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Pompa (di origine onomatopeica). Macchina operatrice la cui funzione è di sollevare o, genericamente, di spostare dei fluidi, o delle sostanze solide allo stato polverulento o granulare. (Può basarsi su di un principio di funzionamento meccanico [movimento di un fluido in condotti fissi e mobili opportunamente sagomati, oppure di organi mobili] oppure fisico-chimico [pompe ad assorbimento], oppure magnetofluidodinamico.)
— Elettr. Pompa a flusso, dispositivo associato a una bobina criogenica (avvolgimento superconduttore che può immagazzinare notevoli quantità di energia, dell’ordine di 106 χ 108), sotto forma di energia magnetica), atto ad aumentare ulteriormente l’energia accumulabile.
— Etn. Pompa da fuoco, apparecchio usato da varie popolazioni dell’Asia sudorientale per produrre il fuoco. (Consta di un cilindro di osso, metallo o anche di legno duro, chiuso a una estremità, nel quale scorre a tenuta uno stantuffo; nel fondo vengono posti polvere di legno e fili di erbe secche. Per effetto della brusca compressione dell’aria, realizzata dal veloce abbassamento dello stantuffo, polvere ed erbe prendono fuoco.)
— Fis. Pompa pneumatica o pompa a vuoto, apparecchio atto a produrre una rarefazione in un dato recipiente, asportandone gas e vapori, fino a ridurvi la pressione residua a una frazione molto piccola (fino a 10-9) della pressione atmosferica.
— Imp. Pompa di alimentazione o di alimento, pompa atta a immettere in una caldaia l’acqua necessaria, in sostituzione di quella trasformata in vapore. Pompa di circolazione, pompa che serve per aumentare la pressione e determinare la circolazione di un fluido all’interno di impianti (per es. di riscaldamento ad acqua calda) o per l’invio a un condensatore dell’acqua di raffreddamento necessaria. Pompa di estrazione, pompa impiegata per estrarre dal condensatore l’acqua derivante dalla condensazione del vapore. Pompa Westinghouse-Leblanc, tipo particolare di pompa centrifuga la cui girante è costruita in modo che l’acqua, che effluisce a velocità di 40 m/s circa, trattiene un certo volume di aria. (E’ usata negli impianti delle caldaie; l’innesco può avvenire mediante iniezione di acqua in pressione nel condotto di aspirazione o mediante un eiettore.) Pompa sommersa o d’esaurimento, pompa immersa in un pozzo, utilizzata in casi eccezionali di approfondimento del pozzo in presenza di forte venuta d’acqua o di allagamento. Pompa centrifuga di aspirazione, pompa impiegata dai vigili del fuoco negli allagamenti fortuiti, o provocati per creare una fascia protettiva contro il fuoco. (Consta di una turbinetta azionata dall’acqua in pressione fornita dalle condutture di estinzione, la quale aziona una pompa centrifuga il cui orifizio è completo di filtro; l’acqua aspirata e l’acqua dello scarico vengono evacuate attraverso una medesima conduttura. Pompa di calore, apparecchiatura che sottrae da un ambiente energia termica a bassa temperatura e la eroga in altro ambiente dopo averne innalzato la temperatura e dopo avervi aggiunto l’energia derivante dalla trasformazione del lavoro in esso compiuto. Pompa a getto d’acqua, sin. di iniettore idraulico.
— Macch. Pompa di compressione, pompa avente la funzione di introdurre e comprimere un fluido in un contenitore. Pompa volumetrica, pompa per spostare fluidi o solidi che si basa sull’alternativo riempimento e svuotamento di una cavità. Pompa alternativa, pompa volumetrica basata sul movimento alternativo di uno stantuffo in un cilindro e sul funzionamento di opportune valvole. Pompa rotativa, pompa nella quale lo spostamento del fluido è provocato dalla rotazione continua di uno o piω organi (ingranaggi, eccentrici, lobi, tamburi, ecc.). Pompa centrifuga, pompa nella quale lo spostamento del fluido è dovuto alla rotazione di una girante munita di pale, nella quale il fluido entra in direzione assiale ed esce in direzione radiale. Pompa centrifuga assiale o a elica, pompa centrifuga nella quale la direzione della velocità di uscita del liquido dalla girante è parallela all’asse di rotazione. Pompa a vapore, pompa nella quale il fluido agente è vapore d’acqua. (Può essere un eiettore oppure un pulsometro.) Pompa elettromagnetica, pompa che sfrutta la forza meccanica agente su di un fluido conduttore da spostare (ad es. un metallo liquido) percorso da corrente elettrica, immerso in un campo magnetico. (La corrente può essere continua con campo magnetico continuo, o alternata, con campo magnetico alternato trifase.) Pompa ionica, pompa per lo spostamento di gas, che sfrutta un’azione elettrostatica o magnetica sulle particelle del gas convenientemente ionizzato.
— Mar. Pompa d’assetto, quella che sui sommergibili è destinata agli spostamenti d’acqua per ottenere l’assetto voluto del battello. Pompa di sentina, quella che a bordo serve per l’esaurimento delle sentine: ve ne sono a motore, azionate dalle motrici principali, a motore indipendente, a vapore o elettrico e a mano (queste ultime usate dai velieri e dalle piccole imbarcazioni per prosciugare le sentine, i gavoni di prora o di poppa, il pozzo delle catene, ecc.). Pompa d’incendio, quella che a bordo preleva acqua di mare e con una rete di tubulature la distribuisce ai vari sbocchi per utilizzarla in caso di incendio o per il lavaggio dei ponti. Barca pompa, imbarcazione munita di pompa e degli attrezzi antincendio di dotazione dei vigili del fuoco nei porti principali e negli arsenali.
— Med. Pompa cardiaca, apparecchio destinato a supplire la funzione cardiaca. (Ne esistono diversi tipi: alcuni permettono di alleggerire temporaneamente il lavoro del muscolo cardiaco o di rimpiazzare completamente la funzione cardiaca per tutta la durata di un intervento [chirurgia in circolazione extracorporea], altri, di particolari forme, sono protesi totalmente impiantate nell’organismo [cuore artificiale].)
— Tecn. Pompa per pneumatici, pompa ad aria, aspirante premente, ad azionamento manuale, che serve per gonfiare pneumatici di bicicletta e di motocicletta. Piccolo compressore mobile azionato da un motorino elettrico o a scoppio, impiegato per gonfiare gli pneumatici di un autoveicolo.
— Trasp. Pompa di lavaggio, pompa che fornisce al motore a combustione interna a due tempi l’aria necessaria all’alimentazione. (Può essere costituita dallo stesso cilindro funzionante come pompa a stantuffo, dalla parte del carter; oppure da un corpo di pompa a stantuffo indipendente comandato dal manovellismo principale o da un manovellismo indipendente o da un motore indipendente; oppure essere una pompa rotativa o centrifuga.) Pompa d’iniezione, pompa atta a iniettare il combustibile liquido o direttamente nel cilindro o nell’iniettore del motore a iniezione. (E’ del tipo a stantuffo tuffante, ossia alternativo, con stantuffo costituito da un’asta priva di guarnizione che penetra nella cavità ove hanno sede le valvole, atta a pressioni fino a 1.000 kg/cm², con regolazione basata sulla variazione della corsa o più generalmente sul riflusso dell’eccesso di combustibile liquido.) Pompa dell’olio, pompa rotativa a ingranaggi (o a lobi o a palette) usata per la circolazione dell’olio nei motori endotermici. Pompa dell’acqua, pompa centrifuga, aspirante o premente, che fa parte degli impianti con raffreddamento a circolazione forzata d’acqua dei motori endotermici.
Elettrotecnica
Nella pompa a flusso la bobina criogenica, posta in un campo di elevata intensità, è collegata a una piastra superconduttrice a debole intensità; lo spostamento di un magnete permanente davanti a questa piastra consente di “intrappolare” un flusso magnetico supplementare che rinforza la bobina di immagazzinamento. Si aumenta la capacità di accumulo di energia del sistema moltiplicando il numero delle piastre, montate fra loro in serie, così come i magneti. La pompa a flusso è utilizzata nel campo degli acceleratori, dei generatori magnetoidrodinamici, nelle gallerie aerodinamiche.
Fisica
Le grandezze caratteristiche essenziali di un sistema a vuoto sono: a) la capacità di aspirazione (detta anche portata volumetrica o, impropriamente, velocità di aspirazione) che è il volume di gas che la pompa aspira nell’unità di tempo da un recipiente di dimensioni tali da poter ritenere costante la pressione al suo interno durante l’aspirazione; b) il vuoto limite o finale, che è la pressione residua minima pr che la pompa è in grado di realizzare in un dato recipiente: tale pressione è misurata in pascal (la pressione atmosferica in condizioni normali corrisponde a 101.325 Pa); c) la conduttanza delle tubazioni, che è l’inversa della resistenza d’efflusso e dipende, oltre che dalla sua configurazione geometrica, dalla natura del gas da asportare e dal regime di flusso. Per ciascun grado di vuoto si usano pompe diverse. Il basso vuoto si ottiene con pompe meccaniche; a mano a mano che il vuoto si fa più alto occorre fare ricorso a pompe a diffusione o a pompe turbomolecolari, ioniche o criostatiche. Le pompe meccaniche a palette restano le più usate: un rotore eccentrico trascina due o piω palette che delimitano un volume crescente dal lato aspirazione e decrescente dal lato mandata. Nella pompa a stantuffo rotante un cassetto su guide di scorrimento assolve alla funzione delle palette. Nella pompa o compressore Roots due rotori a forma di 8 girano in senso inverso senza contatto fra loro, nè con lo statore. Nelle pompe ad anello liquido il rotore, eccentrico e a forma stellata, non è in contatto con lo statore; i volumi di aspirazione e di mandata sono delimitati dagli elementi del rotore e da un anello d’acqua tenuto aderente allo statore dalla forza di gravità.
Nelle pompe molecolari l’effetto della parete della pompa comincia ad avere importanza, giacchè quando la pressione si fa più bassa le molecole sono tanto rarefatte da non entrare più in collisione tra loro, ma solo con le pareti. Nella pompa di Gaede il gas penetra nell’intervallo estremamente piccolo tra lo statore e il rotore, il quale, urtando le molecole, imprime loro un’alta velocità. La pompa di Gaede è sostituita da pompe turbomolecolari, funzionanti con lo stesso principio, il cui rotore è munito di alette giranti fra le alette deflettrici dello statore.
Il pompaggio idrodinamico non fa più ricorso a organi mobili, ma a un fluido che trascina il gas da pompare comunicandogli una certa quantità di moto. Nella pompa a eiettore questo fluido è il vapore che si estende in una tubiera divergente, il che converte parzialmente la sua energia di pressione in energia cinetica. La pompa a diffusione utilizza il medesimo principio. Un ultimo gruppo di pompe, impiegato per ottenere un ultra-alto vuoto, fa appello ai fenomeni di fissazione delle molecole residue. Sono queste le pompe ioniche, nelle quali le molecole residue reagiscono chimicamente con sostanze molto reattive, come il titanio sublimato o polverizzato; le pompe ad assorbimento, in cui le molecole sono adsorbite da sostanze come zooliti o polvere di carbone; le criopompe, nelle quali le molecole si condensano su superfici portate a temperature bassissime (inferiori a 80 K).
— Imp. Il ciclo della macchina frigorigena, che può essere considerato l’inverso di quello del motore termico, può essere utilizzato oltre che per sottrarre calore, cioè per raffreddare, anche per erogare calore, cioè per riscaldare un ambiente. Nel secondo caso si ha una pompa di calore.
L’utilizzazione della macchina frigorigena per generare calore fu scoperta da lord Kelvin nel 1852, ma il suo impiego pratico si ebbe solo durante e dopo le ultime guerre mondiali allorchè, per la scarsezza e l’alto costo dei combustibili, apparve conveniente questa utilizzazione dell’energia elettrica onde ottenere da essa la quantità massima possibile di energia termica sia pure a temperatura non eccessivamente elevata.
La pompa di calore, come tutte le macchine frigorigene, è costituita da un evaporatore, per mezzo del quale il fluido frigorigeno (freon, ammoniaca, cloruro di metile) assorbe il calore a bassa temperatura dall’ambiente in cui è situato; l’evaporatore è collegato mediante una tubazione a un compressore e a un condensatore mediante il quale si eroga calore all’ambiente esterno. Il compressore aspira dall’evaporatore il fluido frigorigeno allo stato gassoso, lo comprime elevandone la temperatura e lo invia nel condensatore dove passa allo stato liquido condensandosi e cedendo il calore di vaporizzazione al mezzo da riscaldare. Il liquido ad alta pressione proveniente dal condensatore, passando attraverso una valvola di espansione, entra di nuovo nell’evaporatore dove si espande, ritorna allo stato gassoso e si raffredda al punto da potere assorbire calore dall’ambiente che lo circonda.
Quando la macchina frigorigena è utilizzata come pompa di calore, è di grande interesse che la sorgente “fredda” sia la più calda possibile; d’altronde l’apparecchio è tanto più efficace quanto più piccola è la differenza di temperatura fra la sorgente fredda e la sorgente calda; infatti il fluido frigorigeno, che viene aspirato dal compressore, aggiunge nel compressore alla sua energia termica quella dovuta alla trasformazione del lavoro di compressione. In generale si scelgono sorgenti con la temperatura più costante possibile e dalle quali si possa assorbire con piccolo salto termico la maggiore quantità di energia (acque sotterranee, fiumi, laghi, acqua marina, acque di scarico industriale, aria esterna quando si presuppone che abbia una temperatura relativamente costante, energia solare). L’utilizzazione deve pure avvenire a temperature non troppo elevate e pertanto il calore così ottenuto può venire utilizzato per impianti di condizionamento, di termoventilazione, di riscaldamento a calore radiante, di essiccazione a bassa temperatura di produzione di acqua calda per uso industriale, ecc. I primi impianti di una certa importanza si ebbero in Svizzera (Zurigo, Losanna) e in Italia (Milano: palazzo dei Giornali, nuovo edificio della Cassa di risparmio).
Con nuovi materiali è ora possibile costruire pompe per fluidi con gravose caratteristiche fisico-chimiche. Per esempio, le pompe per il sodio fuso (oltre i 400 ΊC) nelle centrali nucleari operanti secondo reattore veloce quale la centrale di Superphenix in Francia. Emerge perciò l’estrema importanza di una normativa e di una verifica dei requisiti di funzionalità, che dovranno essere ben chiari all’inizio della progettazione e nella verifica di qualità dopo la costruzione: caratteristiche di impiego (tipo di servizio, materiali, funzione della pompa), condizioni di progetto (pressione, temperatura, carichi meccanici), condizioni di esercizio (prove di installazione, avviamento, funzionamento normale), condizioni ambientali in cui opererà la pompa, energia disponibile per l’azionamento, esigenze di manutenzione, programma di prove per accettazione della pompa. Oggi, a parità di prestazione, si tende a ottenere macchine con materiali sempre più pregiati, con pesi ridotti, con velocità di rotazione crescenti e con affidabilità maggiore.
Macchine
Le pompe di più larga diffusione sono quelle che effettuano lo spostamento di liquidi; esse agiscono modificando la pressione e/o la velocità di questo, quindi le macchine che sollevano il liquido a pelo libero (norie, coclee, ruote idrauliche a cassetti) non rientrano nella categoria delle pompe.
Schematicamente la pompa nel caso più generale solleva una data portata Q di acqua dal livello di un canale o condotto più basso di quello dell’albero motore a un livello di un canale o condotto più alto. La differenza dei due livelli, chiamata prevalenza, viene suddivisa in due parti: altezza d’aspirazione, dal canale inferiore alla pompa, altezza di mandata o mandata, dalla pompa al canale superiore. La prima non può teoricamente superare i 10 m (corrispondenti a 1 kg/cm² circa) e in pratica non raggiunge 8 m per effetto delle resistenze al moto. La seconda è limitata da ragioni costruttive e, nelle pompe centrifughe, dal pericolo di cavitazione. Una pompa è quindi schematicamente costituita da un condotto o tubo d’aspirazione, da un involucro o corpo che racchiude gli organi meccanici in movimento, collegati al motore da un tubo di mandata.
Le pompe del tipo descritto sono dette aspiranti prementi; quelle nelle quali è nulla l’altezza di mandata sono dette aspiranti; quelle nelle quali è nulla l’altezza di aspirazione sono dette prementi.
La potenza di una pompa è proporzionale al prodotto della portata effettiva, ossia corrispondente alla massa d’acqua che supera realmente la prevalenza, per la prevalenza. Il rendimento di una pompa è il prodotto h = mm momv, prodotto del rendimento mm del motore per il rendimento mo meccanico della pompa (determinato dalle perdite meccaniche) per il rendimento mv volumetrico della pompa (determinato dalle perdite d’acqua che si verificano nei vari organi di tenuta).
Pompa alternativa a stantuffo
Il corpo della pompa è costituito da un cilindro nel quale scorre uno stantuffo azionato da un manovellismo, a sua volta azionato da una motrice a vapore o da un motore ad aria compressa. Il movimento del cilindro, con sistemi di distribuzione a cassetto o a valvole, lo mette alternativamente in comunicazione con i condotti d’aspirazione e di mandata. Per aumentare la portata la pompa può essere a doppio effetto (mentre da una parte del cilindro vi è la fase di aspirazione, dall’altra vi è la fase di mandata); allo stesso scopo e per rendere meno irregolare la mandata il numero dei cilindri può essere di quattro, sei, nove, opportunamente sfasati. Queste pompe, di buon rendimento sia meccanico sia volumetrico in un largo campo di valori della pressione di mandata, sono limitate nel valore della velocità dello stantuffo, quindi della portata; questa inoltre ha carattere discontinuo anche nelle pompe policilindriche, quindi si rende necessario regolarizzarla mediante due casse d’aria, ossia grossi recipienti disposti rispettivamente nella tubazione d’aspirazione o di mandata. Anche in relazione al livello tecnico raggiunto dalle pompe centrifughe, l’impiego delle pompe a stantuffo è limitato ai casi di alte prevalenze con modeste portate.
Pompe rotative
In questo tipo di pompe una scatola collegata alle tubazioni di aspirazione e di mandata (eccettuata quella di fondo e di ritenuta) contiene un sistema di ingranaggi, o eccentrici, o lobi, o alette, rotanti per azione di un albero azionato dal motore. La rotazione provoca lo spostamento di date cavità dall’imboccatura della tubazione di aspirazione a quella della tubazione di mandata, con conseguente movimento del liquido. Queste pompe, la cui portata è costante, sono adatte a fluidi autolubrificanti e di viscosità media, per medie e alte velocità e per medie e alte pressioni di mandata; sono largamente diffuse nei comandi idraulici, servosistemi, dosatrici, ecc.
Pompe centrifughe
Tali pompe hanno, rispetto alle pompe alternative, il vantaggio di un ingombro minore, di un minore costo di esercizio e di una mandata continua; inoltre possono essere accoppiate direttamente a un motore elettrico e funzionano senza vibrazioni. Una pompa centrifuga del tipo più semplice si compone di una girante che ruota all’interno di un involucro a una estremità del quale vi è un diffusore di raccordo alla tubazione di mandata, mentre all’altra vi è un distributore di raccordo alla tubazione di aspirazione. La girante imprime all’acqua una certa velocità; parte della corrispondente energia cinetica si trasforma nel diffusore in energia potenziale, ossia in pressione.
Questo tipo di pompa è sensibilissimo alle variazioni della velocità, poichè la pressione di mandata dipende dal quadrato di questa. Mentre con un motore elettrico non è possibile superare un massimo di 2.800 giri/min circa, se la pompa è comandata da una turbina a vapore la velocità può raggiungere 6.000-8.000 giri/min. Se la pressione è troppo elevata per un’unica girante, la pompa, detta multipla o pluristadio, consta di più giranti in serie, fra le quali sono disposti opportuni diffusori, ossia palettature fisse che trasformano la velocità in pressione, con successivo condotto di ritorno per l’immissione nella girante successiva.
Nel caso più generale di pompe azionate da motori elettrici, tenendo conto delle usuali velocità di questi, risulta che per basse portate e alte prevalenze le condizioni migliori di rendimento si hanno per nc = 60-300; nel caso opposto (alte portate e basse prevalenze) occorre che sia nc = 400-1.000.
Una pompa centrifuga non può autoinnescarsi come avviene per le pompe a stantuffo e le pompe rotative. Essa deve invece essere prima riempita d’acqua, e piena deve essere anche la tubazione di aspirazione. Se si aumenta l’altezza di aspirazione, ossia per alte velocità d’entrata nella girante, la pressione nella ruota diminuisce fino a cadere, in certi casi e in certe posizioni, al valore della tensione del vapore acqueo; l’acqua allora vaporizza, ossia si ha la cavitazione, che ha come conseguenza la rapida usura della ruota. La cavitazione limita la prevalenza massima per ogni stadio a 600 m circa, a velocità elevate; con pompe multiple si sono raggiunte pressioni di oltre 100 kg/cm².
Sulla condotta di mandata si installa generalmente una valvola di ritenuta, ma, se la lunghezza di tale condotta supera qualche centinaio di metri, è necessario tener conto dei possibili colpi d’ariete. Se la pompa è azionata da un motore elettrico, in caso di interruzione dell’energia elettrica il gruppo si arresta bruscamente in un tempo assai breve, dell’ordine di un secondo. A valle della pompa si produce allora una depressione che, se non sono stati adottati i debiti accorgimenti, provoca quasi sempre una cavitazione in una parte della condotta. Propagandosi alla parte superiore della condotta, tale depressione determina una sovrappressione che può danneggiare la condotta stessa. E’ pertanto necessario installare un dispositivo di sicurezza.
Le pompe centrifughe sono molto impiegate in particolare come pompe di sollevamento nelle reti di distribuzione idrica, come pompe di prosciugamento nelle miniere, come pompe antincendio, per i condotti di lubrificazione, per la circolazione dell’acqua, ecc. Le pompe centrifughe possono muovere le acque fangose e vengono pertanto utilizzate nei lavori di dragaggio.