ALMA MATER STUDIORUM – UNIVERSITA’ DI BOLOGNA
SECONDA FACOLTA’ DI INGEGNERIA
CON SEDE A CESENA
Sede di Forlì
“IMPIANTO DI POMPAGGIO PER IL TRAVASO DI LIQUIDI
CARBURANTI PER AUTOCARRI DOTATI DI CISTERNA”
ELABORATO FINALE DI LAUREA
In DISEGNO ASSISTITO DAL CALCOLATORE
RELATORE : Prof. Ing. PIANCASTELLI LUCA
CANDIDATO : ROSSI ROBERTO
INTRODUZIONE :
- SCOPO : Progettazione di un impianto di pompaggio per il travaso di liquidi
carburanti per autocarri dotati di cisterna ;
- CARATTERISTICHE : Impianto standard, collocato fra cabina e cisterna, che
presenta una pompa per il travaso di carburante sulla linea di scarico, comandata da un
impianto oleodinamico;
SCHEMA CONCETTUALE DELLA TRASMISSIONE DI
POTENZA DELL’IMPIANTO :
Presa di forza
- la presa di forza è un organo contenente ingranaggi ;
- viene montata sulla scatola del cambio del veicolo ;
Pompa
oleodinamica
Motore
oleodinamico
Pompa
carburante
- quando azionata (a comando pneumatico) preleva potenza
dal veicolo sotto forma di coppia per numero di giri ;
- mette in rotazione l’albero della pompa oleodinamica che
prelevando l’olio da un serbatoio lo mette in pressione ;
- l’olio risulta disponibile per diversi motori oleodinamici
che trasformano la potenza ricevuta sotto forma di
pressione per portata in potenza coppia per numero di giri
mettendo in rotazione l’albero in uscita ;
- l’utilizzatore (pompa carburante) collegato sull’albero del
motore oleodinamico è in condizioni operative ;
IMPIANTO IDRAULICO :
PORTATA :
SCHEMA CONCETTUALE
DELL’IMPIANTO :
1 valvola di fondo ;
2 valvola di erogazione ;
3 filtro ;
4 valvola di intercettazione ;
5 tubo flessibile ;
6 selettore 5 vie ;
7 pompa volumetrica carburante ;
8 valvola by pass pompa ;
9 degasatore e accessori ;
10 gruppo contalitri ;
11 ruota avvolginaspo ;
12 naspo da 60 mm ;
13 pistola di erogazione ;
14 tubo flessibile di ciclo chiuso ;
15 coperchio cisterna ;
16 corpo cisterna ;
500
800 L/min
14
15
16
8
4
5
1
2
3
13
6
7
12
2
11
10
9
FUNZIONI PRINCIPALI CHE L’IMPIANTO DOVRA’
ESSERE IN GRADO DI ASSOLVERE :
SCARICO a GRAVITA’
- permette di svuotare la
cisterna senza badare alla
quantità di carburante ;
CARICO con POMPA
- permette alla cisterna di
autoriempirsi, in assenza di un
impianto di pompaggio esterno ;
SCARICO con POMPA
- permette di svuotare la
cisterna velocemente, anche
misurando i litri erogati ;
TRAVASI Indipendenti
- permette di travasare
carburante da due diversi
recipienti, isolando la cisterna ;
MATERIALE TRASPORTATO :
- GASOLIO
Le cui caratteristiche sono :
- DENSITA’ = 0,83 - 0,89 kg/dm3 (a 15°C) ;
- VISCOSITA’ = 1,3 - 1,9 ° Engler (a 20°C) ;
- TENSIONE DI VAPORE = 400 Pa (a 37,8°C) ;
- È importante conoscere il materiale trasportato affinché ci possono essere
differenze nella costruzione della cisterna (dettate dalla normativa ADR) ma
soprattutto nei componenti dell’impianto di pompaggio (es: contalitri e pompa).
DIMENSIONAMENTO dell’IMPIANTO IDRAULICO :
- Per il dimensionamento della pompa da inserire nell’impianto, occorre conoscere la
corretta geometria dell’impianto (lunghezze e diametri tubazioni e vari accessori), al
fine di calcolare le perdite di carico, lungo tutta la linea percorsa dal liquido.
- Si considera la condizione che presenta le maggiori perdite di carico lungo le
tubazioni, cioè “la condizione più sfavorita”, (scarico della cisterna con pompa e con
l’utilizzo del contalitri). In questo modo siamo sicuri che l’impianto funzionerà
correttamente anche nelle condizioni meno gravose.
DIMENSIONAMENTO DEI TUBI DELL’IMPIANTO IDRAULICO :
PORTATA : Q = 800 litri/min
ASPIRAZIONE
tubo gas saldato DALMINE UNI 8863 Leggera d 4” :
Diametro Interno = 114,3 – ( 2 x 4 ) = 106,3 mm ;
MANDATA
tubo gas saldato DALMINE UNI 8863 Leggera d 3” :
Diametro Interno = 88,9 – ( 2 x 3,6) = 81,7 mm ;
[CON QUESTI DIAMETRI IL
VALORE DI VELOCITA’ DEL
LIQUIDO ATTRAVERSO I
TUBI RIMANE ALL’INTERNO
DEL CAMPO DI VELOCITA’
CONSIGLIATO
SIA
PER
L’ASPIRAZIONE (0,5 – 1 m/s)
SIA PER LA MANDATA (2 – 5
m/s)]
CALCOLO DELLE PERDITE DI CARICO LUNGO LE TUBAZIONI :
- Tramite tabelle varie, trovo le lunghezze equivalenti delle accidentalità e conoscendo
le lunghezze geometriche delle tubazioni riesco a calcolare la “lunghezza totale” dei
tubi. Conoscendo la portata ed il tipo di fluido risalgo alle perdite di carico massime nel
caso più sfavorito :
D = 4” : R1 = 0.118 bar ;
D = 3” : R2 = 0.505 bar ;
Naspo 30 m : R3 = 0.45 bar ;
R4 = 2x(R1+R2+R3) = 2.15 bar ;
Dislivello max = 30 m : 2.7 bar ;
R_tot = R4 + 2.7 = 4.8 bar ;
Dimensionare la pompa
per Dp = 5 bar
SCELTA della POMPA CARBURANTE :
- Occorre una pompa in grado di lavorare con pressioni differenziali anche fino a 5 bar ;
- Si sceglie la pompa volumetrica SAMPI TX 3” in base agli ingombri ed alla portata :
In base alle curve caratteristiche ed a
semplici calcoli, si trova che la pompa
per erogare una portata di :
Q = 800 litri/min ;
dovrà avere un regime di rotazione di :
n = 550 giri/min ;
e assorbirà così una potenza di circa :
P = 7 kW ;
- Utilizzando la pompa per la funzione di scarico cisterna, essa non cavità perché la
cisterna fornisce un adeguato battente e le perdite in aspirazione sono contenute, mentre
aspirando con la pompa da serbatoi troppo in basso rispetto alla bocca di aspirazione
della pompa è possibile che la pompa possa cavitare, quindi si calcola di non aspirare
con un dislivello superiore agli 7 – 8 metri ;
ALTRI COMPONENTI
DELL’IMPIANTO IDRAULICO :
DISTRIBUTORE 5 VIE
- E’ l’organo con cui l’operatore comanda
manualmente tutte le funzioni dell’impianto
idraulico, tramite lo spostamento della leva
nelle diverse posizioni ;
GRUPPO CONTALITRI
DEGASATORE
- Siccome il carburante in erogazione è
soggetto alla formazione di vapori e di
schiume, che se non vengono eliminate,
falserebbero la misura di carburante, allora
questo gruppo si occupa di smaltire i vapori
presenti nella vena liquida e di conteggiare in
modo volumetrico i litri di carburante erogato ;
ALTRI COMPONENTI
DELL’IMPIANTO IDRAULICO :
VALVOLA DI FONDO
- Si tratta di valvole che vengono poste nella
parte bassa della cisterna e rappresentano il
collegamento della cisterna con la linea di scarico
della stessa, e possono essere manuali o
pneumatiche ;
FILTRO A T
- E’ un componente che viene inserito
nella linea di scarico della cisterna e
serve a catturare tutte le impurità che ci
possono essere nel carburante erogato.
ALTRI COMPONENTI
DELL’IMPIANTO IDRAULICO :
VALVOLA DI
INTERCETTAZIONE
- Si tratta di veri e propri rubinetti che
vengono posti lungo la linea di scarico per
deviare il flusso di liquido nelle possibili
direzioni a seconda della funzione;
ROTOLATORE
AVVOLGINASPO
- E’ una ruota sulla quale viene riavvolto il
naspo quando non è in uso; Viene fissata su
di un telaio e viene trascinata da una
trasmissione a catena, tramite un motore
oleodinamico; Il mozzo è un raccordo
rotante che collega la tubazione in uscita dal
contalitri al naspo di erogazione ;
IMPIANTO
IDRAULICO
COMPLETO :
Serbatoio
olio
- E’ possibile individuare :
- pompa carburante ;
- gruppo contalitri ;
- ruota avvolginaspo ;
- serbatoio olio ;
- telaio ;
- La forma sottile di questo
impianto
permette
di
montarlo comodamente fra
la cabina e la cisterna dei
veicoli ;
Telaio
Pompa carburante
Ruota
avvolginaspo
Gruppo
contalitri
IMPIANTO OLEODINAMICO :
PROGETTAZIONE IMPIANTO OLEODINAMICO :
- Utilizzo di un impianto oleodinamico al posto di uno
elettrico per questioni di sicurezza ;
- La trasmissione di potenza avviene tramite diversi
dispositivi per mezzo di olio in pressione ;
- Per il dimensionamento si procede a ritroso, ovvero :
Presa di forza
Pompa
oleodinamica
- Partendo dalla portata di carburante da erogare è stata scelta
la pompa che assorbirà una potenza P ad un numero di giri n ;
- Quindi si sceglie un motore oleodinamico in grado di fornire
almeno quella potenza a quel determinato numero di giri ;
- Poi si sceglie una pompa oleodinamica che fornisca la
potenza necessaria al motore installato, sotto forma di
pressione per portata d’olio ;
- Infine, scegliere la presa di forza corretta per il tipo di
veicolo e adatta alla pompa oleodinamica scelta;
Motore
oleodinamico
Pompa
carburante
DIMENSIONAMENTO DELL’IMPIANTO OLEODINAMICO :
SCELTA DEL MOTORE OLEODINAMICO :
- E’ una scelta condizionata dal tipo di pompa carburante
che è stata installata, o meglio dalla potenza che questa
pompa assorbe, avevamo :
POMPA SAMPI TX 3” :
P = 7 kW (potenza assorbita) ;
n = 550 giri/min (regime di rotazione) ;
- Allora, occorre installare un motore oleodinamico che (al
netto dei rendimenti) sia in grado di erogare quella potenza a
quel determinato numero di giri. Il motore che è stato scelto
(dopo diversi calcoli e per motivi economici) è :
Motore Oleodinamico Orbitale AR 80 SAMHYDRAULIK ;
- Che in questo caso eroga una potenza di P = 7,4 kW con una
portata d’olio di Q = 50 l/min e una pressione differenziale di
Dp = 110 bar
Sezione di un
motore orbitale
SCELTA DELLA POMPA OLEODINAMICA :
- Occorre scegliere una pompa oleodinamica in grado
di fornire la potenza di cui necessita il motore
oleodinamico scelto precedentemente, quindi occorre
una pompa che fornisca :
Q = 50 l/min (portata olio) ;
Dp = 110 bar (pressione differenziale) ;
n = 1000 giri/min (fissati arbitrariamente
da esperienza pratica) ;
- Così riesco a stimare la cilindrata che la pompa dovrà circa avere : Vg = 57 cm3/giro ;
- Scelgo di installare una pompa oleodinamica a pistoni assiali OMFB HD 47 (anche se
sarebbe bastata una pompa ad ingranaggi, vista la bassa pressione dell’olio ed il minor
costo) per il semplice motivo che se in futuro si dovesse potenziare l’impianto questa
pompa andrà bene ugualmente ;
- La pompa possiede una cilindrata di : Vg = 47 cm3/giro ; Quindi il regime di rotazione
a cui effettivamente girerà la pompa è di n_eff = 1206 giri/min e calcolando la potenza
assorbita viene P = 11,8 kW (tutto ciò stimando i rendimenti molto bassi, quindi a
vantaggio di sicurezza, nella realtà la potenza assorbita sarà più bassa)
SCELTA DELLA PRESA DI FORZA :
- La scelta della presa di forza viene fatta in base a :
- coppia da trasmettere ;
- tipo di cambio ;
- numero di giri della pompa oleodinamica ;
- condizioni di marcia ;
- risulta che per azionare la pompa oleodinamica occorre
una presa di forza che soddisfi le seguenti condizioni :
P = 11,8 kW (potenza assorbita dalla pompa)
n = 1206 giri/min (regime di rotazione)
M = 9,4 daN*m (coppia assorbita dalla pompa)
Compatibile con un cambio : ZF 16S151 con marce normali ;
- Allora scelgo la presa di forza OMFB 12-42-175 posteriore, che con marce normali
possiede un rapporto di moltiplicazione della velocità di circa R = 1,18 , quindi per
avere un regime di rotazione di n = 1206 giri/min all’ingresso della pompa
oleodinamica, il motore del veicolo dovrà girare a circa 1022 giri/min ;
SCELTA DELLE TUBAZIONI PER L’OLIO :
-Le tubazioni adibite al trasporto dell’olio sono interessate da una portata d’olio di :
Q = 50 litri/min ;
Pressione d’esercizio dell’olio di :
Dp = 110 bar ;
- Si considerano diverse le condizioni di aspirazione e mandata della pompa
oleodinamica perché diversi dovranno essere i valori di velocità consentiti per contenere
le perdite lungo il circuito;
ASPIRAZIONE
MANDATA
v = 0,5 – 1 m/s (campo di velocità consigliato
per l’aspirazione) dal nomogramma DALMAR
il valore commerciale del diametro più corretto
da adottare : D = 1,5” Con questo diametro, la
velocità dell’olio in aspirazione sarà circa :
v = 2 – 5 m/s (campo di velocità consigliato
per la mandata) dal nomogramma DALMAR il
valore commerciale del diametro più corretto
da adottare : D = 0,75” Con questo diametro, la
velocità dell’olio in mandata sarà circa :
v = 0.8 m/s Il quale va bene
v = 3 m/s il quale va bene
- quindi bastano tubi per le pressioni basse : - quindi servono tubi per le pressioni alte :
Tubo DALMAR tipo G R1A oppure
Tubo DALMAR tipo MS R9R oppure
Tubo DALMAR tipo V R2A ;
Tubo DALMAR tipo MSL R9 ;
- SCELTA DEL SERBATOIO PER L’OLIO :
- Durante il funzionamento è importante che ci
sia sempre la giusta quantità d’olio nel serbatoio
allora il dimensionamento prevede di moltiplicare
la portata d’olio dell’impianto per un certo
coefficiente di “impianto” per determinare la
capacità del serbatoio che in questo caso dovrà
essere di 150 litri ;
- SCELTA DEL FILTRO PER L’OLIO :
- Affinché tutti i componenti dell’impianto
oleodinamico possano funzionare correttamente,
occorre che l’olio venga mantenuto pulito, ecco
la funzione del filtro ;
- SCELTA DEL TIPO DI OLIO :
- I vari organi componenti il circuito oleodinamico, funzionano correttamente solo se
l’olio impiegato si mantiene all’interno di certi range di viscosità e temperatura, allora è
importante scegliere l’olio più adatto : tipo OIL 68 (SAE 20/W20)
- SCELTA DEL GIUNTO ELASTICO :
- L’accoppiamento fra l’albero condotto della pompa carburante e l’albero motrice del
motore oleodinamico deve essere effettuato tramite un giunto che possa permettere
piccoli disassamenti, disallineamenti e irregolarità del moto. Il giunto allora deve essere
elastico :
- E’ stato scelto un giunto :
SAGA giunto Giubo serie normale 83939 ;
- Il criterio di resistenza con il quale viene scelto è che deve resistere ad una certa
coppia “normale” calcolata in base alla coppia da trasmettere moltiplicata per un
coefficiente di sicurezza che dipende dagli organi, motore ed operatore applicati nella
trasmissione ;
- Inoltre occorre specificare nell’ordinazione le dimensioni degli alberi da collegare ;
- SCELTA DEL MOTORE AVVOLGINASPO E DIMENSIONAMENTO :
- La ruota avvolginaspo è trascinata da una trasmissione a catena il cui pignone è messo
in rotazione da un motore oleodinamico. Siccome occorre poca potenza e poco olio si
mette un motore oleodinamico molto economico di tipo orbitale AR 80 però anche se
piccolo ancora troppo grosso per questa applicazione, allora con una valvola che limita
la portata d’olio in ingresso altrimenti girerebbe troppo velocemente ;
- Inoltre a seconda della lunghezza e del diametro del naspo
utilizzato, è possibile costruire ruote avvolginaspo con
differenti dimensioni ;
Catena
D_Tamb
Larg_
Tamb
D_1
D_est_
t
D_est
D_2
D_n
IMPIANTO OLEODINAMICO 2D :
Serbatoio olio
Motori oleodinamici
Distributore
Pompa Oleodinamica
Presa di Forza
IMPIANTO OLEODINAMICO ESPLOSO 3D :
- Si possono notare tutti i componenti l’impianto oleodinamico :
CONCLUSIONI :
- Lo scopo era la progettazione di un impianto di pompaggio per il travaso di
liquidi carburanti per autocarri dotati di cisterna ;
- In particolare la portata dell’impianto è stata portata da 500 a 800 litri al minuto,
(sostituendo alcuni degli elementi del vecchio impianto), in questo modo c’è un
notevole risparmio di tempo soprattutto per le cisterne di grosse dimensioni ;
- Inoltre le particolari dimensioni dell’impianto insieme alla posizione reciproca
degli elementi che le costituiscono contribuiscono alla standardizzazione dello
stesso e cioè è possibile montarlo su differenti tipi di veicoli (motrici) ;
- Svolge tutte le funzioni citate necessarie agli autocarri con cisterna ;
- Siccome è stato dimensionato per resistere alle peggiori condizioni di esercizio,
ci si aspetta che durante un normale funzionamento (con pressione differenziale
alla pompa di pochi bar), abbia un funzionamento molto “fluido” ;
- Occorre un collaudo appena è stato costruito, per regolare bene tutti quei
parametri che sono stati calcolati teoricamente anche con dati stimati
dall’esperienza ;