PROVA POMPA VOLUMETRICA

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Istituto Statale di Istruzione Superiore

“Arturo MALIGNANI”

UDINE Sezione Aeronautica

PROVA POMPA VOLUMETRICA

Studente: Classe: Anno scolastico:

Lorenzo Caffar 5^Aer D 2019/2020

Docente:

Mauro Fasano

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1. Introduzione

Pompe rotative volumetriche

Le pompe rotative sono caratterizzate da un rotore dotato di moto rotatorio intorno all’asse;

La portata non dipende dalla prevalenza;

Superano medie prevalenze;

Spostano quantità di liquido costanti per ogni ciclo;

Si usano per ﬂuidi densi e/o molto viscosi;

Il rotore è azionato da un motore elettrico.

Principio di funzionamento

La rotazione degli organi mobili forma una camera d’ingresso di volume maggiore si crea una depressione che aspira il liquido verso la zona di mandata il volume della camera si riduce il liquido (incomprimibile) esce sotto pressione.

Caratteristiche tecniche

Le pompe rotative sono sprovviste di valvole, tranne una valvola di sicurezza è presente solo un premistoppa per garantire la tenuta tra la carcassa e l’albero motore la regolazione è effettuata per riciclo di una parte della mandata non possono trattare liquidi corrosivi e sospensioni perché i giochi tra rotore e carcassa sono molto esigui

Calcolo della portata

V = volume della camera della pompa, n = numero di giri la portata è in linea teorica indipendente dalla prevalenza nella pratica si ha una lieve diminuzione della portata con l’aumentare della prevalenza

Parametri caratteristici

Le pompe rotative sono caratterizzate da:

• Bassa portata, ﬁno a 0,10 - 0,12 m3/s

• Prevalenza di 100 bar per liquidi non viscosi

• Prevalenza di 300 bar per liquidi viscosi e lubriﬁcanti

• Rendimento totale ﬁno a 0,70 - 0,85

Classiﬁcazione pompe rotative

Le pompe rotative sono di quattro tipi:

1. A INGRANAGGI 2. A LOBI

3. A VITE 4. A PALETTE

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2. Cenni teorici

1.

Pompe a ingranaggi

• il liquido entra nella camera formata tra due denti contigui e viene espulso sotto pressione verso la mandata

• per liquidi molto viscosi

• Coppia di ruote dentate (di cui una sola motrice)

• carcassa a tenuta perfetta

2. Pompe a lobi

• il liquido entra nella camera formata tra due lobi contigui e viene espulso sotto pressione verso la mandata

• per liquidi molto viscosi e untuosi

• Coppia di ruote lobate mosse separatamente, l’abrasione si riduce

3. Pompe a vite

• costituite da una vite di Archimede comandata da una motrice su cui possono ingranare altre due viti parallele in folle

• per liquidi molto viscosi (petrolio grezzo e oli)

4. Pompe a palette

• carcassa cilindrica contenente un rotore montato in modo eccentrico (ﬁgura A), o da una carcassa ovale con motore cilindrico centrato (ﬁgura B)

• le palette sono mobili e creano cavità a volume decrescente: il liquido viene espulso in mandata sotto pressione.

Termini e definizioni

• C = cilindrata della pompa [𝑐𝑐𝑐𝑐³/giro]

• Ni = potenza idraulica (uscente dalla pompa) [W]

• Nm = potenza motore (entrante alla pompa) [W]

• Np = potenza persa dalla pompa (volumetriche, meccaniche e di pressione) [W]

• ῃv = rendimento volumerico

• ῃtot = rendimento totale pompa

• ῃp = rendimento meccanico e di pressione

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Dati dichiarati dalla pompa ad ingranaggi

• C = 0,57 [cc/giro]

• Pmax = 200 [bar]

• Vmax = 1370[giri/min]

• Tenzione di funzionamento: 220/380 [V]

3. Parametri di prova

Schema di principio e planimetrico

Scopo della prova:

Determinare le caratteristiche di una pompa ad ingranaggi inseriti in un circuito idraulico.

Realizzazione dei diagrammi in funzione della pressione e della:

• Portata effettiva (1),

• Potenza idraulica (2),

• Rendimento volumetrico (3),

• Rendimento totale (4)

Eseguire il bilancio energetico calcolando il calore ceduto.

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Apparecchiature utilizzate:

1. Contagiri (misura i giri dell’asse)

2. Termometro (indica quanta energia viene dispersa in calore) fare bilancio energetico +-5%

3. Multimetro (indica la corrente, la tensione e la potenza assorbita dal motore)

• Cronometro

1 2 3

1. Vasca di pesca dell’olio 2. Valvola di massima pressione

3. Valvola di carico impianto idraulico simulato (variazione della pressione)

4. Manometro (indicatore pressione)

4. Procedura di prova

Valori di lettura:

1. Tensione (V), 2. Amperaggio (I),

3. Fase, pinza amperometrica (cos Φ) 4. Potenza (W),

5. Temperatura (T), 6. Numero giri (n),

7. Tempo (s) (inizia quando si raggiunge 0,4 l di riempimento fino a 0,9 l che equivale a 0,5 l)

Ripetizione delle letture per i successivi valori alla pressione di: 25, 50, 75, 100, 125, 150, 170, 180, 190 bar.

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Verifiche da eseguire prima della prova

• prova di accensione verifica di tra filamenti;

• verifica della quantità di olio necessario;

• verifica funzionale delle valvole a saracinesca:

• verifica della portata e la sensibilità dei multimetro;

• verifica funzionalità del contagiri;

• verifica funzionalità del cronometro.

Fasi della prova

1. Posizionare tutti gli strumenti com’è raffigurato nei parametri di prova (multimetro, termometro, cronometro e contagiri)

2. Accensione della pompa e posizionamento della valvola di carico impianto idraulico al minimo (il manometro indica che la pressione è 0)

3. Chiusura della valvola di scarico del cilindro, presente alla sua sinistra, di colore nero, attendere che l’olio arrivi al livello indicato di 400 ml, poi far partire il cronometro ed iniziare le misurazioni (giri del motore e secondi per il riempimento)

4. Prima del valore di 900 ml raccogliere i dati segnati dal multimetro (amperaggio, voltaggio, cosΦ e potenza assorbita dalla pompa) (per far sì che i valori si siano stabilizzati)

5. Arrivati a 900ml, fermare il cronometro e la pompa, aprire la valvola di scarico e dopo che l’olio è defluito completamente raccogliere la misurazione della temperatura

6. Accendere la pompa e posizionare la valvola di carico impianto idraulico fino a quando il manometro non segna 25 bar

7. Continuare le altre prove seguendo quanto scritto nei punti 3,4,5 posizionando la valvola di carico impianto idraulico sui rispettivi valori di pressione ai quali bisogna eseguire la prova

5. Dati

Tabella valori raccolti

N° Pressione

(bar)

T (s) T

(°C)

N°giri (giri/min)

A V cosΦ W

1 0 37,16 19 1449 1,56 223 0,70 244

2 25 38,52 19 1461 1,58 222 0,76 266

3 50 39,39 20 1451 1,61 221 0,80 284

4 75 40,35 21 1437 1,67 222 0,84 312

5 100 41,72 23 1401 1,76 221 0,88 345

6 125 43,23 25 1376 1,90 220 0,91 383

7 150 45,57 27 1336 2,08 220 0,94 427

8 170 48,09 29 1292 2,26 220 0,95 469

9 180 50,23 31 1274 2,37 220 0,95 495

10 190 57,44 33 1123 2,68 220 0,96 563

441,7 s 7,36 min 8,1 + 10%

ΔT 14°C

Calcoli di prova

1. Portata Q = ^𝑉𝑉 𝑡𝑡 [^𝑙𝑙

𝑠𝑠] da trasformare in

[

^m³

s

]

2. portata teorica Qt = C x n [^cm

3 min] 3. portata effettiva Qeff = ^𝑉𝑉

𝑡𝑡 [^𝑙𝑙 𝑠𝑠] = Q

4. potenza idraulica Ni = (Δp x Qeff) [W] = Pa x ^m³

s 1 bar = 100000 Pa

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5. potenza motore Nm = V x I x CosΦ [W] = potenza indicata dallo strumeno 6. rendimento volumetrico ῃ^v = ^Qeff

𝑄𝑄𝑡𝑡 7. rendimento totale pompa ῃ^tot = ^Ni

Nm 8. potenza persa dalla pompa Np = Nm-Ni

9. Calore ceduto Q = m x cs x ΔT m = ρ x V ρ = 850 ^kg

m³ Vsing = 0,0005

𝑐𝑐

³ 1. Q1 = ^{0,5 𝑙𝑙}

37,16 𝑠𝑠= 0,0135 ^l s

^dm³

s x 10⁻³ 0,0000135^m

3 s 2. Qt1 = 0,57 ^cm

3

giri x 1449 ^giri

min = 825,93 ^cm

3

min x ¹⁰

−6

60 0,00001377 ^m

3 s 3. Qeff1 = 0,0135 ^l

s

^dm³

s x10⁻³ 0,0000135^m

3 s 4. Ni1 = 100000 ^N

m² x 0,0000135^m

3

s

=

1,35 W ^{N x m} s 5. Nm1 = 223 V x 1,56 A x 0,7 = 243,52 W

6. ῃ^v1 = ^1,35^{x 10}

−5m3 s 1,377 10⁻⁵m3

s

= 0,977

7. ῃ^tot1 = ^{1,35 𝑊𝑊}

243,52 𝑊𝑊 = 0,0055

8. Np = 243,52 W – 1,35 W = 242,17 W 9. mtot = 850 ^kg

m³ x 0,005

m

³ = 4,25 kg cs = calore specifico Q = m x cs x ΔT = 4,25 Kg x 1850 ^J

Kg x K x 14 K = 110075 J P = ^𝑄𝑄

s

=

^{110075 𝐽𝐽}

442 s

=

249 W

Tabella valori di prova

N° Pressione

(bar) Q

(

_𝑠𝑠^𝑙𝑙

)

_Qt x 10⁻⁵

(

^𝑚𝑚³

𝑠𝑠

)

^Q^eff^x¹⁰⁻⁵

(

^𝑚𝑚³

𝑠𝑠

)

^Nⁱ^(W) ^N^m^(W) ^N^p^(W) ^ῃ^v ^ῃ^tot

1 0 0,0135 1,377 1,35 1,35 243,52 242,17 0,977 0,0055

2 25 0,013 1,38 1,3 32,5 266,58 234,08 0,94 0,122

3 50 0,0127 1,3785 1,27 63,5 284,65 221,15 0,92 0,223

4 75 0,0124 1,362 1,24 93 311,422 218,422 0,91 0,299

5 100 0,012 1,331 1,2 120 342,285 222,285 0,90 0,351

6 125 0,01157 1,31 1,157 144,625 380,38 235,755 0,885 0,38

7 150 0,01097 1,27 1,097 164,55 430,144 265,594 0,864 0,383

8 170 0,010397 1,23 1,0397 176,75 472,34 295,59 0,847 0,374

9 180 0,00995 1,21 0,995 179,1 495,33 316,23 0,82 0,362

10 190 0,0087 1,67 0,92 174,8 566,016 391,216 0,815 0,309

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Diagrammi di prova

1

2

(9)

3

4

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6. Risultati

I grafici riportati qui sopra ci permettono di individuare diverse informazioni utili:

1. Il rapporto della portata effettiva e della pressione: consente di osservare come all’aumentare della pressione la portata effettiva della pompa diminuisce, ciò è dovuto dal fatto che c’è un aumento di pressione all’interno del condotto. Possiamo individuare come alcuni valori si trovano al di sotto o al di sopra della linea di tendenza, ciò significa che quando si trovano al di sopra avremo una portata leggermente maggiore rispetto alla media mentre minore quando i valori saranno al di sotto di questa linea. Possiamo inoltre osservare che ad un alta portata e bassa pressione e ad alta pressione e a bassa portata i valori non sono ottimali per il rapporto portata pressione.

2. Il rapporto della potenza motore e della pressione: ci permette di capire come all’aumentare della pressione anche la potenza motore aumenta questo perché il motore cercando di tenere costante il volume fa più fatica e quindi consuma di più. I valori della potenza motore riportati nel grafico sono quelli calcolati con la formula secondo i dati raccolti durante la prova, dato che sono più esatti.

3. Il grafico del rendimento volumetrico in base alla pressione: permette di osservare un calo del rendimento quasi costante per tutta l’esecuzione della prova, questo perché la pompa utilizzata è di tipo volumetrico e quindi il rendimento volumetrico rimane quasi sempre costante. Si può quindi dire che il rendimento volumetrico della pompa è massimo quando la pressione sarà pari a 0, questo perché il motore non farà nessuna fatica e le sue perdite sono per lo più meccaniche. Mentre per quanto riguarda l’ultimo valore il motore fa molta più fatica, causata dall’elevata pressione da esercitare, ed il suo consumo sarà maggiore rispetto alla penultima misurazione però il suo rendimento rimarrà quasi invariato. I valori migliori di rendimento da tenere in considerazione per questa pompa sono quelli che vanno dai 50 bar ai 150 bar (284 W a 383W) perché tengono quasi un rendimento volumetrico costante.

4. Il grafico del rendimento totale in base alla pressione: indica un aumento del rendimento del motore fino ad arrivare ad un valore massimo della pompa ad un determinato numero di giri e pressione che nel nostro caso è di 0,383. Il valore del rendimento raccolto è molto basso, questo ci fa capire che la pompa ha molte perdite. Dopo questo valore massimo di rendimento esso diminuisce perché il motore inizia a “fare fatica”, ciò determina un aumento della potenza consumata (da 427 W a 563 W) e una diminuzione del numero di giri (da 1336 a 1123).

5. Conclusioni

La prova eseguita permette di osservare quali siano le differenze del rendimento, portata e potenza variando la pressione alla quale essa lavora.

Dai valori che abbiamo raccolto siamo andati a calcolare qual è il rendimento totale della pompa e quello volumetrico. Questi due sono diversi l’uno dall’atro come si può osservare dai grafici.

La pompa ha il suo rendimento volumetrico massimo alla pressione di 0 bar, questo perché il fluido non ha pressione e quindi la pompa ha maggiore portata effettiva. Questo valore però non può essere tenuto in considerazione dato che la pompa deve esercitare una pressione.

Se invece vogliamo avere un rendimento totale massimo dobbiamo tener conto del valore massimo che ci dà il rapporto della potenza idraulica e quella motore, che per la nostra pompa è di 0,383, alla potenza motore di 427 W, a 1336 giri e alla pressione di 150bar.

La pressione ottimale, se dovessimo lavorare con questa pompa, è quella descritta sopra anche se il rendimento volumetrico non è massimo.

Da queste considerazioni prossimo quindi dire che all’aumentare della potenza assorbita diminuisce il suo rendimento volumetrico, la portata effettiva, la portata teorica ed il numero di giri.

Il calore disperso, che viene attribuito al fluido, è dovuto dal surriscaldamento del motore, surriscaldamento del fluido e alle varie perdite meccaniche, aumentando all’aumentare della pressione.

Come massima pressione abbiamo assunto quella di 190 bar, anche se la pompa dovrebbe arrivare a 200 bar.

La scelta di questo valore è causata dal fatto che la pompa non riusciva a girare e quindi non c’era più passaggio da parte del fluido nel cilindro.

Un ultima considerazione importante è quella di eseguire le corrette trasformazioni delle potenze, dei volumi e dei rapporti da eseguire con le stesse unità di misura.