Pompă monoetajată: în ce situații e cea mai bună alegere

O pompă monoetajată are un singur rotor și o singură carcasă spirală, și exact de aici vin atât punctele ei tari, cât și limitele. Lucrează foarte bine când trebuie mutat mult volum de apă la o înălțime modestă și lucrează prost când i se cere presiune mare la debit mic. Dacă știi în care dintre cele două situații te afli, alegerea e simplă.

Articolul pornește de la întrebarea practică: unde e eficientă, de ce nu urcă la înălțimi mari la debite casnice, cum o protejezi de cavitație (cu un calcul complet) și ce greșeli o distrug înainte de vreme. Comparația cu celelalte tipuri de pompe centrifugale e în ghidul general despre pompe centrifugale.

Unde lucrează eficient o pompă monoetajată

Randamentul unei pompe centrifugale depinde mult de proporția dintre debit și înălțime pe etaj. Indicatorul care o descrie este turația specifică:

n_q = n · √Q / H^0,75, cu n în rot/min, Q în m³/s și H în metri.

Câteva valori calculate la 2.900 rot/min arată imediat unde se află o monoetajată în largul ei:

Rândurile trei și patru descriu aceeași nevoie. Diferența e că o pompă multietajată împarte înălțimea pe mai multe rotoare mici, fiecare lucrând la o turație specifică rezonabilă.

Pe lângă randament, monoetajata mai are o calitate: curba ei Q–H e de regulă mai plată. O variație mare de debit schimbă puțin înălțimea, ceea ce e util la transfer și la irigare, unde debitul fluctuează după câte ieșiri sunt deschise.

De ce nu urcă la înălțime mare

Înălțimea dată de un rotor este, ca ordin de mărime, u² / 2g, unde u este viteza periferică. Cu turația fixată la circa 2.900 rot/min de un motor cu doi poli la 50 Hz, singura pârghie rămâne diametrul.

Un calcul rapid pentru 60 m:

• viteza periferică necesară este de aproximativ √(2 · 9,81 · 60) ≈ 34 m/s;
• la 2.900 rot/min, asta cere un rotor de circa 226 mm;
• ca să treacă doar 3 m³/h printr-un rotor atât de mare, canalele de la ieșire ar ieși de ordinul unui milimetru lățime.

Există monoetajate cu rotoare mari care dau zeci de metri, dar ele sunt construite pentru debite mari, unde canalele largi au sens. La debitele unei case, frecarea discului, scăpările prin jocuri și turbulența din canalele înguste consumă o parte mare din putere. Pompa ajunge la înălțime, dar cu un randament care o face scumpă de exploatat și caldă în funcționare.

Al doilea motiv este ce se întâmplă când cererea scade. O monoetajată aleasă pentru înălțime mare lucrează la debit mic, în stânga curbei, unde apar recirculări interne în rotor, vibrații și încălzire. Nu se strică imediat; se uzează mai repede decât ar trebui.

Cum citești curba unei monoetajate înainte să cumperi

Fișa tehnică spune mai mult decât debitul și înălțimea maximă. La o monoetajată, trei detalii de pe ea decid dacă pompa se potrivește instalației.

Puterea la debit mare. La multe monoetajate, puterea absorbită crește spre capătul din dreapta al curbei. Dacă pompa poate ajunge acolo (o conductă goală la pornire, un furtun desprins, un bazin golit la cotă mică), motorul trebuie să suporte puterea din acel punct, nu doar pe cea din punctul nominal. Verifici valoarea P2 la debitul maxim posibil și o compari cu puterea de pe plăcuța motorului.

Panta curbei, dacă folosești presostat. Un presostat pornește pompa la o presiune și o oprește la alta, mai mare. Ca să se oprească, pompa trebuie să poată atinge presiunea de oprire când consumul scade. O curbă foarte plată se poate apropia de presiunea de oprire fără s-o atingă, iar pompa rămâne pornită continuu. De aceea monoetajatele cu curbă plată sunt comandate mai bine prin plutitor, programator sau variator decât printr-un presostat reglat strâns.

Zona de funcționare recomandată. Unii producători o marchează direct pe curbă. Unde nu e marcată, ține punctul de lucru în jurul debitului de randament maxim, nu în primul sau în ultimul sfert al curbei. Dacă instalația are două regimuri (de exemplu, umplere și menținere), verifică ambele puncte.

Cavitația și NPSH: calculul făcut o dată, corect

Pompele monoetajate de suprafață sunt montate des pe aspirație, deasupra nivelului apei: la bazine, la rezervoare îngropate, la canale de irigare. Tocmai acolo apare cavitația.

Regula e o singură inegalitate: NPSH disponibil > NPSH cerut + marjă. NPSH cerut vine din fișa pompei, citit la debitul real. NPSH disponibil îl calculezi tu:

NPSH disp. = p_atm / ρg − p_vap / ρg − H_asp − h_pierderi

Exemplul următor e o instalație de transfer din rezervor, cu datele de mai jos.

1. Debit: 12 m³/h, prin conductă de aspirație PE 63 (diametru interior 51,4 mm), lungă de 8 m.
2. Viteza pe aspirație: 12 m³/h prin 51,4 mm înseamnă circa 1,61 m/s, deci termenul v² / 2g ≈ 0,13 m.
3. Pierderi liniare: cu un coeficient de frecare de aproximativ 0,019, cei 8 m pierd în jur de 0,38 m.
4. Pierderi locale: sorb cu filtru și clapetă (K ≈ 4) plus două coturi cu rază lungă (K ≈ 0,6 fiecare), adică K ≈ 5,2 și încă 0,68 m. Coeficienții sunt cei din tabelul de pierderi pe fitinguri.
5. Pierderi totale pe aspirație: ≈ 1,07 m.
6. Înălțimea de aspirație: nivelul minim al apei e cu 4,5 m sub axul pompei.
7. Apă la 20 °C, la nivelul mării: presiunea atmosferică echivalează cu 10,35 m, presiunea de vaporizare cu 0,24 m.

NPSH disponibil = 10,35 − 0,24 − 4,5 − 1,07 ≈ 4,5 m. Dacă fișa pompei cere 3,0 m la 12 m³/h, marja este de 1,5 m, iar instalația e în regulă.

Acum schimbă câte o singură condiție și refă calculul:

• Nivelul apei coboară la 7 m sub pompă: NPSH disponibil scade la circa 2,0 m, sub cei 3,0 m ceruți. Pompa cavitează.
• Apa are 60 °C: presiunea de vaporizare urcă la aproximativ 2,07 m, iar NPSH disponibil scade la circa 2,9 m. Tot sub 3,0 m.
• Instalația e la 500 m altitudine: presiunea atmosferică scade la aproximativ 9,75 m, iar NPSH disponibil la circa 3,9 m. Marja coboară sub 1 m.
• Sorbul se colmatează: coeficientul lui poate crește de câteva ori, iar fiecare unitate de K în plus costă încă 0,13 m la această viteză.

Cavitația nu se repară din pompă. Se repară din conducta de aspirație: mai scurtă, mai groasă, cu mai puține coturi și cu pompa mai aproape de apă.

Practica obișnuită e o marjă de cel puțin 0,5 m, preferabil 1 m, pentru că NPSH-ul din fișă e măsurat în condiții de laborator. Mai multe despre sorb și clapeta de pe aspirație sunt în articolul despre amorsarea pompei centrifugale.

Verificarea la punerea în funcțiune

Calculul de NPSH se poate confirma cu primul instrument din tabel, care e și cel mai ieftin. Vacuometrul arată presiunea statică la intrare, sub cea atmosferică.

În exemplul de mai sus, la intrarea în pompă se pierd 4,5 m pe înălțime, 1,07 m pe conductă și încă 0,13 m transformați în viteză, adică circa 5,7 m. Vacuometrul ar trebui să arate aproximativ −0,56 bar. Dacă arată mult mai mult vid, pierderile pe aspirație sunt mai mari decât ai calculat: sorb murdar, cot uitat, conductă strivită sau o vană care nu e deschisă complet.

Pe refulare, un manometru îți dă cealaltă jumătate. Diferența dintre cele două citiri, convertită în metri, este înălțimea pe care o dă pompa. Cu debitul măsurat (de exemplu, cronometrând umplerea unui recipient de volum cunoscut), obții punctul real de lucru și îl poți căuta pe curba din fișă. Dacă punctul nu cade pe curbă, fie rotorul e uzat sau înfundat, fie turația nu e cea nominală.

Mai notează curentul absorbit la prima pornire. O creștere treptată în lunile următoare, la același punct de lucru, e primul semn de frecare în lagăre sau de etanșare care strânge; o scădere, la aceeași deschidere a vanei, indică de obicei debit mai mic, deci aspirație care se înfundă.

Aplicațiile în care o monoetajată e alegerea firească

Transfer și umplere de rezervoare

Diferența de nivel e mică, debitul contează. O monoetajată golește sau umple un bazin repede, iar punctul de lucru stă aproape constant pe durata operației. Timpul de umplere se estimează direct cu calculatorul de timp de umplere.

Irigații de suprafață

Irigarea prin brazde și prin picurare cere debit și presiuni mici, iar aici monoetajata e în zona ei. La aspersoare care cer câțiva bari la duză, pe trasee lungi, înălțimea totală poate trece de 35–40 m, iar debitul pe sector scade. În acel caz refaci calculul de turație specifică înainte să cumperi. Alegerea sursei e tratată separat la pompe pentru irigații din puț.

Recirculare în circuite închise

Într-un circuit închis apa se întoarce de unde a plecat, deci nu există înălțime geodezică de învins, doar pierderile pe traseu. Circulatoarele de încălzire și de apă caldă sunt, tehnic, monoetajate mici. Cum se dimensionează o buclă de acest tip și de ce o pompă prea mare strică mai mult decât ajută se vede la pompa de recirculare pentru apă caldă.

Greșeli care scurtează viața unei monoetajate

O pompă monoetajată rareori moare de bătrânețe. De cele mai multe ori o omoară aspirația, vana închisă sau pornirea fără apă.

• Strangularea aspirației pentru a reduce debitul. Scade NPSH disponibil și produce cavitație. Reglajul se face pe refulare.
• Funcționarea cu vana de refulare închisă. Puterea se transformă în căldură în câțiva litri de apă; la 0,6 kW și 2 l, creșterea e de ordinul a 4 °C pe minut.
• Pornirea fără apă în carcasă. Etanșarea mecanică se încălzește fără film de lichid și se deteriorează rapid.
• Conducta de aspirație cu contrapantă sau cu reducție concentrică. Se formează pungi de aer care dezamorsează pompa. Conducta urcă continuu spre pompă, iar reducția se montează excentric, cu partea dreaptă sus.
• Conducte care atârnă de racordurile pompei. Tensiunile deformează carcasa și încarcă lagărele; conductele au suporturi proprii.
• Pompă aleasă după kW, fără curbă. O pompă prea mare lucrează în stânga curbei, pornește des și se încălzește.
• Monoetajată pusă să urce apa la etajul doi al unei case din rezervor. Sarcina are debit mic și înălțime mare, adică teritoriul pompei verticale sau al unei multietajate orizontale.