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    Pompe di Risalita: calcolo della portata testo e foto di Danilo Ronchi     Segnala l'articolo ad un amico     Stampa questa pagina    

Pompe di Risalita

La scelta della corretta pompa di risalita non è mai semplice.

Innanzitutto il primo problema è capire quale sia la corretta quantità di acqua da riportare in vasca, e successivamente è riuscire a trovare una pompa che abbia realmente quella portata.

Io propongo la mia idea sulla soluzione del primo problema, a corredo di questo articolo che potrete leggere in calce all’articolo.


Pompa di risalita in azione

Eccoci quindi al secondo problema.

Data la portata stimata di cui abbiamo bisogno, ad esempio 1.000 litri per ora, dobbiamo scegliere la pompa corretta. La prima scelta che sembra logica è quella di acquistare una pompa da 1.000 litri/ora o poco superiore. Questo è sbagliato perché la portata delle pompe è data a prevalenza zero, in pratica quel dato ci indica quanta portata avrebbe la pompa se fosse usata come pompe di movimento, senza nessun bisogno di portare l’acqua dalla quota della pompa ad una quota superiore. La differenza del dislivello da vincere è appunto chiamata prevalenza. Ogni pompa è corredata di un grafico che ci dice come varia la portata al variare della prevalenza. Semplificando il discorso, e facendo riferimento al grafico allegato, se una pompa è accreditata di una portata da 2.400 litri/ora e prevalenza di 370 cm (dati della Eheim 1260), vorrà dire che usata come pompa di movimento riuscirà a muovere 2.400 litri all’ora, mentre se collegata ad un tubo che deve portare l’acqua ad una quota superiore di 370 cm, non riuscirà a portare nemmeno un litro d’acqua. La portata di una pompa però varia non solo con la prevalenza, ma anche in base ad altri fattori: le curve ad esempio agiscono come se aumentassero la prevalenza, i tubi corrugati, e così via.


Il grafico soprastante riporta i dati relativi alla Eheim 1260. Portata di 2400 litri ora a 0 cm di prevalenzae portata nulla alla prevalenza di 370 cm. La variazione fra le due quote è considerata lineare.

Questi valori sono difficilmente individuabili in quanto si dovrebbe utilizzare una equazione non lineare, con una procedura difficilmente automatizzabile e probabilmente non così importante al fine del risultato finale.

Io agirei in questo modo (considerando anche quanto riportato in calce per il dimensionamento della pompa di risalita):

1. Si prende la massima quantità di acqua che il nostro schiumatoio può trattare;
2. Si aumenta questo numero del 10%;
3. Si misura la differenza di quota fra l’uscita dell’acqua in vasca e la posizione della pompa, la cosidetta prevalenza da vincere;
4. Si aumenta tale prevalenza del 15% per tenere conto di tutte le perdite di carico possibile, l’usura dei tubi, le curve e quant’altro;

Si arriva ad avere una coppia di valori di 1.000+10%=1.100 litri ora e 140cm+15%=161 cm di prevalenza da vincere.
 


Prevalenza da misurare in vasca

Ora dobbiamo scegliere la nostra pompa nelle offerte presenti sul mercato.

Nel file excel che ho costruito sono riportati i dati tecnici di diverse pompe in commercio per dare una idea delle caratteristiche di ciascuna di esse, il loro costo, e in modo che vi sia un semplice foglio di calcolo che vi possa fornire molte informazioni utili per la vostra scelta.

Devo fare alcuni distinguo sulle semplificazioni usate nel foglio di calcolo.

1) Data la difficoltà di reperire la corretta curva di carico di ogni pompa, ed in ogni caso la difficoltà di rendere matematicamente l’andamento di una curva non lineare, si è assunto come valido il rapporto lineare fra portata e prevalenza, come se la curva fosse in effetti una linea.

2) Il metodo di calcolo tiene conto della sola prevalenza, aumentata come detto del 15% come suggerito sopra, per calcolare la portata reale, in quanto una precisione maggiore con la complicazione che tenesse conto delle curve, dei materiali impiegati etc non ci avrebbe fornito in ogni caso un dato molto più significativo.

Prendiamo infatti in considerazione il caso reale per vedere quali siano le grandezze in gioco.

Per calcolare la giusta portata dobbiamo calcolare le perdite di carico, e dovremo considerare il moto permanente delle correnti in pressione, la cui equazione è la seguente:

Il moto permanente di un fluido all’interno di condotte cilindriche è almeno mediamente uniforme. La perdita di carico totale per unità di lunghezza della condotta (H1-H2)/L=j è pari alla corrispondente perdita di carico piezometrico (h1-h2)/L=i, detta pendenza motrice. Essa è ovviamente collegata alle grandezze caratteristiche del moto, della condotta e del fluido dall’equazione sopra riportata.

Dove

U=Q/Omega=velocità media=portata/area della sezione;
D=diametro del tubo;
g=accelerazione di gravità=9,81 m/sec^2;
lambda=coefficiente adimensionale di attrito (o di resistenza) funzione in generale della scabrezza relativa del tubo e del numero di Reynolds che dipende a sua volta dalla densità del liquido, dalla viscosità dinamica e dalla viscosità cinematica.

Il problema poi non finisce qua, in quanto dobbiamo calcolare tutte le perdite di carico (restringimenti di sezione, cambiamenti di condotta, curve, etc) e quindi da tutto questo appare chiaro che la trattazione matematica esatta non è propriamente una cosa semplice ed alla portata di tutti, inoltre l’equazione non ammette soluzione matematica diretta se non considerando diverse tabelle, quindi noi ci accontentiamo di studiare la cosa in maniera molto più semplice.

Per facilitare il compito a tutti, anche a coloro i quali non concordano con la mia logica di avere un ricambio vasca-sump maggiore di quanto tratti il proprio schiumatoio, si può usare il seguente foglio di calcolo.

Come detto all’interno ci sono i dati delle pompe più usate in commercio per questo compito, perlomeno nel mercato italiano, e dove è possibile specificare come dati la propria prevalenza ed eventualmente aggiungere i dati della propria pompa se non è contemplata.

Nella prima riga deve essere riportato l’unico dato fondamentale che è la differenza di quota fra l’uscita in vasca dell’acqua e la nostra pompa, chiamato Altezza da vincere. Eventualmente si può correggere la percentuale di correzione che io ho posto uguale al 15% come specificato nel testo, in questo modo poi il programma calcolerà l’altezza corretta. Inoltre ho anche inserito un dato relativo all’ammortamento per poter così calcolare il costo totale durante il nostro arco di utilizzo, quindi dovete porre l’ammortamento uguale al tempo in anni che pensate di tenere la vostra pompa. Il costo watt è stato fissato a 0,22 euro/kwh eventualmente modificabile.

Di ogni pompa sono riportati i seguenti dati:

Il nome, la portata in litri ora, la prevalenza in cm, il consumo dichiarato in watt ed il costo approssimato che ho trovato con una rapida ricerca senza pretesa di perfezione.

Il programma a questo punto calcolerà la PORTATA EFFETTIVA, nelle more di quanto discusso sopra, di ogni pompa riportata nel foglio di calcolo in condizioni standard. Nel caso in cui si avesse la pompa esterna, oppure nel caso in cui vi sia una alimentazione multipla come quella per un eventuale refrigeratore suggerisco di porre la percentuale di correzione ad almeno il 30%.

Inoltre ci sono altri dati sensibili quali l’efficienza della pompa, e cioè quanti litri vengono movimentati per ogni watt (è superfluo pensare che l’efficienza debba essere massima), allo stesso modo quanti euro della pompa ci vogliano per un litro, una sorta di efficienza economica ma tarata solo sul costo della pompa. Poi il costo di mantenimento annuo, il costo totale durante gli anni definiti nella variabile ammortamento anni e i metri cubi movimentati nello stesso periodo. A questo punto l’indice di efficienza totale, che tiene conto della portata reale, del costo di acquisto e del costo di mantenimento, e ci dice quanti metri cubi riusciamo a movimentare per ogni euro che andremo a spendere.

Il file poi presenterà il grafico delle portate per tutte le pompe considerate:

L'ultimo punto riguarda invece la possibilità di mantenere la pompa di risalita collegata ad un gruppo di continuità in modo da alimentarla in caso di interruzione della corrente elettrica. Avendo provato sulla mia stessa vasca due sistemi di questo genere, un UPS della APC da 800VA, e lo Zeus di Ocean Life con batteria da 24V e 40Ah, ho riportato le autonomie di ogni pompa con i due sistemi provati.

Il calcolo è stato fatto semplicemente parametrando la durata reale delle mie pompe con il consumo dichiarato dalle varie pompe, quindi è sicuramente una considerazione di larga massima, ma che può contribuire a fornire una idea della durata delle varie pompe con 2 UPS presenti in commercio, per ulteriori considerazioni rimando ai due link presentati sopra.

ATTENZIONE: tutti i dati sono stati considerati così come proposti dalle case costruttrici ed estratti dal relativo sito quindi il file deve ritenersi largamente teorico, sarebbe interessante poter disporre di tutte le pompe presentate, ed eventualmente anche altre, per poterne misurare portata e prevalenza, in modo da aggiornare i dati presentati in questo articolo con dati reali e misurati.

Per scaricare il file dovete cliccare sull’immagine sottoriportata:



Consigli di dimensionamento della pompa di risalita:


Il dato che ci serve per il corretto dimensionamento è sostanzialmente uno solo, e cioè la portata massima di acqua trattabile dello schiumatoio, dando per scontato che lo schiumatoio sia ben dimensionato per la nostra vasca. In genere gli schiumatoi possono essere regolati fra un minimo ed un massimo, noi dovremmo più che altro dimensionare il tutto per la massima capacità dello schiumatoio. Inoltre sarebbe buona norma non affidarsi ai soli dati teorici perché la realtà, soprattutto per un oggetto idraulicamente complesso come lo schiumatoio, è in genere ben diverso. Se una data marca dichiara di volere una pompa di alimentazione dello schiumatoio da 1.000 litri/ora dovremmo misurare l'effettiva portata perché all'interno dello skimmer vi saranno delle perdite di carico che abbasseranno la portata nominale della pompa. Individuata la corretta quantità di acqua trattata dobbiamo ora decidere quanto ricambio vasca-sump vogliamo avere.

Ci sono diverse scuole di pensiero su questo tema, chi preferisce meno, chi preferisce più, io mi schiero dalla parte di chi preferisce un ricambio d'acqua maggiore di quanto trattato dallo schiumatoio. Il motivo è abbastanza semplice in verità, dal mio personale punto di vista. Per ottenere una certa regolarità di funzionamento sarebbe meglio che vasca e sump abbiano la stessa concentrazione di inquinanti, ed è indubbio che se tutta l'acqua che cadesse in sump venisse trattata dallo schiumatoio avremmo la coincidenza delle due portate.

Perché trattare di più? Perché se consideriamo le perdite di carico ed il fatto che la mescolanza dell'acqua non ci garantisce che tutta l'acqua che scende venga poi trattata, è meglio abbondare leggermente, diciamo di almeno un 10%.

Perché qualcuno dice di trattare di meno? C'è chi asserisce che sia molto meglio trattare meno, perché in questo modo si tratta più volte l'acqua in sump ottenendo un risultato migliore. Questo, sempre dal mio modesto punto di vista, lo ritengo fisicamente assurdo ed economicamente sbagliato. E' assurdo perché se la sump viene "trattata" ad una velocità maggiore si avrebbe un impoverimento degli inquinanti in sump, non bilanciati da quanto proviene dalla vasca, e lo schiumatoio lavorerebbe peggio e con più fatica. Infatti fisicamente è molto più difficile estrarre qualcosa da un liquido quando la relativa concentrazione cala. Inoltre con l'andare del tempo si avrebbe una situazione di stallo perché avremmo acqua sempre più pulita in sump (fino ad un certo limite ovviamente) e se anche la poca acqua che scende in sump venisse trattata perfettamente, avremmo un sistema sump assimilabile ad un grosso schiumatoio, limitato dalla portata della pompa di risalita. Il concetto non è dei più semplici, e spero di essere stato sufficientemente chiaro. Semplificando il mio pensiero, se ci troviamo nella situazione di avere uno schiumatoio più potente della nostra pompa di risalita vuol dire che lo stiamo sotto utilizzando, e tanto valeva averne uno inferiore.

Inoltre una pompa di risalita di maggior portata è utile come contributo al movimento, specialmente in caso di coralli lps o molli, e garantisce un minor effetto volano della sump nei confronti della vasca in tutte quelle situazioni che si possano manifestare, come ad esempio nel caso di uso di un refrigeratore.


 

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