Macchine a fluido - parte 1

MF

2M2

- uz

+

. ,'s

- +

MI 7

Cziez

liÁ gHÁ xz

y x

y 2

=

Adescamento e cavitazione

La differenza di pressione che una pompa riesce a conferire al fluido che elabora dipende, per

data prevalenza della macchina, dalla densità del fluido stesso.

Occorre porre molta attenzione al diverso modo di funzionare che può caratterizzare una pompa

quando questa, destinata ad operare con un liquido, si trovi ad essere attraversata da un gas. Il

adescamento (o innesco)

problema, noto con il termine di di una pompa, si presenta soprattutto

in quei casi in cui la pompa, all’atto dell’avviamento, si trovi vuota di liquido e piena di aria. In

questo caso la notevole differenza fra le densità (circa 1 kg/m3 per l’aria contro 1000 kg/m3 per

la differenza di pressione che la pompa riesce a vincere non è in generale

l’acqua) fa sì che

sufficiente a farle svolgere la sua funzione, quale ad esempio quella di sollevare l’acqua da un

serbatoio a livello inferiore rispetto alla sua bocca di aspirazione. sopra

In certi casi, infatti, il lay-out impiantistico obbliga ad una disposizione della pompa

battente, un’altezza superiore al pelo libero

cioè ad del serbatoio di aspirazione.

In caso di prolungato inutilizzo, la macchina ed il condotto di aspirazione tendono a svuotarsi del

liquido, riempiendosi di aria; l’avviamento della pompa, quindi, non risulta più possibile perché

essa non è in grado di innescarsi, richiamando il liquido all’altezza voluta, a causa appunto delle

modestissime differenze di pressione che riesce a vincere se piena d’aria.

Quando sia impossibile una disposizione sotto battente, è necessario inserire nel condotto di

una valvola di non ritorno V,

aspirazione capace di impedire il rifluire del liquido verso il

serbatoio; anche questa soluzione, ottimale nelle condizioni di inizio vita, perde di validità nel

tempo, quando l’usura porta alla diminuzione della tenuta idraulica della valvola.

È allora consigliabile dotare la pompa di un foro di alimentazione (con relativo tappo T) attraverso il

quale sia possibile riempirla di liquido prima di ogni avviamento.

La soluzione più efficace ai problemi di adescamento è rappresentata dall’adozione di pompe

autoadescanti, nelle quali sia la bocca di aspirazione che quella di mandata si trovano ad un livello

superiore a quella della girante. Il tratto di condotto che collega l’aspirazione alla girante crea il

battente necessario a mantenere quest’ultima sempre immersa nel liquido.

↳e deve

condotto essere pieno

Nonostante questo accorgimento non si eliminano del tutto i problemi legati all’innesco, perché il

tratto di condotto di aspirazione a monte potrebbe comunque essere pieno d’aria. In tutte le

applicazioni nelle quali è possibile prevedere che il problema dell’adescamento si possa presentare

con una certa regolarità è da consigliarsi l’utilizzo delle pompe volumetriche, che non presentano

problemi di innesco. In alternativa, quando i costi lo consentono, è possibile ricorrere a particolari

pompa centrifuga collegata con una volumetrica;

pompe autoadescanti costituite da una

all’avviamento la pompa volumetrica provvede ad aspirare l’aria dal condotto di aspirazione

svuotandolo; successivamente viene aspirata l’acqua finché la pompa centrifuga non ne viene

riempita. A questo punto la pompa volumetrica viene disinserita e la pompa centrifuga può lavorare

regolarmente. La pompa volumetrica viene inserita solamente nella fase di svuotamento dell’aria

nella condotta di aspirazione.

Il posizionamento soprabattente è sconsigliabile anche nell’ipotesi di assenza assoluta di problemi

di adescamento, perché può portare all’insorgere del fenomeno della cavitazione. Con riferimento

alla figura, si consideri come piano z=0 il fondo del serbatoio; sia quindi za la quota del pelo libero

del liquido in esso contenuto, alla pressione atmosferica.

In fisica 1?

in

che condizione arriva

si

e

-....?-

afziza

Patm I * 21

et o sto I

- d di

R

cde gdz + =

+ +

+ 20) Py40 201

Ron

22 g(21 0

=

- - +

+

2

y - zo)

- g(z,- Ros lapa bassa

moto di

é pri e

quelle

-

=

tu

glzato

=

- 4 u..

- o

RO1-g(1-A-za+

I I

P Ros-gHa

-- - 2

I

Pur non avendo problemi di adescamento, alla sezione 1 si ha una pressione che rispetto al valore

atmosferico è tanto più bassa quanto più:

• la velocità è elevata

• le perdite sono elevate

• Alta sarà la sezione 1

Tutti questi aspetti portano la sezione 1 ad avere una pressione inferiore a quella atmosferica.

Questa pressione può essere insufficiente per mantenere il fluido nel suo stato di liquido: se il

valore di p in 1 è inferiore a una data quota, che dipende dal fluido, si può avere una transizione di

fase: si possono generare bolle di vapore poiché la pressione scende al di sotto della pressione

parziale del gas.

La sezione di ingresso è quella più critica. Nel momento in cui la presisone del fluido torna a salire,

urto meccanico

le bolle di vapore collassano generando un fenomeno di sulla pala della girante

che porta a una vera erosione meccanica.

Per far sì che non avvenga il fenomeno della

Net

cavitazione, si utilizza il parametro

positive suction headl NPSH:

2

tv

NPSH P1 (m]

-

= +

ggag

tv:

tensione di vapore

Questo parametro indica la tendenza in ingresso alla girante a osservare cavitazione o no. Per non

avere cavitazione il NPSH deve essere sempre maggiore di un valore minimo.

NPSH

- NPSHlute

controte -

S

NO -

Arizon*

S -a

ACCOPPIAMENTO POMPA

-IMPIANTO IgHt

- srtmme

a 2

ee

Hq '

"

HYERDK;

A !

j

.

y D

è x

- a

"

za Zß ler

bs

Q

3

X T

Cisi prevaleuze portate

PBSPA verso superiai minari

move ma

Pompe e compressori volumetrici

Pompe volumetriche: non

Si tratta di macchine nelle quali le bocche di aspirazione e di mandata sono in comunicazione

fra loro come nel caso delle pompe centrifughe, e trasferiscono un determinato volume di fluido

dall'ambiente di aspirazione a quello di mandata dopo averlo isolato all'interno.

In queste macchine viene dapprima riempito di fluido il volume in comunicazione con l'aspirazione:

poi questo volume aumenta finché il fluido viene isolato dentro la macchina senza essere più in

comunicazione con l'aspirazione e non ancora con la mandata; infine si apre la comunicazione con

la mandata ed il volume si riduce trasferendo fluido verso l'ambiente a più alta pressione.

volume massimo generato per ogni giro:

Si definisce cilindrata di una pompa il la cilindrata,

che è una caratteristica geometrica e costruttiva della macchina, teoricamente coincide con il

volume di fluido trasferito per giro dall'ambiente a bassa pressione verso quello a più alta

pressione. Pertanto, se è la velocità di rotazione della pompa, la portata di fluido elaborata

teoricamente da una pompa volumetrica sarà data da:

V-n

a =

elaborare fluidi diversi,

Nelle pompe volumetriche si possono anche quelli altamente viscosi che

non consentirebbero l’utilizzo di pompe centrifughe a causa delle notevoli perdite che si

verificherebbero, con conseguente riduzione della prevalenza fino a valori nulli o negativi.

Poiché queste macchine, inoltre, si limitano a trasferire un volume fisso di fluido dall’aspirazione

non si hanno problemi di adescamento

alla mandata, per esse quei tipici delle pompe

centrifughe: le pompe volumetriche se si trovano ad avere aria all'aspirazione la trasferiscono alla

mandata svuotando il condotto di aspirazione e consentendo poi al liquido di essere aspirato e

mandato.

Un'altra caratteristica delle pompe volumetriche che le differenzia sostanzialmente da quelle

centrifughe sta nel modo di funzionare: queste macchine, infatti, non trasferiscono energia al fluido

al loro interno incrementandone la pressione come accade nelle pompe centrifughe ma piuttosto lo

spingono verso la mandata, "contro" l'ambiente a più alta pressione, subendo la differenza di

pressione più che creandola.

si limita a mettere a disposizione del fluido che la attraversa un volume

La macchina, quindi,

fisso che sarà riempito per essere poi trasferito alla mandata.

lavoro da spendere,

Il di conseguenza, non deve essere inteso come energia trasferita al fluido,

energia necessaria per vincere la resistenza offerta dall’ambiente di mandata

ma come

all’introduzione della portata elaborata.

Pompe rotative: pompa a palee

La pompa a palette è caratterizzata da un rotore cilindrico R, posto tra aspirazione e mandata,

collegato all'albero motore e che si mantiene in contatto con la carcassa, almeno idealmente, solo

nel punto G: rotore e statore, in questo modo, hanno in comune una sola generatrice. Il rotore è

disassato rispetto alla carcassa di centro O ed il suo asse di rotazione O' è dotato di eccentricità

e. volume isolato in

- di

un quanto quo

00

l = Maudata Aspirazione

-

- ↳

l

X Pa

P11,

La figura si riferisce ad una macchina a quattro palette, posizionate all’interno di altrettante

fenditure o cave radiali; la presenza di molle sul fondo delle cave e la rotazione del rotore (che

causa una forza centrifuga) assicurano che le palette si mantengano sempre in contatto con lo

statore, in modo tale che tra due palette successive si venga ad isolare un volume

geometricamente ben definito (A).

Tale volume, ovviamente, varierà all’interno della macchina tra un valore minimo ed un valore

massimo ∙ , essendo la lunghezza assiale.

In generale, per una macchina a palette, nella quale sia l’area massima generata tra due di

queste, il rotore e la carcassa, il volume teoricamente inviato per giro è esprimibile come:

V Ad

2 Z: palette

aUNDRA numero

= - isolato

volume

Questo volume definisce la cilindrata della macchina e, se moltiplicato per la velocità di rotazione,

fornisce la portata teoricamente mandata.

V.n 2Adm

a PORTATA

= =

Tale macchina può risultare adatta ad elaborare sia fluidi incomprimibili funzionando come pompa,

che fluidi comprimibili; nel caso particolare di funzionamento come compressore si avr&agrav