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1 Le pompe 2 Le pompe 2.1 Introduzione, 2.2 Le caratteristiche delle pompe, 2.3 Le pompe dinamiche, 2.4 L accoppiamento con l unità di potenza, 2.5 L effetto delle viscosità, 2.6 L adescamento delle pompe dinamiche, 2.7 Gli eiettori, 2.8 Le tipologie di pompe dinamiche per i servizi scafo, 2.9 Le pompe volumetriche, 2.10 Le pompe volumetriche alternative, 2.11 Le pompe volumetriche rotative, 2.12 Le tipologie di pompe volumetriche per i servizi scafo, 2.13 Le caratteristiche costruttive delle pompe, 2.14 L uso di bordo: i servizi per lo scafo, 2.15 L uso di bordo: i servizi per il carico 2.1 Introduzione Le pompe sono macchine operatrici idrauliche, ossia macchine il cui compito è quello di trasformare energia meccanica in energia contenuta nel fluido, in modo da aumentare l energia di quest ultimo in termini di velocità e pressione. Con riferimento al modo di lavorare del fluido si dividono in due categorie: macchine dinamiche sono dette anche a flusso continuo perché è presente un flusso continuo di fluido tra ingresso e uscita. A regime in un sistema stazionario la portata è perciò costante istante per istante. Si tratta di macchine in cui il trasferimento di energia avviene in virtù di forze fluidodinamiche, in genere facendo aumentare la quantità di moto del fluido per mezzo di pale attraverso una parte rotante (girante), e si parla allora di turbo macchine oppure, in casi particolari, senza organi mobili come nel caso della pompa ad eiettore, un fluido uscendo ad alta velocità da un ugello aspira un altro fluido. macchine volumetriche in esse il fluido è forzato in uno spazio finito delimitato da parti meccaniche e successivamente spinto fuori da tale volume. La portata del fluido è perciò intermittente, o per lo meno 43

2 Corso di Allestimento Navale fluttuante, in funzione della frequenza di ricambio del fluido nel volume di controllo. Si tratta cioè di macchine a regime periodico, in cui il trasferimento di energia è dovuto alla pressione statica che si esercita sulle parti mobili della macchina. Le diverse configurazioni di pompe dinamiche e volumetriche verranno qui di seguito descritte dopo aver richiamato alcuni parametri fondamentali per la caratterizzazione delle pompe. 2.2 Le caratteristiche delle pompe Nelle macchine a fluido le grandezze fisiche più direttamente collegate al fluido sono la portata volumica indicata con Q e misurata in [m 3 /s] ed il lavoro massico, ovvero l energia utile ceduta dalla macchina all unità di massa del fluido indicato con l e misurato in [J/kg = m 2 /s 2 ], ma più comunemente ci si riferisce all energia ceduta per unità di peso e chiamata prevalenza manometrica indicata con h e misurata in [m], in quanto misurabile, come differenza di carico idraulico totale fra aspirazione e mandata della pompa, con un con un manometro differenziale. In base a tali grandezze si definisce la potenza effettivamente trasmessa al fluido indicata con P e misurata in [W] come prodotto fra il lavoro massico e la portata massica: P = l (ρ Q) = (g h) (ρ Q) = γ Q h [W] (2.2.A) dove con ρ [kg/m 3 ] si indica la massa volumica del fluido, con g [m/s 2 ] l accelerazione di gravità e con γ [N/m 3 ] il peso specifico del fluido. La potenza assorbita dalla pompa deve considerare il rendimento complessivo della macchina η [-]: si definisce rendimento idraulico η Y il rapporto fra il lavoro ricevuto dal fluido e quello fatto sul fluido dalla pompa (perdite legate alla viscosità del fluido), rendimento volumetrico η V quello che tiene conto delle sfuggite di fluido attraverso i giochi e rendimento organico η O quello che tiene conto della potenza dissipata per attrito sui supporti e per azionare gli eventuali ausiliari. Perciò il rendimento totale vale: η = η Y η V η O [-] (2.2.B) e la potenza assorbita dalla pompa P a [W] si calcola come rapporto fra la potenza trasmessa al fluido ed il rendimento totale: P a = (g h /η Y ) (ρ Q /η V ) 1/η O = P/η [W] (2.2.B) Un altro parametro importante nella valutazione del funzionamento di una pompa è rappresentato dall altezza netta positiva di aspirazione NPSHr 44

3 Le pompe (Net Positive Suction Head required): esso misura, in metri di colonna di fluido, la massima caduta di pressione p in [Pa] che si realizza nella pompa, rispetto alla pressione misurata alla bocca di aspirazione (al variare del flusso generato). Essa assume una particolare importanza nella valutazione della possibilità dell insorgere di cavitazione nel corpo della pompa, ponendo un limite sulla pressione d ingresso nella pompa. La massima caduta di pressione all interno della pompa non deve infatti comportare il raggiungimento della tensione di vapore del liquido, in altre parole definendo p in [Pa] la pressione assoluta all imboccatura della pompa, deve valere: p in p in p V [Pa] (2.2.C) ove p V [Pa] è la tensione di vapore del liquido alla temperatura di esercizio dell impianto. Indicando infine con NPSHa (Net Positive Suction Head available) la differenza fra la pressione assoluta all imboccatura della pompa (funzione della configurazione dell impianto) e la tensione di vapore del liquido alla temperatura di esercizio, deve valere: NPSHr = p in /γ (p in p V )/γ = NPSHa [m] (2.2.C) Si ricorda che la tensione di vapore dell acqua a 20 C è di circa 2,3 kpa, mentre per gli olii combustibili vale indicativamente 10,0 kpa tale parametro inoltre può diventare critico, considerando che spesso questi olii sono riscaldati prima di essere pompati. Si osservi che in un impianto in cui la pompa aspira con battente negativo da un serbatoio in pressione, detti z [m] l altezza della pompa sul livello del serbatoio, p o [Pa] la pressione sulla superficie del liquido nel serbatoio ed Y o [m] la somma delle perdite idrauliche fino alla flangia di aspirazione della pompa, il parametro NPSHa assume il valore ricavato dalla seguente relazione: NPSHa = (p o p V )/γ z v in 2 /(2g) Y o [m] (2.2.C) dove v in [m/s] è la velocità del liquido all ingresso della pompa. Nella trattazione delle pompe volumetriche è uso fare riferimento alla pressione statica piuttosto che all energia specifica di peso, infatti molto spesso il termine statico è preponderante su quello cinetico e su quello geodetico. Per questo motivo il parametro NPSH assume la dimensione di una pressione e viene perciò più propriamente definito NPIP (Net Positive Inlet Pression) si osservi che nella pratica in luogo del Pascal la pressione è misurata in bar (1 bar corrisponde a 0,1 MPa) e la portata volumetrica è misurata in genere in [m 3 /h]. In base a quanto detto, è evidente che il funzionamento della pompa ad una data velocità di esercizio (velocità di rotazione della girante o 45

4 Corso di Allestimento Navale genericamente degli organi mobili) viene descritto quando sono noti i valori (h, Q, η, P a, NPSHr). Poiché inoltre in genere sarà utile conoscere come essi variano al variare della portata, le curve delle grandezze (h, η, P a, NPSHr) vengono usualmente calcolate per la circolazione di acqua (o del liquido per il quale si prevede l utilizzo della pompa) e vengono diagrammate in funzione della portata Q esse prendono il nome di curve caratteristiche della pompa. 2.3 Le pompe dinamiche Le pompe dinamiche possono essere classificate, in base alla direzione di flusso che si realizza all interno del corpo rispetto all asse di rotazione della girante, in pompe a flusso radiale (dette centrifughe), a flusso assiale (dette ad elica ) ed a flusso misto nei casi intermedi. Per quanto riguarda il loro utilizzo, è regola generale che è conveniente utilizzare pompe radiali per elaborare flussi con bassi rapporti fra portata e pressione e pompe assiali per elaborare flussi con elevati rapporti fra portata e pressione. Ciò si deduce dall analisi delle curve che esprimono il rendimento ideale (ossia il rendimento idraulico massimo) in funzione della velocità specifica grandezza proporzionale a Q 1/2 ed inversamente proporzionale ad h 3/4. Dalle stesse curve si può osservare che, per valori molto bassi della velocità specifica, il rendimento ideale che si ottiene con giranti radiali è piccolo: si può concludere quindi che tale zona di lavoro è sconsigliata. Nelle pompe dinamiche a flusso radiale (pompe centrifughe) il liquido entra assialmente nel centro della cassa e viene costretto a percorrere una serie di condotti mobili generati dalle pale della girante ed infine scaricato radialmente a pressioni e velocità più elevate ove, per mezzo di una voluta a spirale, la maggior parte di energia cinetica viene convertita in energia di pressione (per elevati recuperi di pressione si costruiscono invece casse con diffusore). Esso viene poi scaricato attraverso la bocca di mandata. Nella loro configurazione più semplice queste pompe sono a singolo ingresso (aspirazione dall occhio della cassa) e singolo stadio (una sola girante). Esse possono essere anche a più stadi (multistadio) con più giranti disposte, sullo stesso albero, in serie rispetto al flusso. Rispetto ad una pompa centrifuga monostadio a singola aspirazione e dello stesso diametro (quindi con girante identica) si ha l effetto di aumentare la pressione di mandata a parità di portata, con un aumento di pressione quasi uguale a quello prodotto dal singolo stadio moltiplicato per il numero degli stadi infatti aumentano le perdite nei condotti del corpo della pompa. Il vantaggio rispetto ad una pompa monostadio che elabora la stessa portata e pressione è quello di avere un rendimento ideale considerevolmente maggiore, dovuto al fatto che le giranti hanno singole velocità specifiche più alte di quella di una pompa ad unico stadio. 46

5 Le pompe Un altra variante è rappresentata dalla pompa a doppio ingresso: nella doppia aspirazione si hanno una o più coppie di giranti disposte schiena a schiena sullo stesso albero in modo da ridurre le spinte assiali sui cuscinetti. Rispetto ad una pompa che elabora la stessa portata e pressione con una sola girante di dimensioni maggiori, questa soluzione comporta minori problemi di cavitazione, favorendo un valore più alto del parametro NPSHr. Le curve caratteristiche delle pompe dinamiche hanno andamenti tipici: la prevalenza h ha un andamento decrescente; è quasi piatta per le pompe radiali e piuttosto ripida per le pompe assiali; nelle pompe radiali può mostrare anche una tendenza all instabilità per piccoli flussi; la potenza P a per le pompe radiali ha generalmente un andamento crescente, mentre per pompe assiali ha un andamento decrescente; il rendimento η cresce dallo zero fino ad un valore massimo per poi diminuire di nuovo ed annullarsi; il parametro NPSHr cresce all aumentare della velocità del flusso, e quindi della portata. Riguardo alla curva caratteristica Q h delle pompe dinamiche centrifughe, va osservato che essa permette l autoregolazione nel circuito in cui la pompa è inserita, infatti in condizioni prossime a quella di massimo rendimento all aumentare del carico diminuisce la portata e la potenza assorbita rimane pressoché costante, mentre al diminuire del carico aumenta la portata e la potenza assorbita rimane ancora pressoché costante. Per le pompe assiali questa autoregolazione è molto meno marcata e si può verificare invece un sovraccarico all aumentare della resistenza del circuito, infatti le curve della potenza e della prevalenza sono molto ripide. I rendimenti volumetrico ed organico delle pompe dinamiche hanno in genere valori estremamente elevati, prossimi all unità (η V = 0,92 0,99 ed η O = 0,98 0,99), mentre il rendimento idraulico dipende fortemente dalla bontà del progetto (η Y = 0,70 0,93). Si osservi inoltre che il rendimento totale diagrammato nelle curve caratteristiche si riferisce a condizioni di assenza di cavitazione. Per ridurre la cavitazione la soluzione migliore è quella che consiste nel creare all aspirazione un battente statico sufficiente e nel ridurre la lunghezza del ramo di aspirazione (riducendo quindi le perdite di energia). Una soluzione alternativa, quando la prima via non è percorribile, è quella di installare un elica (inducer) nella cassa della pompa di fronte alla girante, tale da fare aumentare la pressione del fluido nell ultimo tratto. Per realizzare lo stesso effetto si installano anche pompe assiali sull aspirazione della pompa centrifuga, dette pompe booster. 47

6 Corso di Allestimento Navale 2.4 L accoppiamento con l unità di potenza Le pompe dinamiche e volumetriche si prestano ad essere mosse sia da motori elettrici, sia da motori alternativi a combustione interna (in genere motori Diesel), sia ancora da turbine a vapore. Nel primo caso, si tratta essenzialmente di accoppiamento con un motore elettrico asincrono trifase (generalmente a gabbia). Tale motore ruota a velocità praticamente costante al variare del carico applicato e quindi mantiene la velocità di rotazione della girante invariata anche se cambia il carico del sistema. La velocità di rotazione n R del motore asincrono è pari a quella di sincronismo n S, governata dalla frequenza della rete f (pari in genere a 60 Hz sulle navi) e dal numero di coppie polari p degli avvolgimenti (n S = 60 f / p rpm), ridotta di una piccola percentuale detta scorrimento. Lo scorrimento varia in funzione del carico e della potenza del motore, in particolare diminuisce al crescere della potenza del motore e aumenta all aumentare del carico resistente. Indicando con s [-] lo sfasamento percentuale, definito dalla relazione s = 100 (n S n R ) / n S [-] (2.4.A) la velocità di rotazione n R può essere valutata in prima approssimazione considerando per lo sfasamento i seguenti valori indicativi: 2,0% per potenze superiori a 50 kw, 3,0 4,0% per potenze comprese fra 4 kw e 50 kw e 4,0 8,0% per potenze inferiori a 4 kw. La curva caratteristica di questo motore ha un andamento tipico, infatti all avvio il torcente disponibile aumenta lentamente fino ad un massimo prossimo alla velocità di sincronismo, poi diminuisce bruscamente tendendo ad annullarsi alla velocità di sincronismo (valore asintotico). Va osservato inoltre che la zona d interesse per le condizioni di esercizio a regime è quella prossima alla velocità limite ove l andamento decrescente è sub verticale. Questo andamento illustra la stabilità del motore elettrico asincrono, infatti quando aumenta il torcente resistente aumenta anche la sfasamento s che determina a sua volta l aumento del flusso concatenato fra induttore ed indotto richiamando dal generatore una maggiore corrente con il risultato di fornire un accresciuto momento motore. Lo stesso comportamento si manifesta al diminuire del momento resistente. Inoltre è importante notare che la variazione di sfasamento è piccola (si mantiene entro qualche punto percentuale). In sostanza, quando il carico applicato si dimezza rispetto a quello massimo continuativo di esercizio, la velocità rimane quasi costante (subisce solo un piccolo incremento) e l efficienza praticamente non varia, mentre quando si manifesta un sovraccarico la velocità mostra un decremento proporzionale al sovraccarico, in genere accettabile fino a valori limite del 48

7 Le pompe 200% del carico per prefissati intervalli massimi di tempo (in genere pochi minuti). Ciò significa che mentre il sistema richiede un momento torcente variabile, la velocità all albero del motore viene mantenuta pressoché costante. Di conseguenza, nell accoppiamento con una pompa dinamica permette di mantenere costante la velocità della girante e quindi la curva di funzionamento della pompa rimane invariata, spostandosi invece il punto di lavoro al variare del carico del sistema. Alla partenza, mentre la velocità di rotazione cresce, i motori asincroni a gabbia sono in grado di fornire un momento torcente pari a quasi il doppio di quello che erogano a regime e ciò può dare problemi a causa delle elevate correnti di spunto, ma d altro lato rappresenta un vantaggio per gli utenti che vengono avviato sotto carico. Per ridurre la corrente di spunto all inserimento diretto in linea si usa sostituire l inserimento con commutazione stella triangolo, soprattutto per i grandi motori, ma in questo caso è necessario ridurre il carico all utente perché il torcente disponibile nei primi istanti viene ridotto a circa 1/3. Un alternativa è rappresentata dall uso di resistenze in serie agli avvolgimenti, sistema che permette una graduale variazione del torcente. Un sistema simile è quello detto soft start, che consiste in un sofisticato sistema elettronico di controllo della corrente. Per quanto riguarda le pompe, l avviamento a basso carico si realizza creando un ricircolo, in modo che la pressione alla mandata sia di poco superiore a quella all aspirazione, ottenendo così una riduzione della potenza iniziale richiesta dell 80 90%. I motori elettrici devono soddisfare a particolari requisiti di isolamento in funzione delle condizioni ambientali, perciò nelle zone esposte, o nel caso siano collegati a pompe immerse, sono stagni (oppure del tipo wet motor) e raffreddati dal liquido proveniente dalla mandata della pompa. I motori per utilizzi navali sono progettati per temperature ambiente di 45 C e con un opportuno grado di protezione nei confronti dell ingresso nel motore di corpi solidi (per esempio polveri) e di acqua. Tale grado è definito dal codice IP (Ingress Protection Number), che è formato da due numeri di cui il primo per il grado di protezione all ingresso di corpi solidi, il secondo per il grado di protezione all ingresso di liquidi (l aggiunta della lettera W sta per weather proofed ed indica l uso anche in ambiente esposto alle intemperie). La modalità di raffreddamento del motore è classificata tramite il codice IC (Cooling Category), che indica la categoria di raffreddamento con due cifre: la prima caratterizza il tipo di liquido di raffreddamento, la seconda il tipo di circolazione. I motori che sono inseriti in ambienti ove il ricambio d aria è minimo (per esempio in una condotta), hanno i cuscinetti lubrificati e il raffreddamento degli avvolgimenti è fatto con il liquido del processo su 49

8 Corso di Allestimento Navale cui è inserita la pompa. In questi casi il liquido pompato può lambire il contenitore del motore (eventualmente usando olio come liquido intermedio di refrigerazione) oppure la cassa esterna del motore. Un altra soluzione è quella di far passare il liquido refrigerante fra statore e rotore (ma con avvolgimenti sigillati con un lamierino), è questo il motore wet rotor usato per piccole potenze. Infine, per le pompe immerse si usano motori bagnati (wet motor) in cui il liquido pompato lambisce sia il rotore sia l avvolgimento. IP I CIFRA protezione nei confronti dei solidi IP II CIFRA protezione nei confronti dei liquidi 0 nessuna 0 nessuna 1 verso corpi 50 mm 1 da gocciolamento verticale 2 verso corpi 15 mm 2 c.s. entro 15 dalla verticale 3 verso corpi 2,5 mm 3 c.s. entro 60 dalla verticale 4 verso corpi 1,0 mm 4 da spruzzi d acqua 5 verso la polvere 5 da getti d acqua 6 da green water 7 da immersioni intermittenti 8 da immersioni continue TABELLA 2.4.A Categorie di protezione per i motori elettrici. Per avere un alto grado di protezione si ricorre ai motori con cassa completamente sigillata: non è permesso l ingresso d aria ed il raffreddamento è favorito da una pronunciata alettatura superficiale. I motori esposti all ambiente marino sul ponte di coperta hanno cassa stagna, ventilazione naturale e cuscinetti sigillati, il loro grado di protezione è definito dal codice IP 56. I motori che si usano in ambienti ove possono essere presenti gas esplosivi hanno la caratteristica di avere la cassa stagna ai gas e devono essere classificati a prova di fiamma (flameproof) ed hanno un appropriata classe di temperatura (classe che indica la massima temperatura sulla superficie della cassa). La variazione discreta della velocità di rotazione del motore elettrico viene effettuata nella pratica ricorrendo alla variazione del numero delle coppie polari p dell induttore inserite in rete, ottenendo un numero limitato di velocità. In genere per le pompe di bordo la velocità si modula in maniera 50

9 Le pompe discreta solo su due valori (2p o e p o ), ottenendo per una pompa dinamica velocità di rotazione che sono una la metà dell altra e di conseguenza dimezzando la portata e riducendo ad ¼ la prevalenza. Infatti, in base alla legge di similitudine si ottiene che, indicate con i pedici 1 e 2 le caratteristiche di funzionamento di una pompa centrifuga per le velocità di rotazione n 1 ed n 2 [rpm], valgono le seguenti relazioni: Q 2 = (n 2 /n 1 ) Q 1 [m 3 /s] h 2 = (n 2 /n 1 ) 2 h 1 [m] (2.4.B) P 2 = (n 2 /n 1 ) 3 P 1 [W] Per le pompe volumetriche la portata Q è proporzionale alla velocità di rotazione (velocità di manovella) e alla cilindrata, e dipende dal rendimento volumetrico che a sua volta è fortemente influenzato dalla velocità (decresce all aumentare della velocità). Perciò un dimezzamento della velocità comporta, a meno dell effetto di riempimento delle camere, il dimezzamento della portata. Anche la commutazione stella triangolo si presta alla regolazione della velocità (su due valori), ma è più scomoda, potendosi effettuare a motore acceso solo da stella a triangolo. In alternativa la velocità può essere variata in maniera continua, ma in genere le pompe non richiedono tale tipo di regolazione. Solamente negli impianti oleodinamici può essere richiesta una variazione continua del flusso, e per queste applicazioni si utilizzano particolari pompe volumetriche a portata variabile. In qualunque modo si realizzi, la variazione di velocità della girante permette di accordare il punto di lavoro una volta che si manifesta una variazione del carico del sistema: esso si troverà all intersezione fra la nuova curva del sistema e la curva della pompa relativa alla nuova velocità. Se la regolazione è continua si può realizzare la costanza della pressione o della portata. Per quanto riguarda poi l arresto della pompa, lo spegnimento del motore comporta l azionamento di freni elettromagnetici a disco che durante il funzionamento sono tenuti aperti da un attuatore a solenoide in antagonismo con una molla, essi sono in grado di assorbire il 100% del torcente fornito dal motore e quelli per carichi sospesi di norma il 200% del torcente. Nel caso di azionamento con motore alternativo a combustione interna (motore Diesel) o con turbina a vapore, la curva caratteristica Q h della pompa è univocamente definita solo se è nota la legge di funzionamento del motore, ossia la correlazione P M (n) fra la potenza erogata P e la velocità di rotazione n dell albero motore. Nei motori Diesel essa è funzione della 51

10 Corso di Allestimento Navale modalità di regolazione del flusso di combustibile, nella turbina dipende dalla regolazione dell immissione del vapore sulle palette. Se sono note le curve caratteristiche della pompa per diverse velocità n, ossia le curve h(q, n) e P a (Q, n), e si conosce la legge di funzionamento del motore, si possono allora determinare le curve caratteristiche Q h della pompa per predefinite potenze nominali (espresse in percentuali del maximum continuum rate MCR) erogate dal motore al variare della velocità di rotazione. Queste curve sono utili per determinare il punto di funzionamento della pompa al variare del carico idraulico, infatti quando si modifica la curva di resistenza del sistema si ha una variazione della velocità del motore ed il nuovo punto di lavoro si trova ricercando l intersezione fra la nuova curva di carico e la nuova curva Q h della pompa, calcolata per la potenza nominale erogata dal motore (per esempio il 100% o il 90% del valore di MCR). Il procedimento per la determinazione per punti della nuova curva caratteristica della pompa a partire dalle curve P M (n), P a (Q, n) e h(q, n) può essere così riassunto: per un prefissato valore di velocità n si rileva la potenza erogata P M utilizzando la curva P M (n), nota la potenza erogata dal motore, ovvero la P a assorbita dalla pompa, dalla curva P a (Q, n ) si risale alla portata Q, infine con la coppia (n, Q ) si ricava la coppia (n, h ) dalla curva h (Q, n ) ottenendo un punto della nuova curva di funzionamento della pompa, e procedendo per diversi valori della velocità n si ricostruisce la nuova curva caratteristica della pompa azionata, per esempio, da un motore Diesel. 2.5 L effetto della viscosità La viscosità dinamica µ (misurata in [Ns/m 2 ] oppure in centipoise: 1 cp = 10-3 Ns/m 2 ) lega gli sforzi tangenziali al gradiente di velocità, mentre la viscosità cinematica ν (misurata in [m 2 /s] oppure in centistokes: 1 cst = 10-6 m 2 /s = 1 mm 2 /s) è definita come rapporto tra quella dinamica e la massa volumica del fluido ρ [kg/m 3 ]. A titolo di esempio si forniscono in Tab. 2.5.A i valori indicativi della viscosità cinematica di alcuni liquidi ampiamente convogliati nei circuiti di bordo. Gli olii combustibili più viscosi sono quelli usati per i grandi motori di propulsione (motori lenti) e sono designati come HFO (heavy residual fuel oils). Per il pompaggio essi vengono riscaldati ad una temperatura massima di sicurezza di almeno C al di sotto di quella di flash point e comunque almeno superiore a quella di inizio della solidificazione (pour point). 52

11 Le pompe Le pompe dinamiche hanno un funzionamento fortemente influenzato dalla viscosità del fluido. Per quanto riguarda invece le pompe volumetriche, una caratteristica molto interessante che esse presentano è quella di non risentire praticamente della viscosità del liquido trattato, infatti la curva Q h non si modifica apprezzabilmente al variare della viscosità. LIQUIDO VISCOSITÀ CINEMATICA [cst] acqua a 20 C e 0,1 MPa 1,0 olio combustibile HFO a 50 C (800) morchie oleose 2000 TABELLA 2.5.A Viscosità cinematica di alcuni liquidi trattati negli impianti di bordo. Quando nelle pompe dinamiche la viscosità del liquido da sollevare aumenta, si ha un detrimento delle caratteristiche della pompa: a parità di velocità di rotazione della girante la portata e la prevalenza diminuiscono assieme al rendimento, e conseguentemente la potenza assorbita aumenta. Il rendimento della pompa centrifuga diminuisce mediamente fino al 60% per liquidi che hanno una viscosità dinamica pari a cento volte quella dell acqua, perciò usualmente i valori compresi fra 100 cst e 300 cst sono ritenuti valori limite per l uso di queste pompe si veda la Tab. 2.5.B. Può essere utile ricordare che esistono dei diagrammi di pratico utilizzo per la determinazione delle prestazioni di una pompa centrifuga funzionante con liquidi viscosi. Si tratta in sostanza di determinare una serie di coefficienti correttivi da applicare alle curve caratteristiche per funzionamento con l acqua, per modificarne l andamento nel campo dei valori di esercizio della portata. viscosità dinamica µ /µ acqua 1,0 10, rendimento massimo η max 0,85 0,76 0,52 0,11 TABELLA 2.5.B Rendimenti tipici delle pompe centrifughe al variare della viscosità del liquido trattato. Il metodo pratico più usato consiste nel selezionare le caratteristiche di portata Q o e prevalenza h o per la condizione di massimo rendimento η o e successivamente di entrare in un abaco prima con detta portata, poi con detta prevalenza, poi con la viscosità cinematica del fluido µ ed infine con la velocità di rotazione n della pompa dinamica, ottenendo infine diversi valori (validi per diverse percentuali di portata rispetto a quella di massimo 53

12 Corso di Allestimento Navale rendimento) dei coefficienti correttivi della portata f Q, della prevalenza f h e del rendimento f η. 2.6 L adescamento delle pompe Il problema dell adescamento riguarda essenzialmente le pompe dinamiche, infatti le pompe volumetriche sono generalmente in grado di aspirare il liquido anche quando sono riempite di gas (possono soffrire eventualmente di trafilamento dalle tenute). Un grande difetto delle pompe dinamiche è proprio quello di non essere auto adescanti, ovvero di non aspirare il liquido se nella cassa è presente aria, o in generale un gas: se nella cassa viene pompata aria la prevalenza manometrica diventa dell ordine di un millesimo di quella elaborata con l acqua. Le soluzioni che si possono adottare per permettere l aspirazione sono le seguenti: il posizionamento sotto battente dal lato aspirazione; l uso di una cassa ausiliaria che crei un battente all aspirazione; il posizionamento di una valvola di non ritorno all aspirazione; il posizionamento della pompa in un gomito ad U, in modo da evitare il deflusso del liquido dalla cassa della pompa quando questa si ferma: all avvio, tramite condotte di ricircolo servite da valvole automatiche l acqua viene fatta ritornare nella cassa e piano piano la pompa espelle l aria che arriva dalla condotta di aspirazione (questo procedimento è però causa di surriscaldamenti della pompa e del motore); l uso di pompe ausiliarie per aspirare l aria presente nella cassa della pompa risucchiando il liquido dall aspirazione si tratta di eiettori o di pompe volumetriche (a pistone o a lobi) o di pompe ad anello liquido, azionate in genere dallo stesso albero della pompa principale. La soluzione più affidabile è quella di posizionare la girante della pompa sotto battente (nella posizione più bassa possibile), ma quando tale via non è percorribile si fa ricorso a pompe ad anello liquido, infatti le pompe volumetriche danno minore affidabilità a causa degli elementi mobili che tendono ad usurarsi più velocemente. Le pompe ad anello liquido funzionano sfruttando l azione di risucchio esercitata da una girante che porta in movimento assieme aria ed acqua. La massa d acqua, sotto l azione della forza centrifuga indotta dal moto della girante, lambisce le pareti della cassa mentre l aria rimane tra l acqua e l asse di rotazione: poiché la cassa ha forma ovale, l acqua in un quarto di giro si allontana dal centro risucchiando l aria da una luce, ed in un altro quarto di giro si avvicina all asse spingendo fuori l aria da un altra luce. Nella camera ove è alloggiata la girante devono essere sempre presenti sia acqua che aria, per tale motivo la cassa è immersa in un contenitore con 54

13 Le pompe uno sfogo di livello ed è collegata all aspirazione con la condotta da sfiatare. Quando il compito della pompa è stato espletato, un galleggiante blocca l ingresso dell acqua e la pompa si spegne per azione di una valvola automatica che rileva la depressione all aspirazione. Può essere anche previsto un impianto centralizzato che serve più pompe: in questo caso la centralina costituita da due pompe ad anello liquido mantiene in depressione una bombola (polmone) a cui sono collegate le aspirazioni di ventilazione delle casse delle pompe. 2.7 Gli eiettori Gli eiettori sono pompe dinamiche senza organi meccanici in movimento che convertono l energia potenziale di un fluido trascinante in energia cinetica creando un getto che origina una depressione dalla quale viene aspirato il fluido di processo, il cosiddetto fluido trascinato. Il fluido trascinante (driving fluid) viene immesso nel corpo dell eiettore tramite un ugello, ed in questo modo gran parte dell energia da esso posseduta viene trasformata in energia cinetica, esce poi dall ugello con un alta velocità arrivando in una camera ove è presente il fluido da pompare (pumped fluid). A questo punto il getto, in virtù della velocità posseduta, richiama il fluido da trascinare creando una depressione e quindi un flusso di fluido trascinato. Una volta che i due fluidi si sono mescolati ad alta velocità nel corpo cilindrico dell eiettore, essi vengono convogliati nel diffusore per un parziale recupero della pressione. In genere il fluido trascinante è acqua, aria o vapore (vapore d acqua o d olio), quello pompato aria o acqua. In particolare gli eiettori che pompano liquidi vengono detti pompe a getto. La potenza ceduta dal fluido trascinante viene calcolata come: P D = ρ D g Q D h D [W] (2.7.A) dove con ρ D [kg/m 3 ] si indica la massa volumica del fluido trascinante, con Q D [m 3 /s] la portata volumica e con h D [m] l energia specifica ceduta dalla sezione di immissione a quella d uscita. La potenza utile, quella assorbita dal fluido di processo, viene calcolata analogamente come: P P = ρ P g Q P h P [W] (2.7.B) dove con ρ P [kg/m 3 ] si indica la massa volumica del fluido pompato, con Q P [m 3 /s] la portata volumica e con h P [m] l energia specifica assorbita dalla sezione di immissione a quella d uscita. Su queste basi il rendimento dell eiettore si calcola come rapporto fra la potenza assorbita dal fluido pompato e quella ceduta dal fluido trascinante: 55

14 Corso di Allestimento Navale η = P P / P D [-] (2.7.C) Tale rendimento varia fortemente in funzione del rapporto fra le portate dei due fluidi ed è generalmente piuttosto basso varia infatti da 0,25 a 0,30 ed è influenzato dal fenomeno della cavitazione. Nel calcolo del rendimento si considera che il fluido trascinante sia disponibile a costo nullo, ma in realtà a volte è necessario dotare l eiettore di una pompa ad alta pressione per l invio di detto fluido, di conseguenza il rendimento si riduce ancor più. Il notevole vantaggio offerto dagli eiettori è quello di non avere parti mobili (e quindi non richiedere lubrificazione e controllo delle tenute), di essere auto adescanti e di non creare problemi in ambienti con vapori infiammabili. Queste macchine trovano utilizzo come pompe booster in questi casi come fluido trascinante si usano aria o vapori d acqua, come deareatori delle casse delle pompe centrifughe (sistema di adescamento), oppure come dosatori qualora si voglia diluire un fluido in un flusso portante (pompe di dosaggio). Le portate arrivano a 100 m 3 /h e le pressioni differenziali in genere non superano i 10 bar. 2.8 Le tipologie di pompe dinamiche per i servizi scafo Esistono diverse tipologie costruttive di pompe dinamiche per i servizi scafo. Fermo restando che per impianti di piccole imbarcazioni e per impianti che richiedono potenze limitate la pompa può essere una pompa dinamica monostadio a semplice ingresso, qui di seguito in Tab. 2.8.A si elencano quelle turbo macchine che più si prestano a risolvere i particolari problemi dei diversi servizi di bordo. Come anticipato, quando possibile sono usate le pompe centrifughe monostadio a semplice ingresso con asse verticale e motore elettrico direttamente sull asse, eventualmente corredate con sistemi di adescamento. Disponendo l asse verticalmente si riduce l ingombro, si migliora l accessibilità per la manutenzione (a questo scopo si usano anche a girante aperta) e si aumenta il battente sulla girante favorendo l adescamento e riducendo i problemi di cavitazione. Questa semplice pompa può avere la flangia di aspirazione laterale o assiale, prestandosi perciò all inserimento in una linea o all estremità di una linea, per esempio per aspirare da una cassa o da una sentina. La pompa a singolo ingresso si usa preferibilmente per piccole portate, mentre per grandi portate è necessario ridurre il rischio di cavitazione e si ricorre quindi al doppio ingresso, ossia a pompe con giranti che elaborano il flusso in parallelo. Quando possibile queste pompe sono disposte ad asse verticale, favorendo con ciò una minore flessione dell albero e quindi 56

15 Le pompe l efficacia delle tenute, ma se l unità di potenza è un motore Diesel o una turbina a vapore, le pompe si dispongono ad asse orizzontale per il collegamento senza rinvii. SERVIZIO TIPOLOGIA DI POMPA pompa end suction pompa verticale a doppio ingresso laterale pompa orizzontale a doppio ingresso laterale pompa centrifuga multistadio pompa immersa e pompa wet pit pompa multistadio wet pit e pompa multistadio a doppio ingresso pompa a flusso misto pompa assiale pompa a disco pompa non clogging sentina zavorra sentina antincendio lavaggio cisterne circolazione acqua dolce scarico cisterne circolazione acqua di mare esaurimento grandi masse scarico cisterne dissalatore ad osmosi cisterna del carico (product tarker) cisterna del carico (product tarker) esaurimento grandi masse assetto e bilanciamento trasversale sbandamento (navi rompighiaccio) antirollio booster sentina sanitari TABELLA 2.8.A Tipologie di pompe dinamiche per i servizi di bordo. Si ricorre alle pompe multistadio per ottenere elevate pressioni e portate significative, come nel caso dei grandi impianti di dissalazione ad osmosi o nel caso delle pompe di scaricazione delle cisterne delle navi chimichiere. 57

16 Corso di Allestimento Navale Un tipo particolare di pompe centrifughe utilizzate a bordo è rappresentato dalle pompe immerse posizionate nelle casse, che possono essere semplici pompe monostadio con girante appesa collegata direttamente al motore (elettrico o idraulico), dette semplicemente pompe immerse, oppure collegate tramite un lungo albero al motore posto al di sopra della cassa, dette pompe a pozzo bagnato (wet pit pumps). In queste ultime il tubo di mandata può essere posto attorno all albero (con doppia tenuta sulla girante) o essere separato, inoltre l albero può necessitare di appoggi intermedi. Il sistema dry pit tende a non essere usato per ovvi problemi di riduzione degli ingombri. Anche questi servizi possono sentire l esigenza di elaborare elevate pressioni e portate, si fa quindi uso di pompe immerse multistadio (da 2 a 15 stadi), preferibilmente a flusso misto, azionate da motori posti più in alto e collegati tramite lunghi alberi, queste ultime sono dette Vertical Turbine Pumps (VTP). Quando sono a flusso radiale possono eventualmente avere un doppio ingresso laterale e quindi a bilanciamento assiale per migliorare le tenute, oppure ancora con tenuta radiale in contro pressione per ridurre i rischi di esplosione nel caso vengano trattati fluidi infiammabili. Fra le pompe dinamiche, le pompe a flusso misto trovano impiego per pressioni e portate medie, mentre le pompe assiali sono impiegate per elevate portate e basse pressioni. Molto spesso esse sono posizionate in linea nelle condotte (e sono mosse da un motore elettrico): il vantaggio è quello di non comportare eccessive variazioni di direzione del flusso. Per quanto riguarda le pompe ad elica, va osservato che esse sono utilizzate ove si manifesta un vantaggio dalla reversibilità della spinta e dalla bassa resistenza offerta quando la girante ruota in folle per effetto di un flusso esterno. Inoltre queste pompe si prestano anche alla regolazione continua della portata, ma solo per basse prevalenze, intervenendo sull orientazione delle pale (in maniera meccanica o idraulica). Un tipo particolare di pompa assiale è quella multistadio con rotori che assomigliano a quelli dei compressori ossia con molte palette che si estendono a spirale su un grande tamburo. Tali pompe si prestano ad elaborare flussi con grandi quantità di gas o vapori (fino all 80% 90%), ma con basse pressioni e medie portate. Gli eiettori infine trovano applicazione come pompe di adescamento, come pompe di vuoto, oppure anche come pompe di dosaggio in vari impianti dei servizi scafo. Particolari tipi di pompe che non presentano problemi di elaborazione di flussi con solidi in sospensione vengono utilizzate per gli scarichi dei sanitari. Si tratta di pompe centrifughe con girante aperta o addirittura a 58

17 Le pompe flusso libero le cosiddette non clogging pumps. Pompe analoghe per i fluidi molto viscosi sono le pompe a disco, dove due dischi paralleli in movimento trascinano fluidi viscosi con solidi in sospensione (adatte a flussi fino a 200 m 3 /h ed in grado di generare pressioni di 30 bar). Negli impianti a vapore le pompe centrifughe multistadio sono usate sia per l alimentazione delle caldaie, sia per l estrazione dal condensatore. Le condizioni di funzionamento richieste dai servizi di bordo sono in genere tali da creare buone condizioni di lavoro per le pompe dinamiche, che vengono scelte in luogo di quelle volumetriche a meno che non si debbano elaborare fluidi molto viscosi oppure che non siano richieste pressioni molto elevate (in alternativa alle pompe centrifughe multistadio) oppure condizioni di funzionamento alle quali più si presta la curva Q h tipica delle pompe volumetriche (costanza della portata). 2.9 Le pompe volumetriche Le pompe volumetriche sono pompe in cui non vi è trasformazione di energia cinetica in energia di pressione ma quest ultima è generata dalla pressione statica che si esercita sulle parti mobili della macchina. La velocità impressa al fluido è in genere piuttosto bassa se confrontata con quella generata dalle pompe dinamiche. Queste pompe infatti sono in grado di generare pressioni statiche fino a bar, anche se usualmente arrivano fino a circa 1000 bar, ma sono adatte ad elaborare portate inferiori a quelle delle turbopompe. Queste pompe possono avere diverse configurazioni in funzione della forma delle pareti mobili con cui il fluido è forzato dalla bocca di aspirazione a quella di mandata. Si distinguono essenzialmente: pompe alternative a stantuffo, quando l elemento mobile che determina la formazione della cavità è uno stantuffo che scorre, con moto alterno, all interno di un cilindro (il volume di controllo è quello del cilindro fra punto morto inferiore e superiore); pompe rotative, contraddistinte da elementi mobili dotati di moto rotatorio i quali imprigionano il fluido spingendolo verso la mandata (il volume di controllo è una cavità che avanza). A loro volta queste ultime possono avere elementi mobili di diversi tipi: a vite, ad ingranaggi, a lobi ed a palette. La portata volumica Q delle pompe volumetriche è esprimibile in maniera analitica come prodotto fra il volume complessivo delle camere di lavoro e la frequenza di elaborazione dei volumi di liquido. Essa si mantiene costante al variare della pressione di scarico se le camere hanno delle tenute 59

18 Corso di Allestimento Navale efficaci, mentre diminuisce con la pressione di scarico se si verificano trafilamenti. Si noti che nella trattazione delle pompe volumetriche in luogo di prevalenza manometrica si parla di differenza di pressione fra mandata ed aspirazione, cosicché la potenza effettivamente trasmessa al fluido indicata con P e misurata in [W] viene definita come: P = Q p [W] (2.9.A) dove p [Pa] è la pressione differenziale elaborata dalla pompa (o più semplicemente la pressione di mandata). Va inoltre osservato che se la pressione si fa molto elevata diventa necessario considerare la comprimibilità del fluido sia nel calcolo della potenza che in quello della portata massica. I rendimenti di queste pompe presentano la caratteristica di variare molto poco con la portata, con la tendenza comunque a diminuire quando aumenta la velocità d azione poiché si creano difficoltà di riempimento. D altro lato il rendimento meccanico tende a migliorare quando aumenta la differenza di pressione, infatti il fluido del processo si comporta spesso da lubrificante sulle parti della camera di lavoro che sono in movimento reciproco, creando un film di liquido che penetra fra gli organi meccanici in maniera tanto più efficace quanto maggiore è la pressione alla quale si trova va osservato che questo film è generato dal flusso di trafilamento. Per quanto riguarda il problema della cavitazione, valgono le stesse osservazioni fatte nel caso delle pompe dinamiche riguardo alla definizione ed all uso del parametro NPSH, anche se questo viene ora espresso in termini di pressione e viene più propriamente definito NPIP (Net Positive Inlet Pression). Inoltre, poiché queste pompe sono spesso utilizzate con olii, il problema della cavitazione può diventare importante. Si osservi però che in realtà una pompa volumetrica soffre della cavitazione in quanto si creano delle fluttuazioni di pressione di shock sui componenti che delimitano la camera e quindi si riduce la vita a fatica degli elementi strutturali. La vaporizzazione comporta anche problemi di riempimento delle camere di lavoro: in pratica la portata massica si riduce. Il valore del parametro NPIPr dovrebbe essere fornito anche per queste pompe al variare della velocità, ma in pratica i costruttori si limitano a dare il valore della minima pressione di aspirazione a regime. Per queste pompe non si presenta il problema dell adescamento, in quanto esse sono generalmente in grado di aspirare il liquido anche quando sono riempite di gas. Ciò riguarda più precisamente le pompe con camere di lavoro dotate di guarnizioni (pompe alternative) e comunque tutte quelle in cui la tenuta è ben realizzata. 60

19 Le pompe Una caratteristica molto interessante delle pompe volumetriche è quella di non risentire della viscosità del liquido trattato: la curva Q h infatti non si modifica apprezzabilmente nelle pompe alternative e diventa addirittura più favorevole nelle pompe rotative. Per quanto riguarda l accoppiamento con il motore, valgono le stesse osservazioni fatte nel caso delle pompe dinamiche Le pompe volumetriche alternative Le pompe a stantuffo sono costituite da una cassa cilindrica nella quale scorre un pistone connesso ad un vano al quale sono collegate le tubature di aspirazione e di mandata dotate di valvole di non ritorno disposte in modo da permettere il flusso in direzioni opposte. In questo caso le valvole sono automatiche, ma è possibile installare in alternativa due valvole comandate da parti meccaniche del motore primo che trascina la pompa: ciò rende possibile la regolazione della pressione sfasando l apertura delle valvole. Queste pompe sono azionate da motori elettrici, da motori a combustione interna o da turbine a vapore, collegati attraverso un meccanismo formato da manovella, biella, testa a croce e stelo oppure da un sistema ad eccentrico. In alternativa sono mosse da motori lineari costituiti da cilindri, coassiali a quelli di pompaggio, mossi da aria, olio o vapore in pressione. Dal sistema rotativo si ottiene una portata che, per ogni ciclo utile del singolo pistone, ha andamento sinusoidale, mentre dal sistema a pistoni lineari si ha un andamento più omogeneo delle velocità e quindi una curva di portata quasi rettangolare. In queste ultime si possono avere pistoni del motore ad alesaggio differente per l avviamento e per il funzionamento in regime. Un tipo particolare di pompe alternative a motore lineare è rappresentato dalle pompe a diaframma, in cui l elemento alternativo è costituito da un asta che porta alle estremità due dischi: sulle superfici interne dei due dischi può agire il fluido motore, mentre quelle esterne sono affacciate sul fluido di processo in pratica si tratta di un pistone a doppio effetto su cui lavora sia il fluido motore che quello di processo. Il nome deriva dal fatto che le tenute laterali sono realizzate con diaframmi elastici. La pompa si presta all elaborazione di fluidi viscosi a basse portate e pressioni. In generale si ottiene un moto periodico con portate discontinue, che si possono regolarizzare solo utilizzando più pistoni con moto sfasato e stantuffi a doppio effetto. Per rendere sempre più omogenea la portata è usuale aumentare gli stantuffi: si va da 2 a 3, 4, 5, 6, 7 o 9 stantuffi. A causa della complessità costruttiva e delle pulsazioni nel flusso, le pompe vengono dotate, sulla mandata, di accumulatori pneumatici, ove tale soluzione non è 61

20 Corso di Allestimento Navale fattibile si usano pompe con un numero elevato (e dispari) di pistoni in genere 9 o 11. In alcune configurazioni gli stantuffi possono essere in linea e collegati ad un albero a gomiti, in altre a stella. Esistono anche configurazioni con stantuffi disposti parallelamente all albero motore, in questi casi i pistoni sono collegati ad un piatto inclinato rispetto alla cassa. Un particolare tipo di pompe alternative è quello in cui gli stantuffi, disposti parallelamente o radialmente rispetto all albero motore, vengono comandati a variare la corsa in modo da ottenere una regolazione continua della portata. Tali pompe, costruttivamente molto complesse, a bordo sono utilizzate esclusivamente nei circuiti oleodinamici di potenza (per esempio nelle timonerie). Le curve caratteristiche delle pompe alternative mettono in luce la peculiarità di poter mandare, a velocità costante, la stessa portata per qualsiasi pressione entro la disponibilità di potenza del motore primo e la possibilità di resistenza meccanica della pompa: la prevalenza è infatti indipendente dalla portata ed è imposta esclusivamente dalle condizioni di funzionamento del sistema (perciò sulla mandata è obbligatoria una valvola di sicurezza). Tale caratteristica può costituire un vantaggio quando la pompa è utilizzata come dosatore oppure, per esempio, quando si vuole un movimento controllato ossia a velocità costante dell utilizzatore (è il caso di sistemi oleodinamici di controllo e di potenza), ma può costituire un problema se si desidera un impianto che si auto regola, infatti per aumenti eccessivi della pressione alla mandata si può avere il collasso del sistema. La portata volumetrica media è proporzionale all alesaggio, alla corsa, al numero degli stantuffi ed al numero di cicli al secondo di aspirazione e mandata. Detto V [m 3 ] il volume della camera cilindrica fra il punto morto inferiore e quello superiore ed f [1/s] il numero di cicli utili al secondo, vale: Q = η V f V [W] (2.9.A) dove η V è il coefficiente di riempimento, perciò, poiché η V non varia apprezzabilmente con la pressione di scarico, si realizza in pratica la costanza della portata al variare del carico. Come detto, le curve caratteristiche indicano che la portata Q è praticamente costante al variare della pressione allo scarico, e ciò vale anche per la potenza P ceduta al fluido. Per questo motivo, ossia per evidenziare le piccole variazioni di Q e P, è usuale rappresentare tali grandezze in funzione della pressione di scarico mettendo in rilievo che la portata ha un andamento linearmente decrescente mentre la potenza è linearmente crescente. Queste curve dipendono dalla comprimibilità del fluido e sono perciò riferibili solamente al fluido per il quale sono state ottenute. 62

21 Le pompe Per quanto riguarda i rendimenti, va osservato che i termini parziali assumono tutti valori piuttosto elevati: il rendimento volumetrico (relativo al riempimento delle camere di lavoro ed ai trafilamenti) vale η V = 0,95 0,99; quello idraulico (collegato alle perdite di carico nei condotti e nelle valvole ed all inerzia del liquido nel moto accelerato e decelerato all interno del cilindro) vale η Y = 0,87 0,97; quello organico vale infine η O = 0,88 0,97. É interessante notare che il rendimento volumetrico diminuisce all aumentare della pressione differenziale a causa della compressibilità del fluido, mentre quello idraulico diminuisce proporzionalmente alla pressione di scarico per effetto della non completa apertura delle valvole allo scarico (laminazione). Infine, il rendimento meccanico diminuisce per utilizzi a pressioni inferiori a quella di progetto. Per una valutazione del rendimento idraulico si possono confrontare il ciclo reale e quello ideale tracciati nel piano pressione volume p V: essi rendono conto del lavoro che deve essere svolto in più a causa dell inerzia del fluido, sia per far entrare il liquido (si deve creare una maggiore depressione iniziale), sia per farlo uscire (si deve generare una maggiore pressione iniziale). Il rendimento volumetrico diminuisce all aumentare della velocità di manovella a causa del minor riempimento dei vani di trasporto del liquido sia per filtrazione, sia per riflussi alle valvole e perciò in genere le pompe a stantuffi devono essere collegate ai motori tramite riduttori. Molto importanti risultano a tale riguardo le tenute sui pistoni, infatti per pressioni più elevate (fino a qualche migliaio di bar) si realizzano tenute metalliche accoppiate a premitrecce con guarnizioni che imprigionano il fluido tali pompe sono dette a pistoni tuffanti, mentre per basse pressioni (fino a circa 150 bar) le tenute si ottengono con fasce elastiche. Le prime sono usate per il trattamento di liquidi che rilasciano vapori infiammabili. In conclusione, i rendimenti η Y ed η V di queste pompe, una volta fissata la velocità di azionamento, tendono a compensarsi fra loro al variare della pressione di scarico e praticamente il rendimento della pompa risulta condizionato da quello meccanico, risultando perciò proporzionale alla pressione di lavoro. Si osservi che nel caso delle pompe a stantuffo i picchi di accelerazione all aspirazione determinano le condizioni più critiche nei confronti della cavitazione, comportando però più problemi di fluttuazione delle pressioni e quindi di fatica meccanica che di erosione. Le condizioni critiche di funzionamento di queste pompe si hanno infatti quando la pompa incomincia a scaricare l aria ed a pompare liquido: in questa circostanza la forte variazione di volume specifico comporta pulsazioni di pressione che causano 63

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