Macchine e sistemi energetici

Superare il dislivello tra i due serbatoi

H- Superare il dislivello tra i due serbatoi p B Apotenziale −p pB A- Compensare la differenza di pressione =H p ρgpressione2 2−cc B A- Compensare la differenza cinetica =H p 2 gcinetica −p pB A= + −zIl termine di statico della prevalenza H zp B Aρgstatica=H +H RIl termine di prevalenza dinamica p p impdinamica statica =0HNel caso di un impianto chiuso i punti di ingresso e uscita sono gli stessi perciò . Dip ideale=H +H Rconseguenza, in un impianto reale bisogna compensare solamente le perdite di carico.p p impreale ideale9. Data la curva caratteristica di un impianto di pompaggio su di un piano (H,Q), e nota laportata che si vuole garantire, illustrare i criteri di scelta della pompa, supponendo di avere adisposizione un catalogo.Nota la caratteristica dell’impianto, per scegliere la pompa adatta, bisogna valutare il punto di intersezionetra la caratteristica del circuito e quella della generica pompa alla portata data. Tale punto

costituisce il punto di funzionamento stabile dell'impianto. Noto questo è possibile selezionare la pompa più adeguata.

10. Descrivere i metodi che possono essere messi in atto per regolare la portata in un impianto di pompaggio con pompa centrifuga. Servirsi del piano caratteristico (H,Q) per evidenziare gli effetti della regolazione. L'inserimento di una valvola in mandata altera la sezione Valvola in mandata: di passaggio del fluido, introducendo maggiori perdite di carico. Il sistema si sposta quindi verso un nuovo punto di funzionamento stabile con una riduzione della portata e un aumento della prevalenza. L'effetto complessivo è quello di ridurre la potenza dell'impianto.

Riducendo il numero di giri della pompa la sua Variazione del numero di giri: curva caratteristica si abbassa. Si avrà un nuovo punto di funzionamento con portata e prevalenza ridotte, di conseguenza una potenza inferiore.

La valvola riduce la portata che va all'utenza,

provocando un ricircoloValvola by-pass: dell’acqua all’interno della pompa. Leperdite dell’impianto si sommanoorizzontalmente a quelle della valvola,definendo una nuova caratteristica e,quindi, un nuovo punto di funzionamento.A causa del by-pass alla pompa arriva unaportata maggiore, mentre al circuito unaportata inferiore. Anche la prevalenzarisulta diminuita, ma con un aumentoIl tipo di regolazione più efficace risulta esserequella che agisce sul numero di giri che, permettedi avere una maggiore riduzione della potenzasenza introdurre perdite per laminazione.

11. Il metodo di regolazione della portata in un impianto idraulico di pompaggio tramite valvoladi strozzamento prevede il posizionamento della valvola nel tratto di mandata e non inquello di aspirazione. Spiegare perché.

L’inserimento di una valvola nel tratto di mandata aumenterebbe notevolmente delle perdite di carico. Ciòdetermina un maggiore rischio di cavitazione.

All'interno dell'impianto. Per evitare la cavitazione, infatti, NPS H ≥ NPS Hdeve essere rispettata la condizione .d rIl 'Net Positive Suction Head' disponibile vale. Maggiori perdite provocano la sua riduzione e quindi la possibilità che si verifichi cavitazione, condanneggiamento della pompa.

12. Ricorrendo alle relazioni di similitudine illustrare come cambia la curva caratteristica di una pompa centrifuga al variare del numero di giri di funzionamento.

13. Illustrare come, a partire dai dati di catalogo, si procede alla verifica di non cavitazione di una pompa. +p ≥ p pPer evitare il rischio di cavitazione è necessario che si rispetti la condizione 1 v g=p pressione ingresso girante1 =p pressione di vaporizzazionev =pressionep dei gas discioltig NPS H ≥ NPS HCondizione soddisfatta se d rNPS HIl è una caratteristica costruttiva della generica pompa, consultabile il catalogo, mentrerNPS H è quello disponibile dello specifico impianto.

Perciò dalle condizioni di progetto si sceglie unadpompa che soddisfi la disequazione.

NPSH (Net Positive Suction Head, prevalenza netta di aspirazione positiva).

14. Spiegare cosa rappresenta e quale utilizzo ha il simbolo NPSH.

Il NPSH (Net Positive Suction Head, prevalenza netta di aspirazione positiva) rappresenta la differenza tra lapressione in un punto di un generico circuito idraulico e la tensione di vapore del liquido nello stesso punto.Tale parametro serve a valutare la condizione di non cavitazione nella pompa, verificata se+NPS H ≥ NPS H p ≥ p povvero, quando .d r 1 v g

15. Spiegare quali scelte tecniche e operative consentono di evitare il fenomeno dellacavitazione in un circuito di pompaggio.

Per evitare la cavitazione si può:

• Limitare l’altezza di aspirazione fino a disporre la pompa sotto battente, se necessario. Altezze diaspirazione sopra quella massima non rispettano la condizione di non cavitazione.
• Mantenere bassa la temperatura

dell'acqua al fine di mantenere bassa la pressione di vaporizzazione.

Mantenere ampia la sezione di aspirazione in maniera tale da ridurre le perdite di carico.

Evitare di inserire filtri e valvole nella condotta di aspirazione. Aumenterebbero le perdite di carico.

NPS H- Selezionare una pompa con un ridotto.

Mantenere le condizioni operative di flusso della pompa non troppo lontane a quelle nominali.

16. Spiegare se una pompa centrifuga è autoadescante.

Una pompa centrifuga non è di per sé autoadescante non essendo capace, come le pompe volumetriche, di aspirare aria con continuità. La pompa, infatti, fa innalzare l'acqua di una certa quantità dopodiché si arresta. Prima che venga riavviata nuovamente, però, il flusso d'acqua precipita tornando nella condizione di partenza. Per risolvere il problema dell'adescamento della pompa è necessario agire tramite l'inserimento di una valvola di ritegno o

La componente motrice è minore di quella resistente, perciò il fluido rallenta fino a riportarsi nella configurazione di equilibrio.

Instabile: in questo caso la curva del carico, nella zona di bassa portata, è sovraelevata rispetto a quella della pompa. L'intersezione delle due curve costituisce un punto di funzionamento instabile per il quale: se la portata aumenta il fluido accelera fino a portarsi in un nuovo punto di funzionamento stabile; se la portata diminuisce il fluido decelera fino ad arrestarsi, in quanto non trova alcuna condizione di equilibrio.

19. Descrivere le condizioni impiantistiche (pompa e circuito) in cui si può verificare il ciclo di pompaggio.

Il progressivo riempimento del serbatoio porta ad avere una curva del carico sempre maggiore:

- Nel tratto 4-1 il funzionamento è ancora stabile ma il serbatoio si sta riempiendo

- A partire dal punto 1 la curva del carico è tangente a quella della pompa e si ha una rapida inversione

quasi-1D: tutte le grandezze caratteristiche del fluido (velocità, energia interna, pressione...) sono uniformi tra ingresso e uscita

L'energia del fluido contenuta all'interno del volume di controllo (V.C.) può variare nel tempo per effetto:

• del flusso termico che attraversa la superficie di controllo Q' e P
• della potenza scambiata con le pareti mobili
• dei flussi di energia in ingresso e uscita
• della forza che esercitano le particelle fluide attraverso le superfici permeabili per affluire e defluire (lavoro di efflusso).

2. Evidenziare le differenze funzionali tra macchina volumetrica e macchina dinamica.

3. Tipologie delle varie fasi di lavoro di una macchina volumetrica:

1. Aspirazione: il pistone scende verso il PMI e l'apertura della valvola permette di introdurre aria nel cilindro.
2. Compressione: il pistone sale verso il PMS con le valvole chiuse e comprime il fluido.
3. Espansione: il fluido di lavoro si espande fino a tornare al PMI.
4. Scarico:

La valvola di mandata si apre permettendo l'espulsione del fluido.

Bilancio energetico di una macchina volumetrica a fluido comprimibile in fase di aspirazione forzata.

Bilancio energetico di una macchina volumetrica a fluido comprimibile in fase di scarico forzato.

Bilancio energetico di una macchina volumetrica a fluido comprimibile in fase di scarico spontaneo.

Bilancio energetico di una macchina volumetrica a fluido comprimibile in fase di compressione a volume chiuso.

Bilancio energetico di una macchina volumetrica a fluido comprimibile in fase di espansione a volume chiuso.