Le macchine idrauliche

Con il termine macchina idraulica operatrice si intende quel macchinario che, azionato da motrici di diverso tipo, comunica energia a un liquido per sollevarlo, o per convogliarlo sotto pressione a una certa distanza, o per imprimergli una certa velocità.

Le macchine idrauliche trasformano l’energia meccanica di cui dispongono in energia idraulica che può manifestarsi sotto tre forme:

• Potenziale di posizione
• Potenziale di pressione
• Cinetica

In verità la maggior parte delle macchine idrauliche converte l’energia meccanica in energia di pressione utilizzabile per il sollevamento del liquido a una certa altezza o per incrementare la velocità di efflusso dalla tubazione terminale.

Ovviamente la macchina idraulica è una macchina reale, pertanto occorre puntualizzare che non tutta l’energia meccanica è convertita.  La temperatura dell’olio in un circuito idraulico aumenta sia a causa delle  suddette trasformazioni energetiche  che per attrito viscoso durante il flusso nei condotti.

L’attrito viscoso è generato dal dissipatore viscoso quando esso attenua  il moto impresso al  cilindro. Maggiore sarà la forza impressa al dissipatore maggiore sarà la velocità con cui esso smorza il moto del cilindro, a condizione che  la risultante tra la forza interna e quella viscosa abbia verso entrante  nel dispositivo.

Il dissipatore, spesso accoppiato ad una molla, durante il suo funzionamento genera delle vibrazioni  che posso essere:

• Libere smorzate
• Libere non smorzate

In entrambi i casi il loro andamento è sempre approssimabile a una funzione esponenziale che, può crescere o decrescere, in funzione del tempo.

Nel linguaggio comune conosciamo le macchine idrauliche operatrice col nome di “pompe” e possono essere classificate in base:

• Al  loro impiego, come:
  • Pompe di sollevamento,  hanno  la funzione di trasportare dei liquidi dal basso verso l’altro.
  • Pompe di circolazione, utilizzate principalmente negli impianti di riscaldamento in quanto trasportano l’acqua calda all’ interno dell’impianto e conducono quella fredda al generatore
  • Pompe di spinta che forniscono ad un determinato liquido una pressione tale che esso riesca a superare un certo dislivello
  •  Pompe di alimentazione che si occupano di aspirare un liquido e lo convogliano, con una pressione necessaria, verso un altro sistema
• Alla pressione che forniscono:  pompe a bassa, a media ed ad alta pressione. Il loro funzionamento è molto simile ciò che cambia è la quantità  di pressione applicata ai liquidi di pompaggio.  Sono, principalmente, delle pompe centrifughe con asse orizzontale, un corpo in ghisa e un motore che varia la propria potenza in base alla pressione da applicare.

• La loro forma costruttiva:
  • pompe a semplice effetto quando il lavoro compiuto dal pistone ha un’unica direzione e verso
  • pompe a doppio effetto nel caso in cui il pistone compie il lavoro in due versi opposti e contrari
  • pompe a stantuffo tuffante che offrono il vantaggio di poter realizzare delle tenute sulla parte fissa della pompa
• Il loro principio di funzionamento:
  • pompe a stantuffo sono utilizzate per medie e piccole portate o alte prevalenze. Il loro funzionamento, generato da un meccanismo biella- manovella, aziona uno stantuffo che si muove all’interno di una camera cilindrica. Comunemente utilizzate nelle macchine motrici.
  • pompe centrifughe costituite da una parte mobile, ovvero una sorta di ruota, e da una tubazione di aspirazione
  • pompe  a vite comunemente identificata come una pompa di ingranaggi ad un unico dente
  • pompe  a ingranaggi che sfruttano la variazione di volume tra i denti delle ruote dentate, sia esse interne che esterne. Utilizzate principalmente per pompare lubrificanti in circuiti idraulici.
• Pompe alternative: caratterizzate dal moto alternato dei loro organi mobili
• Pompe centrifughe: basate sul principio di conferire energia al liquido sfruttando la forza centrifuga generata dall’organo mobile soggetto a un veloce moto di rotazione
• Pompe rotative: nelle quali l’organo mobile è soggetto a moto di rotazione, ma l’energia acquisita dal fluido non è prodotta dalla forza centrifuga

Le caratteristiche fondamentali di una macchina idraulica operatrice riguardano la quantità di liquido che essa è in grado di elaborare in un certo tempo e l’energia che essa può comunicare al liquido stesso.

Si definisce portata di una pompa il volume di fluido che attraversa la macchina nell’unità di tempo.

Si misura in m³/s e se il regime è permanente (come di solito avviene) essa coincide con la portata misurata in una qualsiasi sezione delle tubazioni connesse alla pompa.

Questo video spero possa essere da spunto per i docenti che vogliono coinvolgere i propri alunni: un’ottima idea montare insieme una macchina idraulica!