Pompa sommersa a ingranaggi vs. centrifuga – differenze ed impiego

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Pompa sommersa a vite conica vs. a turbina – differenze e impiego

Quando su atria.sk si occupa di richieste per una pompa per pozzo o foratura, la prima domanda da porsi non è né il marchio né il prezzo, ma il principio di pompaggio. Sul mercato si incontrano essenzialmente due costruzioni fondamentalmente diverse di pompe sommerse – quelle a turbina (spesso multistadio con pale rotanti) e quelle a vite conica (a vite, con una guarnizione elastica statica e un rotore). Entrambe le categorie hanno il loro posto fisso nella pratica, ma confonderle o sceglierle "a occhio" porta quasi sempre a un rapido deterioramento, a un consumo energetico inutile o al fatto che la pompa semplicemente non riesca a portare l'acqua dove serve. In questo articolo vedremo come funzionano entrambe le costruzioni, in cosa differiscono dal punto di vista idraulico, che tipo di acqua riescono a gestire, che durata e manutenzione hanno, e infine proietteremo tutto questo su tipi specifici di pozzi e forature con cui ci si imbatte comunemente presso i clienti.

Principio di funzionamento della pompa sommersa a turbina

La pompa a turbina funziona sul principio della conversione dell'energia cinetica della pala rotante in energia di pressione del liquido. All'interno del corpo della pompa si trova una o (tipicamente per pompe sommerse per pozzi) più pale rotanti disposte in serie – si parla di pompa multistadio. L'acqua entra nel primo stadio, la pala rotante le conferisce velocità, il diffusore converte questa velocità in pressione, e così via passando per gli stadi successivi, finché in uscita non si ottiene la pressione richiesta (altezza manometrica). Più stadi ci sono, maggiore è l'altezza manometrica che la pompa è in grado di generare.

Proprio questa struttura modulare è la ragione per cui le pompe sommerse a turbina del tipo IBO 3" STM 20 sono così diffuse – il produttore produce semplicemente una serie di pompe con lo stesso motore e unità idraulica, solo con un numero diverso di stadi, coprendo così l'intero range delle altezze manometriche richieste, dalle basse (decine di metri) fino alle elevate (150 metri e più).

Le pale rotanti delle pompe a turbina sono generalmente realizzate in tecnopolimero (ad esempio noryl) o in acciaio inox, a seconda della classe della pompa. Il rotore del motore è alloggiato in una camera riempita con olio o acqua, separata da una guarnizione meccanica dalla parte idraulica. Questa configurazione è sensibile alle particelle abrasive – la sabbia agisce come carta vetrata sui cuscinetti e sulle guarnizioni, per cui i produttori concordano sul fatto che il contenuto di particelle solide non debba superare circa 50 mg/l, e nei modelli di migliore qualità con guarnizioni in ceramica fino a 150 mg/l. Con un contenuto di sabbia più elevato, la durata si riduce drasticamente – in pratica abbiamo visto casi in cui una pompa installata in modo errato in un pozzo sabbioso "è morta" entro i tre mesi, pur essendo la durata normale con acqua pulita di 8-15 anni.

Principio di funzionamento della pompa sommersa a vite conica (a vite)

La pompa a vite conica funziona su un principio completamente diverso – è una pompa a volume, non a turbina. All'interno si trova un'asta metallica (di solito cromata o in acciaio inox) di forma eccentrica, che ruota all'interno di una guarnizione elastica (elastomerica) statica. Il rotore non ruota attorno al proprio asse, ma compie un movimento planetario – crea così tra sé e lo statore delle camere chiuse che si spostano progressivamente dall'aspirazione allo scarico e "trasportano" l'acqua chiusa al loro interno come in sacchetti chiusi. Per questo motivo questo tipo è anche chiamato pompa Mohn (dal nome dell'inventore del principio).

Grazie a questo principio, la pompa a vite conica è estremamente tollerante rispetto alle impurità meccaniche e alla sabbia – lo statore in gomma si adatta parzialmente alla sabbia che entra nella camera e la "esclude" senza che si verifichi un inceppamento come con la pala rotante. Per questo motivo le pompe a vite conica sono la prima scelta proprio nei pozzi stretti con un contenuto di sabbia o fango più elevato, dove una pompa a turbina collasserebbe rapidamente. Un tipico rappresentante di questa costruzione nella nostra gamma è Pompa sommersa a vite conica per foratura stretta STING 2", precisamente progettata per forature strette con diametro da 2 pollici, dove una pompa classica da 3" o 4" non si può fisicamente adattare.

Caratteristiche idrauliche – portata, pressione e caratteristica

La differenza tra i due tipi si manifesta in modo evidente anche nella forma della caratteristica idraulica, cioè in come varia la portata in funzione dell'altezza manometrica (pressione).

La pompa a turbina ha una caratteristica decrescente – alla zero altezza manometrica fornisce la massima portata, e con l'aumentare dell'altezza (resistenza delle tubazioni, differenza di altezza) la portata diminuisce gradualmente fino a zero nel punto in cui la valvola è chiusa. Questo significa che la portata di una pompa a turbina è sempre un compromesso tra la quantità d'acqua necessaria e l'altezza/pressione a cui deve essere consegnata. Per il progetto si cerca sempre il punto di funzionamento in cui la curva della pompa interseca la curva della rete tubolare.

La pompa a vite conica, invece, ha una portata praticamente indipendente dalla pressione (entro un range ragionevole) – è una pompa a volume, quindi per un certo numero di giri fornisce circa lo stesso volume d'acqua indipendentemente dal fatto che debba pompare a 20 o a 60 metri di altezza (limitato naturalmente dalla potenza del motore e dalla pressione massima ammissibile). Questo è un vantaggio in caso di altezza manometrica variabile, ma uno svantaggio in caso di funzionamento "a secco" o con lo scarico chiuso – senza un interruttore di portata, la pressione nel sistema può aumentare fino a danneggiare lo statore o le tubazioni.

Pratica conseguenza: con una pompa centrifuga è importante dimensionare correttamente l'altezza manometrica, altrimenti si avrà un flusso eccessivo senza pressione o, al contrario, un flusso insufficiente. Con una pompa a vite il controllo del flusso è più semplice (spesso tramite inverter o strozzamento), ma è sempre necessario garantire la protezione contro il funzionamento a secco e l'intasamento del tubo di mandata.

Sensibilità alla sabbia, alla fanghiglia e ad altre impurità meccaniche

Questo è uno dei problemi più frequenti che affrontiamo quando si sceglie una pompa per una particolare fonte d'acqua. La realtà in Slovacchia è tale che una grande parte delle pozze scavate e molti pozzi (soprattutto vecchi, male costruiti o in rocce meno stabili) producono acqua con una certa quantità di sabbia, soprattutto dopo piogge intense o in caso di abbassamento del livello dell'acqua.

Pompa centrifuga – adatta per acqua pulita o leggermente inquinata. La sabbia causa erosione delle pale, usura dei cuscinetti e intasamenti, in casi estremi può verificarsi l'incagliamento del rotore. Si consiglia un contenuto di particelle solide fino a 50-150 mg/l a seconda del modello.
Pompa a vite – tollerante ad un contenuto maggiore di sabbia e di piccole impurità, nei dati tecnici si indica comunemente una capacità di 150-200 mg/l e più, in alcuni modelli addirittura molto di più per brevi periodi. Lo statore elastico è in grado di "superare" le particelle di sabbia senza incagliarsi.

Nonostante la maggiore tolleranza della pompa a vite rispetto alla sabbia, vale comunque il principio che nessuna pompa apprezza grandi quantità di sabbia grossolana o ghiaia – se la fonte d'acqua o il pozzo "tira" costantemente molta sabbia, è un segnale che bisogna risolvere la causa (tubazione della fonte sottodimensionata o danneggiata, filtro mal posizionato, pompa posizionata troppo in basso e che solleva il sedimento dal fondo). In questi casi si consiglia di installare anche un Filtro anti-sabbia 1" per aspirazione, che catturerà le impurità meccaniche prima che raggiungano la distribuzione dell'acqua in casa, oppure il serbatoio autoclave e le valvole, dove causerebbero usura prematura.

Diametro del pozzo e dimensioni fisiche delle pompe

Le pompe a vite hanno generalmente una forma cilindrica più sottile e allungata, il che le rende l'opzione ideale per pozzi stretti con diametro 2" (circa 50 mm), dove una pompa centrifuga standard da 3" o 4" non si potrebbe nemmeno infilare. Proprio il STING 2" è una soluzione tipica in questi casi – pozzi vecchi e stretti, dove durante la costruzione si contava solo su una pompa manuale o una pompa piccola, e oggi si richiede una potenza maggiore senza dover allargare il pozzo (il che significherebbe nuovi lavori di perforazione e costi elevati).

Le pompe centrifughe vengono prodotte in diametri 3" e 4", dove il IBO 3" STM 20 è una soluzione universale per pozzi comuni con diametro da 3 pollici (circa 76 mm) in su. Le differenze esatte tra i singoli diametri e come misurare il diametro del proprio pozzo vengono trattate in dettaglio nell'articolo Quale diametro di pozzo è necessario: differenze tra pompe 2", 3" e 4".

Confronto generale dei due tipi

Proprietà	Pompa centrifuga	Pompa a vite
Principio	Rotativo, pale rotanti	Volumetrico, rotore in statore elastico
Diametro tipico	3", 4"	da 2" in su
Tolleranza alla sabbia	bassa a media (~150 mg/l)	alta (200 mg/l e più)
Caratteristica del flusso	diminuisce con l'altezza manometrica	quasi costante
Funzionamento a secco	più tollerante a breve termine	molto rischioso per lo statore
Durata dello statore/intasamenti	intasamento – lunga durata	elastomero – usura, sostituzione
Utilizzo tipico	pozzi e fonti comuni, acqua pulita	pozzi stretti, acqua sabbiosa/malata

Sensibilità al funzionamento a secco e avviamento

Il funzionamento a secco (senza acqua nella pompa) è pericoloso per entrambe le costruzioni, ma per motivi diversi. Nella pompa centrifuga l'assenza di acqua significa perdita di raffreddamento e lubrificazione del meccanismo di tenuta e dei cuscinetti – il motore si surriscalda, la tenuta si brucia, nel peggiore dei casi si incaglia l'intero rotore. Nella pompa a vite la situazione è ancora più critica – lo statore in gomma viene lubrificato e raffreddato proprio dall'acqua pompata, e senza essa si brucia e deforma irreversibilmente già dopo pochi secondi o decine di secondi di funzionamento a secco. Per questo motivo si raccomanda assolutamente di installare un interruttore a galleggiante o una protezione elettronica contro il funzionamento a secco, idealmente in combinazione con un interruttore a pressione o a flusso.

L'avviamento della pompa a vite richiede inoltre un momento di avviamento leggermente maggiore, perché il rotore deve superare l'attrito iniziale nello statore (soprattutto se lo statore è "asciutto" dopo un lungo periodo di inattività) – è per questo che in alcuni modelli si raccomanda un inverter con momento di avviamento aumentato o un avviamento morbido.

Qualità dell'acqua, composizione chimica e temperatura

Lo statore in elastomero della pompa a vite è sensibile anche alla composizione chimica dell'acqua – acqua aggressiva con alto contenuto di ferro, manganese, idrogeno solforato o pH estremo può degradare più rapidamente la gomma dello statore rispetto all'acqua potabile normale. Nelle pompe centrifughe con pale in acciaio inox o tecnopolimero questa sensibilità è minore, anche se qui il ferro e il manganese causano con il tempo incrostazioni e intasamenti dei diffusori.

Anche la temperatura dell'acqua gioca un ruolo – la maggior parte delle pompe comuni (di entrambi i tipi) è progettata per acque fino a 30-35 °C, occasionalmente fino a 40 °C in funzionamento continuo con un sufficiente flusso intorno al motore per il raffreddamento. Per acque più calde (ad esempio pozzi geotermici) sono necessarie pompe specializzate, di cui si può ottenere informazione separatamente, il normale assortimento per pozzi non è adatto.

Scenari pratici della pratica quotidiana

Per non rimanere solo nel piano teorico, vediamo alcuni casi tipici con cui i nostri clienti si rivolgono a noi più frequentemente:

Scenario 1: Vecchio pozzo stretto dopo una pompa manuale

Casa di campagna, pozzo scavato 30-40 anni fa, diametro tubo solo 2", originariamente con pompa manuale o a membrana. Il cliente desidera un sistema automatico di approvvigionamento d'acqua in casa. Soluzione: pompa a vite STING 2", perché una pompa centrifuga da 3"/4" non si potrebbe fisicamente infilare in un pozzo così stretto, e inoltre nei pozzi vecchi si verifica spesso un leggero sabbiazione dopo un periodo di inattività prolungato.

Scenario 2: Pozzo nuovo 4" con acqua pulita

Pozzo nuovo con costruzione certificata, acqua stabile e pulita, profondità del livello 25 m, altezza manometrica necessaria per la casa e il serbatoio autoclave circa 35-40 m. Qui la soluzione ideale è una pompa centrifuga, ad esempio la serie IBO 3" STM 20 con un numero corretto di stadi in base all'altezza manometrica necessaria (un dettagliato procedimento di calcolo è nell'articolo Quale potenza e altezza manometrica scegliere per la pompa in base alla profondità del pozzo).

Scenario 3: Pozzo scavato con sabbia occasionale dopo la pioggia

Pozzo scavato classico con diametro 1-1,2 m, dopo piogge intense si verifica un aumento della torbidità e della sabbia. Se il pozzo è abbastanza largo per una pompa da 4", si può considerare una pompa centrifuga con maggiore tolleranza alla sabbia in combinazione con un filtro anti-sabbia in uscita, oppure passare direttamente a una pompa a vite, se la sabbia è più evidente e ripetuta. In questi casi si consiglia sempre di installare un Filtro anti-sabbia 1" per aspirazione, che proteggerà sia la pompa che le tubazioni e le valvole in casa.

Installazione e montaggio della pompa – su cosa prestare attenzione

Indipendentemente dal tipo di pompa valgono alcune regole fondamentali, che vengono trattate in dettaglio anche nell'articolo dedicato Montaggio pompa sommersa in pozzi o pozzi stretti:

La pompa deve sempre essere sospesa con cavo in acciaio inox o tubo di scarico adatto, mai solo con il cavo elettrico.
La distanza minima della pompa dal fondo del pozzo dovrebbe essere almeno 0,5-1 m, per evitare l'aspirazione di sedimenti depositati.
La pompa deve essere sempre immersa per almeno il valore raccomandato sopra la griglia di aspirazione (di norma almeno 0,3-1 m a seconda del modello), per evitare l'esposizione in caso di abbassamento del livello dell'acqua.
L'alimentazione elettrica deve passare attraverso un interruttore correttamente dimensionato e, nel caso delle pompe a vite, idealmente anche attraverso una protezione contro il funzionamento a secco.
Nelle pompe a vite è necessario controllare la direzione di rotazione al primo avvio (in caso di direzione errata si rischia il danneggiamento dello statore anche con un breve funzionamento).

Assistenza tecnica, usura e costi di manutenzione

Da un punto di vista dei costi di proprietà a lungo termine, entrambi i tipi di pompe hanno i loro componenti "deboli". Nei casi delle pompe centrifughe si tratta spesso del sigillo meccanico e degli cuscinetti, oppure dell'usura delle pale giranti in presenza di sabbia. La durata in acqua pulita e con un corretto posizionamento si aggira normalmente tra 8 e 15 anni, con valori molto inferiori in condizioni peggiori.

Nelle pompe a vite, l'elemento di consumo tipico è lo statore in gomma, che in alcuni modelli si può sostituire singolarmente senza dover acquistare l'intera pompa – questo può ridurre in modo significativo i costi a lungo termine, visto che la sostituzione dello statore è molto più economica rispetto all'acquisto di una pompa nuova. La frequenza della sostituzione dipende dalla qualità dell'acqua e dal contenuto di sabbia, ma in condizioni mediamente impegnative si parla di un intervallo di alcuni anni.

I guasti comuni, i loro sintomi e le soluzioni (rotore bloccato, sigillo bruciato, cablaggio danneggiato, statore usurato, aereazione del sistema) vengono trattati in dettaglio nell'articolo I guasti più comuni delle pompe sommerse e come risolverli – lo consigliamo di leggere prima di decidere di reclamare o sostituire la pompa, visto che una parte dei problemi si può risolvere senza l'intervento dell'assistenza tecnica.

Consumo energetico e rendimento

Le pompe centrifughe, quando operano nel punto ottimale della caratteristica (dove la curva della pompa interseca la curva della rete vicino al punto di massimo rendimento), raggiungono un'elevata efficienza energetica. Il problema sorge quando la pompa è notevolmente sovradimensionata o sottodimensionata rispetto all'altezza manometrica reale – l'operazione al di fuori del punto ottimale comporta un consumo energetico inutile e un'usura più rapida.

Le pompe a vite, in termini di rendimento, spesso hanno un vantaggio rispetto alle piccole pompe centrifughe in condizioni di basso portata e alto pressione, poiché non necessitano di diversi stadi per raggiungere una pressione elevata con una portata ridotta. Al contrario, in condizioni di portata maggiore, spesso le pompe centrifughe risultano più vantaggiose. Un confronto preciso tra i modelli specifici STING e IBO in termini di potenza, portata e consumo si trova nell'articolo dedicato Confronto tra pompe STING e IBO – cosa scegliere.

Come decidere – sintesi dei criteri di selezione

Nella decisione finale consigliamo di procedere seguendo i seguenti passaggi, che vengono trattati in modo più dettagliato nell'articolo Come scegliere una pompa per pozzo: criteri chiave per la selezione:

Misura il diametro del pozzo/buca – in caso di diametro inferiore a 3" (76 mm) si orienta quasi automaticamente verso una pompa a vite tipo STING 2".
Verifica la qualità dell'acqua – se il pozzo/buca produce continuamente o frequentemente sabbia o fango, si preferisce una pompa a vite o una pompa centrifuga con filtro antisolida aggiuntivo.
Calcola l'altezza manometrica necessaria – profondità del livello + differenza di altezza verso i dispositivi + perdite di carico nel tubo + pressione richiesta nel serbatoio autoclave.
Considera la portata richiesta – numero di persone, dispositivi, eventualmente l'irrigazione del giardino.
Pianifica la protezione contro il funzionamento a secco – particolarmente importante per le pompe a vite.

Un procedimento dettagliato per scegliere correttamente il modello specifico in base al diametro del pozzo e alla profondità si trova anche negli articoli Come scegliere una pompa sommersa per pozzo o buca e Qual è il diametro della pompa necessario – 2" o 3" buca, che proseguono su questo tema.

Domande frequenti (FAQ)

È possibile sostituire una pompa centrifuga con una pompa a vite nello stesso buco senza modifiche?

Nella maggior parte dei casi sì, purché il diametro del buco sia compatibile con entrambi i tipi e la connessione elettrica sia compatibile. Bisogna però ricalcolare l'altezza manometrica e la portata, visto che le caratteristiche dei due tipi differiscono notevolmente, e in caso di pompa a vite aggiungere la protezione contro il funzionamento a secco, se non è già installata.

Una pompa a vite è sempre la scelta migliore in presenza di acqua sabbiosa?

Nella maggior parte dei casi sì, visto che è più tollerante rispetto a impurità meccaniche. Non si deve però dimenticare che anche una pompa a vite ha i suoi limiti – in caso di quantità estreme di sabbia o ghiaia, si deve prima risolvere la causa (ad esempio tubo del pozzo danneggiato o posizionamento errato), non solo cambiare tipo di pompa.

Perché una pompa a vite non pompa all'avvio iniziale, anche se è collegata?

La causa più comune è la rotazione errata del motore (nei motori trifase basta invertire due fasi) o uno statore asciutto dopo un lungo periodo di inattività, che richiede un momento di avviamento leggermente maggiore. Se il problema persiste dopo aver verificato la direzione di rotazione, è necessario controllare la pompa con l'assistenza tecnica.

Qual è la differenza di prezzo tra una pompa centrifuga e una pompa a vite?

Le pompe a vite di piccolo diametro (2") sono spesso, a causa della tecnologia produttiva più complessa dello statore e del rotore, in una fascia di prezzo simile o leggermente superiore a quella delle pompe centrifughe di diametro maggiore con potenza paragonabile. Il fattore decisivo dovrebbe però essere il diametro del buco e la qualità dell'acqua, non solo il prezzo d'acquisto.

È possibile utilizzare una pompa a vite anche in un buco largo 4" con acqua pulita?

Da un punto di vista tecnico sì, ma non è tipicamente la soluzione più economica – in presenza di acqua pulita e con un diametro sufficiente del buco, è generalmente più vantaggiosa una pompa centrifuga, che ha spesso un prezzo d'acquisto più basso e una manutenzione più semplice.

Con che frequenza si deve sostituire lo statore in una pompa a vite?

L'intervallo preciso dipende dalla qualità dell'acqua e dal contenuto di sabbia, in condizioni mediamente impegnative si parla di alcuni anni di funzionamento. Un segnale per effettuare il controllo è una riduzione della portata o della pressione con un'impostazione della pompa invariata.

Conclusione

La scelta tra una pompa a vite e una pompa centrifuga non è una questione di "quale è migliore" in senso assoluto, ma di quale si adatta meglio alle condizioni specifiche del pozzo o del buco. Un buco stretto, acqua sabbiosa, la necessità di una portata stabile con altezza manometrica variabile – queste sono situazioni in cui una pompa a vite tipo STING 2" mostra i suoi vantaggi. Un pozzo comune, sufficientemente largo, con acqua pulita e altezza manometrica chiaramente definita è invece il dominio delle pompe centrifughe affidabili e convenienti del tipo IBO. In caso di qualsiasi dubbio riguardo al diametro del buco, alla qualità dell'acqua o all'altezza manometrica richiesta, è consigliabile non trascurare la consulenza – una pompa scelta male si rivela in pratica con un rapido deterioramento o con un rendimento costantemente insoddisfacente, e la sostituzione dopo alcuni mesi di funzionamento costa sempre di più rispetto a una scelta corretta fin dall'inizio.

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