In un mercato altamente specializzato si richiede la capacità di selezionare pompe correttamente e di evidenziarne le caratteristiche in termini sia costruttivi che funzionali. Per questo è necessaria la conoscenza di alcuni concetti tecnici di base comuni a qualsiasi tipo di pompa. In questo opuscolo parleremo di: - Concetti base di idraulica - Curva Q-H (Punto di lavoro) - Pompa - Motore (P1 - P2 - P3) - Rendimenti - Concetto di “Idraulica” - Applicazione di motori di diversa potenza alla stessa girante - Funzionamento con variatore di frequenza - Altri criteri di selezione (materiali, versioni, ecc…)

1. water solutions
Guida alla selezione
delle elettropompe UNIQA®
IT

2. 2
INTRODUZIONE
In un mercato altamente specializzato si richiede la capacità di selezionare pompe correttamente e di evi-
denziarne le caratteristiche in termini sia costruttivi che funzionali. Per questo è necessaria la conoscenza
di alcuni concetti tecnici di base comuni a qualsiasi tipo di pompa.
In questo opuscolo parleremo di:
-- Concetti base di idraulica
-- Curva Q-H (Punto di lavoro)
-- Pompa - Motore (P1 - P2 - P3)
-- Rendimenti
-- Concetto di “Idraulica”
-- Applicazione di motori di diversa potenza alla stessa girante
-- Funzionamento con variatore di frequenza
-- Altri criteri di selezione (materiali, versioni, ecc…)
1. CONCETTI BASE DI IDRAULICA
1.1 Portata (Q)
È il volume di fluido trasportato nell’unità di tempo: Q (m3
/s, m3
/h, l/s, ecc….)
1.2 Prevalenza geodetica (Hg)
La “prevalenza geodetica” o “prevalenza statica” o “salto geodetico” è definita come la differenza di pres-
sione fra la mandata e l’aspirazione del fluido. Pur trattandosi di definizione apparentemente semplice a
volte è interpretata erroneamente con la conseguenza di selezionare la pompa sbagliata. L’esempio che
segue ha lo scopo di chiarire meglio il concetto.
Pressione atmosferica
Δ LivΔ Liv
Somm.
Somm.
Dalla definizione di “prevalenza geodetica”, per entrambi gli impianti vale la seguente:
Hg = Pressione sulla mandata - Pressione in aspirazione
dove:
Pressione sulla mandata = Pressione atmosferica + Δ Livello + Sommergenza
Pressione sull’aspirazione = Pressione atmosferica + Sommergenza

3. 3
Quindi:
Hg = Pressione atmosferica + Δ Livello + Sommergenza - (Pressione atmosferica + Sommergenza)
Da cui, semplificando:
Hg = Pressione atmosferica + Δ Livello + Sommergenza - Pressione atmosferica - Sommergenza
Hg = Δ Livello
I due impianti dell’esempio, pur avendo le pompe installate a diversa profondità, hanno la stessa prevalen-
za geodetica.
1.3 Perdita di carico (Hv)
La perdita di carico è la perdita di energia per attriti e turbolenze causati dal movimento del fluido e dalla
conformazione del circuito idraulico ed è rappresentata dall’equazione generica
Hv = K × v2
/2g
dove:
Hv = perdita di carico del circuito (m); K = coefficiente di perdita di carico del circuito. È una costante pari
alla somma dei coefficienti sperimentali di ogni elemento che genera perdite di carico; v = velocità dell’ac-
qua; g = accelerazione di gravità (m/s2
). Esempio:
Hv5
= K5
× v2
/2g
Hv2
= K2
× v2
/2g
Hv1
= K1
× v2
/2g
Hv3
= 3 × K3
× v2
/2g
K3
}
Hv4
= L × K4
× v2/2g
K4
}Sbocco
Tubazione
(Lunghezza = L m)
Curve (x3)
Valvola di ritegno
Curva in ghisa
K1 … K5 = Coefficienti di perdita di carico specifici per ogni elemento (disponibili su testi e/o manuali di
idraulica).

4. 4
La perdita di carico del circuito è la somma delle singole perdite:
HvTOT
= Hv1
+Hv2
+Hv3
+Hv4
+Hv5
a velocità costante:
HvTOT
= K1
× v2
/2g+ K2
× v2
/2g+ K3
× v2
/2g+ K4
× v2
/2g+ K5
× v2
/2g
HvTOT
=( K1
+ K2
+ K3
+ K4
+ K5
) × v2
/2g
HvTOT
= K × v2
/2g
Per un determinato circuito idraulico la velocità è direttamente proporzionale alla portata quindi la perdita
di carico in quel circuito può essere espressa anche come:
HvTOT
= KQ
× Q2
/2g
Per ogni circuito il valore della perdita di carico varia al variare della portata e può essere rappresentato su
un diagramma Q-H calcolando Hv per diverse portate e tracciando la curva che passa per tali valori:
H
Q
Hv=K × Q2/2g
Hv1
Hv2
Hv3
Hv4
Q1
Q2
Q3
Q4
Hv1
=K × Q1
2
/2g
Hv2
=K × Q2
2
/2g
Hv3
=K × Q3
2
/2g
Hv4
=K × Q4
2
/2g
Perdite di carico
1.4 Prevalenza Totale (Ht)
È la pressione che la pompa deve vincere per trasportare la portata Q da un punto ad un altro ed è pari alla
somma della pressione statica comunemente definita come “Prevalenza geodetica (Hg)” e della pressio-
ne dinamica comunemente definita come “Perdite di carico (Hv)”. L’unità di misura è il metro di colonna
d’acqua (m), ma si possono trovare anche altre unità (BAR, psi, Pascal ecc…).
Ht (m) = Hg (m) + Hv (m)
dove per un determinato circuito idraulico Hg è costante mentre Hv dipende dalla portata (vedi punti 3.2 e
3.3).

5. 5
La prevalenza totale viene rappresentata come segue:
H
Q
Ht=Hg + Hv
Hg
Hv1
Hv2
Hv3
Hv4
Q1
Q2
Q3
Q4
Hv1
=K × Q1
2
/2g
Hv2
=K × Q2
2
/2g
Hv3
=K × Q3
2
/2g
Hv4
=K × Q4
2
/2g
Prevalenza totale
2. PUNTO DI LAVORO
Come è noto, contrariamente alle pompe volumetriche le pompe centrifughe non hanno una portata co-
stante, ma varia in funzione della pressione (prevalenza) che devono vincere. Le prestazioni delle pompe
centrifughe sono rappresentate dalla curva Q in funzione di H.
H
Q
Il punto di lavoro (Q e H) della pompa installata in un determinato circuito risulta dall’incrocio della curva
caratteristica con la curva della prevalenza totale del circuito:
H
Q
Hg
Hv1
Hv2
Hv3
Hv4
Q
H
Hv2
=K × Q2
2
/2g
Hv3
=K × Q3
2
/2g
Hv4
=K × Q4
2
/2g
Hv1
=K × Q1
2
/2g

6. 6
2.1 Variazione di Hg - Campo di lavoro
Nella maggioranza dei casi, le pompe da fognatura sono installate in pozzetti il cui livello varia fra un mas-
simo (avviamento) ed un minimo (arresto). Conseguentemente la pompa non lavora in un singolo punto,
ma in un “campo” rappresentato da un tratto di curva caratteristica. La corretta selezione di una pompa
dovrebbe sempre tenere conto dell’intero campo di lavoro e non di un solo punto.
H
Q
CAMPO DI LAVORO
Hgmax
Hgmin
Hgmedia
Al variare della geodetica, la curva delle perdite di carico rimane uguale, ma si sposta in alto o in basso
seguendo la geodetica. I punti di lavoro risultanti delimitano il campo di lavoro effettivo della pompa su
quel circuito idraulico.

7. 7
2.2 Variazione di Hv - Campo di lavoro
La curva delle perdite di carico di un circuito è di norma costante. Possono comunque verificarsi condizio-
ni che la variano. Ad esempio la regolazione della portata tramite valvola.
H
Q
Hg
VALVOLA APERTA
VALVOLA STROZZATA
CAMPO DI LAVORO
2.3 Pompe in parallelo - Campo di lavoro
Quando più pompe lavorano in parallelo, il punto di lavoro di ogni pompa cambia a seconda di quante
siano in esercizio in quel momento.
H
Q
Hg
Q1 Q2 Q3
CAMPO DI LAVORO DI OGNI SINGOLA POMPA
1 POMPA 2 POMPE 3 POMPE

8. 8
3. POMPA - MOTORE
Se per elettropompe monoblocco di piccola dimensione normalmente per uso domestico parlare di
pompa o di elettropompa può essere indifferente, per elettropompe di maggiori dimensioni è necessa-
rio distinguere la pompa dal motore. Questa distinzione è inoltre indispensabile per capire i concetti di
P1, P2, P3, Rendimento idraulico e Rendimento totale.
3.1 Pompa
È l’insieme di “corpo pompa” e “girante” predisposto per il collegamento ad un motore tramite un siste-
ma di accoppiamento.
Accoppiamento tramite base e giunto Accoppiamento diretto a motore sommergibile
Qualsiasi pompa è caratterizzata dai diametri di aspirazione e mandata e dalla “curva caratteristica”
che ne rappresenta le prestazioni ad una determinata velocità di rotazione:
0
10
20
30
40
0 20 40 60 80 100 120
0
10
20
30
40
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 100 200 300 400 500
140
Q [l/s]
Q [m3
/h]
H[m]
η[%]
P[kW]
Q-P
Q-H
Q-Rend.
DN 150 1450rpm
L’immagine rappresenta la curva caratteristica di una pompa DN 150 alla velocità di 1450 rpm:
• Curva Q-H: valore della portata quando la pompa deve vincere la prevalenza H;
• Curva Q-P: valore della potenza necessaria e quindi da fornire alla pompa per dare un determinato
punto di lavoro Q-H. Questa potenza è chiamata P2;
• Curva Q-Rend.: rapporto fra la potenza richiesta dalla pompa (P2) e la potenza trasmessa al fluido
(P3) ed è chiamato “rendimento idraulico” ηidr
o Etaidr
.

9. 9
P3 - P2 - Rendimento idraulico
P3 è l’energia ceduta al fluido:
P3 (W) = Q(l/s) × γ (Kg/l) × 9,81(m/s2
) × H(m)
Per l’acqua
(γ = 1 Kg/l): P3 (W) = Q(l/s) × 9,81(m/s2
) × H(m)
oppure, cambiando le unità di misura:
P3 (kW) = Q(l/s) / 1000(l/m3
) × 9,81(m/s2
) × H(m) = Q(l/s) / 1000(l/m3
) × 9,81(m/s2
) × H(m)
P3(kW) = Q(l/s) × H(m)
102
(1000/9,81=101,9367)
ηidr
= Q × H
102 × P2
P2 è la potenza di cui la pompa ha bisogno per ottenere la portata Q alla prevalenza H cioè la P3. Il
rapporto fra P3 e P2 è il rendimento della pompa o rendimento idraulico (ηidr
).

10. 10
3.2 Motore
I motori elettrici, oltre che dalla velocità di rotazione assorbimento coppia ecc.., sono caratterizzati dalla
potenza erogata e da quella utilizzata.
P1 - P2 - Rendimento
P2 è la potenza che il motore eroga. Il motore non eroga una potenza fissa, ma uguale alla potenza richie-
sta dalla macchina collegata all’albero. Esempio:
Se l’albero è libero P2 = 0 il motore funziona “a vuoto”
Se all’albero è collegata una macchina che richiede 10 kW, la P2 è 10 kW e si possono verificare 3
condizioni:
-- la potenza nominale del motore è > 10 kW il motore funziona “a carico parziale”
-- la potenza nominale del motore è = 10 kW il motore funziona “a pieno carico”
-- la potenza nominale del motore è < 10 kW il motore funziona “in sovraccarico”
P1 è la potenza che il motore richiede alla rete di alimentazione elettrica per erogare la P2.
P1 = V × I × cos φ × √3
1000
V = Tensione (V); I = Intensità di corrente (A)
Il rapporto fra P2 e P1 è il rendimento del motore:
η = P2
P1
→
→
→
→

11. 11
3.2.1 Motore - Punto di lavoro - Potenza nominale
Una volta alimentato, un motore elettrico tende a fornire la potenza richiesta dalla macchina collegata
all’albero quindi le prestazioni di un motore sono rappresentate da curve del parametro specifico in fun-
zione del carico. Di seguito il grafico del motore ZUG 15/4 con le curve di tutti i parametri in funzione del
carico.
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
40
38
36
34
32
30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0 1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12 13.5 15 16.5 18 19.5
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 110% 120% 130%
Eff.
P1
P2
I/In
P [kW]
P2 [kW]
P2/Pn
(carico)
11.25kW 15kW 18kW
ZUG 15kW - 4 poli
Potenza nominale
Come si vede dal diagramma, il motore può erogare una P2 da 0 a 19,5 kW (teoricamente anche oltre).
Si nota che la corrente assorbita aumenta con l’aumentare della potenza. Il riscaldamento del motore
dipende dall’assorbimento ed aumenta in maniera esponenziale con l’aumento di quest’ultimo. In base
alla temperatura massima accettabile dipendente dal tipo di isolamento e dalle caratteristiche di durata,
affidabilità, rendimento ecc.. da ottenere, il campo di lavoro del motore è limitato ad un valore massimo
di P2 chiamato “potenza nominale” o “potenza di targa” cui corrispondono i valori “nominali” di P1, I, ecc…
Punto di lavoro
In funzione del carico applicato il motore può lavorare in diversi punti, di cui 3 a titolo d’esempio:
P2 = 11,25 kW P1 = 12,07 kW I = 22,5 A η = 93,18%
In questo caso il motore è caricato meno della potenza nominale. Il suo riscaldamento sarà minore di
quello per cui è progettato e quindi la durata potrà essere superiore alla teorica.
P2 = 15 kW P1 = 16,27 kW I = 22,5 A η = 93,18%
Il motore lavora al carico nominale e quindi sui parametri di progetto
P2 = 18 kW P1 = 20 kW I = 31,7 A η = 91,5%
Il motore lavora oltre il carico nominale, è quindi sovraccaricato. La temperatura è più alta della massi-
ma di progetto quindi la durata è inferiore se non nulla (brucia). Per evitare questo possibile problema
il motore viene protetto da un relè che lo arresta quando l’assorbimento supera il valore nominale.

12. 12
3.3 Complesso Pompa + Motore - Rendimento totale
Specialmente per quanto riguarda le elettropompe monoblocco come sono le sommergibili, oltre ai con-
cetti di rendimento pompa e rendimento motore è necessario aggiungere anche il rendimento totale che
è il rendimento della macchina completa.
ηmot.
= P2
P1
ηidr.
= P3
P2
ηidr.
= P3
P1
Parlando di sole pompe il confronto è fatto sul rendimento idraulico e per soli motori sul rendimento
motore. Quando invece si confrontano gruppi pompa-motore come le elettropompe sommergibili, l’unico
confronto corretto è basato sul rendimento totale.
Esempio: si necessiti di una elettropompa per 100 l/s a 10 m per pompare 8000 m3
/giorno, 365 giorni/anno
1) Rendimento pompa = 80% Rendimento motore = 80%
100 × 3,6
Consumo energia = 8000 x 15,3 x 365 = 124.100 kWh/anno
P2 = 100 × 10 = 12,25 kW
1,02 × 80
P1 = 12,25 = 15,3 kW
0,8
2) Rendimento pompa = 75% Rendimento motore = 92%
100 × 3,6
Consumo energia = 8000 x 14,2 x 365 = 115.178 kWh/anno
P2 = 100 × 10 = 13,07 kW
1,02 × 75
P1 = 13,07 = 14,2 kW
0,92
Nel secondo caso il consumo annuo è circa 9000 kWh in meno pur partendo da una pompa con rendi-
mento idraulico inferiore, ma compensato dall’alto rendimento del motore.
→
→

13. 13
Risulta evidente che la soluzione ottimale è rappresentata dall’abbinamento di pompe e motori entram-
bi col massimo rendimento.
Le pompe UNIQA®
sono destinate al pompaggio di reflui non grigliati. Quindi, oltre al rendimento, è quindi
necessario prendere in considerazione l’affidabilità, con particolare attenzione all’intasamento causato da
corpi grossolani. Per questo motivo si è scelto di adottare un compromesso che mette insieme idrauliche
con la massima efficienza possibile ma limitata da un passaggio libero minimo di 80 mm, con motori ad
alta efficienza in classe IE3.
4. UNIQA®
- COSTRUZIONE MODULARE
Il concetto di costruzione modulare, da tempo adottato da molti costruttori, è entrato nella progettazione
della serie UNIQA®
. Lo scopo è mettere a disposizione dell’utilizzatore un gran numero di combinazioni
pompa-motore, in modo da coprire una vasta gamma di prestazioni.
Ciò significa che su una determinata idraulica è possibile montare motori di diversa potenza e numero di
giri, così come giranti di diverso diametro. Gli stessi possono poi essere montati su altre idrauliche.
Ø268
Ø245
Ø235
Ø230
15/4 A 11/4 A 7.5/4 A
IDRAULICA “X”
es. ZUG OC 150A
IDRAULICA “Y”
es. ZUG OC 150B
Lo schema mostra come l’idraulica ZUG OC 150A accoppi giranti con diametro 268, 245, 235, 230 e mo-
tori 4 poli da 7,5 a 15 kW.

14. 14
La curva caratteristica della ZUG OC 150A rappresenta le curve di tutte le giranti con l’indicazione del
motore standard ad esse abbinato:
P2[kW]
Q [l/s]
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 20 40 60 80 100 120 140
H[m]
Q [l/s]
15/4 - 268
11/4 - 245
11/4 - 235
7.5/4 - 230
0
5
10
15
20
25
30
0 20 40 60 80 100 120 140
15/4 - XXX
268
245
235
230
XXX
P2[HP]
0
5
10
15
20
Nota: la curva in rosso non esiste. È stata inserita al solo scopo d’esempio.
Nella normale rappresentazione le curve delle diverse giranti disponibili sono rappresentate col motore
standard che è quello con potenza tale da coprire tutta la curva. Per esigenze particolari, è tuttavia pos-
sibile selezionare un diverso motore purché la sua potenza copra il tratto di curva caratteristica in cui la
pompa lavora.
Esempio:
È possibile accoppiare il motore 15/4 con la girante 245.
In questo caso la massima P2 applicata sarà qualcosa meno di 11 kW quindi il motore scalderà poco e
quindi durerà più a lungo o potrà lavorare anche in acqua a temperatura superiore ai 40°C o con liquidi
a densità maggiore dell’acqua e conseguente maggiore richiesta di P2, o comunque in tutti i casi in cui
sia possibile un sovraccarico e quindi serva un margine di potenza disponibile.
È possibile montare il motore 11/4 sulla girante xxx se si è certi che il campo di lavoro rimarrà com-
preso fra 0 e 40 l/s.
In questo caso la parte di curva oltre 40 l/s verrà rappresentata tratteggiata. Di solito non vale la pena
utilizzare questa possibilità per pompe di modeste dimensioni (fino a circa 30 kW), mentre diventa utile
se non indispensabile per potenze maggiori.

15. 15
5. UNIQA®
- FUNZIONAMENTO CON VARIATORE DI FREQUENZA
Tutte le pompe, anche quelle della vecchia produzione ZENIT possono lavorare con variatore di frequenza.
Le pompe UNIQA®
tuttavia sono progettate appositamente per poterlo fare. In particolare i motori adotta-
no materiali e dimensionamenti appropriati.
5.1 Funzionamento
L’alimentazione della pompa tramite variatore di frequenza consente di variare il numero di giri della giran-
te con conseguente traslazione in alto o in basso delle curve Q-H, Q-P2 e Q-P1. Al variare della frequenza:
-- La velocità di rotazione è direttamente proporzionale al rapporto fra le frequenze
-- La portata è direttamente proporzionale alla variazione di velocità
-- La prevalenza varia col quadrato della variazione di velocità
-- La potenza varia col cubo della variazione di velocità
-- Il rendimento idraulico rimane invariato
Esempio:
A 50 Hz:
-- Q = 100 l/s
-- H = 10 m
-- P2 = 15 kW
-- η = 100 × 10/(1,02x15) = 65,36 %
A 40 Hz:
-- Q = 100 × (40/50) = 80 l/s
-- H = 10 × (40/50)2
= 6,4 m
-- P2 = 15 × (40/50)3
= 7,68 kW
-- η = 80 × 6,4 / (1,02 x 7,68) = 65,36%
A 30 Hz:
-- Q = 100 × (30/50) = 60 l/s
-- H = 10 × (30/50)2
= 3,6 m
-- P2 = 15 × (30/50)3
= 3,24 kW
-- η = 60 × 3,6 / (1,02 x 3,24) = 65,36%
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 100 12010 30 50 70 90 110
30Hz
40Hz
50Hz

16. 16
5.2 Limiti
Frequenza
Per pompe centrifughe il campo di frequenze in cui la pompa può lavorare è delimitato in alto dalla fre-
quenza di targa della pompa (50 o 60 Hz). In basso non c’è un limite applicabile a tutte le pompe, ma
potrebbero esserci limiti specifici per ogni pompa, legati a diversi fattori fra cui:
-- Collasso della curva caratteristica
-- Inefficacia del sistema di raffreddamento su pompe installate a secco
Alcuni costruttori consentono la selezione anche a frequenze sotto i 10 Hz. Il fattore limitante principale
non è legato alla pompa ma al circuito idraulico. Riducendo la frequenza la curva caratteristica potrebbe
scendere sotto la prevalenza geodetica e quindi la portata risulterebbe uguale a zero.
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 100 12010 30 50 70 90 110
10Hz 15Hz 20Hz 25Hz
30Hz 35Hz
40Hz
45Hz
Hg
Nell’esempio il campo di frequenze è limitato a 35 Hz in quanto sotto tale valore la portata è nulla. In ogni
caso si consiglia di contattare il costruttore per conoscere il limite minimo di frequenza per ciascuna
pompa.
Potenza motore
In generale il funzionamento sotto inverter provoca un maggiore riscaldamento del motore a pari assor-
bimento. È quindi necessario valutare il range di lavoro e assicurarsi che alla massima frequenza prevista
la P2 richiesta sia inferiore alla P2 di targa. Il margine di potenza da tenere è tanto maggiore quanto mi-
nore è l’efficienza del motore (di solito 5-10%).
Motori in versione antideflagrante (ATEX)
Come detto in precedenza, sotto inverter a pari carico il motore scalda di più. Questo potrebbe comporta-
re che un motore in classe di temperatura T4, sotto inverter debba essere declassato a T3. Informazioni
precise su questo argomento sono fornite sul libretto uso e manutenzione.
5.3 Applicazioni
Il variatore di frequenza su pompe sommergibili da fognatura viene impiegato su diversi processi e per
diverse esigenze fra cui le più comuni sono la regolazione della portata in funzione di determinate esi-
genze di processo (tipico il ricircolo fanghi), la limitazione delle punte di carico idraulico e la riduzione dei
costi di pompaggio. Il variatore di frequenza funziona inoltre come soft starter e comprende la protezione
amperometrica del motore.

17. www.zenit.comwater solutions
Rev.2
IT -