L’attenta valutazione di tutti i parametri tecnici e operativi consente di selezionare l’elettropompa sommergibile più indicata per ciascuna applicazione, in grado di garantire il sollevamento corretto e una lunga durata d’esercizio, in piena sicurezza, a fronte di un consumo energetico contenuto.
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L’acqua è alla base della vita sul nostro pianeta ed è tra le materie prime più utilizzate nelle attività umane. Le acque cariche o reflue sono l’inevitabile sottoprodotto, un rifiuto che attraverso processi tecnologici regolamentati si trasforma nuovamente in risorsa, proteggendo l’ambiente e garantendo continuità al ciclo naturale dell’acqua.
Nei reflui si concentrano un’ampia varietà di inquinanti dalle origini più diverse. La corretta gestione di tutte le fasi del processo (raccolta, depurazione, rilascio/riuso) è fondamentale sia per l’igiene e la salute pubblica, sia per la sostenibilità ambientale dei sistemi idrici territoriali.
La sfida tecnologica inizia dal sistema di pompaggio che rilancia il refluo nella rete di raccolta.
Origine e composizione delle acque cariche
Caratterizzate da soluzioni e tecnologie specifiche in base alla tipologia delle acque cariche, nella maggior parte dei casi le elettropompe sommergibili funzionano completamente immerse nel liquido da sollevare, oppure in parziale sommergenza o completamente a secco. La classificazione dei reflui considera provenienza e composizione, che ne determinano il trattamento.
Acqua piovana
Le acque d’origine meteorica (cosiddette “chiare”) comprendono tutte le precipitazioni su strade, piazze, parcheggi, sottopassi, tetti e coperture, smaltite attraverso la rete fognaria. Per effetto del dilavamento dalle superfici costruite, l’acqua “di prima pioggia” è particolarmente carica di sostanze inquinanti.
Le acque alluvionali, al contrario, sono composte da un mix di reflui (domestiche, industriali, agricole), contengono grandi quantità di particelle sospese e trasportano corpi solidi che possono ostacolare il funzionamento delle pompe. Il loro sollevamento è un’operazione indispensabile per iniziare qualsiasi bonifica.
Acque industriali
I reflui provenienti dai processi produttivi (agroalimentare, cartario, chimico e farmaceutico, metallurgico e tessile) sono una particolare categoria di acque cariche, che può trasportare sostanze chimiche tossiche e inquinanti come metalli pesanti, oli, solventi, tensioattivi, acidi, sali, coloranti, ecc. Nei reflui si trovano normalmente corpi solidi anche di dimensioni medio-grandi, risultato dei processi industriali e agroalimentari di trasformazione.
Le acque industriali subiscono trattamenti specifici prima dell’invio alla rete fognaria, che minimizzano il rischio d’intasamento e ostruzione dell’impianto. A seconda del tipo di solidi trasportati si utilizzano pompe equipaggiate con giranti vortex o trituratori, che riducono le dimensioni dei solidi contenuti. In caso di ambiente aggressivo le pompe sono realizzate con materiali e tecnologie resistenti alla corrosione.
Acque civili
I reflui in uscita dagli edifici civili sono normalmente distinti tra:
– acque grigie (lavandini, docce, vasche ed elettrodomestici) che contengono moderate quantità di grassi, residui di cibo, detergenti e detersivi; con trattamenti adeguati (filtrazione, disinfezione) le acque grigie possono essere riciclate sul posto, per usi non potabili come l’irrigazione e il risciacquo delle cassette wc.
– acque nere (vasi wc) particolarmente cariche di sostanze organiche e microorganismi, che presentano sempre più spesso una grande varietà di corpi solidi, in grado di ostruire le tubature e danneggiare i depuratori.
Prima di essere obbligatoriamente avviate agli impianti di depurazione, per la re-immissione in ambiente, queste acque devono essere trattate per sminuzzare salviette umidificate, assorbenti, tamponi, bastoncini e dischetti di ovatta, cerotti, filo interdentale, ecc.
Le acque provenienti da ristoranti, alberghi ed edifici pubblici per uso civile sono spesso assimilate alle acque d’origine domestica. Anche questi reflui presentano spesso corpi solidi che richiedono il pretrattamento, per sminuzzare i solidi prima dell’invio al depuratore o all’immissione in rete.
La separazione tra reti di scarico per acque grigie e nere è un criterio progettuale sempre più diffuso, che pone le basi per la riduzione dei consumi e la creazione di cicli dell’acqua più sostenibili a livello locale.
Tipologia degli inquinanti
La composizione delle acque cariche può essere estremamente varia e complessa. Colore, odore e torbidità sono indicatori di acque inadeguate al consumo e all’uso, ma solo un’accurata analisi in laboratorio permette di stabilirne le caratteristiche.
Queste acque contengono normalmente sabbia, ghiaia, terriccio, detriti e altre particelle sedimentabili, foglie, fibre e materiali tessili, deiezioni, residui organici, carta, residui alimentari, scarti di lavorazione, ecc. I materiali sedimentabili tendono a depositarsi sul fondo dei serbatoi, mentre quelli più leggeri (argille, fibre, particelle organiche) rimangono in sospensione. Anche la temperatura dell’acqua può costituire un fattore inquinante.
Gli inquinanti chimici si distinguono tra organici e inorganici. Le acque reflue domestiche e zootecniche sono particolarmente cariche di inquinanti organici, di microrganismi patogeni e di parassiti, che possono costituire un pericolo significativo per la salute pubblica.
Tra gli inquinanti inorganici sono molto frequenti sali disciolti (cloruri, solfati), metalli pesanti (piombo, mercurio, cadmio, cromo), nutrienti (azoto, fosforo) e i cosiddetti “microinquinanti” (pesticidi, erbicidi, farmaci, ecc.), particolarmente difficili da rimuovere con i trattamenti convenzionali.
Tecnologia delle pompe sommergibili
Motore elettrico, sistema di tenute meccaniche lubrificate e gruppo di pompaggio (corpo pompa, albero e girante) sono i componenti fondamentali di un’elettropompa sommergibile. Le parti strutturali sono generalmente realizzate in ghisa e acciaio, materiali che assicurano robustezza, e affidabilità operativa. Acciaio inox e leghe speciali sono utilizzati nella realizzazione dei sistemi di taglio e triturazione e nella gestione di liquidi corrosivi o abrasivi.
A parità di prestazioni idrauliche, i motori ad alta efficienza (almeno in classe IE3) hanno consumi energetici inferiori rispetto ai modelli meno performanti, coniugando rendimenti elevati e dimensioni contenute.
Le elettropompe sommergibili sono caratterizzate da un grado di protezione IP68, necessario affinché la pompa operi in servizio continuo e completamente immersa. In queste condizioni il motore è solitamente raffreddato dal liquido pompato. Nelle installazioni a secco o in condizioni di parziale sommergenza, il funzionamento continuo può invece essere garantito dalla camicia di raffreddamento. In questo caso uno specifico sistema a circuito chiuso assicura la circolazione forzata di una miscela refrigerante, separata dal liquido pompato, che dissipa il calore generato dal motore prevenendone il surriscaldamento. La protezione contro le infiltrazioni è generalmente affidata a una doppia tenuta meccanica in carburo di silicio, installata in un’ampia camera d’olio ispezionabile.
L’avviamento e l’arresto automatici possono essere gestiti tramite un interruttore a galleggiante. I modelli più evoluti integrano inoltre sistemi di monitoraggio della temperatura, delle vibrazioni e delle infiltrazioni, abilitando strategie di manutenzione predittiva e contribuendo ad aumentare l’affidabilità complessiva dell’impianto.
Portata, prevalenza, concentrazione di inquinanti e modalità di funzionamento sono i principali parametri da valutare nella scelta dell’elettropompa più adatta alle diverse esigenze, in grado di lavorare nelle migliori condizioni operative e di sicurezza, garantendo il funzionamento corretto e la durata d’esercizio nel tempo, a fronte di un consumo energetico contenuto.
Scelta consapevole
Portata
La “taglia” della pompa (m3/h oppure L/s) dev’essere ottimizzata rispetto all’applicazione. Il sottodimensionamento può comportare numerosi problemi, tra cui malfunzionamenti, tracimazione del serbatoio di raccolta, allagamento e sospensione delle attività. Una pompa sovradimensionata è più costosa, ingombrante e consuma più elettricità del necessario. Motori sotto e sovradimensionati lavorano spesso fuori del proprio range ottimale e tendono a surriscaldarsi.
Prevalenza
La prevalenza (m) corrisponde all’altezza della colonna d’acqua che la pompa può sollevare e si valuta considerando tutte le perdite di carico causate dalle tubazioni (curve, valvole, lunghezza del tratto orizzontale). Anche la prevalenza dev’essere commisurata alle effettive necessità: una prevalenza inferiore comporta gravi difficoltà funzionali e surriscaldamento, mentre una prevalenza superiore tende a provocare funzionamento instabile e consumi elevati.
Concentrazione di inquinanti chimici e fisici
La scelta del tipo di pompa e dei materiali costruttivi dipende dalla quantità dei solidi sospesi. I materiali filamentosi, ad esempio richiedono giranti specifiche (vortex, trituratrici) o sistemi di taglio che evitano il rischio di bloccaggio dell’idraulica. Alti valori di densità e viscosità del refluo possono comportare la necessità di motori più potenti.
Installazione, uso, manutenzione
Le dimensioni del serbatoio e la posizione d’installazione della pompa, in particolare la profondità di lavoro e quindi la pressione a cui è sottoposta, determinano l’ingombro laterale massimo e le caratteristiche di tenuta all’acqua. Nel caso di pompe con funzionamento continuo può essere opportuno scegliere prodotti con alto grado di protezione e con un efficace sistema di raffreddamento. I dispositivi d’aggancio, sostegno e movimentazione influiscono sulla facilità d’installazione e manutenzione.
In pratica:
– portata e prevalenza definiscono le prestazioni idrauliche, espresse dalla “curva di funzionamento” tipica di ciascuna pompa; per il dimensionamento si procede dapprima al calcolo della curva dell’impianto, quindi si sceglie la curva caratteristica della pompa e infine si verifica il punto di funzionamento;
– la composizione chimico-fisica del refluo e le condizioni operative sono determinanti per individuare materiali costruttivi, tipologia di motore e girante, sistema di comando e accessori (basamenti, dispositivi d’accoppiamento, valvole di ritegno e di flussaggio, saracinesche, quadri elettrici e dispositivi di gestione).
Pompe con ampio passaggio libero
Nel sollevamento di acque chiare e grigie, la scarsa presenza di corpi solidi riduce la possibilità di intasamento e induce spesso a utilizzare pompe di drenaggio tradizionali, caratterizzate da ampia sezione di passaggio del refluo e dall’uso di materiali non resistenti a sostanze aggressive.
Dimensioni e consistenza dei corpi in sospensione sono determinanti per individuare la tipologia di girante più idonea al sollevamento di reflui carichi. In generale, per il rilancio verso la rete fognaria, stazioni di raccolta e impianti di depurazione, sono molto utilizzate le pompe vortex e a canali, che permettono di spostare grandi quantità di refluo.
Pompe vortex
Queste pompe sono una soluzione efficace e affidabile per le acque con un alto contenuto di solidi sospesi, fibre e materiali filamentosi. La girante è arretrata rispetto al flusso principale del refluo: crea un potente vortice che trascina il refluo, evitando che i solidi passino attraverso le pale.
Questo design garantisce un ampio passaggio libero a corpi di notevole dimensione, senza il rischio di intasamenti. Utilizzate nelle stazioni di sollevamento, per il rilancio nella rete fognaria di reflui di ogni genere compresi quelli industriali, le pompe con girante vortex sono estremamente apprezzate per la robustezza e l’affidabilità.
Pompe a canali
La girante a canali offre un ottimo compromesso tra efficienza idraulica e capacità di passaggio dei solidi. Le palette curve della girante formano dei veri e propri canali che convogliano il flusso, con rendimenti idraulici superiori soprattutto nei sollevamenti con prevalenza medio-alta.
Le pompe monocanale dispongono di un unico passaggio, ideale per il transito di solidi di medie dimensioni, mentre le bicanale bilanciano le spinte radiali grazie a canali simmetrici, che riducono vibrazioni e usura a vantaggio della maggiore durata d’esercizio. I modelli più evoluti sono equipaggiati con sistemi anti-bloccaggio e anti-intasamento.
Pompe con sistema di taglio
Queste elettropompe sommergibili sono la soluzione tecnica “obbligata” per i reflui con alta concentrazione di materiali solidi, filamentosi e fibrosi, plastica e tessuti, principale causa di intasamento delle idrauliche tradizionali. Il sistema di taglio sminuzza i corpi solidi presenti nel refluo, consentendone il rilancio senza problemi.
Questa applicazione è più gravosa: al contrario delle pompe vortex e a canali, che lasciano passare i solidi, le pompe trituratrici agiscono attivamente sul refluo. Per sistema di taglio, passaggio libero e portata idraulica si distinguo nelle categorie principali “grinder” e “chopper”.
Pompe grinder
Ampiamente impiegate nelle stazioni di sollevamento in ambito civile e industriale, le pompe grinder attuano la triturazione dei solidi mediante un coltello rotante e una controparte fissa, che agiscono come una forbice riducendo i solidi a dimensioni di pochi millimetri.
Realizzato in acciaio inox temprato per resistere all’abrasione, il dispositivo di taglio consente di utilizzare tubazioni dal diametro contenuto, che semplificano la realizzazione dell’impianto. Le pompe grinder sono particolarmente indicate nel caso di bassa portata idraulica, buona prevalenza e solidi di dimensioni medio-piccole.
Pompe chopper
Le pompe chopper sono progettate per acque reflue con solidi voluminosi, fibrosi e difficili da triturare (stracci, plastica, materiali organici coriacei). Sono indicate per applicazioni che richiedono sistemi di taglio robusti ed efficaci, per solidi di grosse dimensioni, come stazioni di sollevamento fognarie, impianti di depurazione, industria, stabilimenti zootecnici e a biomasse.
A differenza delle grinder, queste pompe sono dotate di un coltello posto alla base della bocca d’ingresso. La combinazione ottenuta dalla girante a canali con pale affilate e dalla lama fissa sulla flangia d’aspirazione crea un’efficace azione a forbice, in grado di triturare i rifiuti solidi e fibrosi in pezzi più piccoli, facilitando la gestione di flussi elevati e di carichi molto gravosi e/o imprevedibili, senza rischio di intasamento e bloccaggio.
Un’altra differenza rispetto alle grinder è il passaggio libero, che permette alle chopper di offrire buoni livelli di portata e prevalenza.
Vantaggi delle pompe chopper
Una pompa malfunzionante o in avaria può dare origine a danni e disservizi anche ingenti. Poiché non esiste una pompa che non si blocca mai, nei contesti professionali è sempre necessario garantire un’affidabilità superiore, riducendo al minimo il rischio degli inconvenienti tipici delle altre pompe, come il bloccaggio della girante e l’intasamento delle tubazioni, che si verificano con maggiore frequenza proprio nei periodi di forte afflusso dell’acqua.
In caso di corpi in sospensione fibrosi, plastici e metallici, le pompe chopper sono più indicate non solo per la più ampia sezione libera, ma anche per la superiore portata che abbrevia il tempo necessario allo svuotamento. Le pompe chopper sono particolarmente apprezzate in molteplici impieghi, in ambito civile e industriale, ad esempio per:
– impianti di trattamento delle acque reflue civili;
– stazioni di pompaggio di acque cariche con corpi solidi;
– sollevamenti fognari e in aziende agricole e zootecniche;
– industria agroalimentare (lavorazione della carne, industria ittica e conserviera);
– cartiere (impianti di produzione di cellulosa e carta);
– industria tessile e conciaria (ricircolo delle acque);
Le pompe chopper si prestano anche alla personalizzazione, per ottimizzarne caratteristiche e prestazioni a seconda delle diverse applicazioni.
Sistema di taglio innovativo
Il segmento delle elettropompe sommergibili è estremamente competitivo e orientato alla ricerca e sviluppo. Recentemente un’azienda italiana ha sviluppato un sistema di taglio e frantumazione che migliora notevolmente la capacità di movimentazione delle acque cariche di solidi e fibre, a fronte di portate elevate e di una maggiore efficienza.
L’innovativo sistema di frantumazione è composto da:
– girante a canali con bordi affilati, che convogliano i solidi verso il coltello posizionato sulla flangia;
– mozzo esteso della girante che impedisce l’accumulo dei solidi nella zona d’aspirazione.
La lama sulla flangia d’aspirazione è ottenuta da una fusione unica: la robusta nervatura incrementa resistenza meccanica e durata del dispositivo di taglio, mentre il solco elicoidale allontana i solidi dalla zona a bassa pressione, al centro della girante, impedendo che restino intrappolati nella flangia.
Si tratta della soluzione ideale per la gestione efficiente e senza blocchi delle acque reflue più cariche, quando le pompe da taglio tradizionali incontrano limiti e intasamenti.
I numerosi test di taglio eseguiti hanno evidenziato che il sistema assicura un pompaggio regolare, minimizzando il rischio di intasamenti ed è concepito per facilitare la manutenzione.
Il rasamento tra lama e girante è regolabile tramite guarnizioni in fibra di cellulosa, inserite tra la flangia e il corpo pompa.
