In fase di progettazione di un impianto è molto importante considerare il tipo di fluido con cui la pompa dovrà lavorare per evitare di sceglierne una non adatta al tipo di applicazione; il pompaggio di fluidi ad alta viscosità, per esempio, richiede una pompa progettata appositamente per resistere alle sollecitazioni a cui viene sottoposta.

Viscosità dinamica e viscosità cinematica

Non sempre il fluido di lavoro è acqua: può essere un fluido ad alta viscosità, contenete particelle solide o ad alta temperatura.
Tra le varie proprietà dei fluidi va considerata con particolare attenzione la viscosità perché va ad impattare pesantemente sulle performances e sulla resistenza delle pompe.
Esistono due tipi di viscosità:
1. Dinamica: è una misura della resistenza del liquido a fluire quando è applicato uno sforzo tangenziale ed è definita dalla formula:

Dove τ è lo sforzo tangenziale, y è la distanza dal piano fisso dello strato di fluido generico, u(y) è la velocità locale del fluido

2. Cinematica, è una misura della resistenza a scorrere di una corrente fluida sotto l’influenza della gravità. Questa tendenza dipende sia dalla viscosità dinamica sia dal peso specifico del fluido secondo l’equazione:

A seconda che la viscosità rimanga costante oppure no I fluidi si possono dividere in fluidi Newtoniani e fluidi non Newtoniani.
Per i primi è valida la legge di Newton:

Dove: F/S è lo sforzo di taglio, µ è la viscosità dinamica e    è il rapporto tra la differenza di velocità tra i due piani e la loro distanza.
Nel caso dei fluidi non-Newtoniani non è valida l’equazione riportata sopra e possono essere, a loro volta, divisi in tre categorie:
1. Plastici: Lo sforzo di taglio deve raggiungere un determinato valore minimo perché il fluido cominci a scorrere. A questa categoria appartengono ad esempio i detriti di fogna.
2. Pseudoplastici: Diminuiscono la resistenza all’aumentare dello sforzo applicato; la loro viscosità perciò diminuisce. Tra questi fluidi si trovano le argille, il latte e gli impasti di cemento.
3. Dilatanti: Aumentano la resistenza al crescere dello sforzo.

Effetto della viscosità sulle performances delle pompe

Quando una pompa lavora con un fluido viscoso invece che con acqua la potenza assorbita aumenta mentre portata e prevalenza decrescono. Questo fenomeno è legato alla diminuzione di efficienza ed è molto più evidente a basse velocità di rotazione.
La potenza di una pompa può essere descritta con la formula:

Dove

• ρ è la densità
• Q è la portata
• H è la prevalenza
• η_ν è l’efficienza volumetrica
• η_h è l’efficienza idraulica,
• P_df è la potenza persa per attrito dei componenti in rotazione,
• P_m’ è la potenza persa per attrito meccanico.

Un aumento della viscosità va ad aumentare l’efficienza volumetrica perché riduce le perdite per trafilamento, ma di contro l’efficienza idraulica diminuisce e le perdite per attrito aumentano. Questo porta ad una riduzione di efficienza di circa il 20% quando la pompa funziona con un fluido con viscosità pari a 90 cSt rispetto al funzionamento con acqua.

Va inoltre evidenziato che il calo di rendimento non è costante lungo tutta la curva di funzionamento, ma sale quando la portata aumenta rispetto a quella nominale.
Appare chiara l’importanza di scegliere una pompa appositamente studiata per funzionare con liquidi ad alta viscosità.

Utilizzare, infatti, una pompa ad acqua per il pompaggio di fluidi ad alta viscosità porta ad una diminuzione di efficienza e al rischio di guasti dovuti al sovraccarico strutturale dei componenti della pompa con conseguente danno economico.

Tra le pompe adatte al pompaggio di fluidi ad alta viscosità troviamo la pompa X-Class, che grazie al design innovativo della camera che permette di assorbire la maggior parte delle forze dei tubi, ai cuscinetti ad alta resilienza e alle guarnizioni resistenti è particolarmente adatta al pompaggio di fluidi ad alta densità come l’aspartame.

FONTI:

Articolo: “The effect of viscosity om performance osf a low specific speed centrifugal pump” Rouhollah Torabi and Seyyed Ahmad Nourbakhsh