OPERA SUL MOTORE PRINCIPALE ED AUSILIARIO E SUI SISTEMI DI CONTROLLO ASSOCIATI: 3_6_1 Altri ausiliari, includendo le varie pompe

 

POMPE SPECIALI, tutte le pompe che non rientrano nelle categorie precedenti, che funzionano secondo principi di funzionamento particolari o che rispondono ad esigenze specifiche. 

Nelle macchine statiche trova posto:

EIETTORE, il cui funzionamento segue la legge di venturi in cui un fluido che attraversa un tubo a diverse sezioni crea una pressione negativa capace di aspirare un altro fluido. Il fluido di funzionamento può essere un gas o un liquido messo in pressione da un macchinario dinamico.

POMPE CINETICHE : LE POMPE CENTRIFUGHE

Le pompe centrifughe sono macchine azionate idraulicamente che trasportano energia ai fluidi (in particolare liquidi) tramite l'azione di un campo di forze centrifughe. La loro funzione principale è quella di spostare i fluidi aumentando la pressione. Le pompe centrifughe sono disponibili in una varietà di forme e dimensioni, ma il loro principio di funzionamento e le caratteristiche fluidodinamiche rimangono invariati. Le pompe centrifughe sono composte da una girante che ruota all'interno di un involucro. La girante è composta da un set di pale, preferibilmente di forma radiale, che forniscono energia cinetica al fluido pompato. Gli ugelli di aspirazione e di scarico sono forniti sull'involucro per il fluido pompato. 

Un albero collega la girante all'albero. Il motore o qualsiasi altro tipo di azionamento (puleggia, qualsiasi altro tipo di trasmissione) fa girare l'albero. Per capire meglio il funzionamento:

Il fluido entra nell'occhio della girante e rimane intrappolato tra le pale della girante. Le pale della girante trattengono il liquido e lo accelerano mentre passa dall'occhio della girante al diametro esterno della girante. Mentre il fluido accelera, si forma una zona di bassa pressione nell'occhio della girante (il principio di Bernoulli, quando la velocità aumenta, la pressione diminuisce) e questo è uno dei motivi per cui il liquido deve avere energia adeguata per entrare nella pompa. Il liquido esce dal diametro esterno della girante a una velocità elevata (la velocità del motore) e colpisce rapidamente la parete interna della cassa della voluta. A questo punto, la velocità centrifuga del liquido si ferma e la velocità cambia in pressione (il principio di Bernoulli inverso). 

C'è anche una velocità di rotazione perché il motore sta girando. Il fluido viene diretto dal taglio dell'acqua attraverso un canale di fuga sempre più grande attorno all'alloggiamento interno della voluta. Man mano che il canale si allunga, la velocità di rotazione diminuisce e il liquido assorbe ancora più energia e pressione (di nuovo, il principio di Bernoulli). Il liquido esce dalla pompa sotto pressione di scarico, pronto a superare la resistenza del sistema.

Le pompe rotative si presentano in svariate forme; noi esamineremo quelle ad ingranaggi e quelle a palette. In figura è rappresentata una pompa ad ingranaggi esterni: il liquido racchiuso nel vano tra due denti consecutivi e la cassa esterna viene trasportato dall’aspirazione alla mandata e non può rifluire verso l’aspirazione a causa della tenuta centrale, garantita dall’ingranamento tra i denti delle due ruote. Quest’ultimo permette di collegare il motore con una sola delle due ruote, facendo trascinare l’altra tramite il suddetto accoppiamento. Queste pompe danno buone prestazioni quando siano usate per fluidi lubrificanti; infatti l’usura dei denti, dovuta a materiali abrasivi o a particelle metalliche, tende ad incrementare i giochi e a farne decadere il rendimento volumetrico. Il forte carico gravante sui cuscinetti ed il decadere del rendimento volumetrico al crescere della prevalenza consigliano di usare tali pompe per prevalenze non superiori ai 100 bar.

POMPE VOLUMETRICHE – Rotative ingranaggi interni

Un altro tipo di pompa è quella ad ingranaggi interni: in questo caso le camere a volume variabile sono delimitate dalle pareti di due denti appartenenti alle due ruote. La pompa ad ingranaggi interni aggiunge al pregio di essere costruttivamente semplice (proprio delle pompe ad ingranaggi) quello di un’elevata compattezza e di dimensioni ridotte rispetto a quella ad ingranaggi esterni. Anche per questo tipo di pompa occorre utilizzare liquidi derivati da idrocarburi che permettono la buona lubrificazione dei denti. E’ un po’ più rumorosa nel funzionamento, rumore dovuto in parte all’eccentricità degli ingranaggi interni.

POMPE VOLUMETRICHE ROTATIVE – A PALETTE

Infine in figura è rappresentata una pompa a palette che è costruttivamente analoga all’omonimo compressore. Il liquido racchiuso tra due palette, il rotore e la cassa esterna viene trasportato dall’aspirazione alla mandata, mentre non può rifluire, se non in piccola parte, per il modesto volume della camera sottostante. Le palette aderiscono al profilo interno della cassa o per forza centrifuga o per l’azione di molle poste all’interno di scanalature (praticate nel rotore) entro cui scorrono le palette. Questa pompa è meno sensibile all’usura della pompa ad ingranaggi poichè l’usura delle palette a contatto della cassa non ne riduce la capacità di tenuta; la prevalenza ottenibile può giungere a 150 bar. 

Variando l’eccentricità del rotore si riduce il volume della camera che passa dall’aspirazione alla mandata, mentre si aumenta quello della camera di ritorno; in tal modo si può ridurre la portata di mandata fino ad annullarla (eccentricità nulla). Per il calcolo della portata e della potenza nelle pompe rotative si applicano le formule già viste per le pompe alternative. Il rendimento volumetrico presenta valori molto variabili da pompa a pompa; inoltre esso si riduce al crescere della prevalenza (per l’incrementarsi del fluido che rifluisce) ed al diminuire del numero di giri (perchè a portata rifluente circa costante si riduce la portata idealmente mandabile). Il rendimento complessivo è intorno a 0.7 per pompe ad ingranaggi mentre sale a 0.85 ed oltre per pompe a paletta. Le pompe rotative raggiungono portate dell’ordine di 0.3 m3/s, ruotando a velocità angolari abbastanza elevate da permettere l’accoppiamento diretto con i motori di comando (elettrici o a combustione interna).

POMPE VOLUMETRICHE – Rotative a stantuffi radiali

Il grado di irregolarità della portata mandata di una pompa a stantuffo diminuisce al crescere del numero dei cilindri. E’ quindi chiara l’opportunità di ricorrere a pompe pluricilindriche. Queste si distinguono in pompe a stantuffo radiale ed in pompe a stantuffo assiale.

La pompa a stantuffi radiali è costituita da una parte centrale fissa divisa in due da un setto separatore, da un rotore nel cui blocco sono ricavati i cilindri, da stantuffi mobili nei suddetti cilindri e da una cassa esterna fissa eccentrica rispetto al rotore. Il rotore trascina in rotazione gli stantuffi e questi, per forza centrifuga o tramite sistemi più complessi, si mantengono in contatto con la cassa esterna; a causa dell’eccentricità tra rotore e cassa esterna, gli stantuffi risultano dotati di moto alterno rispetto ai cilindri in cui scorrono. La distribuzione è realizzata tramite la parte centrale fissa: la comunicazione tra cilindri e zona di aspirazione (A) durante la fase di aumento del volume della camera del cilindro permette l’aspirazione del liquido, mentre la comunicazione con (M) durante la fase di riduzione del volume della camera realizza la mandata. Il numero dei cilindri varia normalmente tra 5 e 9; inoltre si possono avere una o due stelle di cilindri ricavati nello stesso rotore. La regolazione di queste pompe è effettuata variando l’eccentricità del rotore: in tal modo varia la corsa degli stantuffi e quindi la cilindrata e la portata della pompa; allorchè l’eccentricità si annulla, anche la portata si annulla.

La regolazione delle pompe a stantuffi assiali multipli è realizzata variando l’inclinazione della piastra su cui poggiano gli stantuffi, quindi la cilindrata e di conseguenza la portata erogata dalla pompa. 

Le pompe a stantuffi multipli, essendo prive di un sistema di comando a biella e manovella permettono velocità più elevate delle normali pompe a stantuffi, e per l’elevato numero di cilindri danno luogo a portate nelle condotte sensibilmente costanti nel tempo. 

Esse trovano larga applicazione nel campo dei liquidi dotati di proprietà lubrificanti, quali olii, kerosene, ecc.., e sono quindi, ad esempio, impiegate come componenti delle trasmissioni idrostatiche e come pompe del combustibile per impianti di turbine a gas.

 Queste pompe sono dotate di elevati rendimenti volumetrici e meccanici e lavorano con differenze di pressione, tra mandata e aspirazione, che possono raggiungere i 1000 bar.

POMPE VOLUMETRICHE – Rotative a viti elicoidali

Sono costruite con due o tre viti elicoidali a due principi. 

Queste viti, una mossa dal motore, e le altre trascinate, si muovono all’interno di un contenitore. Il liquido aspirato viene progressivamente spinto verso il bocchello di mandata, lungo l’asse della macchina. 

Si possono ottenere portate fino a 200 m3/h, e prevalenze fino a 70 bar. 

Sono consigliate per movimentare fluidi altamente viscosi, mentre sono sconsigliate per fluidi abrasivi, poco viscosi o non lubrificanti. 

POMPE VOLUMETRICHE – Rotative a vite eccentrica

Sono costruite una vite che ruota in modo eccentrico nel suo corpo. 

Permette il pompaggio di un liquido con qualsiasi viscosità. 

A bordo le navi le possiamo trovare negli impianti di depurazione acque di sentina, sono molto lente e a bassissima portata proprio per facilitare il compito dei separatori a coalescenza.