(IN ELABORAZIONE)
Occorrono le conoscenze dei capitoli di Meccanica e di Idraulica; vedi anche l'articolo Le pompe.
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DESCRIZIONI:
A) PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
La legge fondamentale va sotto il nome di Pascal: la pressione esercitata in un punto qualunque di un liquido incomprimibile si trasmette integralmente in tutti i punti del liquido (vedi l'articolo teoremi Pascal e di Archimede).
Per utilizzare questa legge si devono rispettare due condizioni precise: esercitare una pressione e avere un liquido incomprimibile. La prima condizione si realizza con le pompe appositamente costruite e posizionate, la seconda usando liquidi che non contengono e non producono gas o vapori.
La prima condizione oggi si realizza abbastanza facilmente poiché la tecnologia produce pompe di infiniti modelli adatte a infinite applicazioni. La seconda richiede l'uso di liquidi speciali per le diverse applicazioni e una puntuale manutenzione e sorveglianza negli ambienti operativi e al trascorrere del tempo.
Se diciamo pA e pB le pressioni esistenti in due punti del liquido e la pressione in A diventa pA + Dp, anche in B la pressione diventa pB + Dp, cioè subisce lo stesso incremento. Naturalmente se in A la pressione diminuisce, altrettanto accade in B (e viceversa fra B e A).
Tutto ciò è naturalmente di importanza evidente: se a causa di un buco il circuito perde pressione in un punto qualunque, tutto il circuito perde pressione; se in un punto qualunque si produce una strozzatura o una occlusione che rompe la continuità del liquido, la trasmissione delle forze non avviene più. Da ciò segue la necessità della manutenzione e della predisposizione di sensori e spie che segnalino le anomalie del circuito.
B) POMPE ALTERNATIVE SEMPLICI
Sono di due tipi costruttivi: 1) a semplice effetto; 2) a doppio effetto.
1) a semplice effetto: è costituita da un cilindro, solitamente di acciaio, chiuso ad una estremità, all'interno del quale si muove un pistone munito di guarnizioni di gomma che aderiscono perfettamente alla parete del cilindro (a tenuta). Il pistone è mosso da un motore, elettrico o a combustione interna, con il sistema biella - manovella. Nel cielo del cilindro sono ricavati due fori che vengono aperti e chiusi alternativamente da due "tappi" (le valvole): la prima è la valvola di aspirazione che si apre durante il moto discendente del pistone (da punto morto superiore a punto morto inferiore): così si permette al liquido di entrare nel cilindro, riempiendolo completamente; la seconda è la valvola di mandata che si apre durante il moto ascendente del pistone (da punto morto inferiore a punto morto superiore): così si permette al liquido di uscire dal cilindro, vuotandolo quasi completamente.
difetti: la pressione è pulsante fra un minimo (valvola di mandata chiusa) e un massimo (pistone vicino al punto morto superiore).
spazio nocivo o morto: dipende da due fattori: a) il pistone non deve toccare il cielo del pistone per evitare gli urti che sarebbero deleteri per la durata dei due organi; b) ingombro della valvola di aspirazione che si apre verso l'interno.
accorgimenti: è indispensabile accoppiare un serbatoio di opportuna capacità che funziona da ammortizzatore delle pulsazioni e da riserva temporanea in caso di guasto della pompa.
2) a doppio effetto: il cilindro ha entrambe le basi chiuse e porta quattro valvole: una di aspirazione e una di mandata su ciascuna delle basi opposte (vedi alla pagina seguente punto B). La biella non è collegata direttamente al pistone, ma attraverso un'asta, detta testa-croce, che si muove lungo l'asse del cilindro su due guide: ciò è necessario altrimenti non sarebbe possibile chiudere entrambe le basi del cilindro. Anche l'asta deve essere munita di guarnizioni di gomma (premistoppa). Il funzionamento può essere così descritto:
1) moto ascendente del pistone: nella faccia inferiore del cilindro si apre la valvola di aspirazione e il liquido entra nella metà inferiore del cilindro; nella faccia superiore si apre la valvola di mandata e il liquido esce dalla metà superiore del cilindro;
2) moto discendente del pistone: le parti si invertono, cioè nella parte superiore si apre la valvola di aspirazione e nella parte inferiore si apre la valvola di mandata. Naturalmente le valvole di aspirazione fanno capo ad un solo tubo e così pure quelle di mandata.
Il comando di apertura e chiusura delle valvole deve essere coordinato con il movimento del pistone. Un modo semplice di risolvere il problema è quello di costruire le valvole in metallo con guarnizioni di gomma o di cuoio provvedendole di guide e molle di richiamo. Altrimenti, per le macchine più grandi e importanti, si usano alberi a camme come nei motori a combustione interna con lo stesso tipo di valvole.
difetti: la pressione è pulsante fra un minimo (valvola di mandata chiusa) e un massimo (pistone vicino al punto morto superiore).
spazio nocivo: è più che doppio del caso precedente perché bisogna tener conto dell'ingombro dell'asta testa-croce che aziona il pistone.
accorgimenti: è indispensabile accoppiare un serbatoio di opportuna capacità che funziona da ammortizzatore delle pulsazioni e da riserva temporanea in caso di guasto della pompa.
C) SERBATOIO DI ACCUMULO (POLMONE)
E' sempre utile e talvolta indispensabile per ragioni di sicurezza disporre nell'impianto di un serbatoio supplementare, detto anche polmone, che ha i compiti: 1) di permettere di finire un lavoro se il generatore si guasta (basta pensare al gruppo elettrico che accompagna il computer: se viene a mancare la corrente elettrica il gruppo consente di salvare il lavoro e di spegnere correttamente!); 2) mantenere l'organo di lavoro in una posizione prestabilita mentre si procede al suo bloccaggio (basta pensare alle porte stagne delle navi o ai carrelli di atterraggio degli aerei).
Il polmone è costituito essenzialmente di un corpo metallico cilindrico o sferico all'interno del quale si trova una membrana elastica ermeticamente chiusa (pallone) riempita ad una certa pressione di gas (aria o azoto). Il funzionamento è relativamente semplice: a) in fase di spinta della pompa il pallone si deforma diminuendo di volume e quindi assorbe, sotto forma di energia elastica, l'eccesso di energia della pompa; b) nella fase successiva il pallone si espande restituendo al liquido l'energia accumulata in precedenza. Con questo meccanismo il liquido acquista un regime meno pulsante e la portata diventa pressocché costante.
Il pallone può anche avere la funzione di interrompere il circuito di comando del motore della pompa (autoclave) quando è "pieno" e il suo servizio non occorre più. L'utilità è anche quella di poter disporre subito di energia senza aspettare che la pompa entri in pressione, riducendo quindi i tempi morti fra due fasi distinte di lavoro (vedi alla pagina seguente punto E).
La parte di circuito che comprende il polmone sarà dotata di valvola di sicurezza che impedisca al serbatoio di vuotarsi completamente e sarà collegata direttamente alla macchina utilizzatrice e non al tubo di scarico.
D) POMPE ALTERNATIVE COMPOSTE
E) POMPE ROTATIVE AD INGRANAGGI
Sono genericamente di due tipi: 1) ad ingranaggi; 2) a lobi:
1) ad ingranaggi: in una scatola con due fori, uno di entrata e uno di uscita, sono chiuse due ruote dentate con lo stesso numero di denti, una motrice, e quindi collegata al motore, e l'altra mossa: l'olio entra nella scatola e riempie i vani fra i denti e le pareti della scatola, venendo convogliato verso il foro di uscita. La tenuta è assicurata verso il centro dal contatto fra i denti delle ruote e verso la periferia da una costruzione accurata e da bronzine montate sulla testa dei denti che vanno a contatto con la parete. La costruzione può anche essere con la ruota motrice interna alla mossa, la quale quindi ha due dentature, una interna per ingranare con la motrice e l'altra esterna per muovere l'olio.
Possono produrre pressioni moto alte con buona silenziosità, mentre la portata è relativamente piccola.
2) a lobi: sono del tutto simili alle precedenti, ma al posto dei denti hanno dei lobi, variamente conformati, coniugati in modo da rimanere sempre a contatto. Sono più silenziose di quelle ad ingranaggi e possono raggiungere portate un poco maggiori.
F) POMPE ROTATIVE A PALETTE
All'interno di una cassa cilindrica, con foro di entrata e di uscita, si trova, in posizione eccentrica, un disco mosso dal motore. Nel disco, in direzione assiale, sono ricavate delle scanalature all'interno delle quali sono sistemate delle palette mobili tenute in posizione da molle sul fondo delle scanalature. Le palette, munite in testa di bronzine rotanti, aderiscono alla parete della cassa dividendo lo spazio interno in porzioni di volume diverso a seconda della lunghezza di paletta uscita dal disco. Durante il moto, a causa dell'eccentricità, le palette entrano ed escono dal disco che le contiene, producendo una variazione di volume, e perciò di pressione, dello spazio libero fra di esse. Il moto generale dell'olio è quello di essere prelevato dalle palette vicine al foro di ingresso e di essere accompagnato verso il foro di uscita stretto fra la parete della scatola e le palette stesse.
G) LE VALVOLE
Descrivere forme e funzionamento delle valvole è difficile perché l'industria è in continua evoluzione per seguire lo sviluppo tecnico delle applicazioni.
In generale sono costituite di tre organi: 1) il contenitore, che è una scatola di metallo in genere con alcuni fori: alcuni destinati agli attacchi dei tubi nei quali scorre il liquido, altri destinati agli organi di comando; 2) un organo mobile, cilindrico con moto rettilineo o rotatorio, a sua volta munito di fori o di scanalature nei quali passa il liquido; 3) organi di comando, manuali o elettrici o magnetici, che servono per manovrare l'organo mobile.
a) schema grafico
Si inizia con un quadratino per ogni posizione che l'organo mobile può assumere. In ciascun quadratino sono presenti i passaggi liberi per il liquido (rappresentati da frecce) o i blocchi (rappresentati con segni simili a T) che ne impediscono il passaggio.
Il disegno è sempre accompagnato da una coppia di numeri, scritti sotto forma di frazione, che indicano al numeratore il numero dei collegamenti possibili e al denominatore le possibili posizioni dell'organo mobile (otturatore). Ad esempio la scrittura 4 / 3 indica una valvola che ha quattro collegamenti con tubi e il cui pistone può assumere tre posizioni.
Il disegno viene completato dallo schema di comando: a leva, a pulsante, a molla, elettrico, magnetico, ecc.
b) esempi
1) E' una valvola automatica elettrica che viene usata come sicurezza all'uscita della pompa: se la pressione nel circuito supera un certo valore la valvola si apre e il liquido cade nel serbatoio. Si può rappresentare come 2 / 2 in quanto ha due "buchi" (uno di entrata e uno di uscita del liquido) e due posizioni (aperto chiuso) dell'otturatore.
2) valvola 4 / 2 manuale a pulsante con molla di ritorno: quando si rilascia il pulsante il flusso si inverte (l'uscita diventa ingresso e viceversa).
3) valvola 2 / 2 manuale a leva o a "maniglia" generica: ha la funzione di passa - non passa.
4) valvola simile alla 2) ma con comando a leva.
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5) valvola 4 / 3 con comando manuale: la valvola si può arrestare in una qualunque delle tre posizioni; nella posizione centrale l'olio ritorna direttamente nel serbatoio a ciclo continuo.
6) valvola parzializzatrice di flusso: serve per dividere in due il flusso di liquido. Gli archetti che stringono il simbolo del tubo indicano che c'è una diminuzione di sezione che appunto riduce la portata.
7) valvola 4 / 3 automatica con relè con doppio pulsante con posizione di riposo (quella centrale) del tipo tutto - chiuso: quando si preme il pulsante la valvola si porta automaticamente a destra o a sinistra e subito dopo in posizione di riposo.
8) valvola unidirezionale: in questo caso permette solo il flusso verso l'alto (la sfera rappresenta il blocco; il segno sopra la sfera rappresenta la molla che, accorciandosi, permette il passaggio).
Le valvole possono essere sistemate anche in serie, nel senso che la posizione assunta dall'una condiziona quella dell'altra, oppure in parallelo: ciò comporta un ampliamento all'infinito delle possibilità di funzionamento degli impianti. Esse possono anche essere telecomandate con l'uso di circuiti elettronici oppure dotate di cellule fotoelettriche, oppure a raggi infrarossi, ecc.
Le lettere che distinguono i "buchi" hanno il seguente significato normalizzato: P = arrivo dalla pompa o da un'altra valvola; T = uscita verso lo scarico oppure verso un'altra valvola; A = ingresso nell'utilizzatore oppure in un'altra valvola; B = uscita dall'utilizzatore o da un'altra valvola.
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