Pompa fluidodinamica: differenze tra le versioni
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Una '''pompa fluidodinamica''' (detta comunemente '''pompa
Queste pompe non hanno bisogno di [[valvola (idraulica)|valvole]], ma hanno lo svantaggio che la portata e l'efficienza diminuiscono con l'aumentare della [[pressione]] all'uscita. In genere queste pompe hanno la necessità dell'adescamento, ovvero di essere inizialmente riempite di liquido per poter funzionare
== Tipologie ==
*centrifuga;
*assiale;
*ariete idraulico;
*magnetofluidodinamica;
*lineare;
* Pompe magnetofluidodinamiche.▼
== Pompa centrifuga ==
La pompa centrifuga utilizza l'effetto centrifugo della sua [[girante]] per movimentare il liquido, trasformando l'energia meccanica proveniente dal suo motore prima in [[energia cinetica]] e successivamente in energia di pressione che conferisce al liquido sollevato.
La pompa centrifuga è di gran lunga la pompa di uso più comune, sia in ambito industriale che civile.
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=== Costruzione ===
[[File:Centrifugal 4.png|thumb|Sezione di una pompa centrifuga (con supportazione su piedini):<br />1 - corpo<br />1a - bocchello di aspirazione<br />1b - diffusore<br />2 - girante<br />3 - scudo di chiusura della parte idraulica<br />4 - cassa stoppa (contiene il sistema di isolamento della parte idraulica dall'esterno)<br />5 - supporto dell'albero (contenente i cuscinetti ed il lubrificante)<br />6 - albero (collegato ad un motore, generalmente elettrico) trasmette il moto dal motore alla girante.]]Una pompa centrifuga è composta essenzialmente da una parte mobile detta '''girante (ruota palettata),''' che aspira il fluido da una tubazione di aspirazione, comunicante con il centro della pompa, e trasferisce al liquido l'energia meccanica trasmessa dal motore sotto forma di energia cinetica.
La ruota palettata gira in una camera fissa a forma di chiocciola, voluta o corpo di pompa, entro cui si muove il liquido spinto dalla [[forza centrifuga]] impressale dalla girante, che trasforma l'energia cinetica del liquido in energia di pressione e lo incanala nella tubazione di mandata comunicante con la periferia della pompa.
La girante è una ruota dotata di palette che può essere realizzata secondo molte varianti costruttive a seconda delle prestazioni richieste: '''girante chiusa''', '''girante aperta''', '''girante monocanale''', '''girante arretrata''', '''girante vortex''', '''giranti assiali''', '''giranti semiassiali'''.
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[[File:Centrifugal 2.png|thumb|left|Dinamica del fluido in una pompa centrifuga]]
Se ne comprende il funzionamento osservando che un cilindro riempito d'acqua, posto in rotazione attorno al proprio asse, modifica la forma del pelo libero, facendogli assumere un profilo parabolico: infatti l'accelerazione centrifuga è proporzionale al quadrato della [[velocità angolare]], ed al raggio di rotazione. La differenza H di livello che si osserva (e che, intuitivamente, è funzione della velocità angolare) si dice ''[[Prevalenza (fisica)|prevalenza]]'' della pompa. È anche intuitivo osservare che, a parità di velocità angolare (e quindi di profilo del liquido), se si pratica un foro esattamente all'altezza H non si avrà alcuna uscita di liquido. Se invece il foro viene praticato a una quota inferiore si osserverà una fuoriuscita di liquido; inoltre è intuitivo osservare che tanto più basso viene praticato il foro, tanto maggiore sarà la quantità nell'unità di tempo, detta ''[[portata]]'', di liquido uscente.
Nella pratica, il fluido è contenuto all'interno di un corpo ed è messo in rotazione da una girante.
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La composizione delle velocità vettoriali definisce portata e prevalenza.
{{
=== Prestazioni ===
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Le caratteristiche idrauliche della pompa centrifuga sono espresse dalla ''curva caratteristica'', un cui esempio appare nella figura a lato. Nell'esempio, si vede una pompa avente portata 16 m³/h e prevalenza 40,5 [[metro|m]] (questa coppia di valori è solitamente definita ''punto di lavoro''). La curva rossa è la caratteristica vera e propria, e si vede come alla portata di 20 m³/h la prevalenza si riduca a circa 36 [[m]]. Le curve rosse tratteggiate indicano le prestazioni con giranti di diverso diametro. Le curve color ocra indicano il [[Rendimento (termodinamica)|rendimento]] totale della pompa (solitamente espresso in percentuale), che nel nostro caso è di poco inferiore al 50%. La curva verde indica [[NPSH]](r) della pompa, nel nostro caso pari a circa 1.4 m; si noti come si abbia il minimo NPSH (r), circa 1 m, alla portata di rendimento massimo. La curva blu esprime la potenza assorbita all'asse della pompa con liquido avente densità 1000 kg/m<sup>3</sup>, nel nostro caso poco superiore a 3 [[watt|kW]].
Nella selezione di una pompa centrifuga, è sempre bene scegliere un modello in cui il punto di lavoro cada nella parte discendente della curva. Ciò perché, oltre ad avere di norma un rendimento più elevato, questa selezione consente un agevole controllo della portata mediante l'interposizione, in mandata, di una perdita di carico variabile (solitamente una valvola).
=== Classificazione ===
Le pompe centrifughe in base alla disposizione dell'albero di trasmissione che muove la girante, si distinguono in pompe ad asse orizzontale e ad asse verticale. Inoltre in base alla direzione del flusso che le attraversa le
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Le pompe centrifughe inoltre si suddividono in centrifughe monostadio o multistadio, in base alla quantità di giranti di cui sono dotate.
Più giranti ci sono, più aumenta la prevalenza totale generata dalla pompa, che è data dalla somma delle prevalenze erogate da ciascuna girante.
Le pompe centrifughe a seconda che queste siano ad alimentazione elettrica o a benzina, si distinguono in elettropompe o motopompe.
=== Installazione ===
Le pompe
* sotto battente;
* sopra battente o in aspirazione
Un'installazione è definita "sottobattente" quando l'asse della pompa si trova al disotto del livello minimo
La condotta di aspirazione deve essere orizzontale o avere pendenza in salita verso la pompa e comunque essere realizzata in modo da evitare la formazione di sacche d'aria.
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La condotta di aspirazione di un'installazione soprabattente deve essere dotata di valvola di ritegno perché altrimenti ad ogni fermo della pompa la condotta si svuoterebbe e la pompa non si innescherebbe al successivo avvio (a meno che non si tratti di una [[pompa autoadescante]]).
Infatti per potersi innescare sia il corpo della pompa sia la condotta di aspirazione devono essere mantenuti costantemente pieni
Un avvio definito “a secco” della pompa, causa il surriscaldamento della pompa con conseguente rottura.
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Immagine:hc foto.png|Pompa tipo ISO (per concessione di Finder Pompe SpA)
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</gallery>
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==== Pompe a rotore immerso ====
Nelle pompe a rotore immerso il [[traferro]] del [[motore elettrico]] è pieno d'acqua col vantaggio che non necessitano di [[tenuta idraulica]], e gli svantaggi della dissipazione fluidodinamica aggiuntiva nel traferro ed elettrica specie in fluido conduttore come l'acqua che manifesta la necessità di superfici di statore e rotore idrodinamiche e di un isolamento più spinto degli avvolgimenti del motore.
Assumendo di avere un [[fluido newtoniano]] in movimento, quindi con [[sforzo di taglio]] che segue la semplice legge di Newton della [[viscosità]]:
<math> \tau = \mu \frac {\partial u}{\partial r}</math>
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==== Giranti aperte ====
La girante è evidentemente l'elemento centrale della pompa centrifuga, e la sua corretta progettazione è della massima importanza. In genere si usano giranti ''chiuse'' (a girante nuova), che consentono il massimo controllo del flusso, avendo un percorso idraulico ben definito.
Per scopi particolari (liquidi abrasivi o grandi quantità di solidi sospesi) si usa la girante ''aperta'', che assicura un minore rendimento ma evita, per quanto possibile, lo sporcamento della girante stessa, talvolta ''arretrata'' rispetto al corpo, in modo da creare una rotazione indotta, e la maggior parte del fluido pompato non entra a contatto della girante: si riduce così l'effetto di [[Abrasione (scienze dei materiali)|abrasione]].
Il rendimento è inizialmente tanto inferiore a quello delle giranti chiuse quanto maggiore è l'arretramento ma al contrario che con queste ultime si mantiene relativamente costante con l'uso.
==
=== Principio di funzionamento ===▼
[[File:Axial 2.png|thumb|left|Pompa assiale per uso industriale]]▼
[[File:Romania 1.jpg|thumb|Installazione di una pompa assiale]]▼
Nella '''pompa assiale,''' o '''elicopompa''', il movimento del fluido è assicurato da un'[[elica]] intubata, che spinge il fluido stesso come un'elica marina. Di concezione piuttosto recente, sono state utilizzate originariamente nei grandi lavori di bonifica, come [[idrovora|idrovore]], e in seguito hanno avuto impiego industriale in tutti quei casi in cui veniva richiesta una grande portata (normalmente superiore a 1000 m³/h) a bassa prevalenza (normalmente inferiore a 4 metri). Esistono oggi pompe assiali con portate superiori a 50,000 m³/h.▼
Il funzionamento delle pompe assiali è il seguente: delle pale inclinate ruotano nel fluido, e quindi lo spingono nella direzione voluta. La pompa assiale è di solito configurata come una curva, per consentire il passaggio dell'albero. Nelle pompe moderne, l'albero è montato a sbalzo per evitare cuscinetti immersi nel fluido, e solo nei modelli di maggiore portata la supportazione è doppia, comunque fuori dal fluido pompato.▼
=== Prestazioni ===▼
Il movimento del fluido non è, all'uscita della girante, puramente assiale, in quanto la rotazione della stessa dà evidentemente una componente rotatoria. Per questa ragione si usa a volte un ''raddrizzatore di flusso'', impropriamente chiamato diffusore, che migliora il rendimento globale della pompa.▼
[[File:Axial 1.png|thumb|left|Curva caratteristica di una pompa assiale]]▼
Osservando la curva caratteristica di una pompa assiale, si nota che la potenza assorbita aumenta all'aumentare della prevalenza, contrariamente a quanto accade per le pompe centrifughe. Questa è una limitazione d'impiego, in quanto sporcamenti nei tubi possono portare all'arresto della pompa per alto assorbimento.▼
Si nota inoltre che mentre nelle pompe centrifughe la curva varia al variare del diametro della girante, nelle pompe assiali si modifica l'angolo di attacco delle pale: le curve rappresentate sono appunto tracciate per angoli di attacco da 10 a 25[[gradi sessagesimali|°]]. È quindi abbastanza comune l'utilizzo di pompe con palette ad angolo variabile.▼
=== Impiego ===▼
Oltre ad essere impiegate nelle opere di [[Bonifica idraulica
In ambito industriale, queste pompe si usano in genere come circolatori nell'[[industria cartaria]] e nell'[[industria chimica]], in particolare
'''La pompa magneto-fluido-dinamica''' è un dispositivo in grado di sfruttare la [[forza di Lorentz]]. La forza di Lorentz è una forza che agisce su una particella in transito attraverso un [[campo magnetico]] ortogonale al senso del moto. La direzione della forza è perpendicolare sia alla velocità che alle linee del campo magnetico.
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<math>V = R_e I_e + \rho_m u B \Delta x </math>,
dove R<sub>e</sub> è la [[resistenza elettrica]] opposta dal fluido, I<sub>e</sub> è la [[corrente elettrica]] che passa attraverso il fluido, ρ<sub>m</sub> è la [[densità]] del fluido, <v> è la sua [[velocità media]], B è il modulo dell'[[Campo magnetico|induzione magnetica]] e l la distanza fra ingresso e uscita della pompa.
La densità media di [[quantità di moto]] è esprimibile nella [[portata]]:
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Un tipico impiego si ha nei circuiti di raffreddamento per [[Reattore nucleare a fissione|reattori nucleari]] a [[sodio]] liquido, dove è richiesta una affidabilità elevata. Il sodio al di sopra della temperatura di fusione è infatti elettricamente conduttore.
▲=== Principio di funzionamento ===
▲[[File:Axial 2.png|thumb|left|Pompa assiale per uso industriale]]
▲[[File:Romania 1.jpg|thumb|Installazione di una pompa assiale]]
▲Nella '''pompa assiale,''' o '''elicopompa''', il movimento del fluido è assicurato da un'[[elica]] intubata, che spinge il fluido stesso come un'elica marina. Di concezione piuttosto recente, sono state utilizzate originariamente nei grandi lavori di bonifica, come [[idrovora|idrovore]], e in seguito hanno avuto impiego industriale in tutti quei casi in cui veniva richiesta una grande portata (normalmente superiore a 1000 m³/h) a bassa prevalenza (normalmente inferiore a 4 metri). Esistono oggi pompe assiali con portate superiori a 50,000 m³/h.
▲Il funzionamento delle pompe assiali è il seguente: delle pale inclinate ruotano nel fluido, e quindi lo spingono nella direzione voluta. La pompa assiale è di solito configurata come una curva, per consentire il passaggio dell'albero. Nelle pompe moderne, l'albero è montato a sbalzo per evitare cuscinetti immersi nel fluido, e solo nei modelli di maggiore portata la supportazione è doppia, comunque fuori dal fluido pompato.
▲=== Prestazioni ===
▲Il movimento del fluido non è, all'uscita della girante, puramente assiale, in quanto la rotazione della stessa dà evidentemente una componente rotatoria. Per questa ragione si usa a volte un ''raddrizzatore di flusso'', impropriamente chiamato diffusore, che migliora il rendimento globale della pompa.
▲[[File:Axial 1.png|thumb|left|Curva caratteristica di una pompa assiale]]
▲Osservando la curva caratteristica di una pompa assiale, si nota che la potenza assorbita aumenta all'aumentare della prevalenza, contrariamente a quanto accade per le pompe centrifughe. Questa è una limitazione d'impiego, in quanto sporcamenti nei tubi possono portare all'arresto della pompa per alto assorbimento.
▲Si nota inoltre che mentre nelle pompe centrifughe la curva varia al variare del diametro della girante, nelle pompe assiali si modifica l'angolo di attacco delle pale: le curve rappresentate sono appunto tracciate per angoli di attacco da 10 a 25[[gradi sessagesimali|°]]. È quindi abbastanza comune l'utilizzo di pompe con palette ad angolo variabile.
▲=== Impiego ===
▲Oltre ad essere impiegate nelle opere di [[Bonifica idraulica|bonifica]] ed in genere come idrovore, le pompe assiali sono impiegate nelle [[Chiusa (ingegneria)|chiuse]] su fiumi o canali, dove sono richieste portate elevate.
▲In ambito industriale, queste pompe si usano in genere come circolatori nell'[[industria cartaria]] e nell'[[industria chimica]], in particolare negli [[evaporatore|evaporatori]].
== Pompa ad ariete idraulico ==
Questa pompa sfrutta il fenomeno, solitamente temuto, del [[colpo d'ariete]]. Se per qualche motivo un flusso incomprimibile viene arrestato, l'[[energia meccanica]] viene convertita in un'[[onda di pressione]] che si ha [[dissipazione
La pompa ad ariete idraulico sfrutta questo fenomeno per spingere una parte del liquido ad una altezza superiore a quella corrispondente al [[Linea piezometrica|livello piezometrico]] del flusso di liquido in entrata. In pratica si sfrutta la caduta da un dislivello per sollevare parte del liquido ad un livello superiore. Poiché non è possibile violare il [[Legge di conservazione dell'energia|principio di conservazione dell'energia]] infatti, l'energia ricavata dalla caduta di una massa da un dislivello può essere utilizzata per sollevare una massa minore ad una altezza maggiore; in questa operazione il [[Rendimento (termodinamica)|rendimento]] solitamente si colloca intorno al 60%, ma si possono ottenere valori dell'80%.▼
▲Questa pompa sfrutta il fenomeno, solitamente temuto, del [[colpo d'ariete]]. Se per qualche motivo un flusso incomprimibile viene arrestato, l'[[energia meccanica]] viene convertita in un'onda di pressione che si [[dissipazione|dissipa]] progressivamente alle pareti delle condotte in calore per deformazione secondo il [[bilancio di energia meccanica]] e il [[primo principio della termodinamica]].
▲La pompa ad ariete idraulico sfrutta questo fenomeno per spingere una parte del liquido ad una altezza superiore a quella corrispondente al livello piezometrico del flusso di liquido in entrata. In pratica si sfrutta la caduta da un dislivello per sollevare parte del liquido ad un livello superiore. Poiché non è possibile violare il principio di conservazione dell'energia infatti, l'energia ricavata dalla caduta di una massa da un dislivello può essere utilizzata per sollevare una massa minore ad una altezza maggiore; in questa operazione il [[Rendimento (termodinamica)|rendimento]] solitamente si colloca intorno al 60%, ma si possono ottenere valori dell'80%.
In una pompa ad ariete efficiente si riesce a sollevare una quantità d'acqua pari a meno del 10% del flusso entrante a una altezza massima generalmente inferiore a dieci volte il dislivello di partenza.
[[File:Hydraulic Ram.gif|thumb|Schema di pompa ad ariete idraulico:<br />1 - tubo di alimentazione<br />2 - scarico dell'acqua dalla pompa<br />3 - uscita dell'acqua in pressione<br />4 - paratia mobile<br />5 - valvola di non-ritorno<br />6 - serbatoio pneumatico.]]
Il dispositivo è costituito da un tubo al cui interno è presente una paratia mobile che viene indotta a chiudersi dalla velocità del flusso di liquido. La valvola è studiata in modo tale che la chiusura una volta innescata proceda a valanga, bloccando il flusso quanto più bruscamente possibile. Poco a monte della valvola è presente una diramazione laterale dotata di [[Valvola di ritegno|valvola di non-ritorno]], ovvero una valvola che consente il fluire del liquido verso l'esterno del tubo ma non in senso inverso. Dall'altro lato di questa valvola di non ritorno si trova un serbatoio pneumatico, in cui è presente cioè una sacca d'aria con funzione di accumulatore di pressione. Da questo serbatoio parte il tubo da cui fuoriesce l'acqua a pressione. Quando la valvola di blocco è aperta, l'acqua viene scaricata al livello della pompa.
Quando inizialmente viene fatto scorrere il liquido alla pompa, la valvola principale è aperta ed il liquido incrementa la sua velocità, finché giunta ad un limite critico, la valvola interviene chiudendo il flusso.
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== Voci correlate ==
* [[
* [[Macchina operatrice]]
* [[Pompa volumetrica]]
* [[Pompa a vuoto]]
* [[
* [[Pompa autoadescante]]
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== Collegamenti esterni ==
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[[Categoria:Pompe]]
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