ALMA MATER STUDIORUM UNIVERSITA DI BOLOGNA IMPIANTO DI POMPAGGIO PER IL TRAVASO DI LIQUIDI CARBURANTI PER AUTOCARRI DOTATI DI CISTERNA

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1 ALMA MATER STUDIORUM UNIVERSITA DI BOLOGNA SECONDA FACOLTA DI INGEGNERIA CON SEDE A CESENA Sede di Forlì IMPIANTO DI POMPAGGIO PER IL TRAVASO DI LIQUIDI CARBURANTI PER AUTOCARRI DOTATI DI CISTERNA ELABORATO FINALE DI LAUREA In DISEGNO ASSISTITO DAL CALCOLATORE RELATORE : Prof. Ing. PIANCASTELLI LUCA CANDIDATO : ROSSI ROBERTO

2 INTRODUZIONE : - SCOPO : Progettazione di un impianto di pompaggio per il travaso di liquidi carburanti per autocarri dotati di cisterna ; - CARATTERISTICHE : Impianto standard, collocato fra cabina e cisterna, che presenta una pompa per il travaso di carburante sulla linea di scarico, comandata da un impianto oleodinamico;

3 SCHEMA CONCETTUALE DELLA TRASMISSIONE DI POTENZA DELL IMPIANTO : Presa di forza Pompa oleodinamica Motore oleodinamico Pompa carburante - la presa di forza è un organo contenente ingranaggi ; - viene montata sulla scatola del cambio del veicolo ; - quando azionata (a comando pneumatico) preleva potenza dal veicolo sotto forma di coppia per numero di giri ; - mette in rotazione l albero della pompa oleodinamica che prelevando l olio da un serbatoio lo mette in pressione ; - l olio risulta disponibile per diversi motori oleodinamici che trasformano la potenza ricevuta sotto forma di pressione per portata in potenza coppia per numero di giri mettendo in rotazione l albero in uscita ; - l utilizzatore (pompa carburante) collegato sull albero del motore oleodinamico è in condizioni operative ;

4 IMPIANTO IDRAULICO : SCHEMA CONCETTUALE DELL IMPIANTO : 1 valvola di fondo ; 2 valvola di erogazione ; 3 filtro ; 4 valvola di intercettazione ; 5 tubo flessibile ; 6 selettore 5 vie ; 7 pompa volumetrica carburante ; 8 valvola by pass pompa ; 9 degasatore e accessori ; 10 gruppo contalitri ; 11 ruota avvolginaspo ; 12 naspo da 60 mm ; 13 pistola di erogazione ; 14 tubo flessibile di ciclo chiuso ; 15 coperchio cisterna ; 16 corpo cisterna ; PORTATA : L/min

5 FUNZIONI PRINCIPALI CHE L IMPIANTO DOVRA ESSERE IN GRADO DI ASSOLVERE : SCARICO a GRAVITA - permette di svuotare la cisterna senza badare alla quantità di carburante ; CARICO con POMPA - permette alla cisterna di autoriempirsi, in assenza di un impianto di pompaggio esterno ; SCARICO con POMPA - permette di svuotare la cisterna velocemente, anche misurando i litri erogati ; TRAVASI Indipendenti - permette di travasare carburante da due diversi recipienti, isolando la cisterna ;

6 MATERIALE TRASPORTATO : - GASOLIO Le cui caratteristiche sono : - DENSITA = 0,83-0,89 kg/dm 3 (a 15 C) ; - VISCOSITA = 1,3-1,9 Engler (a 20 C) ; - TENSIONE DI VAPORE = 400 Pa (a 37,8 C) ; - È importante conoscere il materiale trasportato affinché ci possono essere differenze nella costruzione della cisterna (dettate dalla normativa ADR) ma soprattutto nei componenti dell impianto di pompaggio (es: contalitri e pompa).

7 DIMENSIONAMENTO dell IMPIANTO IDRAULICO : - Per il dimensionamento della pompa da inserire nell impianto, occorre conoscere la corretta geometria dell impianto (lunghezze e diametri tubazioni e vari accessori), al fine di calcolare le perdite di carico, lungo tutta la linea percorsa dal liquido. - Si considera la condizione che presenta le maggiori perdite di carico lungo le tubazioni, cioè la condizione più sfavorita, (scarico della cisterna con pompa e con l utilizzo del contalitri). In questo modo siamo sicuri che l impianto funzionerà correttamente anche nelle condizioni meno gravose. DIMENSIONAMENTO DEI TUBI DELL IMPIANTO IDRAULICO : PORTATA : Q = 800 litri/min ASPIRAZIONE tubo gas saldato DALMINE UNI 8863 Leggera d 4 : Diametro Interno = 114,3 ( 2 x 4 ) = 106,3 mm ; MANDATA tubo gas saldato DALMINE UNI 8863 Leggera d 3 : Diametro Interno = 88,9 ( 2 x 3,6) = 81,7 mm ; [CON QUESTI DIAMETRI IL VALORE DI VELOCITA DEL LIQUIDO ATTRAVERSO I TUBI RIMANE ALL INTERNO DEL CAMPO DI VELOCITA CONSIGLIATO SIA PER L ASPIRAZIONE (0,5 1 m/s) SIA PER LA MANDATA (2 5 m/s)]

8 CALCOLO DELLE PERDITE DI CARICO LUNGO LE TUBAZIONI : - Tramite tabelle varie, trovo le lunghezze equivalenti delle accidentalità e conoscendo le lunghezze geometriche delle tubazioni riesco a calcolare la lunghezza totale dei tubi. Conoscendo la portata ed il tipo di fluido risalgo alle perdite di carico massime nel caso più sfavorito : D = 4 : R1 = bar ; D = 3 : R2 = bar ; Naspo 30 m : R3 = 0.45 bar ; R4 = 2x(R1+R2+R3) = 2.15 bar ; Dislivello max = 30 m : 2.7 bar ; R_tot = R = 4.8 bar ; Dimensionare la pompa per Dp = 5 bar

9 SCELTA della POMPA CARBURANTE : - Occorre una pompa in grado di lavorare con pressioni differenziali anche fino a 5 bar ; - Si sceglie la pompa volumetrica SAMPI TX 3 in base agli ingombri ed alla portata : In base alle curve caratteristiche ed a semplici calcoli, si trova che la pompa per erogare una portata di : Q = 800 litri/min ; dovrà avere un regime di rotazione di : n = 550 giri/min ; e assorbirà così una potenza di circa : P = 7 kw ; - Utilizzando la pompa per la funzione di scarico cisterna, essa non cavità perché la cisterna fornisce un adeguato battente e le perdite in aspirazione sono contenute, mentre aspirando con la pompa da serbatoi troppo in basso rispetto alla bocca di aspirazione della pompa è possibile che la pompa possa cavitare, quindi si calcola di non aspirare con un dislivello superiore agli 7 8 metri ;

10 ALTRI COMPONENTI DELL IMPIANTO IDRAULICO : DISTRIBUTORE 5 VIE - E l organo con cui l operatore comanda manualmente tutte le funzioni dell impianto idraulico, tramite lo spostamento della leva nelle diverse posizioni ; GRUPPO CONTALITRI DEGASATORE - Siccome il carburante in erogazione è soggetto alla formazione di vapori e di schiume, che se non vengono eliminate, falserebbero la misura di carburante, allora questo gruppo si occupa di smaltire i vapori presenti nella vena liquida e di conteggiare in modo volumetrico i litri di carburante erogato ;

11 ALTRI COMPONENTI DELL IMPIANTO IDRAULICO : VALVOLA DI FONDO - Si tratta di valvole che vengono poste nella parte bassa della cisterna e rappresentano il collegamento della cisterna con la linea di scarico della stessa, e possono essere manuali o pneumatiche ; FILTRO A T - E un componente che viene inserito nella linea di scarico della cisterna e serve a catturare tutte le impurità che ci possono essere nel carburante erogato.

12 ALTRI COMPONENTI DELL IMPIANTO IDRAULICO : VALVOLA DI INTERCETTAZIONE - Si tratta di veri e propri rubinetti che vengono posti lungo la linea di scarico per deviare il flusso di liquido nelle possibili direzioni a seconda della funzione; ROTOLATORE AVVOLGINASPO - E una ruota sulla quale viene riavvolto il naspo quando non è in uso; Viene fissata su di un telaio e viene trascinata da una trasmissione a catena, tramite un motore oleodinamico; Il mozzo è un raccordo rotante che collega la tubazione in uscita dal contalitri al naspo di erogazione ;

13 IMPIANTO IDRAULICO COMPLETO : - E possibile individuare : - pompa carburante ; - gruppo contalitri ; - ruota avvolginaspo ; - serbatoio olio ; - telaio ; Serbatoio olio Ruota avvolginaspo Gruppo contalitri - La forma sottile di questo impianto permette di montarlo comodamente fra la cabina e la cisterna dei veicoli ; Telaio Pompa carburante

14 IMPIANTO OLEODINAMICO : PROGETTAZIONE IMPIANTO OLEODINAMICO : - Utilizzo di un impianto oleodinamico al posto di uno elettrico per questioni di sicurezza ; - La trasmissione di potenza avviene tramite diversi dispositivi per mezzo di olio in pressione ; - Per il dimensionamento si procede a ritroso, ovvero : - Partendo dalla portata di carburante da erogare è stata scelta la pompa che assorbirà una potenza P ad un numero di giri n ; - Quindi si sceglie un motore oleodinamico in grado di fornire almeno quella potenza a quel determinato numero di giri ; - Poi si sceglie una pompa oleodinamica che fornisca la potenza necessaria al motore installato, sotto forma di pressione per portata d olio ; - Infine, scegliere la presa di forza corretta per il tipo di veicolo e adatta alla pompa oleodinamica scelta; Presa di forza Pompa oleodinamica Motore oleodinamico Pompa carburante

15 DIMENSIONAMENTO DELL IMPIANTO OLEODINAMICO : SCELTA DEL MOTORE OLEODINAMICO : - E una scelta condizionata dal tipo di pompa carburante che è stata installata, o meglio dalla potenza che questa pompa assorbe, avevamo : POMPA SAMPI TX 3 : P = 7 kw (potenza assorbita) ; n = 550 giri/min (regime di rotazione) ; - Allora, occorre installare un motore oleodinamico che (al netto dei rendimenti) sia in grado di erogare quella potenza a quel determinato numero di giri. Il motore che è stato scelto (dopo diversi calcoli e per motivi economici) è : Motore Oleodinamico Orbitale AR 80 SAMHYDRAULIK ; - Che in questo caso eroga una potenza di P = 7,4 kw con una portata d olio di Q = 50 l/min e una pressione differenziale di Dp = 110 bar Sezione di un motore orbitale

16 SCELTA DELLA POMPA OLEODINAMICA : - Occorre scegliere una pompa oleodinamica in grado di fornire la potenza di cui necessita il motore oleodinamico scelto precedentemente, quindi occorre una pompa che fornisca : Q = 50 l/min (portata olio) ; Dp = 110 bar (pressione differenziale) ; n = 1000 giri/min (fissati arbitrariamente da esperienza pratica) ; - Così riesco a stimare la cilindrata che la pompa dovrà circa avere : Vg = 57 cm 3 /giro ; - Scelgo di installare una pompa oleodinamica a pistoni assiali OMFB HD 47 (anche se sarebbe bastata una pompa ad ingranaggi, vista la bassa pressione dell olio ed il minor costo) per il semplice motivo che se in futuro si dovesse potenziare l impianto questa pompa andrà bene ugualmente ; - La pompa possiede una cilindrata di : Vg = 47 cm 3 /giro ; Quindi il regime di rotazione a cui effettivamente girerà la pompa è di n_eff = 1206 giri/min e calcolando la potenza assorbita viene P = 11,8 kw (tutto ciò stimando i rendimenti molto bassi, quindi a vantaggio di sicurezza, nella realtà la potenza assorbita sarà più bassa)

17 SCELTA DELLA PRESA DI FORZA : - La scelta della presa di forza viene fatta in base a : - coppia da trasmettere ; - tipo di cambio ; - numero di giri della pompa oleodinamica ; - condizioni di marcia ; - risulta che per azionare la pompa oleodinamica occorre una presa di forza che soddisfi le seguenti condizioni : P = 11,8 kw (potenza assorbita dalla pompa) n = 1206 giri/min (regime di rotazione) M = 9,4 dan*m (coppia assorbita dalla pompa) Compatibile con un cambio : ZF 16S151 con marce normali ; - Allora scelgo la presa di forza OMFB posteriore, che con marce normali possiede un rapporto di moltiplicazione della velocità di circa R = 1,18, quindi per avere un regime di rotazione di n = 1206 giri/min all ingresso della pompa oleodinamica, il motore del veicolo dovrà girare a circa 1022 giri/min ;

18 SCELTA DELLE TUBAZIONI PER L OLIO : -Le tubazioni adibite al trasporto dell olio sono interessate da una portata d olio di : Q = 50 litri/min ; Pressione d esercizio dell olio di : Dp = 110 bar ; - Si considerano diverse le condizioni di aspirazione e mandata della pompa oleodinamica perché diversi dovranno essere i valori di velocità consentiti per contenere le perdite lungo il circuito; ASPIRAZIONE v = 0,5 1 m/s (campo di velocità consigliato per l aspirazione) dal nomogramma DALMAR il valore commerciale del diametro più corretto da adottare : D = 1,5 Con questo diametro, la velocità dell olio in aspirazione sarà circa : MANDATA v = 2 5 m/s (campo di velocità consigliato per la mandata) dal nomogramma DALMAR il valore commerciale del diametro più corretto da adottare : D = 0,75 Con questo diametro, la velocità dell olio in mandata sarà circa : v = 0.8 m/s Il quale va bene v = 3 m/s il quale va bene - quindi bastano tubi per le pressioni basse : - quindi servono tubi per le pressioni alte : Tubo DALMAR tipo G R1A oppure Tubo DALMAR tipo V R2A ; Tubo DALMAR tipo MS R9R oppure Tubo DALMAR tipo MSL R9 ;

19 - SCELTA DEL SERBATOIO PER L OLIO : - Durante il funzionamento è importante che ci sia sempre la giusta quantità d olio nel serbatoio allora il dimensionamento prevede di moltiplicare la portata d olio dell impianto per un certo coefficiente di impianto per determinare la capacità del serbatoio che in questo caso dovrà essere di 150 litri ; - SCELTA DEL FILTRO PER L OLIO : - Affinché tutti i componenti dell impianto oleodinamico possano funzionare correttamente, occorre che l olio venga mantenuto pulito, ecco la funzione del filtro ; - SCELTA DEL TIPO DI OLIO : - I vari organi componenti il circuito oleodinamico, funzionano correttamente solo se l olio impiegato si mantiene all interno di certi range di viscosità e temperatura, allora è importante scegliere l olio più adatto : tipo OIL 68 (SAE 20/W20)

20 - SCELTA DEL GIUNTO ELASTICO : - L accoppiamento fra l albero condotto della pompa carburante e l albero motrice del motore oleodinamico deve essere effettuato tramite un giunto che possa permettere piccoli disassamenti, disallineamenti e irregolarità del moto. Il giunto allora deve essere elastico : - E stato scelto un giunto : SAGA giunto Giubo serie normale ; - Il criterio di resistenza con il quale viene scelto è che deve resistere ad una certa coppia normale calcolata in base alla coppia da trasmettere moltiplicata per un coefficiente di sicurezza che dipende dagli organi, motore ed operatore applicati nella trasmissione ; - Inoltre occorre specificare nell ordinazione le dimensioni degli alberi da collegare ;

21 - SCELTA DEL MOTORE AVVOLGINASPO E DIMENSIONAMENTO : - La ruota avvolginaspo è trascinata da una trasmissione a catena il cui pignone è messo in rotazione da un motore oleodinamico. Siccome occorre poca potenza e poco olio si mette un motore oleodinamico molto economico di tipo orbitale AR 80 però anche se piccolo ancora troppo grosso per questa applicazione, allora con una valvola che limita la portata d olio in ingresso altrimenti girerebbe troppo velocemente ; - Inoltre a seconda della lunghezza e del diametro del naspo utilizzato, è possibile costruire ruote avvolginaspo con differenti dimensioni ; Catena D_Tamb Larg_ Tamb D_est_ t D_est D_n D_2 D_1

22 IMPIANTO OLEODINAMICO 2D : Serbatoio olio Motori oleodinamici Distributore Pompa Oleodinamica Presa di Forza

23 IMPIANTO OLEODINAMICO ESPLOSO 3D : - Si possono notare tutti i componenti l impianto oleodinamico :

24 CONCLUSIONI : - Lo scopo era la progettazione di un impianto di pompaggio per il travaso di liquidi carburanti per autocarri dotati di cisterna ; - In particolare la portata dell impianto è stata portata da 500 a 800 litri al minuto, (sostituendo alcuni degli elementi del vecchio impianto), in questo modo c è un notevole risparmio di tempo soprattutto per le cisterne di grosse dimensioni ; - Inoltre le particolari dimensioni dell impianto insieme alla posizione reciproca degli elementi che le costituiscono contribuiscono alla standardizzazione dello stesso e cioè è possibile montarlo su differenti tipi di veicoli (motrici) ; - Svolge tutte le funzioni citate necessarie agli autocarri con cisterna ; - Siccome è stato dimensionato per resistere alle peggiori condizioni di esercizio, ci si aspetta che durante un normale funzionamento (con pressione differenziale alla pompa di pochi bar), abbia un funzionamento molto fluido ; - Occorre un collaudo appena è stato costruito, per regolare bene tutti quei parametri che sono stati calcolati teoricamente anche con dati stimati dall esperienza ;

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