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Le pompe meccaniche possono essere immerse nel fluido che stanno pompando o essere collocate all’esterno del fluido.

Le pompe possono essere classificate in base al loro metodo di spostamento in pompe a spostamento positivo, pompe a impulso, pompe di velocità, pompe a gravità, pompe a vapore e pompe senza valvole. Ci sono tre tipi fondamentali di pompe: pompe a spostamento positivo, centrifughe e a flusso assiale. Nelle pompe centrifughe la direzione del flusso del fluido cambia di novanta gradi mentre scorre sulla girante, mentre nelle pompe a flusso assiale la direzione del flusso è invariata.

Pompe volumetricheModifica

Una pompa volumetricauna pompa volumetrica fa muovere un fluido intrappolando una quantità fissa e forzando (spostando) il volume intrappolato nel tubo di scarico.

Alcune pompe volumetriche utilizzano una cavità in espansione sul lato di aspirazione e una cavità in diminuzione sul lato di scarico. Il liquido entra nella pompa quando la cavità sul lato di aspirazione si espande e il liquido esce dallo scarico quando la cavità collassa. Il volume è costante attraverso ogni ciclo di funzionamento.

Comportamento della pompa volumetrica e sicurezzaModifica

Le pompe volumetriche, a differenza delle centrifughe, possono teoricamente produrre lo stesso flusso ad una data velocità (rpm) indipendentemente dalla pressione di mandata. Quindi, le pompe volumetriche sono macchine a portata costante. Tuttavia, un leggero aumento delle perdite interne all’aumentare della pressione impedisce una portata veramente costante.

Una pompa volumetrica non deve funzionare contro una valvola chiusa sul lato di scarico della pompa, perché non ha una testa di arresto come le pompe centrifughe. Una pompa volumetrica che funziona contro una valvola di mandata chiusa continua a produrre flusso e la pressione nella linea di mandata aumenta finché la linea non si rompe, la pompa non è gravemente danneggiata, o entrambe le cose.

È quindi necessaria una valvola di scarico o di sicurezza sul lato di mandata della pompa volumetrica. La valvola di scarico può essere interna o esterna. Il produttore della pompa ha normalmente l’opzione di fornire valvole di sicurezza o di scarico interne. La valvola interna è di solito usata solo come precauzione di sicurezza. Una valvola di scarico esterna nella linea di scarico, con una linea di ritorno verso la linea di aspirazione o il serbatoio di alimentazione fornisce una maggiore sicurezza sia per le persone che per le attrezzature.

Tipi di spostamento positivoModifica

Una pompa di spostamento positivo può essere ulteriormente classificata in base al meccanismo utilizzato per spostare il fluido:

• Spostamento positivo di tipo rotativo: pompa a ingranaggi interni o esterni, pompa a vite, pompa a lobi, blocco navetta, palette flessibili o palette scorrevoli, pistone circonferenziale, girante flessibile, radici elicoidali ritorte (es.Ad esempio la pompa Wendelkolben) o pompe ad anello liquido
• Spostamento positivo di tipo alternativo: pompe a pistone, pompe a stantuffo o pompe a membrana
• Spostamento positivo di tipo lineare: pompe a corda e pompe a catena

Pompe volumetriche rotativeModifica

Queste pompe muovono il fluido utilizzando un meccanismo rotante che crea un vuoto che cattura e aspira il liquido.

Svantaggi: Le pompe rotative sono molto efficienti perché possono gestire fluidi altamente viscosi con portate più elevate all’aumentare della viscosità.

Svantaggi: La natura della pompa richiede distanze molto strette tra la pompa rotante e il bordo esterno, facendola ruotare ad una velocità lenta e costante. Se le pompe rotative funzionano ad alta velocità, i fluidi causano erosione, che alla fine provoca l’allargamento degli spazi che il liquido può attraversare, il che riduce l’efficienza.

Le pompe volumetriche rotative si dividono in 5 tipi principali:

• Pompe a ingranaggi – un tipo semplice di pompa rotativa in cui il liquido viene spinto intorno a una coppia di ingranaggi.
• Pompe a vite – la forma degli interni di questa pompa è di solito due viti che girano l’una contro l’altra per pompare il liquido
• Pompe a palette rotanti
• Pompe a disco cavo (note anche come pompe a disco eccentrico o pompe a disco rotante cavo), simili ai compressori scroll, queste hanno un rotore cilindrico racchiuso in un alloggiamento circolare. Mentre il rotore orbita e ruota in una certa misura, intrappola il fluido tra il rotore e l’alloggiamento, attirando il fluido attraverso la pompa. È usato per fluidi altamente viscosi come i prodotti derivati dal petrolio, e può anche sostenere alte pressioni fino a 290 psi.
• Le pompe vibranti o pompe a vibrazione sono simili ai compressori lineari, avendo lo stesso principio di funzionamento. Funzionano utilizzando un pistone caricato a molla con un elettromagnete collegato alla corrente alternata attraverso un diodo. Il pistone caricato a molla è l’unica parte in movimento, ed è posto al centro dell’elettromagnete. Durante il ciclo positivo della corrente alternata, il diodo permette all’energia di passare attraverso l’elettromagnete, generando un campo magnetico che muove il pistone all’indietro, comprimendo la molla, e generando l’aspirazione. Durante il ciclo negativo della corrente alternata, il diodo blocca il flusso di corrente all’elettromagnete, lasciando che la molla si decomprima, muovendo il pistone in avanti, e pompando il fluido e generando pressione, come una pompa alternata. A causa del suo basso costo, è ampiamente utilizzato nelle macchine da caffè espresso economiche. Tuttavia, le pompe vibranti non possono essere azionate per più di un minuto, perché generano grandi quantità di calore. I compressori lineari non hanno questo problema, poiché possono essere raffreddati dal fluido di lavoro (che è spesso un refrigerante).

Pompe volumetriche alternatespostamento

Le pompe alternate muovono il fluido utilizzando uno o più pistoni oscillanti, pistoni o membrane (diaframmi), mentre le valvole limitano il movimento del fluido nella direzione desiderata. Affinché l’aspirazione abbia luogo, la pompa deve prima tirare il pistone in un movimento verso l’esterno per diminuire la pressione nella camera. Una volta che il pistone spinge indietro, aumenterà la camera di pressione e la pressione verso l’interno del pistone aprirà la valvola di scarico e rilascerà il fluido nel tubo di mandata ad alta velocità.

Le pompe di questa categoria vanno dalla simplex, con un cilindro, ad alcuni casi quad (quattro) cilindri, o più. Molte pompe di tipo alternativo sono duplex (due) o triplex (tre) cilindri. Possono essere a semplice effetto con aspirazione in una direzione del movimento del pistone e scarico nell’altra, o a doppio effetto con aspirazione e scarico in entrambe le direzioni. Le pompe possono essere alimentate manualmente, da aria o vapore, o da una cinghia azionata da un motore. Questo tipo di pompa era molto usato nel 19° secolo, all’inizio della propulsione a vapore, come pompa per l’acqua di alimentazione delle caldaie. Ora le pompe alternative tipicamente pompano fluidi altamente viscosi come calcestruzzo e oli pesanti, e servono in applicazioni speciali che richiedono basse portate contro un’alta resistenza. Le pompe a mano alternate erano ampiamente utilizzate per pompare l’acqua dai pozzi. Le comuni pompe da bicicletta e le pompe a pedale per il gonfiaggio usano l’azione alternata.

Queste pompe a spostamento positivo hanno una cavità che si espande sul lato di aspirazione e una cavità che diminuisce sul lato di scarico. Il liquido entra nelle pompe quando la cavità sul lato di aspirazione si espande e il liquido esce dallo scarico quando la cavità collassa. Il volume è costante ad ogni ciclo di funzionamento e l’efficienza volumetrica della pompa può essere raggiunta attraverso la manutenzione ordinaria e l’ispezione delle sue valvole.

Le pompe alternative tipiche sono:

• Pompe a stantuffo – uno stantuffo alternativo spinge il fluido attraverso una o due valvole aperte, chiuse dall’aspirazione sulla via del ritorno.
• Pompe a diaframma – simili alle pompe a stantuffo, dove lo stantuffo pressurizza l’olio idraulico che viene usato per flettere una membrana nel cilindro di pompaggio. Le valvole a diaframma sono usate per pompare fluidi pericolosi e tossici.
• Pompe a pistone pompe di spostamento – di solito semplici dispositivi per pompare piccole quantità di liquido o gel manualmente. Il comune distributore di sapone per le mani è una pompa di questo tipo.
• Pompe a pistone radiale – una forma di pompa idraulica in cui i pistoni si estendono in direzione radiale.

Varie pompe volumetriche

In queste pompe si applica il principio della cilindrata positiva:

• Pompa a lobi rotativi
• Pompa a cavità progressiva
• Pompa a ingranaggi rotativi
• Pompa a pistone
• Pompa a membrana
• Pompa a vite
• Pompa a ingranaggi
• Pompa idraulica
• Pompa rotativa a palette
• Pompa peristaltica
• Pompa a corda
• Pompa a girante flessibile

Pompa a ingranaggiEdit

Questa è la forma più semplice di pompe rotative a spostamento positivo. Consiste in due ingranaggi ingranati che ruotano in un involucro ben aderente. Gli spazi dei denti intrappolano il fluido e lo forzano intorno alla periferia esterna. Il fluido non viaggia indietro sulla parte ingranata, perché i denti si ingranano strettamente al centro. Le pompe a ingranaggi trovano largo impiego nelle pompe dell’olio dei motori delle automobili e in varie centraline idrauliche.

Pompa a viteModifica

Una pompa a vite è un tipo più complicato di pompa rotativa che utilizza due o tre viti con filettatura opposta – ad esempio, una vite gira in senso orario e l’altra in senso antiorario. Le viti sono montate su alberi paralleli che hanno ingranaggi che si ingranano in modo che gli alberi girino insieme e tutto rimanga in posizione. Le viti girano sugli alberi e guidano il fluido attraverso la pompa. Come con altre forme di pompe rotative, lo spazio tra le parti mobili e il corpo della pompa è minimo.

Pompa a cavità progressivaModifica

Diffusa per il pompaggio di materiali difficili, come i fanghi di depurazione contaminati da grandi particelle, questa pompa consiste in un rotore elicoidale, lungo circa dieci volte la sua larghezza. Questo può essere visualizzato come un nucleo centrale di diametro x con, tipicamente, una spirale curva avvolta intorno di spessore metà x, anche se in realtà è fabbricato in una sola fusione. Questo albero si inserisce all’interno di un manicotto di gomma pesante, di spessore della parete anch’esso tipicamente x. Mentre l’albero ruota, il rotore spinge gradualmente il fluido su per il manicotto di gomma. Tali pompe possono sviluppare una pressione molto elevata a bassi volumi.

Pompe di tipo RootsModifica

Nominata dai fratelli Roots che l’hanno inventata, questa pompa a lobi sposta il liquido intrappolato tra due lunghi rotori elicoidali, ciascuno inserito nell’altro quando sono perpendicolari a 90°, che ruotano all’interno di una configurazione di linea di tenuta a forma triangolare, sia nel punto di aspirazione che nel punto di scarico. Questo design produce un flusso continuo con volume uguale e senza vortici. Può lavorare a bassi tassi di pulsazione e offre prestazioni delicate che alcune applicazioni richiedono.

Le applicazioni includono:

• Compressori d’aria industriali ad alta capacità.
• Sovralimentatori Roots su motori a combustione interna.
• Una marca di sirena della difesa civile, il Thunderbolt della Federal Signal Corporation.

Pompa peristalticaModifica

Una pompa peristaltica è un tipo di pompa a spostamento positivo. Contiene il fluido all’interno di un tubo flessibile montato all’interno di un involucro circolare della pompa (anche se sono state realizzate pompe peristaltiche lineari). Un certo numero di rulli, scarpe o tergicristalli attaccati ad un rotore comprime il tubo flessibile. Quando il rotore gira, la parte del tubo sotto compressione si chiude (o si occlude), forzando il fluido attraverso il tubo. Inoltre, quando il tubo si apre al suo stato naturale dopo il passaggio della camma, attira (restituzione) il fluido nella pompa. Questo processo è chiamato peristalsi ed è utilizzato in molti sistemi biologici come il tratto gastrointestinale.

Pompe a pistoneModifica

Le pompe a stantuffo sono pompe alternative a spostamento positivo.

Sono costituite da un cilindro con uno stantuffo alternativo. Le valvole di aspirazione e di scarico sono montate nella testa del cilindro. Nella corsa di aspirazione, il pistone si ritrae e le valvole di aspirazione si aprono causando l’aspirazione del fluido nel cilindro. Nella corsa in avanti, il pistone spinge il liquido fuori dalla valvola di scarico.Efficienza e problemi comuni: Con un solo cilindro nelle pompe a stantuffo, il flusso del fluido varia tra il flusso massimo quando il pistone si muove attraverso le posizioni centrali, e il flusso zero quando il pistone è nelle posizioni finali. Molta energia viene sprecata quando il fluido viene accelerato nel sistema di tubature. Le vibrazioni e i colpi d’ariete possono essere un problema serio. In generale, i problemi sono compensati utilizzando due o più cilindri che non lavorano in fase tra loro.

Pompe a stantuffo in stile TriplexModifica

Le pompe a stantuffo Triplex usano tre stantuffi, che riducono le pulsazioni delle pompe a stantuffo alternative singole. L’aggiunta di uno smorzatore di pulsazioni all’uscita della pompa può ulteriormente appianare l’ondulazione della pompa, o il grafico dell’ondulazione di un trasduttore della pompa. La relazione dinamica del fluido ad alta pressione e del pistone richiede generalmente guarnizioni del pistone di alta qualità. Le pompe a stantuffo con un numero maggiore di stantuffi hanno il vantaggio di un flusso maggiore, o di un flusso più regolare senza uno smorzatore di pulsazioni. L’aumento delle parti mobili e del carico dell’albero a gomito è uno svantaggio.

Gli autolavaggi usano spesso queste pompe a stantuffo in stile triplex (forse senza smorzatori di pulsazioni). Nel 1968, William Bruggeman ha ridotto le dimensioni della pompa triplex e ha aumentato la durata di vita in modo che gli autolavaggi potessero utilizzare attrezzature con un ingombro minore. Guarnizioni durevoli ad alta pressione, guarnizioni a bassa pressione e paraoli, alberi a gomito induriti, bielle indurite, pistoni di ceramica spessi e cuscinetti a sfera e a rulli più resistenti migliorano l’affidabilità delle pompe triplex. Le pompe triplex si trovano ora in una miriade di mercati in tutto il mondo.

Le pompe triplex con durata di vita più breve sono comuni all’utente domestico. Una persona che usa un’idropulitrice domestica per 10 ore all’anno può essere soddisfatta di una pompa che dura 100 ore tra le ricostruzioni. Le pompe triplex di livello industriale o a servizio continuo all’altra estremità dello spettro di qualità possono funzionare fino a 2.080 ore all’anno.

L’industria di perforazione del petrolio e del gas usa pompe triplex massicce trasportate da semirimorchi chiamate pompe di fango per pompare il fango di perforazione, che raffredda la punta del trapano e trasporta i tagli in superficie.I perforatori usano pompe triplex o addirittura quintuplex per iniettare acqua e solventi in profondità nello scisto nel processo di estrazione chiamato fracking.

Pompe a doppio diaframma alimentate ad aria compressaModifica

Una moderna applicazione di pompe a spostamento positivo è le pompe a doppio diaframma alimentate ad aria compressa. Funzionando ad aria compressa, queste pompe sono intrinsecamente sicure per progettazione, anche se tutti i produttori offrono modelli certificati ATEX per conformarsi alla normativa industriale. Queste pompe sono relativamente poco costose e possono svolgere un’ampia varietà di funzioni, dal pompaggio dell’acqua dai bacini al pompaggio dell’acido cloridrico da un deposito sicuro (dipende da come la pompa è fabbricata – elastomeri / costruzione del corpo). Queste pompe a doppia membrana possono gestire fluidi viscosi e materiali abrasivi con un processo di pompaggio delicato, ideale per il trasporto di mezzi sensibili al taglio.

Pompe a cordaModifica

Ideata in Cina come pompa a catena più di 1000 anni fa, queste pompe possono essere realizzate con materiali molto semplici: Una corda, una ruota e un tubo in PVC sono sufficienti per realizzare una semplice pompa a corda. L’efficienza delle pompe a corda è stata studiata da organizzazioni di base e le tecniche per costruirle e farle funzionare sono state continuamente migliorate.

Pompe a impulsiModifica

Le pompe a impulsi usano la pressione creata dal gas (di solito aria). In alcune pompe a impulsi il gas intrappolato nel liquido (di solito acqua), viene rilasciato e accumulato da qualche parte nella pompa, creando una pressione che può spingere parte del liquido verso l’alto.

Le pompe a impulsi convenzionali includono:

• Pompe idrauliche a pistone – l’energia cinetica di una fornitura d’acqua a bassa testa viene immagazzinata temporaneamente in un accumulatore idraulico a bolle d’aria, quindi utilizzata per guidare l’acqua a una testa più alta.
• Pompe pulser – funzionano con risorse naturali, solo con energia cinetica.
• Pompe airlift – funzionano con aria inserita nel tubo, che spinge l’acqua verso l’alto quando le bolle si muovono verso l’alto

Invece di un ciclo di accumulo e rilascio di gas, la pressione può essere creata dalla combustione di idrocarburi. Queste pompe azionate dalla combustione trasmettono direttamente l’impulso di un evento di combustione attraverso la membrana di attuazione al fluido della pompa. Per consentire questa trasmissione diretta, la pompa deve essere costituita quasi interamente da un elastomero (ad esempio, gomma siliconica). Quindi, la combustione fa espandere la membrana e quindi pompa il fluido fuori dalla camera di pompaggio adiacente. La prima pompa morbida azionata dalla combustione è stata sviluppata dall’ETH di Zurigo.

Pompe a montone idraulicoModifica

Un montone idraulico è una pompa d’acqua alimentata dall’energia idraulica.

Prende l’acqua a una pressione relativamente bassa e a una portata elevata e la fa uscire a una testa idraulica più alta e a una portata inferiore. Il dispositivo utilizza l’effetto del colpo d’ariete per sviluppare una pressione che solleva una parte dell’acqua in entrata che alimenta la pompa in un punto più alto di dove l’acqua è partita.

L’ariete idraulico è talvolta usato in aree remote, dove c’è sia una fonte di energia idroelettrica a bassa testa, sia la necessità di pompare l’acqua verso una destinazione più alta in altezza rispetto alla fonte. In questa situazione, l’ariete è spesso utile, dal momento che non richiede alcuna fonte esterna di energia oltre all’energia cinetica dell’acqua che scorre.

Pompe velociModifica

Le pompe rotodinamiche (o pompe dinamiche) sono un tipo di pompa di velocità in cui l’energia cinetica viene aggiunta al fluido aumentando la velocità del flusso. Questo aumento di energia viene convertito in un guadagno di energia potenziale (pressione) quando la velocità viene ridotta prima o quando il flusso esce dalla pompa nel tubo di scarico. Questa conversione dell’energia cinetica in pressione è spiegata dalla prima legge della termodinamica, o più specificamente dal principio di Bernoulli.

Le pompe dinamiche possono essere ulteriormente suddivise in base al modo in cui si ottiene l’aumento di velocità.

Questi tipi di pompe hanno una serie di caratteristiche:

1. Energia continua
2. Conversione dell’energia aggiunta in aumento dell’energia cinetica (aumento della velocità)
3. Conversione dell’aumento della velocità (energia cinetica) in un aumento della prevalenza

Una differenza pratica tra pompe dinamiche e pompe volumetriche è come operano in condizioni di valvola chiusa. Le pompe volumetriche spostano fisicamente il fluido, quindi la chiusura di una valvola a valle di una pompa volumetrica produce un accumulo continuo di pressione che può causare un guasto meccanico della tubazione o della pompa. Le pompe dinamiche differiscono per il fatto che possono essere fatte funzionare in sicurezza in condizioni di valvola chiusa (per brevi periodi di tempo).

Pompe a flusso radialeModifica

Una pompa di questo tipo è anche chiamata pompa centrifuga. Il fluido entra lungo l’asse o il centro, è accelerato dalla girante ed esce perpendicolarmente all’albero (radialmente); un esempio è il ventilatore centrifugo, che è comunemente usato per realizzare un aspiratore. Un altro tipo di pompa a flusso radiale è la pompa a vortice. Il liquido in esse si muove in direzione tangenziale intorno alla ruota di lavoro. La conversione dell’energia meccanica del motore nell’energia potenziale del flusso avviene per mezzo di vortici multipli, che sono eccitati dalla girante nel canale di lavoro della pompa. Generalmente, una pompa a flusso radiale opera a pressioni più elevate e a portate più basse di una pompa a flusso assiale o misto.

Pompe a flusso assialeModifica

Queste vengono anche chiamate pompe per tutti i fluidi. Il fluido viene spinto verso l’esterno o verso l’interno per spostare il fluido assialmente. Funzionano a pressioni molto più basse e portate più elevate rispetto alle pompe a flusso radiale (centrifughe). Le pompe a flusso assiale non possono essere portate a regime senza precauzioni speciali. Se a una bassa portata, l’aumento della prevalenza totale e l’alta coppia associata a questo tubo significherebbero che la coppia di avviamento dovrebbe diventare una funzione dell’accelerazione per tutta la massa di liquido nel sistema di tubi. Se c’è una grande quantità di liquido nel sistema, accelerare la pompa lentamente.

Le pompe a flusso misto funzionano come un compromesso tra le pompe a flusso radiale e quelle a flusso assiale. Il fluido sperimenta sia l’accelerazione radiale che la portanza ed esce dalla girante da qualche parte tra 0 e 90 gradi dalla direzione assiale. Di conseguenza, le pompe a flusso misto operano a pressioni più elevate rispetto alle pompe a flusso assiale, mentre forniscono scarichi più elevati rispetto alle pompe a flusso radiale. L’angolo di uscita del flusso detta la caratteristica di prevalenza-scarico rispetto alle pompe a flusso radiale e misto.

Pompa a getto induttoreModifica

Questa utilizza un getto, spesso di vapore, per creare una bassa pressione. Questa bassa pressione risucchia il fluido e lo spinge in una regione a pressione più alta.

Pompe a gravitàModifica

Le pompe a gravità includono il sifone e la fontana di Heron. L’ariete idraulico è anche chiamato a volte una pompa a gravità; in una pompa a gravità l’acqua è sollevata dalla forza gravitazionale e così chiamata pompa a gravità

Pompe a vaporeModifica

Le pompe a vapore sono state per molto tempo principalmente di interesse storico. Esse includono qualsiasi tipo di pompa azionata da un motore a vapore e anche pompe senza pistone come quella di Thomas Savery o la pompa a vapore Pulsometer.

Recentemente c’è stata una rinascita di interesse nelle pompe a vapore solari a bassa potenza per l’uso nell’irrigazione dei piccoli proprietari nei paesi in via di sviluppo. In precedenza, i piccoli motori a vapore non sono stati praticabili a causa delle crescenti inefficienze dovute alla diminuzione delle dimensioni dei motori a vapore. Tuttavia l’uso di materiali ingegneristici moderni accoppiati con configurazioni alternative del motore ha significato che questi tipi di sistema sono ora un’opportunità conveniente.

Pompe senza valvolaModifica

Il pompaggio senza valvola assiste nel trasporto dei fluidi in vari sistemi biomedici e di ingegneria. In un sistema di pompaggio senza valvole, non sono presenti valvole (o occlusioni fisiche) per regolare la direzione del flusso. L’efficienza di pompaggio del fluido di un sistema senza valvole, tuttavia, non è necessariamente inferiore a quella delle valvole. Infatti, molti sistemi fluidodinamici in natura e in ingegneria si basano più o meno sul pompaggio senza valvole per trasportare i fluidi di lavoro. Per esempio, la circolazione del sangue nel sistema cardiovascolare è mantenuta in una certa misura anche quando le valvole del cuore falliscono. Nel frattempo, il cuore embrionale dei vertebrati inizia a pompare il sangue molto prima dello sviluppo di camere e valvole distinguibili. Nella microfluidica, sono state fabbricate pompe a impedenza senza valvole, che dovrebbero essere particolarmente adatte alla manipolazione di biofluidi sensibili. Anche le stampanti a getto d’inchiostro che operano sul principio del trasduttore piezoelettrico utilizzano il pompaggio senza valvole. La camera della pompa viene svuotata attraverso il getto di stampa a causa della ridotta impedenza di flusso in quella direzione e riempita di nuovo per azione capillare.