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1 OME ER FLUIDI ALIMENARI Definizione Sono macchine oeratrici oeranti su fluidi incomrimibili in grado di trasformare l energia meccanica disonibile all albero di un motore in energia meccanica del fluido sotto forma di ressione. arametri caratterizzanti (ortata e revalenza) ortata Q - è il volume di liquido mosso dalla oma nell'unità di temo; l'unità di misura della ortata è m 3 /sec (l/s; m 3 /h). revalenza h (m) energia er unità di eso che la oma deve fornire al liquido er innalzarlo da h ad h. Viene esressa in metri di colonna di liquido. Suoniamo di dover trasortare un fluido da un serbatoio osto ad un livello h risetto al avimento ad un altro osto ad un livello sueriore h. Alichiamo l equazione di Bernoulli (rinciio di conservazione dell energia meccanica) alle due sezioni. h h vm g h vm g h R α = coefficiente che diende dal tio di fluido = densità (kg/m 3 ) v m = velocità media (m/s) g = accelerazione di gravità (9.8 m/s ) h = altezza (m) = ressione (a=n/m ) R = erdite di carico ad oera di attriti (a) = =ressione atmosferica, le velocità medie sono iccole e trascurabili g ( h h) R 0

2 Analizzando l equazione ci accorgiamo che tutti gli elementi hanno segno ositivo e non uò essere risettata il moto del fluido non uò avvenire sontaneamente oma ( ressione fornita dalla oma, servirà er innalzare il liquido da h ad h e er vincere gli attriti) Riscrivendo l equazione: g ( h h ) R g h h ) ( R g h ( h h ) h R h = energia er unità di eso che la oma deve fornire (J/kg)/(m/s²) revalenza Classificazione ossono essere distinte in: volumetriche - oerano tra il tubo di asirazione e quello di mandata sostando ad ogni giro dell albero, un volume definito di fluido. centrifughe (o rotodinamiche) sfruttano l elevata velocità di rotazione di alcune alette collegate all albero della oma, er creare una ressione tramite rincialmente la forza centrifuga. OME VOLUMERICHE Si tratta di macchine nelle quali le bocche di asirazione e di mandata non sono in comunicazione. rasferiscono un determinato volume di fluido dall ambiente di asirazione a quello di mandata doo averlo isolato all interno. A loro volta classificate in alternative e rotative. ome volumetriche alternative (a stantuffi) Sostano un determinato volume di fluido er ogni ciclo manovellismo di sinta che aziona un istone che svolge la roria corsa all interno di un cilindro. In fase di asirazione si genera il volume che sarà fatto rifluire alla mandata nella fase di scarico. Sono ome autoadescanti: sono in grado di asirare l aria che riemie il tubo di asirazione. I collegamenti con l asirazione e la mandata sono assicurativa valvole automatiche che si arono solo in resenza di oortune differenze di ressione. La corsa dello stantuffo tra i due unti morti (M Sueriore e M Inferiore) dove l elemento inverte il suo moto, delimita un volume cilindrico c detto cilindrata teoricamente sostato dall asirazione alla mandata.

3 Manovella Stantuffo Asirazione c MS MI m 3 t In condizioni non ideali m 3 4t a a 4 V oma a stantuffo a semlice effetto In ratica il volume effettivamente sostato è inferiore. In condizioni non ideali (non teoriche) infatti occorre tenere conto della comrimibilità del fluido, seure ridotta, e del fatto che sono necessarie sia una sovraressione er l aertura della valvola di mandata che una deressione er l aertura della valvola di asirazione. Quando lo stantuffo ha terminato la corsa di asirazione, invertendo il moto inizia ad aumentare la ressione; il fluido esce dalla valvola di mandata solo quando la ressione interna del cilindro risulta aena sueriore a quella esistente nel tubo di mandata. La arziale corsa dello stantuffo roduce un riflusso di liquido verso l asirazione. Rendimento volumetrico v raorto tra volume effettivo e quello teorico ( , quando i valori ressori raggiungono i limiti di rogettazione). ortata effettiva della oma a semlice effetto Q z c n v di giri variabile in funzione del temo (angolo di manovella). z, numero di cilindri e n numero Q 0 π/ π 3/π π Angolo di manovella α

4 er attenuare l irregolarità della ortata (l effetto ulsante) doio cilindro con i due stantuffi e manovelle sfasate di 80 oure oma monocilindrica a doio effetto. Asirazione Asirazione c oma a stantuffo a doio effetto Q 0 π/ π 3/π π Angolo di manovella α Dato il ridotto regimo di rotazione (non suera i 0 giri/min), la velocità massima dello stantuffo non suera m/s ermette di omare con delicatezza qualsiasi fluido alimentare anche quelli viscosi, con articelle solide in sosensione. ressioni: si uò andare da una decina di bar (iù che sufficienti er il trasorto di fluidi) a bar er l alimentazione degli omogeneizzatori fino a migliaia di bar er i trattamenti di astorizzazione(sterilizzazione ad altissima ressione. ortata: er rodotti alimentari ome a stantuffi con valori comresi tra ochi dm 3 /h e 00 m 3 /h. ome volumetriche rotative Lo sostamento del fluido avviene er mezzo di un moto rotatorio. Sono caratterizzate da un rotore che oera all interno di uno statore. Come visto er le alternative, la ortata è roorzionale al numero di giri dell albero del rotore, al volume e al numero di camere che sostano il volume verso la mandata. Esemi: oma a alette con rotore eccentrico oma con rotore flessibile oma ad ingranaggi* e a lobi** oma monovite oma eristaltica.

5 oma a ingranaggi* oma a lobi** otenza richiesta otenza idraulica disonibile al fluido (W) w i Q Q (m 3 /s): ortata (a): ressione ricevuta dal fluido otenza fornita dal motore elettrico (W) Rendimento totale = v i m Q W v = rendimento volumetrico i = rendimento idraulico, raorto tra ressione ricevuta dal fluido e quella elaborata dalla oma. m = rendimento meccanico, raorto tra otenza meccanica all albero del rotore e quella del motore elettrico. Curva caratteristica (luogo dei ossibili unti di funzionamento) delle ome volumetriche Q = z c n v Fissato n, se il rendimento volumetrico è iotizzato teoricamente unitario, la ortata non diende dalla ressione la oma volumetrica fornisce una ressione che diende dai dislivelli e dalle erdite di carico nelle tubazioni e quindi uò essere diversa a seconda dei casi ma non sueriore al valore massimo ammesso dal costruttore ( max ) er qualunque sotto il limite massimo revisto, la ortata teoricamente rimane costante. In realtà il rendimento volumetrico si riduce (anche se di oco) all aumentare della ressione.

6 max Curva teorica ( v =) All aumentare di n All aumentare del regime di rotazione (n), la curva caratteristica si sosta verso destra. Q OME CENRIFUGHE Flusso continuo di fluido tra le sezioni di asirazione e mandata, ottenuto dalla rotazione di un albero dotato di una girante forniscono energia cinetica al fluido che oi viene convertita in energia di ressione. Il liquido entra in girante assialmente, attraverso la tubazione di asirazione e viene deviato in direzione radiale e accelerato dalla girante Girante Asirazione Voluta La girante trasferisce al liquido il lavoro meccanico assorbito all'albero sotto forma di energia cinetica e di energia di ressione. Il liquido oi, lasciando la girante, entra nel diffusore dove arte dell'energia cinetica acquisita in girante viene convertita in energia di ressione attraverso il rocesso di diffusione (rallentamento) della corrente. Diffusori a alette

7 Infine, il liquido viene raccolto dalla voluta a sirale e inviato alla tubazione di mandata. La voluta a sirale ha anche il comito di comletare il rocesso di diffusione. Durante il funzionamento si determina una deressione al centro che richiama altro liquido dalla tubazione di asirazione e una sinta in eriferia verso il tubo di mandata. otenza richiesta Come le volumetriche, la otenza idraulica disonibile al fluido (W) w i Q Q (m 3 /s): ortata (a): ressione ricevuta dal fluido otenza fornita dal motore elettrico (W) Rendimento totale = v i m Q W v = rendimento volumetrico i = rendimento idraulico, raorto tra ressione ricevuta dal fluido e quella elaborata dalla oma. m = rendimento meccanico, raorto tra otenza meccanica all albero della girante e quella del motore elettrico. La ressione teorica che la oma centrifuga è in grado di fornire: Velocità tangenziale Velocità relativa U W C C U W Velocità risultante o assoluta

8 U W U W C W W W C U U Velocità relativa W: velocità imosta dalle ale. Velocità tangenziale U: dovuta al moto rotatorio. Velocità assoluta C: si ottiene dalla somma vettoriale delle due è la velocità con cui il fluido entra nella voluta (0-40 m/s). Si tratta di valori troo elevati er fluidi contenenti articelle solidi. In alternativa si ossono adottare alcuni accorgimenti: ridotta velocità di rotazione e girante caratterizzata da oche ale. La velocità U è funzione della velocità angolare e del raggio r U= r. La velocità angolare è funzione del numero di giri della oma n n (giri/min). 60 Anche se teorica, dalla formula sora indicata se ne deduce che la ressione realizzata da una oma centrifuga è funzione del regime di rotazione n. Fissato un regime di rotazione n, rimane fissata in teoria la fornita dalla oma centrifuga e quindi la ortata Q (funzione di una comonente della velocità assoluta). W C U C W U Comonente della velocità assoluta Se non aumentiamo il regime di rotazione, ma il circuito idraulico necessita di maggiore ressione (er suerare un dislivello o erdite di carico) la velocità relativa all interno dei canali intercalari tende a ridursi si riduce la comonente della velocità assoluta. In seguito all aumento della ressione richiesta dal circuito si verifica una riduzione della ortata che roduce a sua volta una riduzione della velocità del fluido e delle erdite di carico.

9 Curva caratteristica (luogo dei ossibili unti di funzionamento) delle ome centrifughe Curva teorica rogetto Curva reale all aumentare di n Q La curvatura della curva reale è causata dal rendimento idraulico che non è costante con la ortata. Vantaggi e svantaggi delle ome centrifughe: - sono di semlice costruzione e di basso costo - hanno una ortata costante - hanno bassi costi di manutenzione - comortano un minimo ingombro - non sono in grado di fornire alte revalenze - non sono in grado di omare liquidi molto viscosi - forniscono buone rese solo entro un intervallo limitato di condizioni - oerative. SCELA DI UNA OMA La scelta della oma si effettua in relazione a: - la revalenza (alla quota da raggiungere) - tio di liquido (se viscoso, corrosivo, ericoloso) - tio di motore di cui si disone. oma a diaframma, oera con ortate minime: 0 l/m, uò raggiungere H=00 m.c.l. a stantuffi (istone), QV = 00 l/m con H 00 mcl 3 a ingranaggi, er grandi ortate e H max = 000 mcl. 4 ome centrifughe, er grandi ortate e H max= 000mcl.

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