Funzionamento a secco della pompa centrifuga: cause, rischi e misure correttive

Le pompe centrifughe sono progettate per funzionare con liquido all'interno della camera della pompa. Il mezzo pompato non solo fornisce il trasferimento di energia idraulica, ma svolge anche un ruolo importante nel raffreddamento, nella lubrificazione e nel mantenimento del funzionamento stabile dei componenti interni.

Funzionamento a seccosi verifica quando una pompa centrifuga funziona senza sufficiente liquido all'interno della camera della pompa. Ciò può accadere quando la pompa perde l'alimentazione di aspirazione, funziona senza un adeguato adescamento o funziona in condizioni di flusso insufficiente.

Anche se il funzionamento a secco può sembrare un semplice problema operativo, può causare gravi danni ai componenti critici della pompa in un breve periodo, in particolare alle tenute meccaniche, ai cuscinetti, agli alberi e ai componenti soggetti a usura.

Comprendere le cause e i metodi di prevenzione del funzionamento a secco è essenziale per migliorare l'affidabilità della pompa e ridurre i tempi di fermo imprevisti.

 

 

1. Che cos'è il funzionamento a secco in una pompa centrifuga?

In condizioni operative normali, il liquido riempie completamente i passaggi di flusso interni di una pompa centrifuga.

Il fluido pompato svolge diverse importanti funzioni:

• Raffreddamento di tenute meccaniche e componenti rotanti
• Fornire lubrificazione per le superfici soggette ad usura
• Riduzione dell'attrito tra le parti in movimento
• Mantenimento dell'equilibrio idraulico
• Stabilizzazione dei giochi interni

Quando l'alimentazione del liquido viene interrotta, l'aria sostituisce il liquido all'interno della camera della pompa. I componenti rotanti continuano a funzionare senza raffreddamento e lubrificazione sufficienti.

Di conseguenza, il calore da attrito aumenta rapidamente, i componenti interni potrebbero surriscaldarsi e la pompa potrebbe subire danni permanenti.

Il funzionamento a secco non deve essere confuso con le normali condizioni di avvio di pompe autoadescanti appositamente progettate o di pompe con specifiche capacità di funzionamento a secco-. Per le pompe centrifughe convenzionali generalmente non è consentito il funzionamento continuo a secco.

 

2. Perché il funzionamento a secco è pericoloso per le pompe centrifughe?

2.1 Guasto alla tenuta meccanica

La tenuta meccanica è solitamente il primo componente interessato dal funzionamento a secco.

Durante il normale funzionamento, tra le facce della tenuta è presente una sottile pellicola di liquido. Questo film fornisce lubrificazione e rimuove il calore generato dall'attrito.

Quando la pompa funziona a secco:

Le facce della tenuta perdono lubrificazione

La temperatura dell'attrito aumenta rapidamente

Gli anelli di tenuta potrebbero rompersi, deformarsi o usurarsi

Potrebbero verificarsi perdite dopo il riavvio

In molti casi, la sola sostituzione della tenuta meccanica non risolve il problema se la causa principale del funzionamento a secco non viene corretta.

2.2 Danni ai cuscinetti e all'albero

Molti componenti delle pompe centrifughe si affidano al liquido pompato o al sistema di lubrificazione per mantenere condizioni operative stabili.

Il funzionamento a secco può causare:

Attrito eccessivo

Vibrazione anomala

Surriscaldamento del cuscinetto

Usura della manica dell'albero

Instabilità del rotore

Per le pompe multistadio ad alta-pressione, il movimento anomalo del rotore causato da una lubrificazione insufficiente può influire anche sui componenti di bilanciamento e aumentare lo stress meccanico.

2.3 Surriscaldamento e danni termici

Senza circolazione del liquido, il calore generato all'interno della pompa non può essere rimosso in modo efficace.

Ciò potrebbe comportare:

Surriscaldamento locale

Deformazione dei componenti

Danni alle parti in polimero o elastomero

Gioco ridotto tra i componenti rotanti

Nei casi più gravi, il surriscaldamento può portare al grippaggio tra le parti rotanti e quelle fisse.

2.4 Prestazioni idrauliche ridotte

Quando l'aria sostituisce il liquido all'interno della camera della pompa:

La girante non è in grado di trasferire energia in modo efficace

Diminuzione del flusso e della pressione

Il funzionamento della pompa diventa instabile

Il rumore e le vibrazioni potrebbero aumentare

Potrebbe sembrare che la pompa funzioni normalmente, ma non svolge più la funzione prevista.

 

3. Cause comuni del funzionamento a secco della pompa centrifuga

Il funzionamento a secco è solitamente causato dalle condizioni del sistema, da problemi di installazione o da un funzionamento improprio piuttosto che dalla pompa stessa.

3.1 Fornitura di liquido insufficiente

La causa più comune è una quantità insufficiente di liquido disponibile all'aspirazione della pompa.

Gli esempi includono:

Livello basso del serbatoio o del serbatoio

Fonte di aspirazione vuota

Disposizione errata del tubo di aspirazione

Richiesta di aspirazione eccessiva

Quando il livello del liquido scende al di sotto della condizione richiesta, l'aria entra nella linea di aspirazione e la pompa perde l'adescamento.

3.2 Adescamento improprio prima dell'avvio

La maggior parte delle pompe centrifughe convenzionali non sono in grado di rimuovere da sole l'aria dal corpo.

Prima dell'avvio, il corpo della pompa e la linea di aspirazione devono essere adeguatamente riempiti di liquido.

Il mancato adescamento della pompa può provocare:

Nessuna erogazione di liquidi

Operazione aerea

Danni alla tenuta meccanica

Prestazioni instabili

3.3 Conduttura di aspirazione bloccata o limitata

Un sistema di aspirazione limitato potrebbe impedire che una quantità sufficiente di liquido raggiunga la pompa.

Le possibili cause includono:

Filtri bloccati

Valvole di aspirazione chiuse

Materiali estranei nelle condutture

Perdite di aspirazione eccessive

Un flusso di aspirazione insufficiente può creare condizioni simili al funzionamento a secco.

3.4 Perdite d'aria nel sistema di aspirazione

Piccole perdite sul lato di aspirazione possono consentire l'ingresso di aria nella pompa.

Le posizioni comuni includono:

Collegamenti dei tubi

Flange

Aree di imballaggio delle valvole

Giunti meccanici

L'aria che entra nella pompa riduce la stabilità idraulica e può interrompere la circolazione del liquido.

3.5 Selezione della pompa o condizioni operative inadeguate

Il funzionamento di una pompa al di fuori del range previsto può aumentare il rischio di condizioni di aspirazione instabili.

I fattori includono:

Selezione della dimensione della pompa errata

NPSH disponibile insufficiente

Velocità di aspirazione eccessiva

Funzionamento lontano dal punto di migliore efficienza

Una pompa scelta correttamente deve corrispondere alla portata, alla prevalenza, alle proprietà del fluido e alle condizioni di installazione effettive.

 

4. Differenza tra funzionamento a secco, cavitazione e deadheading

Questi tre problemi a volte vengono confusi, ma hanno cause diverse.

Corsa a secco

Nella camera della pompa manca abbastanza liquido.

Problema principale:

Nessuna lubrificazione e raffreddamento → surriscaldamento e danni meccanici

Cavitazione

All'interno della pompa è presente del liquido, ma la pressione locale scende al di sotto della pressione del vapore e si formano bolle di vapore.

Risultati tipici:

Danni alla superficie della girante

Rumore

Vibrazione

Prestazioni ridotte

Deadheading

La pompa funziona con liquido all'interno ma il flusso di scarico è bloccato.

Il liquido rimane intrappolato all'interno dell'involucro provocando:

Aumento della temperatura

Instabilità idraulica

Possibili danni alla pompa

La diagnosi corretta è importante perché ogni condizione richiede soluzioni diverse.

 

5. Come prevenire il funzionamento a secco della pompa centrifuga

5.1 Corrette procedure di avvio

Prima di iniziare:

Confermare un livello di liquido sufficiente

Aprire completamente la valvola di aspirazione

Riempire e sfiatare la pompa se necessario

Verificare che le tubazioni non siano ostruite

Non avviare mai una pompa centrifuga convenzionale senza verificare la disponibilità del liquido.

5.2 Installazione dei dispositivi di protezione

Per le applicazioni critiche è possibile utilizzare sistemi di protezione aggiuntivi:

Interruttori di basso livello del liquido

Dispositivi per il monitoraggio del flusso

Sensori di pressione

Monitoraggio della corrente del motore

Protezione dallo spegnimento automatico

Questi sistemi possono arrestare la pompa quando vengono rilevate condizioni di funzionamento anomale.

5.3 Mantenere condizioni di aspirazione adeguate

Un sistema di aspirazione affidabile dovrebbe includere:

Corretto dimensionamento del tubo

Supporto adeguato del tubo

Rischio minimo di perdite d'aria

Margine NPSH adeguato

Condizioni adeguate del livello del liquido

La progettazione del sistema di aspirazione ha un impatto diretto sull'affidabilità della pompa.

5.4 Ispezione e manutenzione regolari

Il monitoraggio di routine dovrebbe includere:

Portata

Pressione di scarico

Vibrazione

Temperatura del cuscinetto

Condizioni della tenuta meccanica

Rumore anomalo

Il rilevamento tempestivo di condizioni anomale può prevenire guasti gravi.

 

Il funzionamento a secco è una delle cause più comuni e prevenibili di guasto della pompa centrifuga.

Sebbene il motore possa continuare a funzionare, l'assenza di liquido all'interno della pompa può danneggiare rapidamente tenute meccaniche, cuscinetti, alberi e altri componenti di precisione.

La chiave per prevenire il funzionamento a secco non è solo riparare le parti danneggiate ma identificare la causa principale:

La fornitura di liquido è sufficiente?

La pompa è adeguatamente adescata?

Il sistema di aspirazione è progettato correttamente?

Sono installati dispositivi di protezione?

Con una corretta selezione, installazione, funzionamento e monitoraggio, le pompe centrifughe possono raggiungere prestazioni stabili e una durata molto più lunga.