Tecnologie Chimiche Industriali
classi III^ Chim.Ind.le-Tec.Alim.re
MACCHINE IDRAULICHE
Filippo Carroli
a.s.2009/2010
Avvertenza:
La seguente elaborazione in PowerPoint vuole essere uno strumento per
gli studenti delle classi III^ Chimica Industriale e Tecnologia Alimentare
dell’ ITIS “G.MARCONI” di Forlì; per la ricapitolazione o l’ approfondimento
degli argomenti trattati sulle Macchine Idrauliche e per stimolare la
curiosità sulle molteplici applicazioni che queste apparecchiature possono
avere in svariati settori.
Si ringrazia anticipatamente per la segnalazione di eventuali
errori o di imprecisioni.
BUONA VISIONE
SAVE WATER,
SAVE LIFE
DO THAT
THE
WORLD IS
NOT YOUR
FISHBOWL
DO NOT WASTE
WATER
EVEN A DROP
COULD KILL
SOMEONE
INDICE (1)
INDICE
2
3
POMPE VOLUMETRICHE o POSITIVE
INTRODUZIONE SULLE MACCHINE OPERATRICI IDRAULICHE
POMPE ALTERNATIVE: a STANTUFFO
PREVALENZA
POMPE ALTERNATIVE: a Stantuffo Tuffante
PREVALENZA MANOMETRICA
POMPE ALTERNATIVE: a Disco a Singolo e a Doppio Effetto
CARICO di MOVIMENTAZIONE e SCELTA di una POMPA
POMPE ALTERNATIVE: Uniformità
Uniformità di Portata
ALTEZZA di ASPIRAZIONE di una POMPA
POTENZA di una POMPA
ACCUMULATORE IDROPNEUMATICO:
Caratteristiche e Funzionamento
POTENZA ASSORBITA e RENDIMENTO di una POMPA
ACCUMULATORE IDROPNEUMATICO: Applicazioni(1)
PERDITE IDRAULICHE
ACCUMULATORE IDROPNEUMATICO: Applicazioni(2)
PERDITE VOLUMETRICHE
PERDITE MECCANICHE
POMPE ALTERNATIVE: Portata Media
POMPE ALTERNATIVE: Prevalenza e Regolazione di Portata
RENDIMENTO TOTALE di una POMPA
POMPE ALTERNATIVE: Caratteristiche Costruttive
CLASSIFICAZIONE DELLE POMPE (Generalità
(Generalità)
ESEMPI DI POMPE A STANTUFFO storiche
CLASSIFICAZIONE DELLE POMPE
MODELLO DI POMPA A STANTUFFO
ASPIRANTE - PREMENTE
CARETTERISTICHE GENERALI
SCELTA del TIPO di POMPA da INSTALLARE
CAMPI d’
d’ IMPIEGO dei VARI TIPI di POMPE
in FUNZIONE delle LORO PRESTAZIONI
CAMPI di APPLICABILITA’
APPLICABILITA’ di VARI TIPI di POMPE
SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DI UNA POMPA
A STANTUFFO ASPIRANTE - PREMENTE
POMPE ALTERNATIVE: Usi
POMPE ALTERNATIVE: Esempio d’
d’impiego
INDICE (2)
INDICE
1
3
POMPE VOLUMETRICHE A MEMBRANA: Generalità
Generalità
DESCRIZIONE DI UNA POMPA A MEMBRANA DI
TIPO PNEUMATICO (Modello Boxer ditta DEBEM)
POMPA A CAPSULISMI (propriamente detta)
POMPE CENTRIFUGHE
POMPE CENTRIFUGHE: Caratteristiche Costruttive
ESEMPI DI POMPE A MEMBRANA DI VARIE
DIMENSIONI
ESEMPIO DI POMPE DOSATRICI A MEMBRANA
PER PRODOTTI CHIMICI
POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE
POMPE VOLUMETRICHE AD INGRANAGGI
POMPE VOLUMETRICHE A LOBI
POMPE CENTRIFUGHE: Componenti Centrifuga
POMPE CENTRIFUGHE: caratteristiche Girante
POMPE CENTRIFUGHE: tipologie di Girante
POMPE CENTRIFUGHE: Analisi computerizzata della Pressione
Statica sulla superficie della girante ed in un diffusore
POMPE CENTRIFUGHE: Analisi computerizzata della Velocità
Velocità
Relative del Flusso nella girante ed in un diffusore
POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE A PALETTE MOBILI
POMPE CENTRIFUGHE: problematiche di una Girante
POMPE VOLUMETRICHE A VITE ECCENTRICA:
Caratteristiche Costruttive
POMPE VOLUMETRICHE A VITE ECCENTRICA:
Proprieta’
Proprieta’ ed Usi
POMPE VOLUMETRICHE A VITE ECCENTRICA:
Portata
POMPE CENTRIFUGHE: Esempio di Applicazione
POMPE CENTRIFUGHE: MULTIGIRANTE
POMPE SOMMERSE
POMPE CENTRIFUGHE: Classificazione
POMPE VOLUMETRICHE A PALE DEFORMABILI
POMPE CENTRIFUGHE: Applicazioni
PRESTAZIONI DI UNA POMPA CON ROTORE A
PALETTE FLESSIBILI
POMPE CENTRIFUGHE: Portata Erogata
POMPE VOLUMETRICHE A ROTORE ELLITTICO
POMPE CENTRIFUGHE AUTODESCANTI
INDICE (3)
INDICE
1
POMPE CENTRIFUGHE: Curve Caratteristiche
Curva della pompa: Approfondimento
POMPE CENTRIFUGHE: Curve Isorendimento
POMPE CENTRIFUGHE: Grafico Generale per
più
più Pompe Centrifughe
2
Esempio di applicazione delle Pompe peristaltiche in campo medicale
medicale
PRINCIPALI CARATTERISTICHE delle POMPE UTILIZZATE in ENOLOGIA
POMPA A PISTONE LIQUIDO
VITE DI ARCHIMEDE
VITE DI ARCHIMEDE: applicazioni
AIR LIFT
Grafico Generale Pompe Centrifughe: Utilizzo Grafico
AIR LIFT:principio di funzionamento
POMPE CENTRIFUGHE: Cavitazione
AIR LIFT: applicazioni
POMPE CENTRIFUGHE: Effetti della Cavitazione
EIETTORE
POMPE CENTRIFUGHE: Altezza Geodetica di Aspirazione
EIETTORE: principio di funzionamento
POMPE CENTRIFUGHE: NPSH
EIETTORE: vari modelli
POMPE CENTRIFUGHE: Altezza Geodetica di Aspirazione
EIETTORE: applicazione
POMPE CENTRIFUGHE: Regolazione della Portata
EIETTORE: applicazioni industriali
CONTROLLO DELLA PORTATA DI UNA POMPA
CENTRIFUGA E DI UNA POMPA ALTERNATIVA
EIETTORE: applicazione (carburatore miscelatore)
EQUIPAGGIAMENTO DI UNA POMPA CENTRIFUGA
EIETTORE: applicazione
POMPE CENTRIFUGHE: Principali Caratteristiche
EIETTORE: Elettropompe autoadescanti con Eiettore di aspirazione
POMPE SPECIALI
Effetto Venturi in Medicina
POMPE PERISTALTICHE: Caratteristiche Costruttive
POMPE PERISTALTICHE: Proprietà
Proprietà ed Usi
MONTALIQUIDI
RIEPILOGO IMPIEGHI
delle POMPE
INTRODUZIONE SULLE MACCHINE
OPERATRICI IDRAULICHE
Le Macchine Operatrici Idrauliche sono apparecchiature che permettono
di trasmettere ENERGIA ad un fluido, generalmente sono dette POMPE
Una POMPA fornisce ENERGIA MECCANICA ad un fluido
ENERGIA CINETICA per fare acquistare VELOCITA’ al
fluido (e che quindi influenza la PORTATA)
PORTATA)
ENERGIA
MECCANICA
(fornita al fluido)
ENERGIA DI PRESSIONE
GEODETICA per sollevare il
fluido in altezza
PIEZOMETRICA per superare le
differenze di pressione nelle
tubazioni
INDICE
1
2
3
PREVALENZA
La PREVALENZA di una POMPA viene definita come
“La quantità di energia trasferita da una pompa ad 1 kg di liquido”
viene espressa in metri di colonna di liquido (m.c.l.), e si indica con la lettera
H (dall’inglese Head = prevalenza)
Osservando lo schema a fianco e
applicando l’equazione di Bernuolli ai punti
subito prima dell’entrata ed immediatamente
dopo l’uscita della pompa, si ha:
h1 +
P1
γ
+
U 12
2g
+ H = h2 +
P2
γ
+
U 22
2g
+Y
Ricavando H e raccogliendo i restanti
termini si ha:
Hp
= ( h 2 − h1 ) +
MANDATA
ASPIRAZIONE
P2 − P1
+Y
y
H rappresenta quindi il carico fornito dalla Macchina Idraulica
al peso unitario del liquido
INDICE
1
2
3
PREVALENZA MANOMETRICA
Per indicare l’energia che una pompa fornisce ad un liquido, più spesso si ricorre a un altro
parametro noto con il nome di PREVALENZA MANOMETRICA, o anche con il nome di
ALTEZZA MANOMETRICA che è un parametro adottato dai costruttori di pompe per
caratterizzare i loro prodotti.
Facendo alcune considerazioni sulla
precedente equazione di Bernoulli e
semplificandola si ottiene
H
= ( h 2 − h1 ) +
P2 − P1
γ
U 22 − U 12
+
+Y
2g
Hm ≅
P2 − P1
γ
Hm è la PREVALENZA
La differenza di
altezza geodedica è
piccola e può essere
trascurata
La velocità
velocità risulta in
entrambe le sezioni uguale
in quanto i condotti di
aspirazione e di mandata
presentano lo stesso
diametro.
Le perdite di
carico sono
minime e quindi
trascurabili.
MANOMETRICA ed è funzione delle
proprietà
proprietà fisiche del liquido (massa
volumica e viscosità
viscosità), della portata
volumetrica, del numero di giri e delle
caratteristiche costruttive della
pompa.
INDICE
1
2
3
CARICO di MOVIMENTAZIONE e SCELTA di una POMPA
Se consideriamo la movimentazione di un liquido tra due punti di una condotta o di un impianto
(come nella figura), il carico richiesto Hp, cioè la CARATTERISTICA PASSIVA, sarà:
Hp
= ( h2 − h1 ) +
P2 − P1
+Y
y
La scelta della pompa da inserire nell’impianto va
fatta tenendo conto che la sua ALTEZZA
MANOMETRICA Hm (prevalenza manometrica)
deve risultare uguale o maggiore del carico richiesto
dal liquido per il suo movimento.
Hm ≥ H p
INDICE
1
2
3
ALTEZZA di ASPIRAZIONE di una POMPA
L’ altezza geodedica di aspirazione ha di
una pompa è data dalla differenza di
quota fra il pelo libero del recipiente di
aspirazione e l’imbocco della pompa.
L’ altezza geodedica di mandata hb di
una pompa è data dalla differenza di
quota fra l’imbocco della pompa e il
pelo libero del recipiente di mandata .
L’altezza di aspirazione non può superare il
valore massimo di 10,33 m.c.a. ; nella
pratica per l’acqua essa non supera il
valore di 6 ÷8 m .
INDICE
1
2
3
INDICE
POTENZA di una POMPA
1
IL LAVORO TOTALE che una pompa deve
compiere per movimentare (spostare) di
un carico pari ad HM, una quantità in peso
generica di un fluido, misurata in newton
ed indicata con X, sarà dato dalla formula:
La POTENZA rappresenta il LAVORO
TOTALE compiuto da una pompa nell’unità
di tempo, cioè:
Ricordando che il PESO di X (N) di un liquido può essere
espresso anche come il prodotto del VOLUME per il PESO
SPECIFICO, e che il PESO SPECIFICO è dato dal prodotto
della DENSITÀ
DENSITÀ per L'ACCELERAZIONE DI GRAVITÀ
GRAVITÀ:
2
3
L = x × Hm
Nu =
X ×H m
t
X = V ×γ = V × ρ × g
N u = V ×γ t× H m = Q × γ × H m = Q × ρ × g × H m
Nu rappresenta la potenza teorica della pompa necessaria per spostare una portata
Q (m3/s) di liquido ed è chiamata POTENZA UTILE.
La sua unità di misura nel SI è il Watt.
POTENZA ASSORBITA e RENDIMENTO di una POMPA
Le macchine reali non sono in grado di trasferire tutta l’energia che ricevono;
a causa degli attriti, dissipazioni, turbolenze; per cui l’energia assorbita nell’unità
di tempo dal motore; chiamata potenza assorbita, sarà maggiore di quella
effettivamente acquistata dal liquido.
Il rapporto tra la potenza utile e la potenza assorbita
definisce il rendimento η (eta) della pompa
Il rendimento totale di una pompa considera
le perdite di carico interne alla macchina.
Queste perdite sono di tre specie:
IDRAULICHE
η=
N
N
u
ass
Nu= Potenza Utile
Nass= Potenza Assorbita
VOLUMETRICHE
Nass> Nu
η<1
MECCANICHE
INDICE
1
2
3
PERDITE IDRAULICHE
Le perdite idrauliche sono dovute alla diminuzione di energia per urti e attriti del
liquido moto all'interno della pompa ed il rendimento idraulico si determina
mediante la relazione:
H
m
η =
i H m + YP
in cui Yp sono le perdite di
carico totali della pompa.
Per ridurre al minimo Yp e massimizzare ηi occorre, nella costruzione della
pompa, realizzare due condizioni fondamentali,dette aforismi idraulici, cioè:
1
ingresso del liquido nella pompa senza urti
2
uscita del liquido dalla pompa con la minore
velocità possibile
INDICE
1
2
3
PERDITE VOLUMETRICHE
INDICE
1
Le perdite volumetriche sono dovute alla portata di liquido che,pur
essendo stato “lavorato” dalla pompa, non viene convogliato nella
tubazione di mandata, PORTATA DI FUGA, per effetto:
1
2
3
4
Dei giochi tra organo mobile e fisso della macchina
Del ritardo nella chiusura delle valvole
Della perfetta tenuta delle guarnizioni
Per la presenza di gas e vapori che si liberano
all‘ingresso a causa della depressione di aspirazione
e/o della temperatura per i liquidi caldi
Pertanto la portata effettiva,
Qv effettiva, sarà minore di quella
teorica (Qv teorica) ed il
rendimento volumetrico risulta:
Qv (teorica ) − Qv ( fuga ) Qv (effettiva )
η =
=
v
Qv (teorica )
Qv (teorica )
2
3
PERDITE MECCANICHE
INDICE
1
Le perdite meccaniche sono dovute agli attriti e alle resistenze
meccaniche in genere, e principalmente ai cuscinetti a sfera
Se Np è la potenza dissipata dalla
macchina per tali perdite ed Na
quella assorbita, il rendimento
meccanico risulta:
Na − NP
ηm =
Na
2
3
RENDIMENTO TOTALE di una POMPA
Il rendimento totale di una pompa, η, si esprime mediante il prodotto
dei singoli rendimenti e si calcola con la relazione:
η totale = η i × η v × η m
L'ordine di grandezza di ciascuno dei tre
rendimenti è piuttosto alto e assume valori
intorno a 0,9; il rendimento totale è
compreso fra 0,6 e 0,8
La determinazione dei singoli rendimenti è piuttosto complessa ed in
genere è effettua dai costruttori delle macchine; invece il RENDIMENTO
TOTALE si determina più facilmente eseguendo misure di POTENZA UTILE
( Nu = Q • γ • Hm) in funzione del circuito idraulico e del liquido da
trasferire , e di POTENZA ASSORBITA mediante la relazione:
N a = 3 × V × i × cos ϕ × η e
Dove:
V = differenza di potenziale della rete elettrica in volt
i = intensità
intensità di corrente in ampere
φ = angolo di sfasamento del motore rispetto alla corrente
ηe = rendimento elettrico del motore
INDICE
1
2
3
CLASSIFICAZIONE DELLE POMPE
(Generalità)
A seconda del tipo di FLUIDO da utilizzare (è diverso il
modo con cui trasmettere l’
l’ENERGIA al fluido; dipende dalla Densità
Densità,
Viscosità
Viscosità, presenza di particelle solide in sospensione, ecc.)
Le POMPE possono essere
di varie tipologie a
seconda delle più svariate
condizioni d’impiego
A seconda delle PRESSIONI di esercizio
A seconda le TEMPERATURE di esercizio
A seconda le CARATTERISTICHE di esercizio dell’impianto
INDICE
1
2
3
CLASSIFICAZIONE DELLE POMPE
1
INDICE
2
3
IN base al PRINCIPIO di FUNZIONAMENTO ed alle CARATTERISTICHE COSTRUTTIVE
COSTRUTTIVE
(in particolare in base al diverso modo di operare la trasmissione
trasmissione di energia al liquido)
le pompe vengono così
così classificate:
a Pistone
ALTERNATIVE
a Membrana
a Ingranaggi
VOLUMETRICHE
a Lobi
ROTATIVE
(a CAPSULISMI)
a Capsulismi
a Palette mobili
a Pale Deformabili
a Vite Eccentrica
a Rotore Ellittico
POMPE
CENTRIFUGHE
Monogirante
Multigirante
CINETICHE
a Flusso Assiale
TURBINE
Peristaltiche
SPECIALI
a Pistone Liquido
a Flusso Misto
Viti di Archimede
Eiettori
Air lift o Mammut
Montaliquidi
CARETTERISTICHE GENERALI
Le POMPE VOLUMETRICHE sono caratterizzate da un moto
alternativo degli organi mobili. L'energia meccanica di spinta
viene trasferita al liquido aumentandone direttamente la
pressione.
Le POMPE CINETICHE sono caratterizzate dal fatto che la parte
mobile ruotando trasferisce al liquido energia cinetica che
successivamente si trasforma in energia
di pressione.
INDICE
1
2
3
POMPE ALTERNATIVE
Nelle pompe alternative lo spostamento del liquido è provocato da un organo che si muove di moto
alternativo, sono costituite da, un corpo di pompa ancorato alla struttura di sostegno, dalle teste con
valvole, dalla camera d’aria e dalla tubazione.
Le caratteristiche di queste pompe dipendono dai liquidi da trasportare, come segue:
1) rispetto all’aggressività chimica, per liquidi aggressivi devono essere usati materiali speciali;
2) rispetto alla purezza, non sono impiegate per liquidi fangosi o con corpuscoli in sospensione,
3) rispetto alla viscosità, trasportano liquidi di qualsiasi viscosità, ma non eccessiva, quali le paste
od i semiliquidi,
4) rispetto alla portata, sono costruite per portate non molto elevate;
5) rispetto alla prevalenza, le pompe alternative possono dare prevalenze molto elevate.
Le pompe alternative a stantuffo possono essere a semplice effetto e a doppio effetto.
Non hanno limiti di applicabilità in rapporto alla prevalenza ma sono limitate per quel che riguarda la
portata.
INDICE
1
2
3
POMPE ROTATIVE
Sono quelle che hanno una o più organi che si muovono di moto rotatorio ( un ingranaggio
si muove in un senso l’altro in senso inverso) facendo tenuta fra loro e con la carcassa.
I principali tipi sono : pompe ad ingranaggi, pompe a capsulismi e ad alette e le pompe a vite.
Le pompe rotative sono utilizzate per fluidi densi o viscosi e non per elevate prevalenze,
erogano grandi portate.
INDICE
1
2
3
POMPE CENTRIFUGHE
Nelle pompe centrifughe a flusso radiale in cui l'entrata e l'uscita del liquido sono ortogonali tra loro,
l'intera massa liquida ruota come un corpo rigido dentro la pompa. Per realizzare questa condizione è
necessario che l'organo ruotante della pompa sia munito di apposite pale fissate all'albero. A seguito
del moto rotatorio il liquido viene sospinto verso la periferia. In corrispondenza del centro di
rotazione si determina una depressione cioè un valore di pressione minore della pressione esterna.
Queste considerazioni giustificano sia il fatto che nelle pompe centrifughe l'alimentazione viene fatta
in corrispondenza del centro della girante, sia il fatto che tali pompe sono in grado di aspirare liquido
entro certi limiti. Inoltre sono efficienti al massimo solo in una limitata area della curva caratteristica.
Vantaggi e svantaggi delle pompe centrifughe:
1) sono di semplice costruzione e di basso costo
2) hanno una portata costante
3) hanno bassi costi di manutenzione
4) comportano un minimo ingombro
5) non sono in grado di fornire alte prevalenze
6) non sono in grado di pompare liquidi molto viscosi
7) forniscono buone rese solo entro un intervallo limitato di condizioni operative.
INDICE
1
2
3
SCELTA del TIPO di POMPA da INSTALLARE
La scelta del tipo di pompa da installare, in relazione alle condizioni operative,
è determinata da diversi fattori:
La PREVALENZA da
FORNIRE e la PORTATA di
LIQUIDO da SPOSTARE.
Questi elementi sono
indispensabili per la scelta
del tipo di pompa, delle
dimensioni e della potenza
assorbita
IL TIPO di LIQUIDO da POMPARE .
Per esempio, liquidi corrosivi,
sospensioni, o liquidi di natura
biologica, richiedono materiali
adatti o particolari tipi di pompe
IL TIPO di ENERGIA DISPONIBILE.
Da cui dipende la scelta
dell'organo motore da accoppiare
alla pompa, motore elettrico,
motore a scoppio,
turbina a vapore o a gas
Per una prima idea circa il tipo
di pompa più
più indicato per un
certo lavoro, possiamo riferirci
ai grafici di seguito riportati, in
cui sono indicate i campi di
applicabilità
applicabilità dei vari tipi di
pompe, in funzione di portata e
prevalenza.
INDICE
1
2
3
CAMPI d’ IMPIEGO dei VARI TIPI di POMPE
in FUNZIONE delle LORO PRESTAZIONI
VOLUMETRICHE
ALTERNATIVE
CENTRIFUGHE A FLUSSO
RADIALE MULTIGIRANTE
CENTRIFUGHE A
FLUSSO RADIALE
DOPPIA
ASPIRAZIONE
H
CENTRIFUGHE A FLUSSO
RADIALE MONOGIRANTE
VOLUMETRICHE
ROTATIVE
TURBINE A
FLUSSO
ASSIALE
Q
INDICE
1
2
3
CAMPI di APPLICABILITA’ di VARI TIPI di POMPE
H (m.c.l.)
1000
100
10
10
100
POMPE VOLUMETRICHE
1
2
3
4
Pompe a Diaframma
Pompe a Pistone MonoMono-cilindrico
Pompe a Pistone MultiMulti-cilindrico
Pompe a Ingranaggi
1000
10000
Portata
(litri / min)
POMPE CENTRIFUGHE
5 Pompe MultiMulti-girante
6 Pompe MonoMono-girante
7 Pompe a Flusso Assiale
INDICE
1
2
3
ESEMPI di CAMPI di
APPLICABILITA’
APPLICABILITA’ di VARI
TIPI di POMPE
CENTRIFUGHE
ESEMPI di CAMPI di
APPLICABILITA’
APPLICABILITA’ di VARI
TIPI di GRUPPI di
PRESSIONE
CENTRIFUGHI
INDICE
1
2
3
A seconda che le POMPE siano azionate da un
MOTORE ELETTRICO o da un MOTORE a
COMBUSTIONE INTERNA sono denominate
ELETTROPOMPE
MOTOPOMPE
INDICE
1
2
3
POMPE VOLUMETRICHE o POSITIVE
Quando l'applicazione richiede una pompa che sia in grado di trattare
trattare il prodotto senza turbolenza
ed aerazione, fornire pressioni anche elevate, o di trattare con minimo danno un prodotto che
contenga anche particelle solide in sospensione, la soluzione può
può generalmente essere trovata tra i
diversi modelli di pompe volumetriche
Le pompe volumetriche sono macchine
che svolgono il loro compito attraverso
l'alternativo riempimento e
svuotamento di un volume chiuso,
realizzato nel corpo stesso della pompa
Esistono diversi tipi di pompe volumetriche,
in relazione alle caratteristiche del liquido da
pompare, le principali si possono distinguere
in:
ALTERNATIVE che comprendono le pompe a
stantuffo («a semplice effetto»e «a doppio effetto»),
le pompe a membrana e le pompe a cuscinetto
d'olio
ROTATIVE la più comune è la pompa ad ingranaggi
INDICE
1
2
3
POMPE ALTERNATIVE: a STANTUFFO
INDICE
1
2
3
Le pompe alternative a stantuffo sono essenzialmente costituite da un cilindro (o da più
cilindri) entro cui scorre uno stantuffo animato da moto alternativo. Lo stantuffo è
«tuffante» se ha forma cilindrica allungata e si immerge nel liquido per trasmettergli
l’Energia Meccanica ed è «a disco» se ha forma appiattita
Nel primo caso un'asta metallica costituisce lo stantuffo, che è
completamente tuffato nel liquido; si ha una sola tenuta
all'uscita dell'asta dal corpo cilindrico (particolare a).
Nel secondo caso si ha una prima tenuta, realizzata per mezzo
di anelli di fasce elastiche, tra lo stantuffo e il corpo del
cilindrico e una seconda tenuta all'uscita dal corpo della
pompa, tra questo e l'asta che comanda lo stantuffo
(particolare b).
Delle valvole permettono che
il condotto d'aspirazione
comunichi col cilindro
durante la fase di aspirazione
e valvole di scarico mettono
in comunicazione il cilindro
con il condotto d'uscita,
durante la fase di scarico;
entrambe le valvole sono di
ritegno, cioè
cioè unidirezionali.
POMPE ALTERNATIVE: a Stantuffo Tuffante
ad “effetto semplice”
SCHEMA DI UNA POMPA
A STANTUFFO TUFFANTE
con compensatore o
accumulatore idraulico
SCHEMA DI UNA POMPA
A STANTUFFO TUFFANTE
“singolo effetto”
INDICE
1
2
3
POMPE ALTERNATIVE: a Disco a Singolo e a Doppio Effetto
Questo tipo di pompa si
dice a singolo effetto.
effetto.
La sua portata è
discontinua, infatti il
flusso in uscita si
interrompe durante la
fase di aspirazione,
come evidenziato dal
grafico
Q
Portata di una POMPA
ALTERNATIVA a Semplice Effetto
t
Fase di MANDATA
Per diminuire questo inconveniente sono state
realizzate pompe a doppio effetto:
effetto: in queste ultime,
il cilindro nel quale si muove il pistone è fornito di
due valvole di aspirazione e di due valvole di
scarico sistemate in modo che durante il moto del
pistone risultino sempre aperte una valvola di
aspirazione e una di mandata
1
INDICE
1
M1
Q
Fase di ASPIRAZIONE
2
M2
Portata di una POMPA
ALTERNATIVA a Doppio Effetto
A2
t
A1
2
3
POMPE ALTERNATIVE:
Uniformità di Portata
Q
INDICE
1
2
PORTATA di una POMPA a DOPPIO
CILINDRO a DOPPIO EFFETTO
3
La portata può essere resa ancora più
costante impiegando pompe a due o tre
cilindri a doppio effetto; in questo caso il
movimento dei pistoni è programmato in
modo da sfalsare opportunamente i tempi di
inizio, di aspirazione e di mandata
Per diminuire ulteriormente l'effetto pulsante ,
tali pompe sono dotate, a valle della valvola di
mandata, di una camera parzialmente piena
d'aria, di adeguato volume, detta camera d'aria
di compensazione, la quale agisce da
ammortizzatore; nella fase di massima portata
della pompa l'aria racchiusa in tale camera
viene compressa, mentre nella fase
successiva, quando la pressione del liquido
comincia a diminuire, l'aria si espande
restituendo allo stesso liquido la spinta
accumulata regolandone il flusso
La camera d'aria è dotata di apposita membrana elastica
per separare il fluido di processo dall'aria ed evitare
eventuali ristagni di prodotto e conseguenti rischi di
attacchi di microrganismi patogeni
t
CILINDRO 1
CILINDRO 2
CAMERA
D’ ARIA
ACCUMULATORE
IDROPNEUMATICO
MEMBRANA
ELASTICA
ACCUMULATORE IDROPNEUMATICO:
Caratteristiche e Funzionamento
INDICE
1
2
3
Caratteristiche Costruttive
Gli accumulatori a membrana ed a sacca sono composti da un
contenitore esterno, da una membrana o da una sacca e da una valvola
per la carica del gas (azoto). Per gli accumulatori con capacità superiore
a 10 litri, il fondello della membrana è sostituito dalla valvola a fungo
antiestrusione. Il corpo accumulatore è costruito secondo le vigenti leggi
e normative italiane, (ISPESL o RINA) o estere quali TÜV, SDM ASME
ecc. Per impieghi diversi il corpo accumulatore può essere sottoposto a
particolari rivestimenti, come kanigenatura (nichelatura), zincatura,
ebanitatura o PTFE e può inoltre essere costruito in acciaio inox ed
altri materiali metallici o plastici. La membrana o sacca, normalmente è
in gomma a base nitrilica. Per particolari impieghi sono disponibili
membrane in:
• IIR,
• Epicloridrina,
• Etilene Propilene,
• Gomma naturale,
• Elastomeri per uso alimentare,
• Neoprene,
• Nitrile per idrocarburi,
• Nitrile per basse temperature (-40°C)
• Siliconi,
• FKM.
La sacca o la membrana sono costruite in un unico pezzo senza
giunzioni. La valvola gas è una valvola di ritegno a tenuta perfetta
munita di tappo di chiusura.
1
Valvola gas
2
Corpo accumulatore
3
Membrana o sacca
4
Fondelli antri-estrusione
5
Attacco liquido
Descrizione Funzionamento
L’accumulatore idropneumatico è un apparecchio capace di immagazzinare nei circuiti idraulici una notevole
quantità di energia in spazi ridotti. Essendo i liquidi pressoché incomprimibili e perciò non idonei all’accumulo
di energia, si sfrutta, per raggiungere lo scopo, la comprimibilità del gas .
1. In un contenitore metallico (corpo accumulatore) è montata una membrana o sacca che separa la
camera del liquido dal gas.
2. Dall’apposita valvola si introduce un gas inerte (azoto) ad una pressione P 0 adatta all’impiego
dell’accumulatore, ed il gas occupa tutto il volume interno dell’accumulatore V 0 . Un piattello metallico o
plastico vulcanizzato nella membrana o sacca impedisce che questa venga estrusa attraverso il foro di
collegamento con il liquido.
3. Quando la pressione P 1 dell’impianto supera la pressione di precarica P0 dell’accumulatore, la
membrana o la sacca si alza e si comprime riducendo il volume a V 1 .
4. Aumentando ulteriormente la pressione a P 2 , si riduce ulteriormente il volume del gas a V 2 con
l’aumento della sua pressione per equilibrare la pressione del liquido. In questo modo si ottiene un accumulo
di liquido in pressione .V = V 1 - V 2 del quale potremo disporre secondo necessità.
ACCUMULATORE IDROPNEUMATICO: Applicazioni (1)
(A) Accumulatore di energia
Nei circuiti idraulici spesso viene richiesto una grande portata per un breve
periodo, alternato da piccole erogazioni. In questo caso montare un
accumulatore si rivela molto utile perchè fa risparmiare sia sul costo della
pompa che del motore, che possono essere più piccoli, sia sui costi
d’esercizio. Il ciclo operativo della figura a lato richiederebbe una pompa con
portata Q2 . Impiegando un accumulatore idropneumatico è possibile
immagazzinare liquido durante i tempi, (t1 - t2) e (t3 - t4) in cui la richiesta è
inferiore o nulla, per riutilizzarlo nei tempi (t1 - t0) e (t3 - t2) quando la portata
richiesta supera la portata della pompa Q1 . Questa deve essere
proporzionata per avere i volumi V1 + V2 ≤ V3 + V4. Tanti sono gli impieghi:
macchine utensili, presse idrauliche, presse per iniezione e per soffiaggio ecc.
(B) Compensatore di volume
In un circuito chiuso il diverso coefficiente di dilatazione
termica delle tubazioni e del fluido può causare aumenti di
pressione in caso di aumento della temperatura.
L’installazione di un accumulatore idropneumatico permette
l’assorbimento della variazione di volume del fluido evitando
cosi danni a valvole, guarnizio-ni, strumenti di misura ecc.
Campi tipici di impiego sono raffinerie ed industrie chimiche.
(Figura sotto)
(C) Compensazione di fughe
Quando è necessario mantenere in un circuito una pressione statica
costante per un lungo periodo è necessario aver un accumulatore
idropneumatico che compensi le fughe, i drenaggi ecc. La stessa funzione
viene svolta dinamicamente dall’accumulatore nel compensare gli sbalzi di
pressione che si verificano nei circuiti durante il ciclo operativo.
Applicazioni tipiche: presse, macchine utensili, impianti di lubrificazione,
piani di caricamento ecc. (Figura sotto)
INDICE
1
2
3
ACCUMULATORE IDROPNEUMATICO:
Applicazioni (2)
INDICE
1
2
3
(D) Riserva di energia per emergenza
Nei casi di mancanza improvvisa di energia o un blackout alla pompa l’accumulatore può fungere come
fonte di energia di riserva in modo da poter completare un ciclo operativo, in modo da evitare danni che
una brusca interruzione provocherebbe nella macchina o nel prodotto. Inoltre è conveniente avere
disponibile e facilmente utilizzabile energia, dove sia necessaria un azionamento veloce di una paratia
di sicurezza, di un interruttore elettrico, un deviatore, un freno d’emergenza ecc. La figura a lato mostra
ad esempio una pressa che deve rimanere sotto pressione in caso di rottura della pompa.
(E) Assorbimento di colpi d’ariete
La rapida chiusura di una valvola crea un onda d’urto che si propaga all’interno della
tubazione. Questa sovrapressione d’urto, che può danneggiare componenti ed impianti
può essere ridotta o neutralizzata da un accumulatore (figura a lato) Impieghi tipici:
macchine movimento terra ed agricole, acquedotti, oleodotti, impianti di lavaggio auto
etc.
(F) Ammortizzatore d’urti
Gli urti meccanici nelle macchine movimentate idraulicamente sono facilmente
assorbibili da un accumulatore. Tipici gli impieghi nei carrelli elevatori, nelle gru
semoventi, mietitrebbiatrici, sospensioni di automobili ecc.
(G) Smorzatore di pulsazioni
Le pompe volumetriche alternative o peristaltiche producono inevitabilmente una pressione
pulsante nel circuito. Questo fattore compromette sia il buon funzionamento dell’impianto che la
durata dei componenti. L’inserimento di uno smorzatore di pulsazioni a membrana o a sacca sulla
linea di mandata, il più vicino possibile alla pompa, smorza le oscillazioni entro valori accettabili, a
secondo del dimensionamento dello smorzatore stesso (figura a lato). Impieghi tipici: pompe a
membrana e pistoni, pompe dosatrici, pompe peristaltiche e pompe pneumatiche.
POMPE ALTERNATIVE: Portata Media
1
INDICE
2
3
La portata è proporzionale alla velocità di rotazione del motore e
all’alesaggio e corsa dei pistoni e viene calcolata in base ai dati
costruttivi della pompa.
2
d 
Qt = ne × π ×   × c × n = 0,785 × ne × d 2 × c × n
2
Dove:
Qt = portata teorica media, in m3s-1
ne = numero di effetti della pompa
d
= diametro del pistone, in m
c = corsa dello stantuffo, in m
ne = numero di giri albero che
trasmette il moto, in giri min-1
d
A causa delle PERDITE VOLUMETRICHE (non perfetta tenuta fra pistone e
cilindro, non perfetta tenuta delle valvole, presenza di aria o vapori nel
liquido) la PORTATA EFFETTIVA, o EROGATA, della pompa risulta inferiore a
quella teorica.
Qe = Qt × η v
Dove:
Qe = portata effettiva media, in m3s-1
ηv = rendimento volumetrico, che nelle pompe a stantuffo deve
presentare valori nettamente superiori allo 0,9 (media 0,93):
richiedendosi revisione della macchina se s'abbassa sotto lo 0,91.
POMPE ALTERNATIVE: Prevalenza e
Regolazione di Portata
INDICE
1
La Prevalenza è determinata solo dal disegno e dalla resistenza meccanica
della pompa e del circuito associato.
Il controllo della portata è possibile solo agendo con un "by-pass“
per permettere il ricircolo di una porzione di fluido all'aspirazione.
Il flusso del prodotto può essere regolato inoltre applicando alla
pompa un variatore di giri che agisce sulla velocità dei pistoni.
Le pompe a pistone sono autoadescanti fino a un dislivello di 9 metri.
Normalmente vengono equipaggiate con un motore elettrico a doppia velocità che
permette, mediante commutatore di polarità, una velocità ridotta per liquidi molto
densi o sporchi e una velocità maggiore per liquidi chiari o puliti. Comunemente esse
sono munite di invertitore di flusso, per invertire la direzione del liquido pompato, in
modo che l' aspirazione diviene mandata e viceversa, nonché di dispositivo d'arresto
automatico che interrompe, tramite pressostato, il funzionamento della pompa in caso
di chiusura del rubinetto di fine tubazione o di aumento di pressione nella condotta di
mandata avviando la pompa con l'abbassamento di tale pressione.
2
3
POMPE ALTERNATIVE: Caratteristiche Costruttive
INDICE
1
2
3
I materiali sono importanti per evitare cessioni indesiderate: tutte le parti a contatto
liquidi alimentari devono essere di acciaio di tipo “alimentare”.
Un aspetto importante da valutare è che le pompe a pistone abbiano i movimenti per quanto
possibile lenti, con una lunga corsa dei pistoni: tutta la parte meccanica ne ha un vantaggio e si
ottiene un flusso più costante. Si deve notare che la corsa più lunga dei pistoni porta a
dimensioni maggiori, quindi a un costo più elevato della pompa. Si tratta quindi di un elemento
essenziale da considerare al momento dell'acquisto. II fine corsa dei pistoni deve garantire uno
spazio sufficiente al fine di evitare lo schiacciamento di eventuali corpi solidi estranei.
Un altro aspetto importante è dato dalla
progettazione di parti come le paratie interne e la
scatola delle valvole: la forma, la dimensione e la
disposizione devono essere studiati in modo da
garantire la massima uniformità di flusso, e la
minima turbolenza del liquido, che deve fluire in
modo armonico, il più possibile scorrevole. Le
parti che richiedono una manutenzione periodica
sono le valvole, le guarnizioni di tenuta e le
calotte.
ESEMPI DI POMPE A STANTUFFO storiche
DISEGNI DI POMPE
A STANTUFFO DI
VITRUVIO
POMPE A STANTUFFO MANUALE
E A VAPORE
INDICE
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2
3
MODELLO DI POMPA A STANTUFFO
ASPIRANTE - PREMENTE
INDICE
1
2
3
PRIMA FASE
ESPANSIONE
(ASPIRAZIONE)
SECONDA FASE
COMPRESSIONE
(MANDATA)
SCHEMA DI FUNZIONAMENTO
DI UNA POMPA A STANTUFFO
ASPIRANTE - PREMENTE
INDICE
1
2
3
POMPE ALTERNATIVE: Usi
INDICE
1
2
3
I vantaggi offerti dalle pompe a pistone consistono nella semplicità di costruzione e di
funzionamento e nella possibilità d'impiego per prevalenze elevate.
In generale non si usano per portate
elevatissime e funzionano a basso numero
di giri dato che le rapide accelerazioni
impresse al liquido ad ogni corsa possono
dare origine a dannosi effetti di inerzia.
L’utilizzo principale delle pompe a pistone in
cantina si registra per i travasi di vino, uva
diraspata, mosto, feccia, poiché permettono il
pompaggio di liquidi con solidi in
sospensione.
Dato il flusso non uniforme, non si utilizzano in genere come pompe di servizio ai
filtri, infatti le continue oscillazioni di pressione e portata non porterebbero a una
filtrazione efficiente.
INDICE
1
POMPE ALTERNATIVE: Esempio d’impiego
2
3
ESEMPI DI POMPE A PISTONI TUFFANTI
INDICE
1
2
3
POMPA A PISTONE A
SINGOLO EFFETTO
POMPA A PISTONE A
DUPLICE EFFETTO
POMPA A PISTONI A DUPLICE
EFFETTO PER FANGHI
INDICE
POMPE A TRE PISTONI PER ALTE PRESSIONI
1
2
3
POMPE A PISTONI PER ALTE PRESSIONI
DI VARIE DIMENSIONI
INDICE
1
2
3
MOTOPOMPA
ESEMPI UNITA’ POMPE
A PISTONI PER ALTE
PRESSIONI
INDICE
1
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ELETTROPOMPA
ESEMPIO DI POMPA A
PISTONE A DUPLICE EFFETTO
A PORTATA VARIABILE
INDICE
1
2
3
ESEMPIO DI POMPA A PISTONI ORIZZONTALE
AD ALTA PRESSIONE DI GRANDI DIMENSIONI
INDICE
1
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3
BICILINDRICHE DOPPIO EFFETTO
MONOCILINDRICA
ESEMPI DI POMPE CARRELLATE PER
L’INDUSTRIA ALIMENTARE
BICILINDRICHE
DOPPIO EFFETTO
INDICE
1
2
3
ESEMPIO DI POMPA MONOCILINDRICA
CARRELLATA COLLEGATA AD UNA
TRAMOGGIA CON COCLEA
INDICE
1
2
3
POMPE VOLUMETRICHE A MEMBRANA: Generalità
INDICE
1
2
Si tratta di piccole pompe volumetriche nelle quali il cilindro è sostituito da una membrana flessibile, chiamata
anche diaframma, che ha un movimento alternativo aspirante e premente in modo da generare delle variazioni
alternate di volume.
Hanno piccole portate e alta prevalenza, e sono utili per spostare fluidi con solidi sospesi corrosivi (come
sospensioni di chiarificanti, o di coadiuvanti di filtrazione). Non si utilizzano per il trasporto dei vino, ma
esclusivamente come pompe dosatrici di prodotti chimici coadiuvanti.
Un esempio indicativo è una pompa che a 250 colpi al
minuto fornisce una portata di 11 hl/h con una
pressione di 20 bar. La stessa pompa quando funziona
a 550 cpm ha una portata di 21 hl/h con una pressione
di 40 bar
SCHEMA DI UNA POMPA
A MEMBRANA AD
EFFETTO SEMPLICE
SCHEMA DI UNA POMPA A
MEMBRANA A DUPLICE EFFETTO
DI TIPO PNEUMATICO
3
DESCRIZIONE DI UNA POMPA A MEMBRANA DI TIPO PNEUMATICO
(Modello Boxer ditta DEBEM)
INDICE
1
2
Le pompe a membrana sono costituite da un motore pneumatico coassiale alloggiato centralmente. Al suo
albero sono fissate le membrane. Alle due estremità i due corpi pompa alloggiano le valvole a sfera e le
relative sedi di ritegno del condotto di aspirazione e mandata prodotto.
PARTICOLARE
DEL MOTORE
PNEUMATICO
LEGENDA
A = valvole a sfera
B = camera di pompaggio
C = membrane
D = collettore di aspirazione
E = collettore di mandata
F = motore pneumatico
SCAMBIATORE PNEUMATICO COASSIALE
Il cuore delle pompe pneumatiche a membrana è
costituito dallo scambiatore pneumatico. Questo
dispositivo è pneumaticamente sbilanciato grazie
ad un circuito antistallo che garantisce un
funzionamento ottimale anche nelle condizioni
più critiche.
3
DESCRIZIONE DI UNA POMPA A MEMBRANA DI TIPO PNEUMATICO
(Modello Boxer ditta DEBEM)
INDICE
1
2
3
PRINCIPALI VANTAGGI DELLE POME A MEMBRANA DI TIPO PNEUMATICO
1. Esecuzioni in polipropilene, PVDF/ECTFE, alluminio e acciaio inox AISI 316;
2. impiego in ambiente explosivo (certificazione Atex);
3. adatte per impieghi gravosi e ambienti con elevata umidità;
4. funzionamento a secco;
5. autoadescante a secco;
LE MEMBRANE Le membrane sono
6. alimentazione ad aria non lubrificata;
l'elemento maggiormente sollecitato
7. portata e prevalenza regolabili;
durante l'aspirazione ed il pompaggio,
8. regolazione fine della velocità a pressione costante;
9. possibilità di collettori sdoppiati (due aspirazioni e due mandate); processo durante il quale devono anche
resistere all'aggressione chimica e alla
10. istallazione a banco o a soffitto;
temperatura del fluido. La loro
11. tre posizioni per la mandata e l'aspirazione;
corretta valutazione e scelta riveste
12. facilità di manutenzione e di sostituzione pezzi;
pertanto un ruolo determinante per la
13. ottimo rapporto di prestazioni/costi.
vita delle membrane nonché per gli
investimenti ed i costi di manutenzione.
“Un moderno processo di
progettazione, di test distruttivi nonché
approfondite analisi dei risultati hanno
permesso a DEBEM di sviluppare le
membrane di nuova generazione
LONG LIFE”. Questi prodotti offrono,
grazie al loro profilo e forma
costruttiva, una maggiore superficie di
lavoro e una migliorata ridistribuzione
del carico, riducendo al minimo lo
stress e lo snervamento del materiale.
DESCRIZIONE DI UNA POMPA A MEMBRANA DI TIPO PNEUMATICO
(Modello Boxer ditta DEBEM)
INDICE
1
2
con PP, PVDF, ECTFE, Halar ®, Alluminio, Acciaio Inox AISI 316, NBR Perbunan ®, EPDM Dutral ®
SOSTANZA
PP
PVDF ECTFE
Halar ®
Alluminio
Acciaio Inox AISI
316
NBR Perbu
nan ®
EPDM
Dutral ®
Acetaldeide
A1
D
B
A
D
A
Acetammide
A1
C
A
A
A
A
Acetato di vinile
B1
A2
A1
B
D
B2
Acetilene
A1
A
A
A
B
A
Aceto
A
B
D
A
B
A
Acetone
A
D
A
A
D
A
Acidi grassi
A
A
A
A
B
D
con Poliuretano, PTFE Teflon®, PPS-VRyton ®, FPM Vyton ®, Santoprene®, PE UHMW Polizene ®
SOSTANZA
Poli
uretano
PTFE
Teflon®
PPS-V
Ryton ®
FPM
Vyton ®
Santo
prene®
PE
UHMW
Polizene ®
Acetaldeide
---
A
A
D
---
B
Acetammide
---
A
A
B
---
---
Acetato di vinile
---
A2
---
A1
---
D
Acetilene
D
A
A
A
---
---
Aceto
D
A
A
A
---
A
Acetone
D
A
A
D
A1
A2
Acidi grassi
D
A
---
A
D
A
Compatibilità chimica:
A = ottima
B = buona
C = scarsa, non raccomandato
D = attacco grave, non raccomandato
--- = informazione non disponibile
1 = fino a 22°C (72°F)
2 = fino a 48°C (120°F)
COMPATIBILITÀ CHIMICA DELLE MEMBRANE
Il tipo di fluido, la temperatura e l'ambiente di impiego
sono fattori influenti nella valida scelta dei materiali
della pompa e/o dello smorzatore e per la loro
compatibilità chimica.
3
ESEMPI DI POMPE A MEMBRANA
DI VARIE DIMENSIONI
INDICE
1
2
3
ESEMPIO DI POMPA
A MEMBRANA A
DUPLICE EFFETTO
AD AZIONAMENTO
PNEUMATICO PER IL
TRASFERIMENTO DI
POLVERI
INDICE
1
2
3
ESEMPIO DI POMPA A
MEMBRANA A MANO PER
TRAVASI
ESEMPIO DI POMPA A
MEMBRANA CARRELLATA PER
VERNICIATURA
ESEMPIO DI POMPA A
MEMBRANA AD AZIONAMENTO
PNEUMATICO
ESEMPIO DI POMPA A
MEMBRANA PER VUOTO SPINTO
INDICE
1
2
3
ESEMPIO DI MOTOPOMPA A
MEMBRANA PORTATILE
INDICE
1
2
ESEMPIO DI POMPA A
DOPPIA MEMBRANA
PER SOSTANZE
GASSOSE O PER
SOSTANZE
PERICOLOSE
PARTICOLARE DELLA
DOPPIA MEMBRANA
3
ESEMPIO DI POMPE DOSATRICI
A MEMBRANA PER PRODOTTI
CHIMICI
SPACCATI DI
POMPE DOSATRICI
A MEMBRANA
SEMPLICE
MEMBRANA
1
INDICE
2
3
SPACCATO DI
POMPA
DOSATRICE A
DOPPIA
MEMBRANA
PISTONE
MEMBRANA
VALVOLE A
SFERA
UNIDIREZIONALI
VALVOLE A
SFERA
UNIDIREZIONALI
PISTONE
MEMBRANE
LINEA ARIA DI SERVIZIO
ATTUATORE
PNEUMATICO
ESEMPIO DI POMPA
DOSATRICE A MEMBRANA AD
AZIONAMENTO PNEUMATICO
A DUPLICE EFFETTO IN UN
SERBATOIO
ESEMPIO DI POMPA
DOSATRICE A
MEMBRANA
INDICE
1
2
3
ESEMPIO DI POMPA
DOSATRICE A MEMBRANA AD
AZIONAMENTO PNEUMATICO
A DUPLICE EFFETTO IN UN
FUSTO
POMPA A MEMBRANA A
DUPLICE EFFETTO A
PORTATA VARIABILE DI
GRANDI DIMENSIONI
INDICE
1
2
3
POMPE VOLUMETRICHE
ROTATIVE
POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE
AD INGRANAGGI
POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE
A LOBI
POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE A
PALETTE MOBILI
POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE A
VITE ECCENTRICA
POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE A
PALE DEFORMABILI
POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE A
ROTORE ELLITTICO
INDICE
1
2
3
INDICE
POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE
1
2
3
Esiste un'ampia gamma di pompe volumetriche rotative, che da un punto di vista generale consistono
in una parte rotante all'interno di una camera chiusa. Tra la parte mobile e quella fissa esistono delle
cavità o delle piccole camere che si riempiono di liquido: il liquido viene intrappolato negli spazi che si
creano tra il corpo rotante e il contenitore. Lo spostamento di questi spazi, determinato dalla rotazione
degli organi in movimento, provoca il movimento del liquido, che è,quindi scaricato in una zona a
pressione maggiore.
Di solito le pompe volumetriche rotative sono
prive di valvole e sono autoadescanti. Hanno in
genere un flusso regolare, con basse portate e alte
prevalenze. Queste pompe non possono essere
regolate tramite una valvola sulla mandata e
devono essere munite di valvole di sicurezza per
proteggere la pompa da chiusure accidentali.
Tra queste pompe quelle di maggior
interesse si possono dividere nelle
famiglie seguenti:
a) ad ingranaggi;
b) a lobi ;
c) a pale deformabili ;
d) a capsulismi propriamente detta
e) a vite eccentrica ;
f) a corpo rotante ellittico.
b
a
c
d
e
f
POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE AD INGRANAGGI
INDICE
1
2
3
Le pompe ad ingranaggi consistono di una coppia di ruote dentate che
ruotano quasi a tenuta con le pareti della camera della pompa. Il fluido
aspirato riempie lo spazio vuoto tra i denti e viene trasferito lungo la
periferia sino allo scarico. Per avere elevate efficienze, la tolleranza tra i
denti e la camera deve essere stretta, per cui queste pompe lavorano meglio
su fluidi puliti e lubrificanti, che non comportano usure significative.
INGRANAGGIO
MOTORE
Una variazione agli ingranaggi esterni è quella ad
ingranaggi interni, che consiste anch'essa di due elementi
mobili, uno interno all'altro su assi sfalsati e separati da
un setto fisso a forma di mezza luna. L'ingranaggio
motore è quello più interno e provoca, con il suo
movimento, la rotazione dell'ingranaggio esterno. La
depressione provocata dal movimento degli ingranaggi
consente l'ingresso del liquido che occupa lo spazio libero
tra i denti e viene spinto verso l'uscita.
INGRANAGGIO
ESTERNO
TRASCINATO
Le pompe ad ingranaggio trovano particolare impiego per liquidi densi,
lubrificanti e non abrasivi. Si escludono quindi in genere per liquidi non
lubrificanti come acqua e vino.
SETTO
SEPARATORE
SPACCATO POMPA AD INGRANAGGI
ESTERNI
INDICE
1
2
3
PARTICOLARE DELL’INNESTO
ALBERO MOTORE NEL
CORPO DI UNA POMPA AD
INGRANAGGI ESTERNI
POMPA AD INGRANAGGI
ESTERNI COMPLETA E
CORPO POMPA
INDICE
1
2
INGRANAGGIO
MOTORE
INGRANAGGIO
ESTERNO
TRASCINATO
SETTO
SEPARATORE
SPACCATO POMPA AD
INGRANAGGI INTERNI
3
Le pompe ad ingranaggi interni sono robuste, forniscono una portata
continua, possono funzionare con liquidi con differenti viscosità,
possono funzionare a pressione elevata e sono autoadescanti.
ESEMPI DI TIPOLOGIE DI
POMPE A INGRANAGGI
INTERNI
Esempi di applicazione
Le pompe ad ingranaggi sono utilizzate in tutti i tipi di industria per
applicazioni differenti.
•
Petrolchimica
Bitume puro o additivato, asfalto, gasolio, petrolio grezzo,
lubrificanti
•
Chimica
Silicato di sodio, acidi, materiale plastico, materiali misti, isocianato
•
Vernici ed inchiostri
•
Resine e colle
•
Cartaria
Acidi, sapone, lisciva, alcool, caolino, calce, lattice, residui
•
Alimentare
Cioccolato, cacao, burro di cacao, additivi, zucchero, oli e grassi
vegetali, melassa, cibi per animali
INDICE
1
2
3
POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE A LOBI
Una modifica alla pompa ad ingranaggi è costituita dalla pompa a lobi.
Le pompe a lobi consistono generalmente di una coppia di rotori a 2 o 3 lobi o
anche più, mantenuti in rotazione da un sistema di ingranaggi esterno alla camera
della pompa, di disegno tale che il volume formato tra i lobi e la camera si allarga
nella zona di aspirazione e si restringe nella zona di scarico. Normalmente i rotori
con più di due lobi presentano un profilo allungato e leggermente a spirale.
Per l'assenza di parti mobili e la conseguente eliminazione di interstizi in cui possano
depositarsi residui del prodotto, per la” sanitarietà” del disegno e per le capacità
operative le rendono molto interessanti nell’ industria alimentare. Sono in grado di
trattare liquidi di viscosità estremamente diversa, hanno capacità da 20a 40000 l/h,
sviluppando una pressione massima superiore alle 10 atmosfere. Sono autoinnescanti,
e le parti a contatto con il fluido sono in genere in acciaio inossidabile. In alcuni casi i
rotori sono ricoperti di nylon o neoprene per migliorare la tenuta con la camera della
pompa e sviluppare pressioni superiori. L’alimentazione avviene delicatamente, senza
partenze o fermate violente, evitando colpi d’ariete o sbalzi di pressione.
Il rotore della pompa viene selezionato
in base al livello di viscosità e
granulosità del fluido pompato. Le
pompe a lobi sono progettate per un
funzionamento ininterrotto
praticamente in ogni settore industriale.
La portata erogata non è continua, ma
leggermente pulsante. II livello di
pulsazione diminuisce all'aumentare
del numero dei lobi.
SPACCATO
POMPA DUE LOBI
(VISTA FRONTALE)
•Impianti di depurazione
•Trattamento fanghi
•Acqua potabile
•Tecnica di smaltimento e riciclaggio
•Industria chimica
•Industria petrolchimica
•Costruzioni veicoli
•Costruzioni navali
•Industria cartaria
•Smaltimento ferroviario
SPACCATO
•Industria alimentare
POMPA DUE LOBI
•Industria edile
(VISTA POSTERIORE)
INDICE
1
2
3
Cliccare
sull’
sull’immagine
per
l’animazione
INDICE
1
2
3
POMPE A DUE LOBI
Corsa di ritorno:
Posizione 0-Gradi:
Posizione 90 Gradi:
Trasporto attraverso i
Trasporto attraverso i
Direzione di flusso
lobi superiori. Chiusura lobi inferiori. Chiusura
invertita attraverso il
attraverso i lobi inferiori.
attraverso i lobi
cambiamento del senso
superiori.
di rotazione della pompa.
POMPE A DUE LOBI
DI VARIE DIMENSIONI
POMPA CON ROTORE
BI-LOBO PER
GRAMOLATRICE
INDICE
1
2
3
POMPE A TRE LOBI
ESPLOSO E SPACCATO DI UNA
POMPA A TRE LOBI
SEQUENZA FASI ASPIRAZIONE
E MANDATA
1^FASE
2^FASE
3^FASE
VARI MODELLI DI POMPA A TRE
LOBI CON COPERCHIO APERTO
INDICE
1
2
3
POMPA CON ROTORI
A TRE LOBI
INDICE
1
2
3
POMPA CON ROTORE A
QUATTRO LOBI
SEQUENZA FASI ASPIRAZIONE
E MANDATA
1^FASE
POMPA CON ROTORE
A CINQUE LOBI CON
PROFILO A SPIRALE
2^FASE
3^FASE
POMPA CON ROTORE
A SEI LOBI CON
PROFILO A SPIRALE
INDICE
1
2
3
POMPE CON ROTORI A LOBI
ARCUATI - POMPA ROOT
(PER GRANDI CAPACITA’)
INDICE
1
2
3
POMPA A LOBI E
POMPE
TRITURARATRICI
ROTORE A
DUE LOBI
POMPE CON ROTORE TRITURATORE
ROTORE A
TRE LOBI
ROTORE
TRITURATORE
INDICE
1
2
3
POMPA CON
GIRANTE
TRITURATRICE
ESEMPI DI APPLICAZIONE DI
POMPE A LOBI E POMPE
TRITURATRICI
INDICE
1
2
3
POMPA CON ROTORE
TRITURATORE
POMPA CON ROTORE
A LOBI
CARATTERISTICHE POMPA LOBI E TRITURATORE
•Dosare, miscelare e frantumare con un solo unico impianto
•Dosaggio dei co-fermenti completamente in automatico
•Possibilità di mescolare tutti i tipi di substrati
•Eccellente attività di frantumazione
•Alto rendimento produzione biogas
•Possibilità di essere utilizzato come stazione di pompaggio centrale
ESEMPIO SEMPLIFICATO
DI IMPIANTO
PRODUZIONE BIO-GAS
ESEMPI DI VARIE
TIPOLOGIE DI POMPE CON
ROTORE A LOBI
INDICE
1
2
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POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE A PALETTE MOBILI
Le pompe rotative a palette in inglese 'rotary vane pumps' sono composte da un corpo rotore munito di palette
mobili che ruota in posizione eccentrica all’interno di uno statore, 2 flange di supporto, una tenuta rotante ed un
corpo di alloggiamento entro cui montare il tutto.
La rotazione dell'albero, all'interno del quale scorrono radialmente le palette,
determina la formazione di camere di volume variabile tra il rotore stesso e lo
statore.
Durante la rotazione del rotore il fluido viene trasportato dalla bocca di aspirazione
a quella di mandata passando in sequenza nelle camere di aspirazione, trasporto,
compressione e chiusura (o mandata) senza la necessità di valvole interposte.
La prevalenza di questo tipo di pompe dipende dalla tenuta delle palette e quindi
dalle precisione della lavorazione e dal grado di finitura delle superfici, si prestano
bene al pompaggio di liquidi puliti o comunque non molto abrasivi, sono molto
apprezzate per il basso livello di rumorosità e vibrazioni.
Esistono molte versioni di pompe a palette che sono costruite da svariati produttori
anche orientati a settori diversi; i settori di utilizzo sono molteplici e possono
variare da quello alimentare all'impiantistica industriale con portate di alcuni
litri/h fino a migliaia di litri/h.
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POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE A PALETTE MOBILI
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Design semplice e compatto
Costruzione robusta con poche parti in movimento, facilità di accesso, semplice
manutenzione e sostituzione componenti, affidabilità e longevità. Maggiori
informazioni nello schema sottostante.
Compressione in singolo stadio
Con la geometria del blocco cilindro a monostadio si raggiungono, per i compressori
d’aria, rapporti di compressione di 10:1 con i seguenti vantaggi: alta efficienza, bassi
rischi di rotture e manutenzioni ridotte.
Accoppiamento diretto al motore
L’accoppiamento diretto al motore elimina cambi di velocità e trasmissioni a cinghia,
permettendo alti rapporti di compressione a basso numero di giri. Poche parti in
movimento significano bassa dissipazione di energia e manutenzione semplificata.
Basso numero di giri
Il basso numero di giri limita le vibrazioni e di conseguenza il livello di pressione
sonora, l’usura e le temperature delle parti rotanti.
Bassa temperatura di funzionamento
Una bassa temperatura di funzionamento limita l’usura delle parti rotanti, il consumo
del fluido raffreddante ed il lavoro di compressione. Migliora inoltre la qualità e la
temperatura dell’aria compressa.
Poca manutenzione
L’unità rotativa a palette a monostadio assicura un funzionamento affidabile e duraturo
date le poche parti rotanti soggette ad usura; si limitano quindi gli interventi di
manutenzione.
Principio di funzionamento
Il compressore rotativo a palette è composto da un rotore [6] con palette mobili [4], che ruota in posizione eccentrica rispetto all’asse del cilindro
statore [3]. Grazie alla forza centrifuga sviluppata dalla rotazione, le palette scorrono nelle gole del rotore [5] copiando fedelmente la superficie
interna del cilindro.
Ciclo di compressione
L’aria aspirata [1] entra nel blocco cilindro attraverso la valvola di aspirazione del pistone regolatore [2]. L’aria è trascinata all’interno dalla
differenza di pressione indotta dalle palette in rotazione, le quali sigillano ermeticamente il volume compreso tra due palette contigue. Durante la
rotazione, questo volume diminuisce grazie all’eccentricità precedentemente descritta, comprimendo così l’aria aspirata. Dopo la compressione
[7], l’aria fuoriesce dalle luci di scarico [8]. L’iniezione intensiva del fluido raffreddante [9] mantiene bassa la temperatura complessiva del ciclo
di compressione e garantisce una abbondante lubrificazione. Il fluido raffreddante ha inoltre la funzione di sigillante delle camere di lavoro
evitando trafilamenti d’aria e perdite di efficienza.
POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE A PALETTE MOBILI
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POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE A VITE ECCENTRICA:
Caratteristiche Costruttive
Le pompe volumetriche del tipo a vite eccentrica, definite anche “mono”oppure mono vite, sono
ampiamente utilizzate nel settore alimentare grazie ad alcune loro interessanti caratteristiche
tecnologiche. Sono pompe autoadescanti a un solo asse rotante. Gli elementi essenziali per il
pompaggio sono lo statore di gomma e il rotore di acciaio inossidabile. II rotore è in pratica una
vite a sezione circolare. Lo statore di gomma è all'interno di un tubo d'acciaio, e anch'esso
rappresenta una vite con passo doppio rispetto a quello del rotore. Il rotore, ruotando nello statore,
compie un movimento epicicloidale durante il quale le cavità presenti tra statore e rotore avanzano
e trasportano il fluido incamerato dalla sezione di aspirazione a quella di mandata.
a) albero di comando
e) albero di trasmissione
b) cuscinetti
f ) rotore
c) tenuta a baderna
g) statore in gomma
d) corpo pompa
h) bocca mandata
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POMPE VOLUMETRICHE A VITE ECCENTRICA:
Caratteristiche Costruttive
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Le pompe monovite sono realizzate in una esecuzione molto semplice e senza bisogno di
particolari manutenzioni: le parti soggette ad usura possono essere infatti facilmente
sostituite sul posto. Le pompe monovite sono utilizzate in servizi molto gravosi per il
convogliamento di fanghi abrasivi, liquidi viscosi, olii o emulsioni ecc. Oltre al pompaggio
di liquidi difficili in servizi "pesanti" le pompe monovite sono utilizzate con successo nel
pompaggio di liquidi delicati o prodotti tixotropici o con solidi in sospensione riducendo al
minimo l'aerazione e l'agitazione del fluido.
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ASPIRAZIONE
STATORI
ROTORE
MANDATA
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STATORE
ROTORE
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Cliccare sull’immagine
per l’animazione
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ESEMPIO DI IMPIEGO
DELLE POMPE A VITE
PER CALCESTRUZZO
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POMPE VOLUMETRICHE A VITE ECCENTRICA:
Proprieta’ ed Usi
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Le pompe a vite non hanno bisogno di valvole in ingresso e in uscita, possono essere
perfettamente reversibili e sono autoadescanti.
Le pompe mono hanno portate da 20 a 30.000 l/h e
possono sviluppare pressioni sino a 10 atmosfere.
Inoltre posseggono un flusso continuo e privo di
pulsazioni. Nel caso siano usate , correttamente
richiedono scarsa manutenzione. Si deve
prevedere periodicamente la sostituzione dello
statore, che essendo di materiale sintetico col
tempo può raggiungere uno stato di usura tale da
compromettere le caratteristiche idrauliche della
pompa.
L'azione di pompaggio continua e l'assenza di
agitazione e di aerazione le rende convenienti per
il trattamento di un numero elevato di prodotti,
dai succhi di frutta alla crema ed al burro, dalle
soluzioni zuccherine ai puree o a prodotti
altamente sensibili alle sollecitazioni meccaniche,
come nel trasferimento della cagliata
nell'industria casearia o di uva intera, vinaccia
sgrondata, feccia nell’industria enologica.
POMPE VOLUMETRICHE A VITE ECCENTRICA: Portata
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La portata teorica di una pompa a vite è data dalla formula:
Qtot = d × 4h × 2 p × n
Possono essere dotate di un sistema elettronico
che consente di regolare automaticamente la
velocità di rotazione del motore, in modo da
variarne la portata, pur mantenendone la
pressione di esercizio.
Tra le raccomandazioni per l'uso si sottolinea di
non farle mai funzionare a secco (si correrebbe il
rischio di bruciare lo statore) e di non regolare la
portata strozzando la valvola di mandata in
quanto si andrebbe ad aumentare molto lo sforzo
sull'asse rotore, con un possibile danno per gli
organi di trasmissione.
Al fine di evitare danni allo statore, esistono
pompe con sonda termica che ne arresta
automaticamente il funzionamento quando la
temperatura aumenta pericolosamente.
Dove:
Qtot= portata teorica, in m3s-1
d = diametro del rotore, in m
h = eccentricità del rotore, in m
p = passo del rotore, in m
n = numero di giri albero che trasmette il moto, in giri min-1
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POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE A PALE DEFORMABILI
E’una pompa volumetrica di interesse
particolare per l'industria alimentare per
limitate pressioni di scarico (2÷3 kg/cm2)
consiste in una camera circolare in cui ruota
una girante a pale in materiale flessibile,
generalmente neoprene, la cui rotazione
trasporta il liquido sino allo scarico. Un
eccentrico presente nella camera tra le zone
di scarico e di aspirazione assicura lo scarico
del liquido riducendo il volume tra le pale
successive.
Queste pompe vengono utilizzate in
particolare quando il materiale da trattare
tende a formare schiuma, e nelle lavorazioni
sotto vuoto in cui è necessaria una capacità
di aspirazione.
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ROTORI A PALETTE DI GOMMA
DEFORMABILI
ROTORI CON PALETTE
IN GOMMA FISSE
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ROTORI CON PALETTE
IN GOMMA SOSTITUIBILI
(i diversi colori delle
palette corrispondono a
gomme con mescola
diversa)
PALETTE
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SUPPORTO
PALETTE
(TAMBURO
ROTORE)
ESEMPIO APPLICAZIONE DELLA POMPA A
PALETTE FLESSIBILI COME POMPA
CIRCOLAZIONE ACQUA DI RAFFREDDAMENTO
NEI MOTORI FUORIBORDO PER IMBARCAZIONI
ESEMPIO DI ROTORI CON
PALETTE FLESSIBILI
ALLOGGIO ROTORE NEL CORPO
DELLA POMPA
ESEMPIO DI DETERIORAMENTO
DELLE PALETTE DEL ROTORE
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VARIE TIPOLOGIE DI POMPE A PALE
DEFORMABILI
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POMPA A PALE DEFORMABILI
CON BLOCCO POMPA
SOSTITUIBILI
RIFERI
MENTO
(Item)
DESCRIZIONE
(Description)
MATERIALI
(Materials)
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FLANGIA
(Flange)
INOX
(Inox)
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CORPO POMPA
(Body pump)
INOX AISI 304
(Inox Aisi 304)
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GIRANTE
(Impeller)
NEOPRENE
(Neoprene)
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PARTE ROTANTE TENUTA
MECCANICA
(Seal rotating part)
GRAFITE, NBR,
INOX
(Graphite, NBR,
Inox)
5
PARTE FISSA TENUTA
MECCANICA
(Seal fixed part)
ACCIAIO
(Steel)
6
OR TENUTA CORPO
(Body seal ring)
NBR
(NBR)
7
FONDELLO REGGITENUTA
(Seal disc)
INOX
(Inox)
8
FLANGIA
(Flange)
INOX MENCINOX 40 e MENCINOX 50
ALLUMINIO/Alum
inium Menc-inox 80
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TIRANTE
(Tie rod)
INOX
(Inox)
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PRESTAZIONI DI UNA POMPA
CON ROTORE A PALETTE
FLESSIBILI
AUTOADESCANTE
Aspirazione automatica del
prodotto fino a 6 m. di
profondità anche a secco
OTTIME PRESTAZIONI
Già a basso regime di giri che permettono
il trasferimento di liquidi delicate e fragili,
viscosi fino a 50.000 cps anche con corpi
in sospensione senza aerare, emulsionare
e danneggiare le parti solide.
FUNZIONAMENTO
REVERSIBILE
La pompe funziona
in entrambi i sensi di
rotazione,
permettendo di far
rifluire il liquido
eventualmente in
eccesso senza
interventi manuali e
facilitando lo
svuotamento della
tubazioni alla fine
del trasferimento.
TRASFERIRE IL
PRODOTTO SENZA
PULSAZIONI
Flusso continuo ottimo
per riempimento,
dosaggio, filtrazione
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POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE A ROTORE
ELLITTICO
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Sono costituite, schematicamente, da un carter, entro cui ruota (a basso numero di giri), un rotore ellittico, e da
una coclea(completa di tramoggia), che si prolunga all'interno della pompa e convoglia, mediante alimentazione
forzata, il prodotto fino al rotore. La rotazione del rotore spinge il prodotto nella tubazione di mandata, mentre
un'apposita valvola separatrice, posta in prossimità della bocca di uscita, impedisce il rigurgito e assicura la
direzione obbligata del prodotto pompato. Ha scarsa prevalenza e quindi deve essere posizionata vicino la
mandata finale.
Grazie al basso numero di giri del rotore, queste pompe
sono adatte per il trasporto di uve intere e/o pigiate
(diraspate e non), vinacce fermentate ecc. (provviste di
apposita camera di compensazione), in cui il pompaggio
avviene per spinta e non per forza centrifuga, senza
rottura di raspi e frammentazione di acini e con il
mantenimento della qualità della materia prima.
1) CORPO POMPA
2) BOCCA ASPIRAZIONE
(COLLEGAMENTO ALLA
TRAMOGGIA CON COCLEA)
3) PRODOTTO DA POMPARE
4) ROTORE ELLITTICO (PISTONE
ELLITTICO ROTANTE)
5) VALVOLA SEPARATRICE
6) BOCCA USCITA
Sono realizzate in acciaio inox e sono
normalmente montate su apposito carrello. La
manutenzione periodica implica la verifica e la
sostituzione delle parti che fanno tenuta.
VARI MODELLI DI
POMPE A ROTORE
ELLITTICO CARRELLATE
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POMPA VOLUMETRICA ROTATIVA A CAPSULISMI
POMPE A CAPSULISMI
Sono pompe di particolare applicazione. Sono adatte al trasporto di liquidi
viscosi, pastosi, esenti di particelle abrasive in sospensione, per prevalenza e portate non
molto elevate.
Le pompe a capsulismi trasportano liquidi mediante lo spostamento meccanico di volumi
costanti, sono perciò usati anche quali pompe dosatrici e volumetriche.
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POMPE CENTRIFUGHE
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POMPE CENTRIFUGHE
Si tratta di pompe molto semplici, 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/min un organo rotante, chiamato
girante o impulsore. Il liquido contenuto
entro la chiocciola, per effetto dell'elevata
velocità angolare trasmessa dalla girante,
viene spinto per forza centrifuga verso l'
esterno, determinando una compressione
verso la periferia e conseguentemente una
depressione al centro; in tal modo parte
dell'energia cinetica si trasforma in energia
di pressione, convogliando il liquido nella
tubazione di mandata e creando al centro
della pompa una depressione che richiamerà
altro liquido dalla tubazione d'aspirazione.
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POMPE CENTRIFUGHE: Caratteristiche Costruttive
Le pompe centrifughe sono composte
essenzialmente da:
Distributore: organo fisso attraverso il
quale si ha l'entrata in direzione assiale
del liquido da pompare e il relativo invio
alla girante.
Girante: si tratta di un organo rotante,
con forma e profilo diversi, innestato
sull’albero del motore da cui riceve
l’energia da imprimere al liquido.
Diffusore: detto anche chiocciola,
elemento fisso che trasforma l'energia
cinetica accumulata dal liquido in energia
di pressione (mediante il graduale
aumento della sezione trasversale di tale
organo), convogliando quindi il liquido in
direzione radiale verso la condotta di
mandata.
1 Supporto
2 Corpo mandata Diffusore (ghisa grigia a grana fine)
3 Girante (ghisa grigia a grana fine o bronzo)
4 Coperchio lato aspirazione
5 Albero pompa (acciaio bonificato o inox)
6 Boccola albero
7 Baderna
8 Premitreccia (tenuta meccanica)
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POMPE CENTRIFUGHE: Componenti Centrifuga
CENTRIFUGA
SMONTATA
CENTRIFUGA
ASSEMBLATA
DIFFUSORE
SUPPORTO
MOTORE
ELETTRICO
COSCINETTI
ALBERO
ALBERO
TRASMISSIONE
ANELLI per
SUPPORTO
GIRANTE
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COPERCHIO
DIFFUSORE
POMPE CENTRIFUGHE: caratteristiche Girante
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La girante è l’elemento principale della pompa,
costituito da una serie di palette la cui curvatura
deve essere tale da soddisfare due necessità
(aforismi idraulici) per ridurre al minimo le
perdite di carico della pompa:
a) l’ingresso del liquido nella pompa deve
avvenire senza urti ;
b) l’uscita del liquido nella pompa con deve
avvenire la minore velocità possibile .
E’possibile scegliere tra diversi modelli di girante,
in funzione della prevalenza richiesta e del tipo di
fluido da spostare.
Girante a flusso radiale: costituite da una serie di
pale inserite fra due dischi calettati all'asse della
pompa, a canale stretto o largo e a pale diritte o
incurvate
Giranti aperte: con pale elicoidali calettate
direttamente sul mozzo, indicate per il trasporto
di liquidi con particelle solide sospese.
Per i liquidi particolarmente aggressivi, la
cui azione corrosiva è ancora più evidente
sulle parti meccaniche in movimento, è
possibile scegliere giranti del materiale più
opportuno, o rivestite in PTFE.
POMPE CENTRIFUGHE: tipologie di Girante
ASPIRAZIONE
GIRANTE a FLUSSO RADIALE
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ASPIRAZIONE
GIRANTE SEMIAPERTA
GIRANTE
APERTA
POMPE CENTRIFUGHE: Analisi computerizzata della Pressione
Statica sulla superficie della girante ed in un diffusore
PRESSIONE STATICA
MAGGIORE
SCALA CROMATICA
DELLE PRESSIONI
PRESSIONE STATICA
MINORE
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POMPE CENTRIFUGHE: Analisi computerizzata della Velocità
Relative del Flusso nella girante ed in un diffusore
VELOCITA’ RELATIVE DEL FLUSSO
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POMPE CENTRIFUGHE: tipologie di Girante
ESEMPI di GIRANTI
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POMPE CENTRIFUGHE: tipologie di Girante
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ESEMPI di GIRANTI per
ELETTRODOMESTICI di VARIE
FORME e DIMENSIONI
POMPE CENTRIFUGHE: tipologie di Girante
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ESEMPI di GIRANTI per VENTILATORI CENTRIFUGHI
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POMPE CENTRIFUGHE: tipologie di Girante
ESEMPI di GIRANTI di GRANDI
DIMENSIONI
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POMPE CENTRIFUGHE: problematiche di una Girante
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ESEMPIO di GIRANTE
COMPLETAMENTE
RICOPERTA da
INCROSTAZIONI
ESEMPIO di GIRANTE
USURATA
ESEMPIO di GIRANTE
con RESIDUI ORGANICI
ESEMPIO di GIRANTE
con RESIDUI SOLIDI
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POMPE CENTRIFUGHE: Esempio di Applicazione
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GIRANTE
COMPRESSORE
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GIRANTE
TURBINA
SPACCATO TURBOCOMPRESSORE
SEZIONE
COMPRESSORE
SEZIONE
TURBINA
Cliccare sull’immagine
per l’animazione
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POMPE CENTRIFUGHE: MULTIGIRANTE o
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MULTICELLULARI
Per superare prevalenze alte, mantenendo alti valori di portata,si possono usare pompe
centrifughe multigirante. 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 disponibili 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.
Spaccati di POMPE MULTIGIRANTI ad ASSE ORIZZONTALE
POMPE CENTRIFUGHE: MULTIGIRANTE o
MULTICELLULARI
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POMPE CENTRIFUGHE: MULTIGIRANTE o MULTICELLULARI
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POMPE SOMMERSE
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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.
POMPE
SOMMERSE
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POMPE CENTRIFUGHE: Classificazione
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La velocità di rotazione della girante permette di classificare le pompe centrifughe in
funzione del numero di giri caratteristico nc.
Tipo di Pompa
Tipo di Girante
nc (giri/min)
Prevalenza
Portata
Lenta
Radiale alta pressione
6 ÷60
Elevata
Bassa
Normale
Radiale media pressione
40 ÷100
Alta
Media
Veloce
Semiradiale bassa pressione
100 ÷200
Media
Alta
Ad elica
Assiale ad elica
200 ÷400
Bassa
Elevata
Il numero di giri caratteristico di una pompa si determina
mediante la relazione:
nc = 3,65 ⋅ n ⋅
Qott
4
3
H ott
Dove:
n = numero di giri della pompa in esame in giri min-1.
Qott= portata volumetrica in condizioni di massimo rendimento in m3s-1
Ηott= prevalenza manometrica corrispondente a Qott in m.c.l.
La conoscenza del numero di giri caratteristico è importante perché consente di scegliere
il tipo di pompa più adatto a soddisfare le condizioni di lavoro ad essa richiesta.
POMPE CENTRIFUGHE: Applicazioni
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Le pompe centrifughe sono apparecchiature molto versatili e trovano larga
applicazione data la loro semplicità costruttiva, la mancanza di valvole, la possibilità di
connessione diretta ad un motore elettrico, il basso costo iniziale ed il ridotto costo di
manutenzione.
Le pompe centrifughe utilizzate in campo alimentare sono di disegno "sanitario":
1) tutte le superfici a contatto con il fluido devono cioè essere lisce, prive di spigoli
vivi e di interstizi, per minimizzare gli effetti di turbolenza, di aerazione e di
stagnazione del fluido;
2) il materiale con cui è costruita la pompa non deve interagire con il prodotto ed
è normalmente acciaio inossidabile;
3) la tenuta sull'albero motore è data da organi di tenuta a contatto, di disegno
speciale, poiché i normali premistoppa potrebbero comportare gravi problemi;
4) la pompa in molte applicazioni deve essere in grado di sopportare temperature
elevate;
5) deve essere facilmente smontabile per la ispezione e la pulizia interna.
POMPE CENTRIFUGHE: Applicazioni in Enologia
Le pompe con girante in neoprene o in gomma sono indicate per
liquidi con corpi solidi in sospensione . Si usano ad esempio per
per
l'uva diraspata, che può venire pompata senza provocare arresti o
grippaggi del'organo rotante. A velocità
velocità molto ridotta sono anche
idonee per il travaso di liquidi densi. In genere si montano sotto
sotto la
pigiatrice, oppure sono utilizzate per rimontaggi con vinacce. Dopo
alcuni anni di utilizzo diventa necessario cambiare la girante.
Le pompe a girante d'acciaio,
d'acciaio, utilizzabili per travasi, sono
indicate per prodotti senza solidi sospesi, come il vino, e per
tutte le operazioni per le quali si cerca un flusso costante
(filtrazione, stabilizzazione a freddo, imbottigliamento ecc).
Le pompe centrifughe con girante chiusa si utilizzano
essenzialmente per il servizio ai filtri. Quelle aperte hanno un
utilizzo preferenziale per i travasi. La centrifuga con girante
semisemi-aperta rappresenta spesso una scelta economica per le
piccole cantine,che possono utilizzarla sia per i travasi sia per
per la
filtrazione a cartoni.
Le pompe centrifughe sono in genere economicamente più
più
convenienti di quelle a stantuffo. Offrono il vantaggio di imporre
imporre
minori costi di montaggio e di esercizio, minore peso e ingombro.
ingombro.
La manutenzione periodica deve riguardare essenzialmente le
tenute. E’
E’opportuno disporre di una retina di protezione
all'ingresso,
all'ingresso, in modo da evitare danni e abrasioni al corpo pompa
dovute a corpi estranei che entrassero con il fluido.
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Esploso di pompa in Acciaio Inox
con girante flessibile in Neoprene
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POMPE CENTRIFUGHE: Portata Erogata
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La portata fornita dalla pompa non è fissa, ma è determinata dalle resistenze
del circuito a valle della pompa, e la chiusura della linea non comporta
l'insorgere di pressioni pericolose.
La portata erogata da una pompa centrifuga dipende da diversi fattori:
1) numero di giri nell'unità di tempo
2) diametro della girante
3) prevalenza
Le caratteristiche operative sono illustrate dai diagrammi caratteristici delle pompe.
Questi diagrammi, forniti dal costruttore insieme alla pompa, mettono in relazione la
portata erogata con la prevalenza il rendimento e la potenza utile o assorbita.
Le pompe centrifughe non sono autoadescanti e quindi devono essere riempite
(innescate) prima di iniziare a funzionare, altrimenti non riescono ad aspirare il
liquido. Per questo motivo nella tubazione a monte o a valle della pompa, a seconda
della geometria del circuito, viene sempre montata una valvola di ritegno, per impedire
che la pompa si svuoti nel caso si verifichi un arresto del motore che la tiene in
rotazione.
POMPE CENTRIFUGHE AUTODESCANTI
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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. A seconda degli
accorgimenti tecnici e delle soluzioni meccaniche adottate, possono essere
essenzialmente di due tipologie:
Pompe Centrifughe Autodescanti
a Canale Laterale
Pompe Centrifughe Autodescanti
ad Anello Liquido
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POMPE CENTRIFUGHE: Autodescanti a Canale Laterale
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Principio di funzionamento di una Pompa centrifuga a Canale Laterale Generalmente 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.
In una o in entrambe le pareti della camera o sulla faccia del rotore la pompa è dotata di una scanalatura circolare,
opportunamente sagomata a forma di canale, che determina una circolazione secondaria di liquido tra girante e
canali laterali.
Mandata
Aspirazione
CAMERA ESTERNA
Aspirazione
Mandata
CAMERA con
GIRANTE
POMPE CENTRIFUGHE: Autodescanti ad Anello Liquido
Principio di funzionamento di una
Pompa centrifuga ad Anello Liquido
MANDATA
sono dotate di girante stellare aperta, rotante
eccentricamente entro la camera della pompa;
la rotazione della girante fa addensare alla
periferia della camera il liquido da pompare
formando un anello liquido che andrà a
riempire lo spazio delimitato tra le palette
della girante scacciandone tutta l'aria; in tal
modo si viene a creare una progressiva
GIRANTE STELLARE
ECCENTRICA
depressione che produce l’aspirazione del
liquido.
LUCE di MANDATA
LUCE di ASPIRAZIONE
ANELLO LIQUIDO
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ASPIRAZIONE
POMPE CENTRIFUGHE: Curve Caratteristiche
Curva caratteristica che illustra
la relazione esistente tra la
portata (Q) e la prevalenza
(Hm) a un numero costante di
giri. Questa curva prevede un
massimo. Il campo di
utilizzazione della pompa è
quello alla destra del massimo in
quanto, solo in questa zona, il
funzionamento della macchina è
stabile, dato che al diminuire
della portata aumenta la
prevalenza. Nell'altra zona,
invece, una diminuzione di
portata comporta anche un calo
della prevalenza.
Curva caratteristica che illustra
la relazione esistente tra la
portata (Q) e potenza effettiva
(Na) a un numero costante di
giri.
Curva caratteristica che correla
la portata (Q) con il rendimento
(η ) sempre a un numero costante
di giri.
INDICE
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2
3
Curva della pompa: Approfondimento I
INDICE
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2
3
Le prestazioni di una pompa centrifuga possono essere graficamente evidenziate in una curva caratteristica che, normalmente, presenta dati relativi all'altezza geodetica totale,
alla potenza effettiva del motore (BHP), all'efficienza, all'NPSHr e al battente positivo, informazioni indicate in relazione alla capacità della pompa.
Ogni pompa centrifuga è quindi caratterizzata dalla sua particolare curva caratteristica, che è la relazione tra la sua portata e la sua prevalenza. Questa rappresentazione
grafica, cioè la trasposizione di questo rapporto all'interno di un grafico cartesiano, è il modo migliore per conoscere quale portata si otterrà ad una data prevalenza
(e viceversa).
Nella fattispecie, la curva consiste in una linea che parte da un punto (equivalente a zero portata/massima prevalenza) e che arriva fino alla fine della curva con la riduzione
della prevalenza all'aumentare della portata.
E' chiaro che a modificare questa rappresentazione, concorrono anche altri elementi come la velocità, la potenza del motore o il diametro della girante. Bisogna altresì
considerare che le prestazioni di una pompa non possono essere conosciute senza sapere tutti i dettagli del sistema in cui sarà operativa
La curva di prestazioni di ogni pompa inoltre varia al variare della velocità ed è espressa delle seguenti leggi:
la quantità di liquido trasportato cambia in rapporto alla velocità
la prevalenza varia in rapporto al quadrato della velocità
la potenza consumata varia in rapporto al cubo della velocità
La quantità di liquido pompato e la potenza assorbita sono, approssimativamente, proporzionali. Lo scarico di una pompa centrifuga con velocità costante può variare da zero
portata (tutto chiuso o valvola chiusa), fino ad un massimo che dipende dalla progettazione e dalle condizioni di lavoro. Esemplificativamente, se si raddoppia la quantità di
fluido pompato raddoppia la velocità e tutte le altre condizioni rimangono uguali, mentre la prevalenza aumenta di 4 volte e la potenza consumata di 8 volte rispetto alle
condizioni di partenza.
La potenza assorbita dalla pompa può essere individuata sul punto dove la curva della potenza incrocia la curva della pompa al punto di lavoro. Ma questo non indica ancora la
taglia del motore richiesta.
Esistono vari modi per determinare la potenza dei motori di alimentazione della pompa:
si può selezionare il motore adatto alla velocità di azionamento o al range operativo (il metodo migliore e meno costoso quando le condizioni di lavoro della pompa non
cambiano molto).
si può leggere la potenza alla fine della curva (la soluzione più comune che garantisce una potenza adeguata in quasi tutte le condizioni di esercizio).
si può leggere la potenza in corrispondenza del punto di lavoro sommando il 010% (sistema usato generalmente solo nelle raffinerie o in altre applicazioni dove non ci sono
variazioni nelle caratteristiche dell'impianto).
utilizzando le curve, tutte le condizioni operative possono essere considerate (il metodo migliore dove sono presenti effetti sifone, grandi variazioni nell'altezza geodetica,
lunghe tubazioni da riempire …)
Le prestazioni di una pompa, e soprattutto delle pompe rotodinamiche, sono normalmente illustrate con una simile curva, che bene evidenzia il rapporto tra liquido
movimentato per unità di tempo e l'aumento della pressione.
Ma le curve relative alle differenti categorie di pompe hanno caratteristiche molto diverse. Le pompe volumetriche, ad esempio, presentano un volume di portata virtualmente
indipendente dalla differenza di pressione (e la relativa curva è quasi sempre una linea verticale), mentre le pompe centrifughe hanno una curva di prestazioni che, come
abbiamo visto, all'aumentare della prevalenza oppone la diminuzione della portata (e viceversa). La curva delle pompe periferiche ha invece un andamento a metà tra queste
due categorie di pompe .
Una regola generale per comprendere le forze sviluppate da una pompa centrifuga è sempre questa: una pompa non crea pressione ma fornisce solo portata.
La pressione e' solo la misura della resistenza della portata.
Curva della pompa: Approfondimento II
CONFRONTO
CURVE
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CURVA GENERALE
di una POMPA
POMPE CENTRIFUGHE: Curve Isorendimento
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Al variare del numero di giri o del diametro della girante variano anche le curve
caratteristiche della pompa. E' possibile rappresentare nello stesso grafico le curve
caratteristiche relative ai vari diametri e a diversi valori del numero di giri.
H
(m.c.l.)
Nel grafico così ottenuto si possono
evidenziare le curve di isorendimento,
ovvero i punti portata-prevalenza che
presentano lo stesso rendimento.
Tramite queste curve è possibile
trovare in quale campo di valori
prevalenza-portata e per quali numeri
di giri si ottengono rendimenti
accettabili.
Ogni serie di pompe centrifughe è fornito con un diagramma simile,
le cui curve si riferiscono all’acqua a 20 °C. Se la pompa deve
trasferire un fluido a viscosità diversa rispetto all’acqua è necessario
correggere le curve caratteristiche.
Q
(m3/h)
POMPE CENTRIFUGHE: Curve Isorendimento
INDICE
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H
(m.c.l.)
Q
(m3/h)
POMPE CENTRIFUGHE: Grafico
Generale per più Pompe Centrifughe
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2
Il grafico è formato da una serie di curve che
correlano la portata con la prevalenza a diversi
numeri di giri.
Le varie curve sono in relazione percentuale con
una di riferimento cui è stato assegnato il valore
unitario 1.
Sullo stesso grafico sono disegnate le curve a
rendimento costante, anch'esse contrassegnate con
valori rapportati percentualmente alla curva di
massimo rendimento, nel grafico indicata con η max
Questo grafico può valere per più pompe: infatti
conoscendo i valori caratteristici di portata,
prevalenza e rendimento riferiti a una singola
pompa, è possibile riportarli nel diagramma in
corrispondenza delle curve contrassegnate con
coefficienti unitari.
Alle curve con coefficienti 0,9, 0,8 ecc. si assegna il valore ottenuto moltiplicando i valori
caratteristici della pompa per 0,9, 0,8 ecc. Si ha così a disposizione il diagramma per quella
particolare pompa che rende possibile calcolare come variano i diversi parametri della
pompa al variare di uno solo di essi.
3
INDICE
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2
3
Grafico Generale Pompe Centrifughe: Utilizzo Grafico
INDICE
1
2
Una pompa centrifuga ha una velocità di 1500 giri
al minuto. La sua portata è di 60 L min-1 e la
prevalenza di 20 m con un rendimento massimo
dell'80%.
Calcolare i nuovi valori di portata e rendimento
abbassando la prevalenza a 12 m senza variare il
numero di giri.
Nel diagramma si individua, come punto relatîvo al
funzionamento della pompa, quello che presenta tutti
i valori unitari, corrispondente al centro dei
diagramma
Nel caso in esame il diagramma va letto in modo che
-la curva n =1 corrisponda a quella a 1500 giri ;
-sull’ asse delle ascisse Q = 1 valga 60 l min-1;
-sull'asse delle ordinate Hm= 1 corrisponda a 20 m;
-la curva ηmax indichi un rendimento dell'80%.
II nuovo valore della prevalenza, che è12,
H
corrisponde a 0,6 volte il valore della prevalenza
(m)
considerato unitario 20 m, per cui, volendo
Q
conoscere come varia la portata, è necessario
(lt/min)
cercare il punto chi incrocio fra Hm= 0,6 e la
curva n = 1, in quanto non è variato il numero di
giri. Q = 60 x 1,41 = 84,6 l min-1.
Poiché il rendimento della pompa, in queste diverse condizioni di
esercizio, cade a metà tra le curve di rendimento 0,56 e 0,64 ηmax
si può considerare che sia 0,6.
Il nuovo rendimento effettivo, nelle nuove condizioni operative, è
ricavabile dalla seguente espressione: η= 0,8 x 0,6 = 0,48
η 0,60
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POMPE CENTRIFUGHE: Cavitazione (1)
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3
Un grave fenomeno che interessa le pompe centrifughe è la
cavitazione che interviene alle alte velocità della girante.
Durante il funzionamento della pompa, il liquido si
sposta dal centro alla periferia, spinto dalle pale della
girante. Al centro della girante si crea una depressione
che richiama, attraverso il tubo di aspirazione, altro
liquido. Poiché l'aumento della velocità di rotazione della
girante aumenta la depressione nell'occhio della pompa,
il liquido viene richiamato con una velocità maggiore.
Se nel centro della girante la pressione assoluta scende al
di sotto della tensione di vapore del liquido, questo
vaporizza all'ingresso nella pompa.
Zona di
implosione
bolle
Le bollicine di vapore vengono trasportate in zone della
pompa a pressione maggiore, dove vengono riassorbite
rapidamente (implosione), provocando un violento colpo
del liquido sulle pale della girante che si danneggiano;
inoltre si innescano fenomeni di corrosione per
differenze di concentrazione sulle parti metalliche.
La cavitazione può essere minimizzata, e anche
evitata, ponendo molta attenzione, in fase di
progettazione, alla posizione da assegnare alla
pompa nel circuito idraulico.
Zona di
vuoto Spinto
Girante
Diffusore
Bolle
Vapore
POMPE CENTRIFUGHE: Cavitazione (2)
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Il liquido viene espulso da una pompa centrifuga dalla forza centrifuga che gli viene impressa
dalla velocità di rotazione della girante. Quindi se nella pompa arrivasse un vapore o un gas
anziché il liquido, la forza centrifuga risulterebbe insufficiente per movimentare il fluido
gassoso. La CAVITAZIONE dovuta alla presenza di un aeriforme all’interno della pompa
provoca l’inutilizzazione della stessa a causa del crollo della prevalenza, delle crescenti
vibrazioni con conseguente elevata rumorosità fino alla possibile rottura dell’ apparecchiatura.
Un aeriforme può formarsi od entrare all’ interno di una pompa centrifuga nei seguenti casi:
1) Quando il liquido presenta una tensione di vapore
molto bassa, per cui se la depressione
sull’aspirazione della pompa eguaglia o supera
la tensione di vapore del liquido da movimentare
ne causa la vaporizzazione.
Aspirazione
di aria
2) Quando il liquido incontra delle resistenze che
rendono difficile il suo arrivo alla pompa. In
questo modo sulla mandata della pompa si crea
una depressione che comporta la rapida
evaporazione del liquido.
3)
Quando nel liquido da movimentare sono
presenti gas disciolti; per cui la depressione
all’interno della pompa ne causa lo sviluppo.
4)
Quando l’installazione della pompa non è
corretta. In particolare sull’aspirazione della
pompa le flangiature non garantiscono una
perfetta tenuta e su di esse non c’è un battente
idrostatico sufficiente
Possibile installazione errata nel
caso della non perfetta tenuta
della flangia ed un basso
battente idrostatico, la pompa
può aspirare aria dalla flangia
con conseguente pericolo di
cavitazione.
Fuoriuscita
di liquido
Installazione corretta in caso di
non perfetta tenuta della flangia
il battente idrostatico impedisce
l’ aspirazione di aria, facendo
fuoriuscire il liquido.
POMPE CENTRIFUGHE: Effetti della Cavitazione
INDICE
Danni su alcune GIRANTI e TURBINE
dovuti al fenomeno della CAVITAZIONE
TURBINA
GIRANTI DI UNA
POMPA
CENTRIFUGA
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POMPE CENTRIFUGHE:
Effetti della Cavitazione
INDICE
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2
Danni su un’ELICA da MOTOSCAFO
dovuti al fenomeno della CAVITAZIONE
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POMPE CENTRIFUGHE: Altezza Geodetica di Aspirazione
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2
L'altezza geodetica di aspirazione rappresenta l'altezza massima
alla quale si deve posizionare una pompa in un impianto rispetto
al punto di aspirazione.
Per questo parametro esistono limiti ben precisi
Considerando la figura affianco,si può applicare
l'equazione di Bernoulli alle sezioni 1 e 2:
h1 +
P1
γ
+
U12
2g
− Y = h2 +
P2
γ
+
U 22
2g
Da cui si ricava che la pressione nella sezione 2 è data da:
U12 − U 22
= +
+ (h1 − h2 ) − Y
γ
γ
2g
P2
P1
questo rapporto è nullo in quanto la
velocità è uguale nelle due sezioni
assumono valori
negativi
Poiché la pressione non può mai assumere un valore negativo, la
pressioneP2 deve avere un valore positivo; perché,ciò avvenga, il
termine P1/γ deve assumere un valore positivo maggiore della somma
degli altri due.
P1
γ
≥ (h1 − h2 ) + Y
3
POMPE CENTRIFUGHE: NPSH (net positive section head)
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2
Nella pratica impiantistica non è sufficiente che la pressione all'imbocco della pompa sia
positiva, ma è necessario sia maggiore della tensione di vapore calcolata per il liquido che deve
circolare nell'impianto alla temperatura di esercizio. Se così non fosse, il liquido entrando nella
pompa evaporerebbe istantaneamente e la pompa andrebbe in cavitazione.
Conseguentemente deve essere
soddisfatta la relazione:
P2
γ
≥
Pv
Dove Pv è la tensione di vapore
del liquido alle condizioni di
esercizio della pompa
γ
Tutte le pompe presentano una perdita di carico alla bocca di ingresso del liquido.
Queste perdite, determinate sperimentalmente dai costruttori, sono riportate in
appositi diagrammi che vengono consegnati al momento dell'acquisto della pompa.
Esse sono note con la sigla CPN (carico positivo netto) o con la sigla, di derivazione
americana, NPSH (net positive section head).
Poiché si deve tener conto anche di
queste perdite, deve verificarsi che:
P2
γ
≥
Pv
γ
+ NPSH
3
POMPE CENTRIFUGHE: Differenza di Altezza fra la Sezione
di Pescaggio e la Pompa (Altezza Geodetica di Aspirazione)
P1
Non è sufficiente
quindi che
γ
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≥ (h1 − h2 ) + Y
ma è necessario che il termine P1/γ risulti maggiore anche della
tensione di vapore del liquido e delle perdite di carico della pompa.
L'insieme di queste condizioni può essere riassunto nell'espressione:
P1
γ
≥
Pv
γ
+ NPSH + (h2 − h1 ) + Y
da questa relazione si può ricavare la differenza di
altezza fra la sezione di pescaggio e la pompa:
h2 − h1 ≤
P1
γ
−
Pv
γ
− NPSH − Y
Per poter soddisfare la diseguaglianza, a
volte è necessario assumere un termine
(h2–h1) negativo, e questo risultato porta a
concludere che la pompa deve essere posta
a un'altezza h2 inferiore ad h1e, quindi, a
un livello più basso del pelo libero del
serbatoio di aspirazione. Una pompa
situata in questa eventuale posizione si
dice che è posta sotto battente.
POMPE CENTRIFUGHE: Regolazione della Portata
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3
La regolazione della portata si effettua in tre modi:
STROZZAMENTO consiste nel chiudere più o meno la
valvola di mandata, ed è utilizzato in genere per pompe
piccole a forte prevalenza. Questa operazione comporta
una variazione di Hm e di ηt. Le pompe centrifughe
permettono anche la chiusura totale della valvola di
mandata. L'energia meccanica della pompa si
trasmetterà al liquido riscaldandolo, ma non farà
comunque aumentare la pressione interna.
FC
FC
RICIRCOLO consiste nel rimandare in aspirazione parte della
portata erogata tramite un by-pass. È più conveniente per
ottenete grandi variazioni di portata con pompe a piccole
prevalenze. Ciò consente di mantenere costante Hm anche se
comporta una diminuzione di ηt in quanto diminuisce il
rendimento volumetrico.
VARIARE IL NUMERO DI GIRI consiste nel diminuire il numero di
giri della girante. Consente un risparmio di energia in quanto la pompa
assorbe meno energia dal motore.
Per una maggiore stabilità del sistema, le centrifughe generalmente si installano in
doppio e le condizioni operative si regolano automaticamente.
CONTROLLO DELLA PORTATA DI
UNA POMPA CENTRIFUGA E DI UNA
POMPA ALTERNATIVA
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INDICE
D
Nelle pompe centrifughe la regolazione della portata
viene effettuata mediante una valvola a saracinesca
posta sulla mandata della pompa stessa. Agendo sulla
valvola di mandata, prevalenza e rendimento variano di
conseguenza con la portata. Si noti che anche se la
valvola fosse completamente chiusa, per un certo
periodo di tempo, durante il funzionamento della
pompa, questa non subirebbe danni. Infatti in tali
pompe l’energia cinetica viene trasformata in energia
di pressione, quindi a valvola chiusa l’energia si
trasformerebbe in energia termica che eventualmente
danneggerebbe il liquido da pompare se fosse
termolabile. In caso di interruzione del funzionamento
della pompa, prima si intercetterà la mandata in
seguito si azionerà la valvola a maschio dell’
aspirazione; in questo modo la pompa rimarrà piena di
liquido e risulterà più facile il successivo avviamento
evitando problemi di innescamento
FC
V2
V1
V3
G1
3
D1-D2 = Serbatoio a tetto conico
G1 = Pompa centrifuga
G2 = Pompa alternativa
V1-V4 = Valvola di intercettazione a maschio
V2-V5 = Valvola automatica a saracinesca
con comando pneumatico
V3-V6 = Valvola di By-Pass
FC= Controllo della portata (Flusso)
ANELLO DI REGOLAZIONE
SULLA MANDATA
D1
2
ANELLO DI REGOLAZIONE
SULL’ ASPIRAZIONE
FC
V5
D2
V4
V6
G2
Nelle pompe alternative la regolazione della portata
NON PUO’ essere effettuata mediante una valvola
posta sulla mandata. Eventuali valvole sulla mandata
devono risultare completamente aperte durante il
funzionamento onde evitare rotture dovute a
sollecitazioni superiori alla resistenza dei materiali. La
regolazione è possibile by-passando la pompa con una
valvola generalmente a membrana, per cui una parte di
liquido ritorna sull’ aspirazione della pompa stessa.
By-pass sull’aspirazione
EQUIPAGGIAMENTO DI UNA POMPA CENTRIFUGA
PI
FC
V3
PI
V5
V6
V1
G1
PI
PI
V4
V7
V2
G2
G1 = Pompa centrifuga primaria
G2 = Pompa centrifuga di riserva
V1-V3 = Valvola di intercettazione a saracinesca
V2-V4 = Valvola di intercettazione a saracinesca
V5 = Valvola di ritegno
V6 = Valvola di intercettazione a saracinesca
automatica con comando pneumatico
V7 = Valvola di By-Pass
PI = Indicatore di pressione
FC= Controllo della portata (Flusso)
INDICE
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POMPE CENTRIFUGHE: Principali Caratteristiche
INDICE
1
2
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Per concludere le principali caratteristiche delle POMPE CENTRIFUGHE sono:
sono di semplice costruzione e
possono essere impiegati vari
materiali
erogano una portata costante
possono lavorare ad alte velocità di
rotazione, riducendo così le dimensioni
richieste per una data capacità
possono trasportare liquidi
contenenti solidi sospesi
per prevalenze elevate sono
necessarie pompe multigirante
presentano una efficienza massima solo in
un limitato campo della curva caratteristica
possono lavorare senza danni anche
con la valvola di mandata chiusa
non sono indicate per il trasporto di
liquidi molto viscosi
INDICE
POMPE SPECIALI
POMPE PERISTALTICHE
POMPA A PISTONE LIQUIDO
VITE DI ARCHIMEDE
EIETTORE
AIR LIFT
MONTALIQUIDI
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2
3
POMPE PERISTALTICHE: Caratteristiche Costruttive
Sono pompe speciali di tipo Volumetrico.
Si basano sulla rotazione di rulli impulsori, che
comprimono un tubo di materiale flessibile,
generalmente di silicone. Lo schiacciamento
progressivo provoca un’alternanza tra la
compressione e il rilassamento, e questo genera
una depressione, quindi un richiamo continuo
del fluido in mandata. Il prodotto che si trova
all’interno del tubo è trasferito integro, senza
subire il minimo danno.
Le caratteristiche di queste pompe sono:
•Nessun contatto del prodotto con l'organo pompante;
•Reversibilità del flusso;
•Sostituzione del solo tubo di usura;
•Autoadescamento in profondità;
•Pompaggio di prodotti eterogenei con corpi solidi
in sospensione;
•Precisione di dosaggio del prodotto;
•Possibilità di sanitizzazione ;
•Possibilità di funzionamento a secco;
•La linea di tenuta non provoca l'effetto macina.
INDICE
1
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POMPE PERISTALTICHE: Proprietà ed Usi
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1
2
3
Trovano largo impiego in campo alimentare; ed utilizzate generalmente per:
1) FLUIDIFRAGILI E SENSIBILI AL TAGLIO (Emulsioni, macedonie, spumanti, pomodori,
puree, caseari, dosaggi antischiuma, uve intere, succhi di frutta);
2) FLUIDI COMPOSTI (Cascami di macelleria, dosaggio additivi, polpa di carta, vinaccia di uva,
mangimi, macinati di frutta, polimeri, scarti di lavorazione barbabietole e patate);
3) FLUIDI DA NON INQUINARE O INQUINANTI (prodotti alimentari liquami di stalla, fanghi
e sedimenti).
Il rendimento di tali pompe è proporzionale alla velocità di rotazione
dei rulli impulsori e può essere raddoppiato dotando la pompa di due
elementi tubolari; per rendere più uniforme la loro portata queste
pompe sono normalmente dotate di una o a volte due camere d'aria
(una sul collettore di aspirazione e l' altra su quello di mandata).
L’usura principale è del tubo flessibile, che dopo un certo periodo di
lavoro deve essere cambiato.
Il principale limite allo loro diffusione è il costo, relativamente
elevato rispetto alle altre tipologie di pompe.
VARI MODELLI DI
POMPE PERISTALTICHE
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VARI MODELLI DI POMPE PERISTALTICHE
per l’industria Alimentare (semplici e con
tramoggia)
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2
INDICE
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Esempio di applicazione delle Pompe peristaltiche in campo medicale
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Apparecchiatura per EMODIALISI
1 -Linea arteriosa
2 -Linea venosa
3 -Camera d'espansione arteriosa
4 -Camera d'espansione venosa
5 -Membrane per misura di pressione
6 -Linee di infusione arteriosa
7 -Linea di infusione venosa
8 -Pompa eparina
9 -Pompa sangue
10 -Dializzatore (Filtro capillare)
Sia nelle forme acute e soprattutto in quelle croniche
è possibile intervenire con apparecchiature
biomedicali che hanno il compito di filtrare il sangue
al posto del rene. Tali terapie, infatti, si definiscono
sostitutive o più semplicenmente dialisi.
Per praticare la dialisi esistono due tecniche:
• Il sangue viene purificato convogliandolo fuori dal
corpo e mettendolo a contatto con il liquido di dialisi
attraverso una membrana semi-permeabile
(emodialisi). E' un trattamento extra-corporeo.
Frequenza e durata: 3 volte la settimana, per 3-5 ore.
•La membrana naturale del peritoneo viene usata
come filtro e il dialisato viene introdotto nell'addome
per mezzo di un catetere (dialisi peritoneale). E' un
trattamento intra-corporeo. Durata: fino a 24 ore.
2
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PRINCIPALI CARATTERISTICHE delle POMPE UTILIZZATE in ENOLOGIA
Tipo di
pompa
Prevalenza
Autodescante
Portata
hl/h
Tipo di
flusso
Solidi
Sospesi
Liquidi
limpidi
Velocità
Massima
gpm
Costo
Indicativo
€
Pompe centrifughe
Girante
neoprene
Bassa
Poco
30-400
Costante
Si
Si
1400
300-2000
Girante
aperta
Media
No
10-1200
Costante
Si
Si
2800
500-6500
Girante semiaperta
Media
Poco
10-600
Costante
No
Si
2800
75-3500
Girante
chiusa
Alta
No
30-800
Costante
No
Si
2800
100-5000
Pompe volumetriche alternative
Pistone
Media
Si
50-1200
Pulsante
Si
Si
75
3000-15000
Membrana
Alta
Si
0.5-5
Pulsante
Si
Si
400
150-750
Pompe volumetriche rotative
Vite
Alta
Si
3-1000
Costante
Si
Si
300
2000-15000
Lobi
Alta
No
50-1200
Costante
Densi
Si
1000
5000-25000
Peristal
tica
Media
Si
30-600
Media
mente
pulsante
Si
Si
80
10000-25000
Corpo
rotante
ellittico
Bassa
No
100-600
Molto
pulsato
Si
No
70
2500-10000
NB: i dati sono indicativi
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POMPA A PISTONE LIQUIDO
Le pompe a pistone liquido
sono anche denominate
pompe a cuscino d’olio o
pompe Galileo Ferraris
compensatore o
accumulatore
idraulico
MANDATA
ASPIRAZIONE
MANDATA
olio
Liquido da movimentare
non miscibile con l’
l’olio
ASPIRAZIONE
La particolarità di queste
apparecchiature è che sono
particolarmente adatte per la
movimentazione di liquidi
fortemente aggressivi. Infatti il
pistone impulsore non è a
contatto diretto con il fluido da
movimentare ma agisce su un
liquido chimicamente inerte
generalmente olio di paraffina
non miscibile con il liquido da
pompare. Le pompe a pistone
liquido sono pompe molto
lente per evitare
l’emulsionamento tra i due
liquidi. Hanno il vantaggio che
non presentano parti soggette
ad usura (es. membrane,
giranti, cuscinetti, pistoni,
ecc.); hanno lo svantaggio che
per avere portate mediamente
elevate (non superano
generalmente gli 8m3/h)
devono avere dimensioni
notevoli.
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2
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VITE DI ARCHIMEDE
La vite di Archimede è un sistema
utilizzato per sollevare liquidi molto
carichi in solidi, per pendenze
relativamente modeste ma per
portate anche rilevanti. Essa è
costituita da una vite senza fine che
ruota, azionata da un motore,
all'interno di un cassonetto in
lamiera. La vite pesca, alla sua base
in un pozzetto di raccolta che copre
un certo numero di spire.
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1
2
3
La caratteristica principale è che la portata erogata è
funzione del numero di spire coperte, per cui maggiore è
l'afflusso di liquido nel pozzetto di raccolta, maggiore
sarà il grado di copertura delle spire e, di conseguenza,
maggiore sarà la portata erogata .
VITE DI ARCHIMEDE
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1
2
SCARICO
PUNTO di
PRELIEVO
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VITE DI ARCHIMEDE: applicazioni
Le pompe a Vite di
Archimede vengono
impiegate
principalmente negli
impianti di
depurazione delle
acque reflue.
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2
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VITE DI ARCHIMEDE
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AIR LIFT
Le pompe air lift detti anche mammut o sollevatori idropneumatici sono
costituite da una tubo immerso nel liquido da sollevare. Alla base del
tubo è inserita una corrente di aria compressa, in quantità tanto
maggiore quanto più alta deve essere l’elevazione. L’aria compressa si
mescola con il fluido facendolo sollevare dal basso.
Particolare dell’
dell’ iniettore
aria (sand
(sand--mud eductor)
eductor)
Gli Air lift sono adoperati per il
sollevamento in verticale di
liquidi fangosi contenenti solidi in
grandi quantità o di dimensioni
relativamente grandi, oppure
corrosivi o di torbe abrasive.
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AIR LIFT:principio
di funzionamento
In assenza di flusso d'aria, il liquido all'interno del tubo si porta allo stesso
livello del liquido all'esterno.
Quando si immette il flusso di aria, il peso specifico del liquido all'interno del
tubo diminuisce in maniera proporzionale alla quantità di aria immessa.
Poiché la pressione alla base del tubo deve
essere la stessa, sia all'interno che
all'esterno, deve essere:
ye ∗ he = yi ∗ hi
Dove:
Liquido sollevato
+ aria
Pi
Pe
γi= peso specifico del
liquido interno
Aria compressa
hi
he
γe = peso specifico del
liquido all'esterno
Ma il peso specifico del liquido all'esterno è più alto di quello del
liquido all'interno, proprio per effetto della corrente di aria
compressa. Di conseguenza l’altezza all’interno del tubo dovrà
essere maggiore di quella all’esterno, determinando così il
sollevamento sino alla quota di uscita.
y e 〉 y i ⇒ he 〈 hi
INDICE
1
2
3
AIR LIFT: applicazioni (1)
INDICE
1
2
3
Air lift utilizzato come dispositivo
dragante
AIR LIFT: applicazioni (2)
Air lift utilizzato per lo scavo o il
ripristino di pozzi
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1
2
3
Air lift utilizzato
per la
fluidificazione di
sostanze solide
polverose o
impalpabili
AIR LIFT: applicazioni (3)
Copia della
registrazione
del brevetto
dell’air lift
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Air lift utilizzato come
sistema di lavaggio per
vasche o per serbatoi
interrati
AIR LIFT: applicazioni (4)
INDICE
1
2
3
Air lift utilizzato per il sollevamento di
sostanze bituminose
EIETTORE
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1
2
3
EIETTORE: principio di funzionamento (1)
L‘ effetto Venturi (o paradosso idrodinamico) è il fenomeno fisico,
scoperto e studiato dal fisico Giovanni Battista Venturi, per cui la
pressione di una corrente fluida aumenta con il diminuire della
velocità.
È possibile studiare la variazione di pressione di un liquido in un condotto,
inserendo dei tubi manometrici. L'esperimento dimostra che il liquido raggiunge nei
tubi altezze diverse: minore dove la sezione si rimpicciolisce (in cui aumenta la
velocità) e maggiore quando la sezione si allarga (ovvero quando la velocità
diminuisce). Dato che la pressione del liquido aumenta all'aumentare dell'altezza
raggiunta dal liquido nei tubi manometrici, è possibile dire che ad un aumento della
velocità corrisponde una diminuzione della pressione e viceversa, cioè all'aumento
della pressione corrisponde una diminuzione della velocità.
Con esperimenti appropriati, è possibile notare lo stesso fenomeno nei gas.
Consideriamo una generica condotta che presenti una diminuzione della sua sezione e
chiamiamo A1 l'area maggiore e A2 l'area minore. Dall‘ equazione di continuità
applicata alla fluidodinamica sappiamo che la portata entrante nella prima sezione
deve essere esattamente uguale a quella passante per la seconda. Da ciò, poiché la
portata può essere espressa come prodotto della velocità del fluido per la sezione in
cui passa, sappiamo che c'è un aumento di velocità nella sezione A2 rispetto a quella
in A1 (v1 < v2).
Sulla base di queste considerazioni, supponendo che non esista una differenza di quota tra
le due sezioni, è possibile utilizzare come sistema di riferimento per le altezze l'asse della
condotta, eliminando in questo modo un termine nell‘ equazione di Bernoulli, che si
presenterà in questa forma:
1
p + ρv 2 = COSTANTE
2
ρ = densità
p = pressione
v = velocità del flusso
Si può notare, quindi, che all'aumentare della velocità del fluido si crea necessariamente
una diminuzione della pressione interna al fluido stesso. Nel caso del nostro esempio,
cioè, la pressione p2 risulterà essere minore della pressione p1.
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2
3
EIETTORE: principio di funzionamento (2)
L'effetto Venturi viene anche chiamato paradosso idrodinamico poiché si può pensare
che la pressione aumenti in corrispondenza delle strozzature; tuttavia, per la legge della
portata, la velocità aumenta in corrispondenza delle strozzature. Quindi se abbiamo un
tubo che finisce contro una piastra come in figura e il fluido ha una pressione
leggermente superiore alla pressione atmosferica, l'aumento di velocità che la strozzatura
crea tra tubo e piastra farà aumentare la velocità a scapito della pressione del fluido. Se la
pressione scende al di sotto della pressione atmosferica, la piastra tenderà a chiudere il
tubo anziché volare via. Da questo nasce il paradosso idrodinamico che è una
conseguenza della Legge di Bernoulli.
Il tubo di Venturi viene impiegato
per misurare la portata.
Dato che:
Q = v1 A1 = v2 A2
p1 − p 2 =
(
1
ρ v 22 − v12
2
)
conoscendo le sezioni e le pressioni nei punti del tubo e la densità del fluido è
possibile ricavare la portata
Q = A1
2 ( p1 − p 2 )
= A2
  A 2

ρ   1  − 1 
  A2 



Q= 2
p2 − p1
ρ
2 ( p1 − p 2 )
2



A
ρ  1 −  1 

 A2 

A12 A22
* 2
A2 − A12




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EIETTORE: determinazione sperimentale della di pressione all’
all’interno di un tubo di Venturi
INDICE
1
2
3
EIETTORE: analisi computerizzata
della di pressione all’
all’interno di un tubo
di Venturi
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2
3
EIETTORE: vari modelli
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EIETTORE: applicazione (come pompa di aspirazione a getto d’
d’acqua)
ACQUA
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ARIA
Aeratore per
acquari
Pompa aspirante
da laboratorio
EIETTORE: applicazione (come iniettore idraulico o come miscelatore 1)
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Si vuole ad esempio trasportare il liquido blu dal contenitore cilindrico al contenitore
parallelepipedo per mezzo del liquido giallo che costituisce il liquido motore (carrier).
Aprendo la valvola a sfera il liquido motore attraversando l’ eiettore, per l’effetto Venturi
crea una depressione, aspirando il liquido da movimentare e miscelandosi ad esso lo
trasporta a destinazione.
L’eiettore deve essere opportunamente dimensionato esaminando pressioni,
contropressioni, portata di aspirazione e di mandata.
EIETTORE: applicazione (come iniettore idraulico o come miscelatore 2)
DOSATORE DI FERTILIZZANTE
negli irrigatori
OZONIZZATORE
ESEMPI DI
EIETTORI
USATI COME
INIETTORI O
MISCELATORI
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EIETTORE: applicazione (come iniettore idraulico)
L’ Iniettore Idraulico è un’
un’apparecchiatura di movimentazione dei liquidi di tipo
statico, il cui funzionamento si basa sul principio dell’
dell’Eiettore. Il liquido motore
scendendo dal serbatoio S1 trasforma la sua Energia Potenziale in Energia
Cinetica, in corrispondenza dell’
dell’ ugello dell’
dell’Eiettore provoca una depressione
che richiama il liquido dal serbatoio S2. Miscelandosi i due liquidi acquistano la
stessa velocità
velocità e riconvertono l’l’Energia Cinetica in Energia Potenziale.
Ovviamente l’l’ altezza finale a cui il
liquido è movimentato non potrà
potrà
essere maggiore dell’
dell’altezza del
serbatoio S1 del liquido motore.
Questo nel caso in cui l’l’impianto
sia completamente di tipo statico.
Per prestazioni diverse si dovrà
dovrà
dimensionare l’l’impianto in modo
opportuno ed inserire una pompa
d’iniezione a monte dell’
dell’iniettore, in
tal caso l’l’impianto non sarà
sarà più
più di
tipo statico a gravità
gravità. L’
L’Iniettore
Idraulico ha un rendimento molto
basso, ha il vantaggio di avere
costi d’
d’installazione e di gestione
bassissimi non richiedendo
praticamente alcuna manutenzione
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EIETTORE: applicazioni industriali (1)
Scrubber
Eiettori per vuoto
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Venturi flussimetro
differenziale
Scrubber
3
Venturimetri
Venturi nozzle
EIETTORE: applicazioni industriali (2)
GRUPPI
PER IL
VUOTO
(vacuum)
GRUPPO PER IL
VUOTO CON
CONDENSATORE
BAROMETRICO
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3
EIETTORE: applicazioni industriali (3)
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1
2
3
GRUPPI PER
IL VUOTO
EIETTORE: applicazioni industriali (4)
Sistemi di fluidificazione
polveri, granuli ecc. per
trasporto pneumatico
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EIETTORE: applicazioni industriali (5)
SCRUBBER - torre di lavaggio
ejector venturi scrubber
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Lo SCRUBBER è un‘ apparecchiatura che consente di abbattere la concentrazione di sostanze presenti in una corrente gassosa, solitamente
polveri e microinquinanti acidi. Queste apparecchiature trovano ampia applicazione negli impianti di depurazione fumi di svariati impianti chimici.
Lo SCRUBBER è una particolare torre di lavaggio. Il significato di torre di lavaggio è più ampio, infatti, rispetto allo SCRUBBER, una torre di
lavaggio può trattare dei gas che contengono ad esempio altri gas, come nel caso del lavaggio con H2SO4 per disidratare il Cl2.
Uno SCRUBBER può essere schematizzato in due parti:
* un TUBO di VENTURI, nel quale vengono introdotti la corrente gassosa da lavare ed il
liquido assorbitore;
** una colonna di riempimento, nella quale i gas in risalita si liberano dal liquido trascinato.
Il funzionamento dello SCRUBBER è il seguente: i gas vengono introdotti insieme al liquido
assorbitore attraverso un tubo di Venturi, che è costituito da un tubo che presenta una
strozzatura. In prossimità di tale restringimento si ha una diminuzione della sezione del tubo, e
quindi un aumento della velocità di attraversamento; siccome le perdite di carico aumentano
all'aumentare della velocità, si hanno delle perdite di carico localizzate, generate dalle
turbolenze nel flusso. Tali turbolenze migliorano la miscelazione tra gas e liquido, il quale
assorbe in questa fase i componenti da eliminare.
La base del tubo di Venturi è collegata alla camera di de-miscelazione in senso radiale,
facendo sì che la miscela gas-liquido la attraversino con un moto spiraliforme, dal basso verso
l'alto. Essendo la camera riempita con apposito materiale, il liquido condensa sulla superficie
dei corpi di riempimento e si dirige verso il fondo, mentre i gas salgono nella testa della
colonna. Generalmente i gas vengono aspirati da una soffiante.
Lo schema di funzionamento descritto sopra è quello di un particolare tipo di scrubber, ma
esistono altre tipologie costruttive; ad esempio il liquido di lavaggio può essere spruzzato
dall'alto tramite un unico ugello (ejector venturi scrubber) oppure a diverse altezze della
colonna (spray tower). Si può inserire inoltre un demister in testa alla colonna per favorire la
separazione del liquido trascinato dal gas.
A seconda del tipo di applicazione, a metà della camera può essere introdotto un ulteriore
liquido di lavaggio. Spesso alla base si trova un oil-skimmer, per la separazione di eventuali
idrocarburi condensati dal liquido di lavaggio.
Gli usi più comuni dello SCRUBBER sono:
* lavaggio con soda o altri fluidi di fumi (provenienti ad esempio da forni, caldaie o serbatoi di bitume) per l'eliminazione di acido cloridrico,
acido solfidrico, anidridi solforose e solforiche o idrocarburi;
** depurazione di gas di processo (ad esempio lavaggio di gas di sintesi con monoetanolammina per l'eliminazione della CO2).
EIETTORE: applicazioni industriali (6)
SCRUBBER - torre di lavaggio
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ejector venturi scrubber
EIETTORE: applicazioni industriali (7) SCRUBBER - torre di lavaggio
PARTICOLARE DELL’ ABBATTITORE
contenuto all’ interno della colonna
di riempimento
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EIETTORE:
applicazioni
industriali (8)
SCRUBBER torre di
lavaggio
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EIETTORE: applicazioni industriali (9)
SCRUBBER - torre di lavaggio
APPROFONDIMENTO:
DEMISTER
Il DEMISTER (o abbattitore di nebbie o separatore di
trascinamenti o separatore di gocce o denebulizzatore) è
un dispositivo inserito in apparecchiature per
separazioni liquido - vapore, che ha il compito di
favorire la separazione delle gocce di liquido trascinate
dalla corrente gassosa.
L'utilizzo del DEMISTER riduce il tempo di residenza
nell'apparecchiatura per la separazione, e questo si
traduce in un volume dell'apparecchiatura minore e un
abbassamento dei costi d‘impianto.
Il mesh demister è un tipo di demister molto utilizzato.
Il suo funzionamento è il seguente: le goccioline di
liquido trasportate dall'azione di trascinamento
(entrainment) della corrente gassosa urtano [1]] contro le
superfici del demister, formato da una fitta griglia, e
avendo ceduto la loro energia cinetica, ricadono nel
serbatoio sottostante. Le superfici del demister inoltre
fanno coalescere le gocce che rimangono su di esse, e
una volta che la forza di gravità supera la forza
associata alla formazione dell‘interfaccia liquido-solido,
le gocce hanno la possibilità di cadere verso il basso.
[1]] L'urto delle gocce contro le superfici del demister è
anche chiamato "impingement“.
INDICE
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EIETTORE: applicazione (carburatore miscelatore 1)
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EIETTORE: applicazione (carburatore miscelatore 2)
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EIETTORE: applicazione (areatori per rubinetti)
Feritoie per
presa aria
ARIA
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ACQUA
ARIA
ARIA
ACQUA miscelata con l’
l’ aria
EIETTORE: applicazione (lance
antincendio idriche)
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EIETTORE: applicazione (lance
antincendio a schiuma)
Per miscelare l’ aria con gli agenti schiumogeni
facendo aumentare di volume la schiuma estinguente
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EIETTORE: applicazione (aerografo e
verniciatura a spruzzo 1)
ARIA
COMPRESSA
VERNICE
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EIETTORE:
applicazione (aerografo
e verniciatura a
spruzzo 2)
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EIETTORE: Elettropompe autoadescanti
con Eiettore di aspirazione
EIETTORE
ASPIRANTE
EIETTORE
ASPIRANTE
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Effetto Venturi in Ossigenoterapia: applicazione per apparecchiature medicali
Maschera venturi
Erogatori aria medicale
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Effetto Venturi in Emodinamica: Aneurismi
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1
L’aorta è la principale arteria presente nel nostro corpo ed è
responsabile del trasporto di sangue ed ossigeno, attraverso
i suoi numerosi rami, a vari organi ed apparati.
Un aneurisma dell’aorta addominale (AAA) è una dilatazione
permanente dell’arteria aorta che se non trattata in tempo
può andare incontro a rottura con conseguente emorragia e
serio pericolo di vita per il paziente.
Si definisce aneurismatica un’arteria il cui calibro supera del
50% il diametro norma.
Un aneurisma può insorgere a livello di
qualunque vaso sanguigno ma più
frequentemente si forma nell’aorta sotto
l’origine delle arterie renali (85%). Il
trattamento dell’aneurisma dell’aorta
addominale è spesso l’intervento
chirurgico la cui fattibilità è comunque
da valutare per ogni singolo paziente. Lo
scopo del trattamento di questa
patologia è quello di evitare la probabile
rottura del vaso.
La dilatazione del vaso sanguigno comporta una
brusca diminuzione della velocità del flusso del
sangue ed un corrispondente aumento della
pressione sulle pareti. Questa situazione
degenerativa con il tempo provoca ulteriore
dilatazione del vaso, che risulta essere più fragile e
soggetto a rottura a causa della pressione interna.
2
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Effetto Venturi in Emodinamica: Aneurismi
(elaborazione computerizzata della variazione della pressione
e della velocità
velocità del sangue all’
all’interno di un vaso)
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MONTALIQUIDI
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ARIA
ALIMENTAZIONE
SFIATO
SCARICO
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MONTALIQUIDI: applicazione come “autoclave”
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L'acqua potabile viene consegnata all'utenza ad una pressione variabile dipendente dal punto di consegna e
dal periodo della giornata in base all'andamento del consumo, che produce perdite di carico nelle tubazioni.
Solitamente la pressione è nell'ordine di alcuni bar, e poiché un bar, ovvero 1 kg/cm2 equivale alla
pressione esercitata da una colonna d'acqua alta poco più di 10 m, la sola pressione di rete consente
all'acqua di raggiungere un'altezza di alcune decine di metri. Anche in un palazzo di altezza minore, però, gli
ultimi piani potrebbero ricevere una pressione insufficiente per il corretto funzionamento di alcuni
apparecchi ed un flusso d'acqua limitato e instabile.
Per ovviare a questi inconvenienti si utilizzano impianti in grado di incrementare la pressione dell'acqua.
Questi impianti sono comunemente definiti autoclave, poiché i serbatoi di accumulo possono avere un
portello di ispezione e pulizia di tipo a tenuta autoclave.
Un generico impianto di un'autoclave è costituito da:
1) un serbatoio di accumulo per immagazzinare un certo quantitativo d'acqua in arrivo dalla rete (non sempre presente),
2) una pompa elettrica, solitamente di tipo centrifugo, con PORTATA e PREVALENZA adeguate,
3) un contenitore a pressione in cui è presente una camera d'aria, chiamato anche POLMONE,
4) un PRESSOSTATO, cioè un interruttore in grado di accendere la pompa in funzione della pressione dell'acqua.
L'acqua ricevuta dall'acquedotto viene spinta nel polmone con una pressione maggiore di quella di rete per azione della pompa. In questo
contenitore è presente una camera d'aria che per effetto della pressione si comprime, agendo come una molla, in modo che allo spegnimento della
pompa l'acqua venga mantenuta in pressione. Un pressostato avvia la pompa quando la pressione è inferiore ad un limite minimo e la spegne al
raggiungimento del valore massimo prefissato.
La presenza dell'aria nel contenitore è necessaria perché, dal momento in cui la pompa si arresta un piccolo prelevamento di liquido provocherebbe
una rapida caduta di pressione nell'impianto privato. Il serbatoio pneumatico agisce quindi come un accumulatore e consente alla pompa di dilatare
il periodo di funzionamento su un periodo di tempo maggiore, evitandone un continuo susseguirsi di accensioni e spegnimenti causa di usura e
pericolosi colpi d'ariete.
La bolla d'aria può trovarsi a diretto contatto con l'acqua oppure i due fluidi possono essere separati da una membrana elastica. Nel primo caso
l'aria tende a solubilizzarsi nell'acqua, e per questo è necessario ripristinarne periodicamente il volume per mezzo di un compressore. La seconda
soluzione previene il problema della perdita di aria ma limita la dimensione dell'impianto e ne riduce l'affidabilità in quanto soggetta a rottura.
Altri elementi possono aggiungersi per completare l'impianto. Negli impianti condominiali è spesso presente un interruttore orario che provvede a
spegnere l'impianto nelle ore notturne per evitare rumori molesti. L'assenza dell'autoclave non è sentita anche perché di notte l'utilizzo dell'acqua è
limitato, quindi le perdite di carico nell'acquedotto pubblico sono limitate e la pressione di consegna è maggiore che di giorno.
Le normative prevedono che l'acqua giunga all'utilizzatore per effetto della sola pressione di rete e non è consentito aspirarla dall'acquedotto. Per
evitare questa eventualità si possono utilizzare contenitori di arrivo a pelo libero, ovvero a pressione ambiente, mantenuti a livello con un
galleggiante e da cui l'autoclave aspira l'acqua. In assenza del serbatoio di ingresso può essere presente un pressostato che spenga l'impianto
qualora la pressione di rete scenda sotto un limite prefissato.
MONTALIQUIDI: applicazione come “autoclave”
autoclave”
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Serbatoi zincati
per autoclavi
verticali e
orizzontali
Esempi di Polmoni o
Vasi d’
d’Espansione
Gruppo di
pressione per
autoclavi
Esempio di autoclave con
serbatoio di arrivo e di
mandata
Gruppo di
pressione con vasi
d’espansione
Esempio di
autoclave con
solo serbatoio di
mandata
RIEPILOGO IMPIEGHI delle POMPE
POMPE VOLUMETRICHE A PISTONE (STANTUFFO): l’organo impulsore è a contatto diretto con il fluido. Sono
utilizzate per liquidi limpidi, poco o mediamente viscosi. Hanno piccole portate (max 5 m3/min), ma presentano
un’ottima prevalenza.
POMPE VOLUMETRICHE A MEMBRANA: l’organo impulsore non è a contatto diretto con il fluido. Movimentano
normalmente liquidi inerti come acqua o olio, pompe con membrane idonee possono trasportare liquidi corrosivi,
liquidi con sospensioni o con solidi abrasivi. Hanno piccole portate ma hanno una buona prevalenza.
POMPA ROTATIVE: gli organi impulsori sono a contatto diretto con il fluido. A seconda dei tipi possono
movimentare liquidi corrosivi, liquidi con sospensioni, liquidi densi, liquidi viscosi e altamente viscosi. Hanno
portate di alcune decine di m3/h con prevalenze medio-alte.
POMPE CENTRIFUGHE: Le pompe centrifughe sono impiegate per movimentare liquidi poco o mediamente viscosi.
Possono trasferire anche liquidi torbidi, sospensioni con particelle di piccole dimensioni e liquidi corrosivi, in questi
casi i materiali impiegati per giranti e diffusori devono essere apprpriati. Sono apparecchiature che presentano un’
ampia versatilità di utilizzo a seconda delle caratteristiche costruttive. La portata può variare da poche decine di m3/h
fino all’ ordine del migliaio di m3/h.
La prevalenza può anch’ essa variare da alcuni m.c.l. fino a valori molto elevati prossimi al migliaio di m.c.l..
Per basse prevalenze, fino a circa 15 m.c.l., sono da preferire pompe centrifughe senza diffusore interno e a singola
aspirazione.
Per alte portate e basse prevalenze sono indicate le pompe a doppia aspirazione.
Per medie prevalenze fino a 50 m.c.l. sono utilizzate pompe con diffusore interno.
Per prevalenze maggiori fino a circa 100 m.c.l. si impiegano pompe multigirante ( o multistadio).
Per alte prevalenze fino a circa 1000 m.c.l. sono indicate più pompe collegate in serie o in parallelo (gruppi di
pressione).
TURBINE: l’ argomento verrà trattato in una specifica presentazione
INDICE
1
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VANTAGGI E SVANTAGGI DELLE POMPE CENTRIFUGHE
VANTAGGI
1.
Sono di semplice costruzione e possono essere
costruite con diversi materiali a seconda degli
impieghi e dei liquidi da movimentare.
2.
Non hanno valvole interne.
3.
Possono lavorare ad un elevato numero di giri
potendo essere direttamente collegate a motori
elettrici
4.
Presentano una portata costante.
5.
Possono rimanere inattive senza danneggiarsi
mantenendo la valvola di mandata chiusa.
6.
Hanno un’ ingombro minimo.
7.
Presentano bassi costi di manutenzione e quindi
di gestione.
SVANTAGGI
1.
Le pompe centrifughe monogirante non hanno
alte prevalenze. Le pompe multigirante sono
complesse e presentano elevati costi di
manutenzione e gestione.
2.
Hanno un rendimento ottimale in un intervallo
limitato di condizioni operative.
3.
Non sono generalmente autoinnescanti. Quindi
occorre effettuare le procedure di innesco della
pompa.
4.
Non essendo presenti organi di tenuta tra la parte
mobile (girante) e la parte fissa (diffusore) è
necessario disporre una valvola di ritegno sulla
mandata della pompa in modo tale che in caso di
non funzionamento dell’apparecchiatura si eviti
che il liquido nella tubazione gravi sulla pompa
stessa. Inoltre sempre sulla mandata della pompa
è necessaria una valvola di regolazione e sull’
aspirazione una valvola d’intercettazione.
5.
Le pompe centrifughe generalmente non sono
adatte per movimentare liquidi molto viscosi.
6.
Occorre scegliere in modo opportuno i liquidi da
movimentare e regolare opportunamente la
pompa per evitare fenomeni di cavitazione che la
danneggerebbero.
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