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Pompa Centrifuga

Una pompa è un dispositivo meccanico usato per spostare liquidi o gas. Si intende normalmente per pompa il dispositivo usato per spostare liquidi, mentre si designa solitamente come compressore il dispositivo destinato allo spostamento di fluidi gassosi.

Caratteristiche principali

Come accennato, le pompe sono caratterizzate da portata, ovvero la quantità di fluido spostata nell’unità di tempo e prevalenza, ovvero il dislivello massimo di sollevamento. Alcune caratteristiche fisiche e fluidodinamiche sono influenti sul funzionamento delle pompe, come viscosità e densità. Un parametro specifico delle pompe è l’NPSH (differenza tra la pressione in un punto di un generico circuito idraulico e la tensione di vapore del liquido nello stesso punto); si consideri che l’aspirazione di una pompa avviene per differenza di pressione, quindi in condizioni normali di funzionamento, se una pompa deve aspirare da un pelo libero più basso della pompa stessa, dovrà creare una depressione alla bocca di aspirazione tale da far sollevare il fluido di un’altezza pari al dislivello. In condizioni normali, la pressione atmosferica standard è pari alla pressione di 10,332 metri d’acqua, quindi al massimo, idealmente creando il vuoto con la pompa alla bocca di aspirazione, l’acqua potrà risalire, dal pelo libero spinta dalla pressione atmosferica lungo il tubo di aspirazione, fino ad una altezza di 10,332 metri. Quindi il dislivello massimo, dal pelo libero, da cui è possibile teoricamente pompare acqua è pari a 10,332 metri. Nel caso in cui il liquido da pompare è mercurio (che ha una densità di 13579 kg/m3), il dislivello massimo teorico sarebbe di 0,76 metri. In realtà il fluido avrà una tensione di vapore superiore a 0, per cui, pompando acqua e sollevandola da 10,332 metri, questa bollirebbe nel tubo di aspirazione, in quanto al vuoto “assoluto” la temperatura di ebollizione è 0 °C (273,15 K). Esistono quindi limitazioni alle condizioni di aspirazione delle pompe, indipendentemente dalla tecnologia costruttiva adottata.

Classificazione

Esistono due tipi di pompe:
1. Fluidodinamiche (cinetiche o rotanti);
2. Volumetriche.

Per quanto concerne poi la portata, esse possono essere:
1. A portata costante;
2. A portata variabile.

Pompe fluidodinamiche

Il movimento del fluido è prodotto da un momento indotto nel fluido stesso. Queste pompe non hanno bisogno di valvole, ma hanno lo svantaggio che la portata e l’efficienza diminuiscono con l’aumentare della pressione all’uscita. A volte queste pompe hanno la necessità dell’adescamento, ovvero di essere inizialmente riempite di liquido per poter funzionare.
I principali tipi di pompe fluidodinamiche sono:
centrifughe, basate sull’effetto della forza centrifuga su di un fluido;
lineari, come gli eiettori;
magnetofluidodinamiche, basata sulla forza di Lorentz;
ad ariete idraulico, in grado di sfruttare il colpo d’ariete.

Pompe volumetriche

Le pompe di tipo volumetrico sfruttano la variazione di volume o lo spostamento di una camera per provocare un’aspirazione o una spinta sul fluido. Il cuore è una pompa di questo tipo.
I principali tipi sono:
a stantuffo, in cui la variazione di volume è ottenuta con lo scorrimento alternato di un pistone in un cilindro (è il caso delle pompe per bicicletta).
a diaframma o membrana, una variazione sullo stesso principio della pompa a stantuffo,
a ingranaggi, dove è sfruttata la variazione di volume causata dall’ingranamento dei denti di due ingranaggi,
a camera variabile, a lobi o palette, ed a vite eccentrica,
peristaltiche, basate sullo scorrimento di una strozzatura su un tubo.

Pompa centrifuga

La pompa centrifuga è di gran lunga la pompa di uso più comune, sia in ambito industriale che civile. Turbomacchina impiegata per aumentare l’energia di un fluido, mediante la rotazione di una girante dotata di palette.
La designazione di pompa centrifuga si limita generalmente alle pompe con girante radiale e semiassiale ossia alle pompe nelle quali il flusso di fluido attraversa la girante radialmente o semiassialmente, diversamente al caso delle giranti ad elica nelle quali il fluido attraversa la girante assialmente.
Se ne comprende il funzionamento osservando (vedi figura 1) 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 della pompa. È anche intuitivo osservare che, a parità di velocità angolare (e quindi di profilo del liquido), se io pratico un foro esattamente all’altezza H non avrò alcuna uscita di liquido; tanto più basso lo pratico, 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. La figura 2 rappresenta lo schema tipico di una girante. La pala curva ruota attorno all’asse con velocità periferica Vp, ed il fluido esce nella direzione dell’estremità della pala, con velocità Vt. La composizione delle velocità vettoriali definisce portata e prevalenza. Il corpo della pompa è poi costruito a sezione crescente in modo che, per la costanza dell’energia totale, la componente cinetica si trasforma in statica, incrementando così la prevalenza.

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