncime ]i se folosesc la pomparea apei din pu\uri de adâncime.

Pompele TFE, TSN, SXG sunt pompe submersibile pentru evacuarea apelor uzate. Din punct de vedere tipologic ele sunt turbopompe cu rotor retras.

Figura 4.36


4.3 Criterii de alegere a pompelor

Ca o concluzie a capitolelor anterioare se pot enun\a în acest moment criteriile de alegere a pompelor :

§ scopul în care pompa este folosit`: în func\ie de cerin\a respectiv` se alege o pomp` care s` corespund` din punct de vedere constructiv;

§ temperatura lichidului vehiculat: se alege o pomp` care s` poat` func\iona la temperatura lichidului vehiculat în instala\ia respectiv`; plaja de temperaturi la care poate func\iona pompa respectiv` este dat` de fabricant în prospectul pompei;

§ tipul lichidului vehiculat: se alege o pomp` care s` poat` vehicula lichide cu densitatea cerut` de aplica\ia respectiv`; în cazul apelor uzate cu suspensii solide (ape uzate menajere) se alege un tip constructiv de pomp` care s` transporte acest tip de lichid (vezi pompa cu rotor retras);

§ în`l\imea de pompare ]i debitul: se alege o pomp` a c`rei în`l\ime de pompare respectiv debitul pompat s` satisfac` sarcina hidrodinamic` necesar` respectiv consumul de ap` ale instala\iei interioare deservite;

§ randamentul pompei: punctul de func\ionare al pompei alese încadrate în sistemul hidraulic trebuie s` se g`seasc` într-o zon` de randament mare a pompei respective pentru a asigura costuri reduse ale energiei de exploatare; cu alte cuvinte parametrii punctului de func\ionare Q

F respectiv H

F trebuie s` fie cât mai apropia\i de parametrii nominali înscri]i pe pl`cu\a

pompei.§ în`l\imea geodezic` maxim` de aspira\ie H

ga : pompa nu trebuie s` func\ioneze în regim de

cavita\ie; se verivic` îndeplinirea condi\iei NPSHd>NPSH

c.

4.4 Instala\ii de pompare a apei cuplate cu recipiente de hidrofor

Instala\iile de alimentare cu ap` rece ]i cald` pentru consum menajer se caracterizeaz` printr-o varia\ie foarte mare a debitului de ap` în timp. Astfel, în cursul unei zile, consumul de ap` este foarte mare diminea\a, scade apoi în cursul zilei pentru a avea iar o cre]tere foarte puternic` dup` ora 4 dup` – amiaza. Este evident c` o pomp` nu poate prelua în func\ionarea ei aceste varia\ii mari de debit. Din aceast` cauz` se prev`d în foarte multe cazuri pentru ridicarea presiunii apei în cazul instala\iilor de alimentare cu ap` a cl`dirilor pentru consum menajer instala\ii de ridicare a presiunii apei cuplate cu recipiente de hidrofor.

Schema unei astfel de instala\ii este prezentat` în figura 4.37:

Elementele componente ale instala\iei sunt urm`toarele:Conducta public` CP reprezint` practic sursa de ap` pentru instala\ia de hidrofor; în cazul în care

aceast` conduct` nu exist` (lucuin\e în mediul rural) sursa de ap` este asigurat` din pu\uri de adâncime.Conducta de bran]ament CB transport` apa de la conducta public` (sursa de ap`) la vasul

tampon.

Figura 4.37


Filtrul de impurit`\i F se monteaz` pe conducta de bran]ament în amonte de contorul de ap`.Contorul de ap` CA înregistreaz` cantitatea de ap` consumat` în instala\ia respectiv`. Acesta se

monteaz` între dou` robinete ]i este prev`zut cu o conduct` de by-pass prev`zut` cu robinet.Rezervorul tampon RT are un dublu rol:§ protejeaz` conducta public` de varia\iile de debit/presiune ce pot fi generate de func\ionarea

pompelor;§ înmagazineaz` o cantitate de ap`.

Rezervoarele tampon pot fi închise sau deschise. Cele deschise înmagazineaz` apa la presiune atmosferic` în timp ce rezervoarele tampon închise men\in aproximativ presiunea din conducta public`. În cazul rezervoarelor tampon deschise (folosite cel mai frecvent în cazul instala\iilor de hidrofor) alimentarea acestora se face prin intermediul unei baterii de robinete cu plutitor care se închid automat în momentul în care apa atinge nivelul maxim în rezervor. De asemenea aceste rezervoare sunt prev`zute cu o conduct` de prea-plin legat` la canalizare pentru eliminarea apei la canalizare în cazul unei avarii.

Pompa P este utilajul care ridic` presiunea apei. În sta\iile de hidrofor se monteaz` dou` sau mai multe pompe dintre care una este de rezerv`. Pe conductele de aspira\ie ale pompelor se prevede o van` de închidere iar pe conductele de refulare câte o clapet` de sens ]i o van` de închidere.

Recipientul de hidrofor cu membran` elastic` RH serve]te la men\inerea presiunii apei ]i este prev`zut cu un manometru M ]i cu un presostat PS care comand` pornirea ]i oprirea pompei.

Conducta de ocolire CO se folose]te dac` presiunea din conducta public` este suficient` pentru alimentarea instala\iei interioare, sau în condi\ii de avarie a sta\iei de hidrofor, caz în care este evident c` nu se asigur` parametrii de presiune ceru\i. Pe conducta de ocolire se monteaz` o clapet` de sens ]i o van` care în condi\ii de func\ionare normal` a sta\iei de hidrofor este închis`.

4.4.1 Func\ionarea instala\iei de hidrofor

Apa trece din conducta public` în vasul tampon prin intermediul conductei de bran]ament. Nivelul apei în acesta este controlat de c`tre o baterie cu robine\i cu plutitor.

Pompa aspir` apa din vasul tampon ]i o refuleaz` în recipientele de hidrofor. Aceasta nu func\ioneaz` continuu ci într-un ciclu de 25 – 35 porniri – opriri/or`. În timpul func\ion`rii pompa refuleaz` ap` atât în instala\ia interioar` cât ]i în recipientul de hidrofor. În consecin\`, nivelul presiunii în acesta cre]te pân` la o valoare limit` H

o, moment în care presostatul PS comand` oprirea pompei. În continuare se consum` ap`

din recipientul de hidrofor pân` în momentul când presiunea în acesta atinge valoarea minim` Hp, moment în

care presostatul comand` pornirea pompei ]i ciclul se repet`. Valoarea minim` a presiunii Hp în recipientul de

hidrofor este egal` cu sarcina hidrodinamic` necesar` Hnec

a instala\iei interioare deservite (vezi cap.2).Se observ` c` volumul apei în recipientul de hidrofor variaz` între o valoare maxim` atunci când se

opre]te pompa ]i o valoare minim` atunci când porne]te pompa (fig. 4.38). Volumul de lichid aflat între cele dou` niveluri poart` numele de volum util.

Punctul de func\ionare al unei pompe încadrate într-o instala\ie cu recipient de hidrofor se deplaseaz` în timpul func\ion`rii pompei pe caracteristica energetic` a acesteia între valorile extreme reprezentate de punctul de func\ionare la pornirea pompei PF

p ]i punctul de func\ionare la oprirea pompei PF

o (fig.4.39):

Figura 4.38


4.4.2 Dimensionarea utilajelor din sta\ia de hidrofor

Dimensionarea rezervorului tampon

Volumul rezervorului tampon pentru un ansamblu de cl`diri se calculeaz` cu rela\ia:

[l] (4.39)

în care Qp reprezint` debitul sta\iei de hidrofor în [l/s]. Acest debit se calculeaz` conform metodologiei

de stabilire a debitului descris` în capitolul 2 al acestei lucr`ri pe baza echivalen\ilor de debit ai consumatorilor din instala\ia interioar` deservit` de sta\ia de hidrofor.

{n cazul unei singure cl`diri se poate prevede un rezervor tampon cu volumul cuprins [ntre 500 l ]i 1500 l.

Dimensionarea recipientului de hidrofor

Volumul recipientului de hidrofor se calculeaz` cu rela\ia:

[l] (4.40)

în care:Q

p – debitul pompei în m3/h;

n – num`rul de porniri/opriri ale pompei care se ia 25 – 30 porniri-opriri/or` sau chiar mai mult dac` motorul pompei permite;

Hp – presiunea în recipientul de hidrofor în momentul pornirii pompei în mCA egal` cu sarcina

hidrodinamic` necesar` a instala\iei deservite;H

p = max (H

nec AR, H

nec AC);

Ho – presiunea în recipientul de hidrofor în momentul opririi pompei în mCA. H

o se alege cu 10 ... 15

mCA mai mare decât Hp.

Presiunile Ho respectiv H

p sunt date în scar` manometric`.

Figura 4.39


Alegerea pompei

A]a cum se observ` în figura 4.50 o pomp` încadrat` într-o instala\ie de hidrofor func\ioneaz` între dou` puncte: PF

p la pornirea pompei, caracterizat prin debitul Q

pp ]i în`l\imea de pompare H

pp ]i PF

o la oprirea

pompei, caracterizat prin debitul Qpo

]i în`l\imea de pompare Hpo

. În`l\imile de pompare H

pp respectiv H

po se calculeaz` cu rela\iile:

[mCA] (4.41) [mCA] (4.42)

în care hrp ]i h

ro reprezint` pierderile de sarcin` pe conducta de pompare între vasul tampon ]i

recipientul de hidrofor la pornirea, respectiv oprirea pompei. Pentru acestea se consider` estimativ valorile: h

rp=1...3 mCA respectiv h

ro=1...2mCA.

Metodologia de alegere a pompei este urm`toarea: § se alege preliminar o pomp` pentru un debit mediu Q

p care s` asigure în`l\imile de pompare la

pornire ]i oprire Hpp

respectiv Hpo

. § se determin` pe curba energetic` a pompei punctele de func\ionare PF

p respectiv PF

o

corespunz`toare în`l\imilor de pompare Hpp

respectiv Hpo

, § se identific` debitele corespunz`toare acestora Q

pp respectiv Q

po;

§ se verific` aproximativ condi\ia .; dac` aceasta se verific` pompa este bine

aleas`, dac` nu se revine ]i se alege alt` pomp`.

4.5 Grupuri de pompare

În ultima vreme instala\iile clasice de ridicare a presiunii apei cuplate cu recipiente de hidrofor folosite pentru consumul menajer sunt din ce în ce mai des înlocuite cu grupuri de pompare moderne. Acestea sunt utilaje unitare (fig. 4.40) alc`tuite din dou` sau mai multe pompe cuplate în paralel, ale c`ror racorduri de aspira\ie sunt legate la o bar` de aspira\ie iar racordurile de refulare sunt legate la o bar` de refulare. Pe bara de refulare se monteaz` unul sau dou` recipiente cu membran` destinate s` preia varia\iile de debit din instala\ie.

Func\ionarea acestor grupuri de pompare este complet automatizat` cu ajutorul unor traductori de presiune monta\i pe b`rile de refulare, respectiv aspira\ie ce transmit date c`tre un panou de automatizare. În func\ie de informa\iile primite acesta comand` pornirea, respectiv oprirea pompelor.

Figura 4.40


Elementele componente ale unui grup de pompare sunt: § P – Pompe; § BA – Bar` de aspira\ie; § BR – Bar` de refulare; § PA – Panou de automatizare; § VE – Vas de expansiune; § TP – Traductori de presiune; § CE – Circuite electrice.

Spre deosebire de instala\ia clasic` de hidrofor prezentat` anterior, prev`zut` cu o singur` pomp` ]i eventual una de rezerv` care nu era activ`, în cazul grupurilor de pompare varia\iile de debit sunt preluate de c`tre func\ionarea uneia sau mai multor pompe în func\ie de necesit`\i ( vezi paragrafele urm`toare 4.5.1 respectiv 4.5.2)

Grupurile de pompare pot fi împ`r\ite în dou` categorii, dup` prezen\a sau nu a pompelor cu tura\ie variabil`:

§ Grupuri în cadrul c`rora toate pompele func\ioneaz` cu tura\ie constant`;§ Grupuri în cadrul c`rora o pomp` sau mai multe func\ioneaz` cu tura\ie variabil` ]i restul cu

tura\ie constant`.

4.5.1 Grupuri de pompare în cadrul c`rora toate pompele func\ioneaz` cu tura\ie constant`

Principiul de func\ionare al acestor grupuri de pompare este urm`torul: în func\ie de debitul consumat la arm`turile instala\iei interioare deservite func\ioneaz` una sau mai multe pompe în a]a fel încât în`l\imea de pompare s` fie permanent men\inut` între dou` valori limit` H

max ]i H

min. Pornirile ]i opririle acestora sunt

comandate de sistemul de automatizare al grupului. S` urm`rim pe figura 4.41 analiza func\ion`rii acestui tip de grup de pompare:

În timpul func\ion`rii acestui grup de pompare reglajul se face între valorile în`l\imii de pompare Hmax

]i H

min. În cazul unui consum mic de ap` în instala\ia interioar`, punctul de func\ionare este A ]i se g`se]te la

intersec\ia caracteristicii de func\ionare a unei singure pompe cu caracteristica sistemului. În momentul în care consumul de ap` cre]te, modulul de rezisten\` al sistemului scade ]i punctul de func\ionare se deplaseaz` pe curba pompei pân` când ajunge în punctul B în dreptul valorii H

min. În acest moment intr` automat în func\iune

a doua pomp` ]i punctul de func\ionare al grupului se deplaseaz` pe caracteristica de moment a sistemului hidraulic în punctul C. În continuare dac` debitul (consumul de ap` în instala\ia interioar`) cre]te punctul de func\ionare se deplaseaz` în D, moment în care porne]te automat alt` pomp` ]i punctul de func\ionare al ansamblului se mut` în E. Dac` debitul de ap` începe s` scad`, modulul de rezisten\` cre]te ]i punctul de func\ionare se deplaseaz` pe caracteristica de func\ionare a grupului în punctul F, moment în care o pomp`

Figura 4.41


este oprit` ]i punctul de func\ionare se mut` pe caracteristica sistemului hidraulic în punctul G. În mod similar, dac` debitul continu` s` scad` punctul de func\ionare ajunge în H, moment în care înc` o pomp` este oprit` automat ]i acesta ajunge în I.

Pornirile ]i opririle pompelor sunt comandate de la panoul de comand` în urma semnalelor primite de la traductoarele de presiune amplasate pe refulare ]i aspira\ie.

4.5.2 Grupuri de pompare în care o pomp` func\ioneaz` cu tura\ie variabil`

Principiul de func\ionare al acestor grupuri de pompare este urm`torul: în func\ie de debitul consumat la arm`turile instala\iei interioare deservite, func\ioneaz` una sau mai multe pompe dintre care una este ac\ionat` cu tura\ie variabil`, în a]a fel încât în`l\imea de pompare s` fie teoretic men\inut` la valoarea H

F. În realitate este evident c` aceasta variaz` totu]i pu\in în jurul valorii H

F pentru a

putea permite practic comenzile de pornire ]i oprire ale pompelor care sunt comandate de sistemul de automatizare al grupului. S` urm`rim pe figura 4.42 analiza func\ion`rii acestui tip de grup de pompare:

Se presupune c` debitul cerut de instala\ia interioar` este mic ]i func\ioneaz` o singur` pomp` cu tura\ia constant`. Punctul de func\ionare se g`se]te în A. Dac` debitul începe s` creasc` intr` automat în func\iune pompa cu tura\ie variabil`. Aceasta î]i adapteaz` tura\ia în mod continuu în a]a fel încât s` men\in` în`l\imea de pompare constant` la valoarea H

F. Evident, exist` o mic` varia\ie în jurul acestei

valori pentru a putea comanda procesul de varia\ie a tura\iei pompei, cât ]i de pornire/oprire a celorlalte pompe cu tura\ie fix`. Punctul de func\ionare se deplaseaz` astfel în B, dup` care ajunge în C, moment în care intr` automat în func\iune a doua pomp` cu tura\ie constant`, iar pompa cu tura\ie variabil` revine la un debit mic reluându-]i ciclul pentru a prelua varia\ia de debit între C ]i E. Dac` debitul scade procesul este acela]i în sens invers, pompele cu tura\ie constant` fiind oprite una câte una, iar cea cu tura\ie variabil` preluând varia\ia de debit între dou` puncte fixe.

Din punct de vedere energetic solu\ia grupurilor de pompare este mai economic` decât solu\ia instala\iei de ridicare a presiunii cuplat` cu recipient de hidrofor, mai ales în cazul grupurilor de pompare cu o pomp` cu tura\ie variabil`, care se muleaz` perfect cerin\elor instala\iei interioare de alimentare cu ap`.

4.5.3 Alegerea grupurilor de pompare

Alegerea grupurilor de pompare se face dup` curbele de catalog la sarcina hidrodinamic` necesar` (H

nec) ]i la debitul de calcul (q

c) ale instala\iei deservite determinate dup` metodologia prezentat` în capitolul

2 al acestei lucr`ri.

Figura 4.42


Volumul vasului de expansiune se determin` cu aceea]i formul` utilizat` pentru instala\ia clasic` de hidrofor:

[l] (4.40)

în care îns` de data aceasta debitul Qp este debitul celei mai mici pompe din grupul de pompare în

cazul unui grup f`r` pomp` cu tura\ie variabil` sau 25% din debitul celei mai mici pompe în cazul unui grup cu pomp` cu tura\ie variabil`. Restul m`rimilor au acelea]i semnifica\ii ca la instala\ia clasic` de hidrofor.

4.6 Exemple de calcul

În cele ce urmeaz` vor fi prezentate dou` exemple de calcul pentru rezolvarea instala\iilor de pompare pentru o cl`dire individual` alimentat` dintr-un pu\ de adâncime ]i pentru un bloc de locuin\e având regimul de în`l\ime P+4 ]i un num`r de 14 apartamente.

Exemplul de calcul 1:

Se cere rezolvarea instala\iei de pompare pentru o cl`dire individual` având trei grupuri sanitare ]i o buc`t`rie ce este alimentat` cu ap` dintr-un pu\ forat. Sarcina hidrodinamic` necesar` a instala\iei interioare, calculat` dup` metodologia prezentat` în capitolul 2 al acestei lucr`ri este H

nec = 14 mCA, iar debitul este: q

c=

24 l/min.Se vor lua în considerare 3 situa\ii:

1. Se va folosi o pomp` de suprafa\` autoamorsant` iar adâncimea pu\ului este de 6 m;2. Se va folosi o pomp` de suprafa\` autoamorsant` iar adâncimea pu\ului este de 20 m;3. Se va folosi o pomp` submersibil` iar adâmcimea pu\ului este de 20 m.

Rezolvare:

Pentru alimentarea cu ap` a cl`dirii individuale din tem` se adopt` o instala\ie de ridicare a presiunii apei cuplat` cu recipient de hidrofor. În func\ie de cele trei cazuri prezentate mai sus se vor alege urm`toarele trei variante:

1. Având în vedere c` pu\ul forat are o adâncime mai mic` de 7 –8 m se poate alege o pomp` de suprafa\` simpl` autoamorsant` cu jet de tip CAM, CA. Schema de montaj este prezentat` în figura 4.43.

Figura 4.43


Din catalogul Black Sea se alege o pomp` autoamorsant` cu jet de tip CA – CAM 40. Din curbele de catolog se cite]te c` aceast` pomp` func\ioneaz` pentru în`l\imea de pompare H

p=18 mCA la un debit q

p=45 l/min care este acoperitor pentru exemplul considerat (figura 4.44).

2. În al doilea caz, având în vedere c` adâncimea pu\ului este mai mare de 7 – 8 m se va alege o pomp` de suprafa\` autoamorsant` cu în`l\ime mare de aspira\ie de tip APM cu ejector montat în pu\ (figura 4.45):

Acest tip de montaj se realizeaz` de regul` atunci când în pu\ nu se poate monta o pomp` submersibil`.

În acest caz, a]a cum se observ` pe schem`, ejectorul este montat în pu\ ]i alimentat de pomp` cu „fluidul motor” necesar acestuia. Acest „fluid motor” rezult` din recircularea de c`tre pomp` a unei p`r\i din debit c`tre ejector. Exist` dou` tipuri de montaje posibile în func\ie de diametrul pu\ului:

1. dput

>4” – fluidul motor este trimis printr-o conduct` special` c`tre ejector;

Figura 4.45

Figura 4.44 - DIAGRAMA POMPA CA – CAM 40


2. dput

<4” – fluidul motor este trimis prin spa\iul liber dintre conducta de aspira\ie a pompei ]i peretele pu\ului c`tre un ejector special.

În acest caz în`l\imea de pompare necesar` pentru acoperirea în`l\imii de aspira\ie mari este practic suportat` de c`tre ejectorul din interiorul pu\ului, pompa de suprafa\` contribuind indirect prin furnizarea fluidului motor. Se alege din catalogul Black Sea o pomp` de tipul APM150 la debitul q

p=25 l/min,

în`l\imea de pompare Hp=20mCA ]i adâncimea de aspira\ie de 35 m, cu ejector de tip P30 (figura 4.46).

În cele dou` exemple de mai sus calculele au fost f`cute considerând c` în în`l\imile de refulare prezentate în catalog nu este inclus` ]i adâncimea de aspira\ie.

3. În cazul al treilea în care se folose]te o pomp` submersibil` (fig. 4.47) calculul se face în felul urm`tor: în`l\imea de pompare H

p se calculeaz` ca fiind suma dintre H

nec=14 mCA, adâncimea

pu\ului Hput

=20 m ]i pierderile de sarcin` pe conducta de pompare care se consider` aproximativ h

rp=2 –3 mCA. Rezult` H

p = 36 mCA.

Figura 4.46 - DIAGRAMA POMPA APM 150

Figura 4.47


Din catalogul Black Sea se alege o pomp` de tip SVM100l care satisface cerin\ele qp=24 l/min ]i

Hp= 36 mCA (figura 4.48).

În toate cele trei cazuri prezentate mai sus se recomand` amplasarea unui recipient de hidrofor cu membran`. Volumul acestuia se calculeaz` cu rela\ia 4.40 :

[l] (4.40)

în care se consider` :§ Q

p=24 l/min = 1,44 m3/h;

§ Hp= H

nec= 14 mCA;

§ Ho= H

p + 10 = 24 mCA;

§ n= 35 porniri/h.

Rezult` VRH

= 34,9 l, ]i se alege din catalogul Black Sea un recipient cu membran` AF35 (figura 4.49) cu volumul de 35 l.

De asemenea pot fi folosite hidrofoare ( pompe cuplate din fabric` cu recipiente de hidrofor) în cazul în care caracteristicile acestora se potrivesc cu cele calculate mai sus.

Exemplul de calcul 2

Se cere rezolvarea instala\iei de pompare pentru o cl`dire de locuit având regimul de în`l\ime P+4 ]i un num`r de 14 apartamente. Debitul necesar este q

c= 71,4 l/min ]i sarcina hidrodinamic` necesar` este

Hnec

= 28 mCA. Alimentarea cu ap` se face din conducta de distribu\ie având sarcina disponibil` Hdisp

= 10 mCA. Se vor considera dou` solu\ii :

1) cu instala\ie clasic` de hidrofor ;2) cu grup de pompare.

Figura 4.48 - DIAGRAMA POMPA SVM 1001

Figura 4.49 - RECIPIENT AF35


1) În cazul instala\iei clasice de hidrofor (fig 4.48) se trece la dimensionarea ]i alegerea celor trei utilaje principale : vasul tampon, pompa ]i recipientul de hidrofor. Se alege un vas tampon av@nd volumul de 1000 l. Volumul recipientului de hidrofor se calculeaz` cu formula (4.39) :

[l] (4.39)

în care se consider` :

§ Qp= q

c= 71,4 l/min = 4,28 m3/h;

§ Hp= H

nec= 22mCA;

§ Ho= H

p + 10 = 32 mCA;

§ n= 35 porniri/h.

Rezult` VRH

= 128,4 l, ]i se alege din catalogul Black Sea un recipient cu membran` AF150 cu volumul de 150 l.

Pentru alegerea pompei se calculeaz` în`l\imile de pompare la pornire respectiv oprire cu formulele : [mCA] (4.40) [mCA] (4.41)

în care se consider` hrp

=2 mCA ]i hro =1 mCA. Rezult` H

pp= 24 mCA ]i H

po = 33 mCA. Din catalogul

Black Sea se alege pompa C – CM 35 care s` func\ioneze la ace]ti parametri (figura 4.51).

Figura 4.50 - RECIPIENT AF 150

Figura 4.51 - DIAGRAM~ POMP~ C – CM 35

Manual sanitare112

Pe diagrama pompei se citesc debitele de pornire Qpp

]i de oprire Qpo

corespunz`toare în`l\imilor de pompare H

pp respectiv H

po. Rezult` Q

pp= 87 l/min ]i Q

po= 50 l/min. Media acestor dou` valori este

foarte aproape de valoarea Qp=71,4 l/min ceea ce înseamn` c` pompa a

fost bine aleas`. 2) În cazul asigur`rii pomp`rii cu un grup de pompare se prevede un rezervor tampon de 500 l. Grupul de pompare va fi alc`tuit din dou` pompe identice cu ax orizontal de tip C-CM. Dac` debitul total furnizat de grupul de pompare este debitul calculat q

c= 71,4 l/min, debitul unei singure pompe

ar trebui s` asigure 80 % din debitul de calcul, rezultând valoarea QpI= 57,12 l/min. Pentru acest

debit ]i pentru în`l\imea de pompare Hp=H

nec=22mCA se alege din catalog o pomp` cu ax orizontal

de tip C-CM32. Grupul de pompare va fi alc`tuit din dou` astfel de pompe. Pentru calculul volumului vasului de expansiune se folose]te formula:

[l] (4.39)

în care se consider` : § Q

p= Q

pI= 57,12 l/min = 3,42m3/h;

§ Hp= H

nec= 22mCA;

§ Ho= H

p + 10 = 32 mCA;

§ n= 35 porniri/h.

Rezult` VRH

= 102,6 l ]i se alege din catalogul Black Sea un vas de expansiune AF 100 cu volumul de 100 l.

Figura 4.52 - Diagram` pomp` C - CM32

Figura 4.53 - Vas expansiune AF100

Manual Sanitare Cap.4

Documents

Transcript of Manual Sanitare Cap.4