Velocità specifica della pompa centrifuga
La velocità specifica è un concetto sviluppato per le turbine idrauliche nel 1915, che è stato successivamente applicato alle pompe centrifughe (Stepanoff, 1948). La velocità specifica è un modo per "normalizzare" le prestazioni di queste macchine idrauliche.
L'equazione comunemente usata per la velocità specifica è la seguente:
Quando sono stato introdotto per la prima volta alla velocità specifica, devo ammettere di non essere rimasto impressionato. Mi sembrava che il concetto potesse essere utile ai progettisti di pompe, ma non vedevo alcun valore per l'utente finale. In seguito ho appreso che il concetto è essenziale per il progettista e, poiché indica la forma della testa, le curve di potenza ed efficienza e la massima efficienza ottenibile, è prezioso anche per gli utenti finali.
Una delle definizioni di velocità specifica è che è la velocità che una pompa modellata girerebbe per produrre una testa di un piede quando pompa un gallone al minuto, ma trovo questa definizione imbarazzante.
Preferisco pensarlo come un numero di indice. In Europa, la velocità specifica è talvolta chiamata "numero di forma" e io preferisco quel nome. Indica le forme delle curve di prestazione e determina anche, in larga misura, la forma del profilo della girante.
Una girante con una bassa velocità specifica ha un profilo sottile (le sartie sono ravvicinate) e un grande diametro esterno (OD) rispetto al diametro dell'occhio. Una girante con un'elevata velocità specifica ha un profilo grasso (le sartie sono molto distanti) e ha un diametro dell'occhiello di dimensioni più vicine al diametro esterno della girante.
La figura 1 aiuta a illustrare il concetto. Il grafico è stato sviluppato anni fa dal Worthington Group ed è ampiamente utilizzato dall'industria. Si noti che i valori della velocità specifica, in unità USA, sono tabulati lungo la parte inferiore del grafico. I piccoli disegni sotto il grafico mostrano i profili delle giranti che corrispondono ai numeri di velocità specifici.
Figura 1
Le piccole curve di prestazione nella parte superiore del grafico illustrano le forme tipiche delle curve di prestazione corrispondenti ai valori della velocità specifica. Si noti che le pompe con una bassa velocità specifica hanno una curva di prevalenza piatta, a volte con un leggero abbassamento all'arresto (capacità zero). Un tale abbassamento non rende la pompa instabile. La curva di potenza è ripida. Aumenta in modo significativo dallo spegnimento al punto di migliore efficienza (BEP).
Nella gamma media dei valori NS, la curva della prevalenza sale continuamente fino allo spegnimento e la curva di potenza cambia poco dallo spegnimento al BEP. Quando NS supera circa 5.000, la pendenza della curva di potenza si inverte, con il valore massimo allo spegnimento, e la curva di prevalenza è molto ripida, con il valore di spegnimento pari a tre volte il valore BEP. (Non avviare uno di questi ragazzi con la valvola di scarico chiusa.)
Derivazione
Per coloro che desiderano vedere una derivazione di NS, viene offerto quanto segue. Uso quella che viene chiamata "legge modellistica" o "legge modello" o "legge fattoriale". Questa "legge" viene utilizzata quando un designer desidera "modellare" una pompa su una di dimensioni diverse.
Il risultato è una velocità specifica. Quando una pompa viene modellata da un'altra, entrambe le pompe hanno la stessa velocità specifica.
Rendendolo senza unità
Si dice comunemente che la velocità specifica è senza unità, ma normalmente non lo è. Negli Stati Uniti, con le unità di cui sopra, non è senza unità. Può essere reso senza unità, però, convertendo la velocità in radianti/secondo, la capacità in piedi cubi/secondo e moltiplicando la prevalenza per la costante gravitazionale “g”.
I valori NS sul grafico di Worthington vanno da 500 a 15.000. Quali sarebbero i valori se dovessimo convertire in numeri senza unità? Dobbiamo dividere N per 9,55 per convertire in radianti/secondo. Q deve essere diviso per 449 per convertire in ft3/secondo e H deve essere moltiplicato per 32,2.
C'è qualche significato per le efficienze massime che si verificano quando NS senza unità è 1,0? Non lo so, ma sembra proprio una felice coincidenza.
Riferimenti
Stepanoff, AJ, Pompe centrifughe e a flusso assiale, John Wiley & Sons, New York, 1948.
Stepanoff, AJ, Pompe e soffianti - Flusso a due fasi, John Wiley & Sons, New York, 1965.
Appunti
Una turbina a reazione è, fondamentalmente, solo una pompa centrifuga che funziona all'indietro, con il fluido che viene spinto all'indietro attraverso di essa.
Se si tratta di una girante a doppia aspirazione, non dividere per 2. Con la velocità specifica di aspirazione, dividiamo la capacità per 2, ma non per la velocità specifica (scarico)