Appunti di Macchine e sistemi energetici

ADESCAMENTO

Quando la pompa viene fermata, per potersi avviare di nuovo, il fluido deve rimanere al suo interno e nel

condotto di aspirazione. Ciò può ottenersi con una valvola di ritegno all’imbocco del condotto di aspirazione.

L’adescamento è sempre possibile se la pompa è sottobattente.

POMPA AUTO-ADESCANTE Inserisco la pompa in un contenitore in

modo da rimanere allagata anche quando

la pompa è ferma. La sovrapressione

della pompa spinge un getto d’acqua

sulla pompa stessa, trascinando l’aria:

aspira acqua ricca di aria fino a che l’aria

non finisce e l’ambiente di aspirazione si

allaga e la pompa inizia a funzionare in

modo regolare. Nel primo schema la

pompa è in quiete, il fondo è pieno di

liquido e il condotto di aspirazione è pieno d’aria. Nel secondo schema la girante è posta in rotazione,

provocando una depressione all’ingresso ed una compressione all’uscita: l’acqua del fondo è in parte

aspirata e spruzzata contro la girante attraverso un orifizio: il getto trascina una certa quantità d’aria che è

centrifugata e inviata alla mandata. Nel terzo schema l’eliminazione di parte dell’aria causa l’efflusso di altra

aria, che viene eliminata fino a che non ci sia solo liquido: la valvola si chiude impedendo l’alimentazione del

getto. 25

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CAVITAZIONE

Con la cavitazione l’acqua tende a evaporare a causa di una sottopressione. Provoca il danneggiamento della

girante della pompa a causa degli urti contro la parete. Il primo punto interessato dalla cavitazione è

l’ingresso di girante (formazione locale di bolle) per poi scomparire (implosione delle bolle) verso l’uscita. La

condizione di non cavitazione è mantenuta per .

= ≥ +

1

Nel caso in cui ho non ho cavitazione, mentre se ho ho cavitazione.

> <

La cavitazione causa un rumore: la pompa è sottoposta a sollecitazione vibrante.

Il collasso delle bolle da cavitazione (implosione) provoca

onde di shock. L’implosione in prossimità di parete solida,

imprinting jet

genera (microgetto liquido) che per urto

meccanico erode il materiale: il danneggiamento del

materiale attraverso lo scavo di fori, emissione di rumore e

vibrazioni e notevole perdita di prestazioni.

la caratteristica funzionale della pompa, al

= (, ):

crescere della portata e del NPSH ho un fascio di

andamenti crescenti con portata e numero di giri.

Per evitare la cavitazione è opportuno limitare l’altezza di

aspirazione, mantenere la temperatura dell’acqua limitta,

impiegare la sezione di aspirazione più ampia possibile in

accordo con i costi economici, evitare inutili deviazioni di

flusso o filtri e valvole di linea di aspirazione, selezionare la

pompa con il più favorevole NPSH richiesto, mantenere le condizioni operative di flusso della pompa non

troppo superiori.

è una caratteristica intrinseca della macchina.

Nel ramo di aspirazione devo avere velocità minore del ramo di mandata dopo la pompa per limitare la

cavitazione.

Se vado ad operare sulla valvola in mandata con uno strozzamento ho assenza di cavitazione, mentre se

vado a strozzare con la valvola in aspirazione introduco il rischio di cavitazione.

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STABILITÀ curva della pompa.

La curva spessa indica la Il punto in cui si intersecano la curva spessa e la curva sottile

curva dell’impianto

( ) rappresenta il punto di funzionamento stabile della pompa. Nel primo caso interseco la

curva della pompa nel suo ramo decrescente. Nel secondo caso la curva di impianto interseca la curva della

pompa nel suo tratto crescente, che di per sé sarebbe stabile, ma diventa instabile quando la pendenza del

circuito tende ad essere piatta. Nel terzo caso ho invece condizione di instabilità: la prevalenza del circuito in

partenza è maggiore di quella della pompa.

Condizione di stabilità:

<

Condizione di instabilità:

>

CICLO DI POMPAGGIO – IMPIANTO DI SOLLEVAMENTO

Nel punto 1 ho tangenza tra la curva della pompa e la curva del

circuito e questo punto corrisponde a una portata limite. Nel

punto 2 ho portata negativa: inversione repentina del flusso

(passa dal salire allo scendere). In questo punto la pompa

dissipa sia l’energia idraulica di caduta che l’energia meccanica):

funziona da freno e il fluido perde carico. Nel punto 3 raggiungo

la condizione di tangenza e ho una repentina inversione del

flusso: la portata torna ad essere positiva e la pompa torna al

suo funzionamento corretto. Nel punto in cui ho la pompa

ℎ

lavora, per cui ho innalzamento del punto di funzionamento.

Nei tratti 1-2 e 3-4 ho punti instabili di rapida inversione del

flusso e non ho equilibrio; mentre nei tratti 2-3 e 4- ho punti

stabili di progressivo flusso di riempimento.

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Per impedire il ciclo di pompaggio devo dotare l’impianto di una valvola di non ritorno (impedisco completo

svuotamento del serbatoio) e adotto una pompa con caratteristica sempre decrescente.

CATALOGHI

Nei cataloghi si vede come la portata vari al cambiare del numero di giri a cui opera la pompa, di come

l’NPSH vari al cambiare della portata.

Nel grafico potenza/portata le curve sono crescenti al crescere della portata trattata dalla condotta.

TIPOLOGIE POMPE Le giranti per alta pressione sono caratterizzate

da una geometria delle palette fortemente

radiale. A mano a mano che la pressione tende

a diminuire, la componente diventa sempre più

assiale fino a che non ho una pompa assiale

nella girante ad elica.

CARICHI IMPIANTI DI SOLLEVAMENTO IDROELETTRICO Il tratto 0-3 è dove è

inserita la pompa: opero ad

una quota che non varia.

La pompa deve fornire una

prevalenza capace di

portare l’acqua al bacino di

monte al netto delle

perdite equivalenti in metri.

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POMPE VOLUMETRICHE

POMPE ALTERNATIVE A PISTONE Le pompe volumetriche sono formate da:

1. Valvola di aspirazione: permette

l’ingresso del fluido di lavoro.

2. Valvola di mandata: permette l’uscita

del fluido di lavoro

3. Pistone o stantuffo: è in moto di pura

traslazione. Ha una parete piana che compie

un moto rettilineo alternato. È movimentato

da un sistema biella manovella.

4. Cilindro

Le valvole di aspirazione e di mandata non si possono scambiare ruolo e sono valvole automatiche: il gioco

delle pressioni tra l’ambiente interno e l’ambiente esterno fa aprire o chiudere le valvole.

Definisco le grandezze caratteristiche di una pompa a pistone:

Corsa dello stantuffo è il diametro della manovella che movimenta il pistone dal massimo al

:

- minimo

Diametro dello stantuffo è il diametro interno del cilindro

:

-

Cilindrata 2

=

- 0 4

SISTEMA DI POMPAGGIO CON RIDUZIONE DELLE PULSAZIONI DI PORTATA

Quando il pistone si muove verso sinistra la pressione nel corpo

pompa aumenta; quindi, la valvola di scarico si apre e l’acqua

viene spinta dal copro pompa in parte nella camera di scarico

(che contiene gas che si comprime) e in parte nella linea di

mandata. Quando il pistone ha completato la corsa verso sinistra

la valvola di scarico si chiude; a causa della pressione nella

camera di scarico l’acqua continua a venire spinta nella linea di

mandata anche quando il pistone è in posizione opposta

(all’utenza arriva una portata pressoché continua). Quando il

pistone si muove verso destra la pressione nel corpo pompa

diminuisce e la valvola di aspirazione si apre, aspirando l’acqua

dalla camera di aspirazione (che si svuota e si decomprime) e

che richiama fluido dalla linea di aspirazione. A fine corsa la

valvola di aspirazione si chiude e a causa della depressione nella

camera di aspirazione l’acqua continua a fluire nella linea di

aspirazione, determinando una portata di aspirazione continua.

Le camere di aspirazione e di scarico sono usate per permettere

colpo di ariete.

di avere portate più uniformi e di avere condotte lunghe senza il rischio del

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PORTATA L’area di mandata è equivalente all’area di portata

inferiore. La portata istantanea teorica è definita

come: e la portata media teorica è

2

= =

4

definita come = =

0 0

60 2

PUNTO MORTO

Sono definiti il punto morto superiore PMS e il punto morto inferiore PMI,

rispettivamente quando il sistema biella manovella è completamente

esteso e quando il sistema biella manovella è all’estensione minima.

CICLO DI LAVORO DELLA MACCHINA fase stazionaria

La macchina compie una serie di cicli di lavoro. Se questi si ripetono uguali si parla di . Il

pistone svolge un ciclo quando da un punto di partenza, attraversa una sequenza di fasi diverse per poi

tornare al punto di partenza.

CICLO TEORICO IDEALE Il lavoro del ciclo teorico è dato dall’area del rettangolo: =

0

Il ciclo parte dal punto 1, il PMI, in cui ho volume massimo e

pressione minima. Nel tratto 1 2 la pressione aumenta senza

→

spostamento del pistone (compressione a volume costante). Il punto

2 rappresenta sempre il PMI in cui in questo caso ho volume e

pressione massimi (sono alla pressione di mandata). Nel tratto 2 3

→

il pistone sale a pressione costante facendo uscire il fluido. Il punto 3

rappresenta il PMS. Nel tratto 3 4 la pressione decresce a volume

→

costante. Il punto 4 rappresenta sempre il PMS ma ho pressione e

volume minimi (la pressione è diminuita dalla pressione di mandata alla pressione di aspirazione). Il tratto

4 1 rappresenta la fase di aspirazione in cui il pistone spazza un volume di fluido fino al PMI, aspirando

→

fluido all’interno.

CICLO INDICATO REALE Il ciclo indicato reale tiene conto di fattori non considerati nel ciclo teorico:

comprimibilità del fluido, eventuali fughe del fluido, inerzia delle valvole in

ap