33-99 No. Via Mufu E, Distretto di Gulou, Nanjing, Cina [email protected] | [email protected]
33-99 No. Via Mufu E, Distretto di Gulou, Nanjing, Cina [email protected] | [email protected]
Nei sistemi idraulici industriali, la pompa è generalmente montata in cima al serbatoio che contiene il fluido del sistema. La tubazione di aspirazione (detta anche tubazione di ingresso) collega l’ingresso della pompa all’olio presente nel serbatoio.
Il flusso del fluido dal serbatoio alla pompa può essere considerato un sistema idraulico a sé stante. In questo sottosistema, la pressione inferiore a quella atmosferica generata dalla pompa costituisce la resistenza al flusso, mentre l’energia che muove il fluido proviene dalla pressione atmosferica. L’atmosfera, agendo sulla superficie dell’olio nel serbatoio, funziona come un accumulatore.
Figura 5-1 Installazione standard della pompa — pompa in posizione superiore, tubazione di aspirazione al di sotto del livello dell’olio. È la pressione atmosferica che agisce sulla superficie dell’olio a spingere l’olio verso l’alto, nella pompa.
Generalmente pensiamo all'aria come a una sostanza priva di peso, ma l'atmosfera di aria che circonda la Terra esercita effettivamente una pressione. Torricelli, l'inventore del barometro, dimostrò che la pressione atmosferica può essere misurata mediante una colonna di mercurio. Invertendo un tubo riempito di mercurio e immergendolo in una vaschetta contenente mercurio, egli osservò che, al livello del mare, l'altezza della colonna di mercurio sostenuta dalla pressione atmosferica è pari a 29,92 pollici (760 mm). Pertanto, nelle condizioni standard, la pressione atmosferica al livello del mare equivale a una colonna di mercurio alta 29,92 pollici (760 mm). Ovviamente, qualsiasi località posta al di sopra del livello del mare avrà una pressione atmosferica inferiore.
La pressione idraulica è solitamente espressa in psi o bar, ma la pressione atmosferica è generalmente misurata in in.Hg (pollici di mercurio) o mmHg. A 68 °F (20 °C) e con un’umidità relativa del 36 %, la pressione atmosferica a livello del mare corrisponde a 29,92 in.Hg o 760 mmHg, equivalente a 14,7 psia o 1,01 bar. È importante sottolineare che l’unità bar non viene utilizzata per definire la pressione atmosferica; invece, la pressione atmosferica standard è pari a 101.000 N/m².
Nella conversione tra in.Hg e psi, si tenga presente che 1 psia = 2,04 in.Hg e che 1 bar ≈ 752 mmHg. Pertanto, in via approssimativa: 1 psia ≈ 2 in.Hg oppure 1 bar ≈ 750 mmHg.
Sia la pressione assoluta sia la pressione relativa possono essere utilizzate per misurare la pressione in un sistema idraulico.
La pressione assoluta è misurata a partire dal punto di pressione zero — ovvero dal punto di totale assenza di pressione. L’unità di misura può essere psi (bar) o in.Hg (mmHg). La pressione assoluta è indicata aggiungendo il suffisso «a»: psia (psi assoluti), bara.
La pressione relativa è misurata rispetto al riferimento della pressione atmosferica. L'unità di misura è psi (bar). La pressione assoluta corrisponde alla somma della pressione relativa e della pressione atmosferica standard. Esempio: se un sistema indica 100 psig (6,9 bar relativi) e la pressione atmosferica standard è 14,7 psia (1 bar), la pressione assoluta è 114,7 psia (7,9 bar assoluti). Per distinguere le due grandezze, la pressione relativa viene indicata come psig, mentre quella assoluta come psia.
Quando la pompa non è in funzione, il lato di aspirazione del sistema è in equilibrio: la differenza di pressione tra la pompa e l’atmosfera è nulla, pertanto non vi è flusso. Affinché la pompa fornisca olio al suo gruppo rotante, durante il funzionamento essa genera una pressione inferiore a quella atmosferica — il sistema diventa squilibrato — e inizia il flusso.
La pressione esercitata dall’atmosfera sul fluido svolge due funzioni:
La maggior parte della pressione atmosferica viene utilizzata per accelerare il fluido verso la pompa, ma il primo compito deve essere svolto preliminarmente: fornire il fluido all’ingresso della pompa. Se in questa fase viene consumata troppa pressione atmosferica, non ne rimarrà abbastanza per accelerare il fluido verso l’insieme rotante. Ciò provoca lo 'starvamento' della pompa e si verifica il fenomeno noto come cavitazione.
La cavitazione è la formazione e il collasso di cavità di vapore in un liquido. Danneggia la pompa in due modi:
Sul lato di aspirazione della pompa, si formano cavità di vapore in tutto il fluido. Ciò riduce l'efficacia della lubrificazione e accelera l'usura. Quando queste cavità raggiungono la zona ad alta pressione all'uscita della pompa, le pareti delle cavità vengono compresse e collassano violentemente, rilasciando un'enorme quantità di energia che "erosiona" le superfici metalliche — proprio come uno scultore che usa martello e scalpello sulla pietra. Se la cavitazione viene lasciata proseguire, la vita utile della pompa si accorcia e i detriti derivanti dalla cavitazione possono viaggiare verso altre parti del sistema danneggiando altri componenti.
Figura 5-5 Danni da cavitazione sul foro della carcassa della pompa. Il pattern microscopico di picchiettature è causato dall'implosione ripetuta delle cavità di vapore sulla superficie metallica.
Il segno più evidente della cavitazione è il rumore: quando le cavità collassano, generano vibrazioni ad alta ampiezza che si propagano attraverso l’intero sistema e la pompa idraulica emette un suono acuto e penetrante. Quando si verifica la cavitazione, poiché le camere della pompa non sono completamente riempite di fluido, la portata diminuisce e la pressione del sistema diventa instabile.
La cavitazione si forma in un liquido perché il liquido bolle, ma questa ebollizione non è causata dal calore; è causata dal raggiungimento, da parte del liquido, di una pressione assoluta sufficientemente bassa.
Tutte le molecole di un liquido sono in costante movimento, ma non tutte alla stessa velocità. Le molecole più veloci, vicino alla superficie, tentano di sfuggire nello spazio sovrastante, nonostante l’attrazione esercitata dalle molecole circostanti. La forza che le molecole più veloci devono superare per passare allo stato di vapore è la pressione di vapore del liquido.
Se il contenitore del liquido è sigillato, le molecole in rapido movimento entrano nello spazio sovrastante il liquido. Quando tale spazio raggiunge la saturazione di vapore, le molecole collidono e ritornano nel liquido. Il processo mediante il quale le molecole lasciano il liquido è chiamato evaporazione; quello mediante il quale ritornano al liquido è chiamato liquefazione. Quando i tassi di evaporazione e di liquefazione sono uguali, si raggiunge l’equilibrio e la pressione generata dal vapore è detta pressione di vapore di quel liquido. La pressione di vapore è generalmente espressa in unità di pressione assoluta, in.Hg.
La pressione di vapore è influenzata dalla temperatura. Al crescere della temperatura, le molecole del liquido acquisiscono maggiore energia e si muovono più velocemente. Di conseguenza, la pressione di vapore aumenta. Quando la pressione di vapore eguaglia la pressione atmosferica, le molecole del liquido possono passare liberamente nell’atmosfera: questo fenomeno è chiamato ebollizione. L’acqua, a livello del mare, bolle a 212 °F (100 °C), poiché a tale temperatura la sua pressione di vapore eguaglia la pressione atmosferica.
Un liquido può essere portato a ebollizione anche riducendo la pressione che agisce su di esso. Quando la pressione ridotta eguaglia la tensione di vapore del liquido, le molecole del liquido possono passare liberamente nello spazio sovrastante il liquido. L'acqua a 100 °F (37,2 °C) ha una tensione di vapore di 2 in.Hg (0,068 bar). Se un contenitore d'acqua a 100 °F viene collegato a una pompa da vuoto e la pressione assoluta interna scende a 2 in.Hg (0,068 bar), l'acqua bolle. Le pompe che gestiscono un liquido subiscono generalmente questo tipo di ebollizione.
L'olio idraulico a livello del mare contiene circa il 10% di aria disciolta. Questa aria è presente in forma disciolta nel liquido — è invisibile e non aumenta in modo percettibile il volume del liquido. La capacità dell'olio idraulico o di qualsiasi altro liquido di sciogliere aria diminuisce al diminuire della pressione agente sul liquido. Ad esempio, se una tazza di olio idraulico alla pressione atmosferica viene posta in vuoto, l'aria disciolta si trasforma in bolle ed esce dalla soluzione. Durante la cavitazione, l'aria disciolta fuoriesce dall'olio causando danni alla pompa idraulica.
L'aria inglobata è aria presente nel liquido in uno stato non disciolto — sotto forma di bolle. Se una pompa aspira occasionalmente olio contenente aria inglobata, le bolle d'aria producono effetti sulla pompa analoghi a quelli della cavitazione. Tuttavia, poiché tale fenomeno non è correlato alla tensione di vapore del liquido, lo definiamo pseudo-cavitazione.
Se ci sono perdite nella linea di aspirazione o il sigillo dell'albero della pompa cede, nell'impianto è quasi sempre presente aria intrappolata. Poiché la pressione sul lato di ingresso della pompa è spesso inferiore a quella atmosferica, qualsiasi apertura in tale zona provocherà l'aspirazione di aria nell'olio e nella pompa. Anche le bolle d'aria intrappolate che non riescono a fuoriuscire dal serbatoio entreranno nella pompa.
La cavitazione danneggia gravemente sia la pompa sia l'impianto. Per questo motivo, i produttori di pompe specificano limiti sul lato di aspirazione per i loro prodotti. I produttori di pompe idrauliche industriali a cilindrata fissa indicano generalmente che la pressione all'ingresso della pompa deve essere inferiore alla pressione atmosferica, affinché il fluido possa essere immesso nell'insieme rotante della pompa. Tuttavia, questa specifica di pressione viene solitamente espressa non in unità di pressione assoluta, bensì in termini di vuoto.
Il vuoto è qualsiasi pressione inferiore a quella atmosferica. Il concetto di vuoto è potenzialmente fuorviante, poiché il suo punto di riferimento coincide con quello della pressione relativa (cioè la pressione atmosferica), ma i valori vengono misurati in senso decrescente in unità di pollici di mercurio (in.Hg) o millimetri di mercurio (mmHg).
0 in (0 mm) di vuoto = pressione atmosferica o pressione relativa pari a zero. 29,92 in.Hg (760 mmHg) di vuoto = vuoto completo o pressione assoluta pari a zero.
Come illustrato nel diagramma, un recipiente di mercurio collegato, mediante un tubo di vetro, a un contenitore alla pressione atmosferica: poiché la pressione all’interno del contenitore è uguale alla pressione atmosferica agente sul recipiente di mercurio, il livello di mercurio non si innalza nel tubo di vetro. L’altezza nulla della colonna di mercurio indica che il contenitore non si trova in condizioni di vuoto.
Se il contenitore viene evacuato fino a quando la pressione interna scende di 10 pollici di mercurio (254 mmHg), la pressione atmosferica che agisce sulla superficie del pozzetto può quindi sostenere 10 pollici (254 mm) di mercurio: il vuoto misurato è pari a 10 in.Hg (254 mmHg). Se il contenitore viene evacuato fino a raggiungere il vuoto completo (pressione assoluta pari a zero), la pressione atmosferica può sostenere 29,92 pollici (760 mm) di mercurio: il vuoto misurato è pari a 29,92 in.Hg (760 mm).
0 pollici (0 mm) di vuoto rispetto al mercurio = pressione atmosferica = pressione relativa pari a zero. 29,92 in.Hg (760 mm) di vuoto = vuoto completo = pressione assoluta pari a zero.
Figura 5-9 Misurazione del vuoto con un manometro a mercurio. I tre stati, dall’alto verso il basso: pressione atmosferica (0 vuoto), vuoto parziale (10 in.Hg) e vuoto completo (29,92 in.Hg = 0 psia).
Un manometro per il vuoto è tarato da 0 a 30 in.Hg (0–760 mmHg), con ogni divisione pari a 1 in.Hg. A livello del mare, per convertire la lettura di un manometro per il vuoto in pressione assoluta, è sufficiente sottrarre la lettura del vuoto (in in.Hg) da 30 in.Hg (760 mmHg). Ad esempio, una lettura di vuoto di 7 in.Hg (177 mmHg) corrisponde a una pressione assoluta di 23 in.Hg (583 mmHg).
I produttori di pompe utilizzano unità di misura del vuoto per i requisiti di ingresso poiché tali valori sono riferiti al livello del mare: quando la pompa viene utilizzata ad altitudini superiori al livello del mare, occorre tenere conto della minore pressione atmosferica presente a tale altitudine.
Esempio: Se un produttore specifica che la depressione massima in ingresso non deve superare i 7 in.Hg (177 mmHg), ciò significa che il produttore richiede almeno 23 in.Hg (583 mmHg) di pressione assoluta (o pressione atmosferica) all’ingresso della pompa per accelerare il fluido verso l’insieme rotante. Se la pressione assoluta all’ingresso della pompa scende al di sotto di 23 in.Hg (583 mmHg), la pompa potrebbe subire danni, anche se ciò dipende dal fattore di sicurezza previsto dal produttore per la classe di depressione. Tutte le specifiche pubblicate relative all’ingresso della pompa presuppongono velocità nominale e olio minerale. Se la pompa funziona a una velocità diversa o utilizza un fluido diverso, le specifiche devono essere adeguatamente corrette.
La massima depressione ammissibile della pompa dipende dal fluido che viene pompato. I requisiti tecnici sul lato di aspirazione vengono calcolati in base al peso specifico e alla pressione di vapore dell’olio minerale. Se vengono utilizzati fluidi idraulici resistenti al fuoco, le variazioni del peso specifico e della pressione di vapore influenzeranno la massima depressione ammissibile sul lato di aspirazione.
Il peso specifico è il rapporto tra il peso di un liquido e il peso di un altro liquido. Più precisamente, è il rapporto tra il peso di un volume fisso di liquido e il peso dello stesso volume di acqua. A 60 °F (15,6 °C), 1 ft³ (piede cubo) di acqua pesa 62,4 libbre (28,3 kg). Dividendo il peso dell’olio per il peso dell’acqua, si ottiene che l’olio pesa il 90 % rispetto all’acqua, ovvero il rapporto tra i pesi è 1 (acqua) su 0,90 (olio minerale); il peso specifico (SG) dell’olio minerale è quindi pari a 0,90.
I requisiti sul lato di aspirazione della pompa sono calcolati per olio minerale con densità specifica compresa tra 0,87 e 0,90. Per i fluidi resistenti al fuoco a base di esteri fosforici, la densità specifica aumenta del 30%, raggiungendo circa 1,15. La densità specifica dei fluidi idraulici a base d’acqua varia da 0,93 (emulsione HFB) a 1,08 (glicole-acqua). Per accelerare l’ingresso di questi fluidi più pesanti nella pompa, è necessaria una pressione maggiore all’aspirazione della pompa. Di conseguenza, il vuoto massimo ammissibile deve essere leggermente ridotto.
L’olio minerale e i fluidi resistenti al fuoco a base di esteri fosforici presentano, alle normali temperature operative idrauliche, una pressione di vapore molto bassa, mentre i fluidi idraulici a base d’acqua si comportano in modo diverso. Questi ultimi contengono una percentuale elevata di acqua. La pressione di vapore sia dell’emulsione HFB sia del glicole-acqua può raggiungere diversi pollici di mercurio, mentre quella dell’olio minerale e dei fluidi sintetici è pari soltanto a una frazione di pollice di mercurio. Pertanto, i fluidi a base d’acqua sono più soggetti a evaporazione e cavitazione.
Per prevenire la cavitazione dei fluidi a base d'acqua, i produttori di pompe richiedono una pressione sufficiente all'ingresso della pompa per accelerare il fluido di lavoro all'interno della pompa. Questo requisito può essere soddisfatto riducendo il vuoto massimo ammissibile.
Figura 5-13 Confronto tra le pressioni di vapore. I fluidi a base d'acqua presentano una pressione di vapore molto più elevata rispetto all'olio minerale alla stessa temperatura, rendendoli più soggetti alla cavitazione qualora il vuoto in ingresso sia troppo elevato.
Il personale di manutenzione è generalmente il primo a individuare l'insorgenza di cavitazione nella pompa o l'aspirazione di aria, poiché la sua familiarità con la macchina gli consente di rilevare i primi segni di un guasto.
Il segnale più evidente di cavitazione o di ingresso d'aria in una pompa idraulica è un suono acuto, ma vi sono differenze sottili: una pompa soggetta a cavitazione produce un suono acuto costante — questo suono può essere causato dal collasso di bolle di dimensioni simili. Quando la pompa aspira aria, il suono varia notevolmente: quando entra una piccola quantità d'aria, il rumore assomiglia a un clic o a un guasto del cuscinetto; se entra una grande quantità d'aria, si genera un insolito rumore di martellamento o di crepitio.
Un metodo più affidabile per distinguere la cavitazione dall'ingresso d'aria consiste nell'utilizzare un manometro a vuoto per determinare la pressione assoluta all'ingresso della pompa. Sottrarre la lettura del vuoto dalla pressione atmosferica; se il valore di pressione assoluta risulta insufficiente, potrebbe verificarsi la cavitazione.
Per nuovi sistemi idraulici: se la pompa va in cavitazione, ciò potrebbe dipendere da una progettazione inadeguata della tubazione di aspirazione o da un’elevata viscosità dell’olio. L’uso di un olio con la viscosità corretta o l’aumento del diametro della tubazione di aspirazione per ridurre la caduta di pressione lungo la tubazione contribuirà a migliorare il fenomeno della cavitazione. Per un sistema esistente correttamente progettato: se la pompa va in cavitazione, ciò potrebbe essere dovuto a un ostruzione della tubazione di aspirazione causata da detriti, carta o piccoli animali — oppure il filtro di ingresso potrebbe essere eccessivamente sporco e privo di valvola di by-pass, oppure la valvola di by-pass non si apre sufficientemente.
Per le pompe idrauliche, il termine "priming" indica il riempimento del meccanismo di pompaggio con fluido. Una pompa non sottoposta a priming contiene aria o "blocchi d’aria". Prima dell’avvio dell’azione di pompaggio, quest’aria deve essere eliminata dalla tubazione di aspirazione e dalla cavità della pompa. Se questo passaggio viene omesso, l’avvio della pompa idraulica senza priming potrebbe causare danni permanenti entro pochi minuti a causa della mancanza di lubrificazione.
Una pompa il cui lato di uscita è collegato direttamente al serbatoio tramite una valvola direzionale può generalmente espellere facilmente il gas residuo nel serbatoio all’avviamento. Se la pompa deve espellere l’aria interna attraverso la valvola di sicurezza, questa operazione potrebbe non essere possibile — poiché una tipica pompa idraulica industriale è un compressore d’aria estremamente inefficiente.
Per espellere l’aria residua da una pompa non caricata, allentare il raccordo del tubo sul lato di uscita della pompa, ruotare lentamente la pompa fino a quando l’olio fuoriesce dal raccordo, segnalando che la pompa è stata caricata, quindi serrare nuovamente il raccordo. L’aria residua può essere inoltre espulsa scaricando la valvola di sicurezza.
Le pompe idrauliche richiedono generalmente il caricamento solo all’avviamento di un nuovo impianto o dopo interventi di manutenzione sul lato aspirazione di un impianto esistente.
I seguenti termini e formule vengono utilizzati nel calcolo delle condizioni di aspirazione della pompa:
La condizione in cui l'ingresso della pompa si trova al di sotto del livello del fluido nel serbatoio. Con aspirazione allagata, la pressione idrostatica (dovuta alla gravità) fornisce energia aggiuntiva per spingere il fluido nella pompa.
La pressione presente alla base di una colonna di fluido. Quando l'ingresso della pompa si trova al di sotto del livello del fluido, la pressione idrostatica costituisce una fonte di energia aggiuntiva per la pompa. Formule per la pressione idrostatica:
Pressione idrostatica (in.Hg) = Altezza (pollici) × 0,036 × Gravità specifica ÷ 0,491
Pressione idrostatica (mmHg) = Altezza (mm) × 0,0288 × Gravità specifica
L'altezza equivalente della colonna di fluido espressa in unità di lunghezza, al di sotto di un determinato punto di riferimento. Formula per la pressione di sollevamento (in in.Hg):
Pressione di sollevamento (in.Hg) = Altezza (pollici) × 0,036 × Gravità specifica ÷ 0,491
Pressione di sollevamento (mmHg) = Altezza (mm) × 0,0288 × Gravità specifica
L'azione compiuta da una pompa idraulica per creare una differenza di pressione tra sé stessa e l'atmosfera.
La pressione assoluta del fluido all'ingresso della pompa.
Benvenuti su HOVOO, una fabbrica cinese di sigilli. Produzione di sigilli in PU, gomma e PTFE. I sigilli includono O-ring, sigillo pistone, sigillo stelo, anello grigio e sigillo a gas.
EN
AR
CS
DA
NL
FI
FR
DE
EL
IT
JA
KO
NO
PL
PT
RO
RU
ES
SV
TL
IW
ID
LV
SR
SK
VI
HU
MT
TH
TR
FA
MS
GA
CY
IS
KA
UR
LA
TA
MY
