La progettazione e il dimensionamento di un sistema di pompaggio per uso irrigatorio all'interno di un maneggio richiedono un'analisi rigorosa delle variabili idrauliche, geometriche e meccaniche in gioco. L'obiettivo principale è garantire la corretta pressione e portata ai terminali di erogazione (irrigatori a battente), rispettando al contempo i severi vincoli fisici imposti dal pozzo esistente. Un errore di valutazione in queste fasi può compromettere non solo l'efficienza dell'impianto, ma causare danni strutturali irreparabili, come l'incastro permanente della pompa all'interno del pozzo.
1. Dati strutturali del pozzo
Il pozzo presenta un diametro nominale niterno utile di 150 mm (6" circa) e una profondità complessiva di 25 m. Questi elementi introducono vincoli tecnologici invalicabili:
- lo spazio utile interno (150 mm) impone una scelta rigorosa sul diametro massimo esterno della pompa sommersa. È fondamentale garantire un gioco minimo per evitare ile l'incastro della pompa nelle pareti del pozzo durante le fasi di calata.
- Vincolo d'attacco idrico: per preservare le prestazioni fluidodinamiche, la pompa non deve presentare una bocca di mandata di diametro inferiore rispetto all'attacco della linea di distribuzione superficiale. Una strozzatura iniziale causerebbe un picco localizzato di perdite di carico, compromettendo la pressione d'esercizio in ingresso al circuito.
2. Requisiti prestazionali del sistema idrico del maneggio
La distribuzione idrica principale in superficie è affidata a una tubazione da 3". Il sistema di irrigazione del maneggio prevede l'impiego di irrigatori a battente. Le verifiche sul campo hanno rilevato la presenza di idranti con tubo di adduzione da 1" 1/2 e ugelli calibrati da 12 mm. Per coprire l'intera area della pista, è richiesto un raggio d'azione di 25 m per ciascun terminale. Dall'analisi delle schede tecniche di irrigatori simili a quelli installati, emerge che per ottenere il raggio d'irrigazione desiderato (25 m) con un ugello da 12 mm, sono necessarie le seguenti condizioni operative al punto terminale:
- Pressione d'esercizio locale: 3 bar
- Portata singola unità: 150 l/min (equivalenti a 9 m³/h)
Lo scenario operativo attuale vede un sistema di temporizzazione che attiva massimo 3 irrigatori alla volta. la distanza geometrica massima dall'imbocco del pozzo all'irrigatore più sfavorito è pari a 250 m (con 200 m di sviluppo lineare principale).
3. Calcolo della Prevalenza Totale della Pompa
La prevalenza totale di una pompa sommersa (H tot ), espressa in metri di colonna d'acqua rappresenta l'energia totale che la macchina deve imprimere al fluido per il dislivello geometrico:
H_tot = A + B + C
- A = Prevalenza geometrica di sollevamento (profondità del pozzo). Si assume cautelativamente la condizione di massimo dislivello, considerando la quota del fondo del pozzo. Pertanto: A = 25 m.
- B = Prevalenza equivalente alla pressione d'esercizio richiesta ai terminali. La pressione idrostatica richiesta all'irrigatore è pari a 3 bar. Applicando il fattore di conversione fluidodinamico empirico, secondo cui 1 bar ≈ 10 m di colonna d'acqua, otteniamo il valore espresso in metri: B = 3 bar × 10 m/bar = 30 m.
- C = Perdite di carico totali (continue e localizzate) del sistema. Le perdite di carico rappresentano l'energia dissipata dal fluido a causa dell'attrito contro le pareti interne della tubazione (perdite continue) e delle turbolenze generate dai componenti idraulici quali curve, raccordi a T, valvole e riduzioni (perdite localizzate). Per il calcolo delle perdite continue, si fa riferimento alle tabelle tecniche ufficiali Grundfos per tubazioni d'acciaio/plastiche lisce. I dati tabellari indicano che per una tubazione dritta da 3", con una portata di riferimento elevata, la perdita lineare su 100 m è pari a 0,506 m. Essendo l'impianto del maneggio caratterizzato da uno sviluppo articolato in superficie, con la presenza di derivazioni, gomiti e raccordi non perfettamente quantificabili in fase di prima stima, la buona pratica ingegneristica impone l'applicazione di un fattore moltiplicativo di sicurezza. Elevando il coefficiente tabellare drittilineo di un fattore pari a 4-5 volte, si va a computare l'effetto complessivo delle accidentalità di percorso. Su un'estensione lineare massima dell'irrigatore più lontano, si stimano così complessivamente circa 6-7 metri di perdite di carico totali (C = 7 m).
Eseguendo la sommatoria algebrica dei tre contributi individuati:
H_tot = 25 m (A) + 30 m (B) + 7 m (C) = 62 m
Al fine di compensare il progressivo invecchiamento interno delle tubazioni (incremento della rugosità superficiale nel tempo), eventuali cali di tensione elettrica della rete o fluttuazioni stagionali del livello statico/dinamico della falda nel pozzo, il valore viene arrotondato per eccesso introducendo un franco di sicurezza. La prevalenza di progetto viene fissata a 70 metri.
4. Selezione della Pompa e Soluzione del Conflitto Dimensionale
I parametri idraulici di progetto definiti al punto di lavoro ottimale (Duty Point) sono:
- Portata di progetto (Q): 27 m³/h
- Prevalenza di progetto (H): 70 m.
5. Il Problema geometrico del pozzo da 6".
Il mercato delle pompe sommerse industriali offre macchine standard in grado di coprire tali prestazioni accoppiando la parte idraulica a motori elettrici sommersi da 6". Tuttavia, l'ingombro esterno massimo di una pompa standard da 6" si attesta normalmente intorno ai 145 mm nel punto più largo (in corrispondenza della protezione del cavo elettrico). Inserire una pompa da 145 mm all'interno di un pozzo con diametro interno di 150 mm riduce il gioco d'intercapedine a soli 2,5 mm per lato. Tale condizione è tecnicamente inaccettabile e altamente pericolosa: una minima deviazione di verticalità del pozzo, una leggera deformazione della camicia o il deposito di particolato sabbioso provocherebbero l'incastro irreversibile della macchina. La soluzione tecnica adottata è stata trovata in collaborazione col nostro fornitore. Abbiamo optato per una configurazione ingegneristica customizzata: una pompa idraulica a 7 giranti (adatta a sviluppare la pressione richiesta) configurata con una configurazione ibrida flangiata. Sostituendo il motore standard da 6" con un motore elettrico sommerso ad alta densità di potenza da 4" (con potenza nominale di 7 kW), l'ingombro trasversale massimo della macchina nel punto più critico è stato ridotto a soli 136 mm. Questa riduzione strutturale garantisce una tolleranza radiale di ben 7 mm per lato, ampiamente sufficiente a dissipare il calore tramite il flusso d'acqua ascendente, compensare le tolleranze di fabbricazione del pozzo e scongiurare qualsiasi rischio di bloccaggio meccanico, assicurando la piena efficienza e longevità dell'impianto di irrigazione del maneggio.
