Macchine Idrauliche Operatrici: Funzionamento e Tipologie
Una prima comparsa delle pompe idrauliche avviene nel terzo secolo A.C. grazie ad Archimede, il quale progettò la pompa nota come Vite di Archimede: questo dispositivo era in grado di spostare grosse quantità di fluido, a basse prevalenze. Nello stesso periodo storico fece la sua comparsa la pompa Noria: si tratta di un meccanismo in grado di sollevare fluidi a più alte prevalenze, fino a 20/30 metri. Il funzionamento è quello tipico di un mulino, dove un corso d’acqua svolge la funzione di fonte di fluido e di energia meccanica.
Intorno al 1600 l’invenzione dei primi sistemi biella-manovella permise la creazione delle prime pompe a stantuffo, azionate dalla forza delle braccia.
Pompe Volumetriche
Le pompe alternative (o a stantuffo) sono caratterizzate dal moto rettilineo alternato di un organo mobile, lo stantuffo. Questo esercita una pressione sul fluido trasferendovi energia.
Le pompe volumetriche sono caratterizzate da un moto alternativo degli organi mobili.
Componenti e Funzionamento
Consideriamo un sistema semplice con un serbatoio di aspirazione (Ha) e un serbatoio di mandata (Hb), collegati a una pompa. I serbatoi possono essere aperti o chiusi.
È importante che l'altezza di aspirazione (Ha) non superi i 6÷7 metri per evitare la cavitazione, un fenomeno che può danneggiare gli elementi meccanici della pompa.
Il sistema è dotato di manometri (M1 e M2) per misurare la pressione, con p1 che indica la pressione di aspirazione.
Il ciclo di pompaggio prevede che, quando lo stantuffo si muove, una valvola si chiude subito mentre quella di aspirazione è ancora chiusa, consentendo l'apertura e la chiusura delle valvole e il ciclo ricomincia.
Con d=diametro dello stantuffo (alesaggio), il movimento dello stantuffo permette il riempimento e la mandata del liquido tramite valvole (Vm1) dedicate.
Tuttavia, è importante notare che la portata in questo tipo di pompe non è costante.
Pompe Centrifughe
Le pompe centrifughe sono costituite da una camera a sezione crescente, detta chiocciola o diffusore, collegata al centro con la condotta d’aspirazione e alla periferia con quella di mandata. All’interno della chiocciola gira a grande velocità (da 1500 a 3000 giri/minuto) un organo rotante, chiamato girante o impulsore.
Girante
La girante è un organo rotante, con forma e profilo diversi, innestato sull’albero del motore da cui riceve l’energia da imprimere al liquido. Sono calettate una serie di pale che spingono l'acqua dal tubo di aspirazione verso la bocca di mandata.
Le pompe centrifughe, quando si ha la necessità di superare alte prevalenze, mantenendo comunque alti i valori di portata, possono essere a multi-girante. In queste, un certo numero di giranti sono connesse con lo stesso albero. La geometria interna obbliga il liquido in uscita da una girante ad entrare in quella successiva. La pompa funziona così come diverse pompe in serie, ma con una compattezza maggiore.
Sono presenti sul mercato sia pompe ad asse orizzontale che ad asse verticale. Queste ultime possono essere impiegate quando lo spazio disponibile per l’installazione è veramente esiguo, in quanto il motore è posto proprio sopra la pompa.
Un particolare tipo di pompa ad asse verticale è la pompa SOMMERSA, in cui il motore elettrico è posto all’interno di un contenitore ermetico. Queste pompe possono, perciò, essere installate sotto il livello del liquido e sono utilizzate quindi per pompare acqua da pozzi particolarmente profondi o da serbatoi interrati.
Le centrifughe possono essere anche autoadescanti, queste pompe sono in grado, a differenza delle normali pompe centrifughe, di aspirare l’aria contenuta nella condotta d’aspirazione e di creare all’interno della pompa una depressione capace di assicurare l’aspirazione del liquido da pompare. Tali pompe sono a una girante, posseggono una buona prevalenza, ma hanno generalmente un rendimento inferiore rispetto alle normali pompe centrifughe, in considerazione del ricircolo di parte del liquido pompato.
Le pompe centrifughe autoadescanti a canale laterale presentano dalla parte più esterna una camera separata in due settori che individuano la camera di aspirazione e la camera di mandata. Nella zona centrale delle due camere sono presenti rispettivamente una luce di aspirazione ed una luce di mandata. Posteriormente a questa camera esterna è presente una camera in cui ruota una girante aperta di tipo stellare, rotante con un gioco minimo, in modo da assicurare una elevata capacità d’innesco, lavora cioè a sfioramento con il corpo e la culatta della pompa, creando così una depressione che preleva il liquido che, dalla camera di aspirazione, tramite la luce di carico, viene trasferito alla luce di scarico e quindi alla camera di mandata.
Gli utilizzi principali delle pompe centrifughe includono il pompaggio di sostanze chimiche, di acqua, in agricoltura, galvanica, torri di abbattimento fumi e nel settore petrolchimico.
Caratteristiche Prestazionali
In una pompa centrifuga, all'aumentare della portata deve diminuire la prevalenza, come rappresentato sul diagramma Hm-q (altezza manometrica in funzione della portata). La curva caratteristica ideale è una retta passante per l'origine degli assi.
Pompe Rotative
Le pompe rotative sono caratterizzate dal moto rotatorio lento di organi mobili: ruote dentate o lobi. Il trasferimento dell’energia avviene esercitando una pressione sul fluido in maniera analoga alle pompe a stantuffo.
Il funzionamento di una pompa rotativa prevede che per ogni rotazione venga spostato un volume fisso di fluido. Queste pompe sono autoadescanti e forniscono una portata quasi costante, indipendentemente dalla pressione.
Le pompe ad ingranaggi sfruttano il movimento di ingranaggi per pompare il fluido per spostamento.
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