Pompe Idrauliche PDF

*POMPE IDRAULICHE* Le pompe sono macchine che forniscono energia al fluido, comprimendo il fluido stesso. È possibile distinguere le pompe in due categorie, a seconda di come viene compresso il fluido: 1\) POMPE DINAMICHE (O A FLUSSO CONTINUO): come le turbopompe o le pompe a getto, le quali tras...

*POMPE IDRAULICHE* Le pompe sono macchine che forniscono energia al fluido, comprimendo il fluido stesso. È possibile distinguere le pompe in due categorie, a seconda di come viene compresso il fluido: 1\) POMPE DINAMICHE (O A FLUSSO CONTINUO): come le turbopompe o le pompe a getto, le quali trasferiscono energia al fluido aumentandone la velocità e convertendo l'energia in pressione attraverso un condotto divergente. 2\) POMPE VOLUMETRICHE: come le pompe alternative a stantuffo o le pompe rotative, trasferiscono energia al fluido attraverso il movimento di un organo mobile che esercita una pressione statica sul fluido. N.B.: la scelta di una pompa dipende dai valori di pressione, portata e viscosità. Le pompe e le turbine (ovvero le macchine idrauliche) lavorano con fluidi che sono INCOMPRIMIBILI (non variano la loro densità al variare di T e p). page28image29587264page28image29589136page28image29597616page28image29425872page28image29437728page28image29427120page28image29435232 1)TURBOPOMPE ( centrifughe, assiali, a flusso misto ) In queste è presente una girante (sono delle pale) che è mossa da un motore elettrico. Il fluido è accelerato e buttato fuori velocemente. Il fluido viene compresso poi nel canale di uscita, attraverso un condotto divergente.\ In altre parole: l'energia elettrica della rete è convertita in energia meccanica attraverso il motore che fa girare la girante. Questa accelera il fluido che viene poi compresso. ✓2 i →\\ condotto divergente\ Trascurando le perdite di carico : ¥+È\#= ¥+VI+SE⇐e=za) Poiché Va\ PIPÌ page33image30094336 (ALTEZZA CHE 2\ PERMETTE D I EVITARE M I cavitazione ( s e li LA\ = lrasp L\'ACQUA BOLLE) page33image30094752 Nella pratica quanto visto fino ad ora è però un approccio scomodo poiché ci sono delle grandezze scomode da determinare. Si usa quindi un parametro, fornito dal costruttore della pompa, che è detto NPSH (net pressure suction head). È definibile in ogni punto dell'impianto ed indica quanto il fluido nel punto i-esimo è lontano dalla cavitazione. page33image30095168page33image30095584 NPsH=t¥\_r;f Va valutato nel punto di imbocco della pompa (nel nostro caso sarà valutato nel punto 1). In questo caso specifico l'NPSH è detto DISPONIBILE (NPSHd) e affinché non si abbia cavitazione è necessario che sia maggiore dell'NPSH RICHIESTO (NPSHr) che ricaviamo dalle curve caratteristiche nel punto di funzionamento.  *TURBINE IDRAULICHE* Presentano il principio inverso rispetto alle pompe: non forniscono energia in pressione al fluido, ma la prelevano per produrre energia elettrica (facendo ruotare un alternatore). Esistono diverse tipologie di turbine. PELTON É la più nota ed utilizzata, in particolare negli impianti idroelettrici. In genere ha forma regolabile. Alla ruota è attaccato l'alternatore. Il fluido arriva e permette alle "scodelle" di ruotare, facendo girare la macchina. I dislivelli sono elevati (150-1800m) mentre le portata sono basse (0,5-20m3/s). page35image30069008page35image30076288page35image30073792page35image30075872 FRANCIS page35image30070048page35image30070256page35image30073168 KAPLAN É una macchina duale rispetto alla pompa centrifuga. Nel caso venga utilizzata come pompa l'ingresso è assiale, mentre l'uscita è radiale (nel caso sia usata come turbina avviene il contrario). Viene usata negli impianti come accumulo e per sbilanciare gli accumuli di energia di notte (portiamo l'acqua in alto di notte per poter produrre energia di giorno). È la turbina che garantisce le portate maggiori. Il rendimento è inoltre ottimale. page35image29987088 Criteri di dimensionamento di pompe/turbine Al fine di dimensionare le macchine idrauliche è necessario ricorrere alla **TEORIA DELLA SIMILITUDINE:** permette di raggruppare macchine diverse (con D e v di rotazioni diversi) in famiglie, ottenendo così, per ciascuna famiglia, una curva unica. Le curve sono rappresentabili in un grafico. page36image99666160page36image99666576page36image99666992 Hp \^ ✓ c u r v a caratteristica\ dell\' impianto \~ È÷È 1-  ⇐ i Per caratterizzare la pompa, la mettiamo in un circuito con una valvola che permette di introdurre perdite di carico: più ho perdite elevate e più la curva caratteristica si impenna. Al fine di valutare i punti di funzionamento dell'impianto, è necessario determinare, per ogni velocità di rotazione n, la curva della pompa. La teoria della similitudine permette di adimensionalizzare le curve ed estendere la curva della singola macchina a tutte le macchine della famiglia. É sufficiente costruire una sola curva da usare per tutte le pompe della stessa famiglia. La teoria della similitudine vale sotto certe condizioni:\ 1) le macchine devono essere geometricamente simili (pale della stessa forma, con dimensioni anche diverse ma in scala);\ 2) andamento della corrente in ingresso ed in uscita simile (se le pale hanno stessa forma, gli angoli di ingresso e di uscita della corrente sono simili, cambia solo la portata);\ 3) Re confrontabile. Se queste ipotesi valgono, le macchine sono allora simili e non solo presentano lo stesso rendimento, ma hanno anche tre numeri adimensionali uguali: 1\) p=L COEFFICIENTE DI PORTATA v e lo c ita id e.ro \# a a io n e - \#C O{ 3\) IL vaffa \"\"\" page36image13052752page36image13054992page36image99669904page36image99670320page36image99670736page36image99671360page36image99671776 È E F 4F I C I E N T E D I P R E S S I O N E I ⇒a 2\) = page36image99672192page36image99672608 = COEFFICIENTE \_ D I POTENZA page36image99673024 II. page36image13057792 Con tale teoria, dopo aver fatto l'analisi per una pompa, ricavo i valori dei coefficienti per ogni punto e costruisco un grafico che è adimensionale e vale per tutte le macchine che sono in similitudine, indipendentemente dal diametro e dalla velocità di rotazione. A partire da tale curva ricaviamo i valori dei coefficienti e attraverso le relazioni \*, dimensionalizziamo la macchina con la D e v che voglio, ricavando portata e prevalenza. page36image99674480page36image99674896  Combinando i coefficienti \* con altri due parametri: il ws= È\ ⇒ Ds= IÌ ¥: 2 dove (g-HIèl\'energiaperunitàdimassa page37image99784384 Eterea page37image99785216 che deve fornire la pompa. E\'detta anche E-ideale:\ WS= vi Ds = (Eid)% \" va \- page37image99785424page37image99788336 Con questi due nuovi parametri otteniamo i diagrammi di Balje per pompe e turbine. Una volta determinati velocità e diametro specifici, abbiamo individuato tutte le famiglie di macchine, ognuna rappresentata da un punto. Ogni punto rappresenta una famiglia di macchine con stessi coefficienti \* e stesso rendimento. N.B.: sia per pompe che per turbine vale questa formula per la potenza: P= 9 A)VI TURBINA P = S-fhf.it pompa μ *MACCHINE A FLUIDO COMPRIMIBILE ( O MACCHINE TERMICHE)*  Si tratta di compressori, turbine a gas e a vapore. Lavoriamo su un fluido comprimibile, ovvero con la densità che dipende dalla T e dalla p alla quale ci troviamo. Lavoriamo con gas. L'aspetto termico influenza il lavoro della macchina. Dal grafico è possibile vedere le varie categorie di macchine a fluido comprimibile: a livello qualitativo le varie categorie sono simili a quelle idrauliche (stesse osservazioni), ma il dimensionamento specifico è diverso. Possiamo distinguere tra macchine volumetriche e rotative. Per compressori rotativi si intendono tutte quelle macchine che effettuano la compressione del gas per mezzo di giranti, viti,\... tale compressione si effettua in modo continuo senza la sequenza di spinte che caratterizza i compressori alternativi. Nei compressori a palette è presente un involucro cilindrico dotato di due aperture (una per l'aspirazione ed una per lo scarico) e da un rotore posizionato in modo eccentrico rispetto al cilindro. Il rotore è dotato di lamelle mobili che comprimono l'aria a causa della forza centrifuga. Nei compressori a vite invece sono presenti due vite ingranate l'una sull'altra. Il gas viene aspirato da una parte e e compresso tra le spire delle viti fino ad uscire dal lato opposto. *MACCHINE A FLUIDO COMPRIMIBILE ( O MACCHINE TERMICHE)* page43image30089968scalda il ✓ page43image13682768page43image30081440page43image30083312page43image30082688page43image30090800page43image30087264page43image30090384page43image30082272page43image30082896 Il compressore volumetrico alternativo è caratterizzato da un meccanismo biella- manovella, che permette al pistone di andare su e giù (come la pompa della bicicletta). L'aria da comprimere è aspirata dal cilindro attraverso il condotto di aspirazione, mentre quella compressa è espulsa dal cilindro verso il condotto di mandata. A valle di quest'ultimo è in genere presente un serbatoio che serve a smorzare gli sbalzi di pressione legati al moto alternativo del pistone. In genere è azionato da un motore elettrico oppure da un motore a combustione interna. page43image30091008page43image30071712page43image30072544  Il compressore rotativo Scroll è un compressore a spirale, dotato di due alette a spirale una in centro all'altra. Una di queste è fissa, mentre l'altra si muove con movimento planetario, senza rotazione, in modo da comprimere il gas. Ha un elevato rendimento volumetrico. page44image99924816page44image99925232 I compressori centrifughi, di concezione analoga alle pompe centrifughe, ruotano molto velocemente. Hanno un buon rendimento e bassa rumorosità. page44image99925648 Il turbocompressore è un sistema meccanico il cui scopo è quello di sovralimentare un motore endotermico. É dotato di due elementi: un compressore ed una turbina. É presente, all'interno di ciascuno dei due elementi, una girante, che consente l'aspirazione (nel compressore) e lo scarico (nella turbina) del gas. La girante della turbina viene messa in rotazione dall'azione del gas di scarico, quando questi hanno sufficientemente elevati il salto entalpico e l'energia cinetica. La turbina quindi raccoglie energia dai gas di scarico e la trasforma in energia meccanica utile a mettere in rotazione il compressore. I due elementi sono collegati tra di loro da un piccolo albero metallico. La girante del compressore permetterà poi la compressione stessa dell'aria e la immette nel collettore di aspirazione. In questo modo si assicurano maggiori prestazioni in termini di potenza, minor dispendio di energia e recupero dei fumi in uscita. page44image99772992page44image99767168page44image99766960page44image99765712page44image99765504page44image99767584page44image99768416  Nel compressore assiale la direzione del moto del gas é longitudinale (non radiale). Si presta bene al pluristadio: l'accoppiamento rotore-statore infatti produce un salto di pressione basso, pertanto il flusso in uscita da uno statore è pronto per entrare nello stadio successivo è così via. page45image99897824page45image99899696 Affinché un aereo possa volare, si sfrutta la configurazione compressore-combustore- turbina. Si utilizza infatti una corrente di gas ad altissima velocità che, in uscita dal propulsore, fornisce per reazione una spinta in avanti. L'aria viene aspirata dall'esterno tramite un compressore (avviato da un motore ausiliario) che la comprime nella camera di scoppio. Qui entra il combustore che si miscela con l'aria, brucia e produce gas ad alta temperatura e pressione. Il gas fa girare una turbina che aziona il compressore durante il volo. Il gas stesso esce poi dagli ugelli posteriori ad altissima velocità. Il combustore, reagito con l'ossigeno dell'aria, brucia, producendo energia termica: è questo che permette agli aerei di avere la spinta necessaria per volare. page45image99901776 page46image33086992 I diagrammi di Balje così come la teoria della similitudine, valgono anche per macchine a fluido comprimibile. page46image33089280 MACCHINA 1 \- GENERICA -\# 2 Usiamo u n a\ dueTds pdQ TURBINA Pd 1! ÷2 the - entalpia che\ pende da Tep t meccanica dissipat as otto for ma di ca Bilancio di energia: page47image100051312 \|¥ qe hit che Lthz = l ore. In c o ndi zion i id e ali: Età page47image100051728 determinare e a volume specifico f-%) relazione alternativa per LAVORO CHE NON TIENE conto L : LEÌ  Da 2) ricavo du e sostituiscoun 1): the bilancio considero da = dat \- pdvtvdp \(2) gas solo i termini antalgici. e lavoro hz-hi.ae- l dh-pdf-vdpe.to/s-pd/v-dh=\[Tdstvdp ha \- ha 11\) haute enter I til confrontando c o n dpaaetlwtfivdptds.ae con Lueo Otteniamo quindi:\ de - le aetlwtfivdp-ldww-%a9%ff.FI?IEfsÈ nel : bilancio tra É il calore entrante. É definito come la somma del calore esterno più il lavoro perso (legato all'attrito interno), ovvero l'energia Q calore page47image100052144 dpco perche\' Palpi quindi- fivdp70 Ita  v I/ page47image13642240 COMPRESSORE \]1 μ← L ← c. ↳ L\'vdptlw le 2 page47image100053600 ↳ ha ha \- \- In una turbina la pressione è ridotta, ma il volume specifico aumenta. Il volume aumenta perché il gas espande: la turbina produce lavoro grazie all'espansione del gas. Il lavoro è positivo e pari all'area sottesa interna al grafico. Il lavoro è uscente. page47image100054224 Possiamo fare lo stesso ragionamento della turbina, ma stando attenti a cambiare il segno di L: il lavoro è infatti entrante. Il compressore sfrutta il lavoro per comprimere il fluido. page47image100055056page47image100055472