Un esperimento compatto progettato per dimostrare l'impiego del colpo d'ariete per creare un'azione di pompaggio, utilizzabile con il Banco idraulico digitale mobile.
Principi di Funzionamento
A differenza delle normali pompe azionate meccanicamente, la pompa RAM utilizza una colonna d'acqua nel tubo di alimentazione (azionamento) proveniente da un serbatoio di testata. Questa colonna, che si muove a bassa velocità, agisce come uno "stantuffo".
La pompa idraulica di sollevamento ECOIDRAM sfrutta l'energia potenziale dell'acqua di una sorgente posta ad una altezza H1 rispetto alla pompa, per pomparne una porzione ad un'altezza H2.
Come si può vedere dal grafico, l'acqua di fonte è inviata al dispositivo tramite il Tubo di Portata, una parte viene utilizzata per il funzionamento dello stesso, il resto viene pompato, tramite il Tubo di Mandata, verso l'alto nel serbatoio di stoccaggio al sito desiderato. L'acqua di scarico non viene persa ma può essere utilizzata a valle dell'ECOIDRAM.
La particolarità di questo dispositivo, al contrario delle pompe tradizionali, sta nel fatto che nessuna fonte di energia tradizionale (come energia elettrica, benzina, diesel o forza muscolare) è necessaria. L'acqua sale quasi in modo automatico ad un livello superiore sfruttando la sua energia potenziale, 24 ore al giorno, 365 giorni all'anno.
La nostra pompa idraulica è un dispositivo di lunga durata, con spese di manutenzione praticamente nulle, con una tecnologia affidabile e con materiali innovativi, resistenti all'usura e alle rotture e appositamente scelti dopo una lunga esperienza nel campo.
Con la Pompa ECOIDRAM si possono realizzare tutti questi progetti. Allora sei nel sito giusto!
Componenti Essenziali
- Tubazione di Interconnessione: Facilita il collegamento tra i vari componenti.
Il Fenomeno del Colpo d'Ariete
Il colpo d’ariete è un incremento improvviso della pressione in un tubo rigido che si origina per le rapide modifiche della velocità di flusso. Il fenomeno compare quando un liquido in movimento in un sistema chiuso è costretto ad arrestarsi improvvisamente o a modificare la propria direzione. Il colpo d’ariete si estende a tutto il sistema e si moltiplica subito, portando a un aumento della pressione in un intervallo limite non più ammesso per i componenti.
Inoltre aumenta nettamente la velocità di flusso, che in condizioni sfavorevoli può raggiungere i 1.200 m/s. Il colpo d’ariete si verifica non solo in presenza di acqua, ma anche con altri liquidi incomprimibili (la cui densità non è in gran parte modificabile neanche sotto pressione) o gas. Il colpo d’ariete è spesso accompagnato da vibrazioni o da un rumore simile a un battito che si ripete prima del cedimento della pressione. Per questo a volte si parla di onda d’urto di pressione.
Sebbene sia possibile udire chiaramente i colpi d’ariete, è però difficile misurarli, poiché in un intervallo di tempo estremamente breve di millisecondi i colpi d’ariete si generano e si eliminano. Spesso gli strumenti di misura elettronici non sono adatti a tali misurazioni, ossia il colpo d’ariete supera il valore finale del campo di misura.
Cause del Colpo d'Ariete
Esistono varie cause del colpo d’ariete, ad esempio un’apertura o chiusura rapida delle valvole, una partenza o una disattivazione rapida delle pompe, valvole di non ritorno che si chiudono troppo velocemente e l’interruzione improvvisa dell’alimentazione elettrica. Anche la separazione delle colonne d’acqua o del tampone di pressione ne favoriscono l’insorgenza. Inoltre, il design costruttivo incide sulla comparsa del colpo d’ariete.
Nei sistemi che presentano dislivelli di altezza considerevoli, il rischio è particolarmente alto poiché sono necessarie pressioni elevate per superare la differenza di altezza. Anche le costruzioni di sistemi che interrompono un flusso omogeneo comportano un rischio maggiore. Pertanto, laddove possibile, si consiglia di evitare curvature e fluttuazioni di pressione elevate.
Effetti Diretti del Colpo d'Ariete
Il colpo d’ariete può causare gravi danni:
- Perdite nei componenti.
- Deformazione o distruzione della sede della valvola.
- Deformazione delle rondelle della valvola di non ritorno.
- Rottura o deformazione del corpo della pompa.
- Appiattimento precoce di guarnizioni e O-ring.
- Rottura dei rotori.
- Perdite o rotture dei tubi rigidi.
Possibili Conseguenze a Lungo Termine per i Sistemi di Tubazioni
Oltre ai danni ai singoli strumenti e componenti, i colpi d’ariete hanno anche un impatto negativo sulla durata di vita dell’intero sistema. Il pericolo aumenta in maniera direttamente proporzionale alla potenza del colpo d’ariete.
Spesso si verificano anche perdite dei tubi rigidi a causa delle quali il sistema non funziona in maniera efficiente per lunghi periodi, con un conseguente dispendio di flusso e prodotto.
Evitare il Colpo d'Ariete
La situazione ottimale è quella in cui già in fase di pianificazione del sistema si cerca di ridurre al minimo il pericolo di colpi d’ariete sin dall’inizio. In questo, la scelta di una valvola idonea riveste un ruolo cruciale. Durante la fase di pianificazione, gli utenti devono prestare attenzione alla scelta di valvole di alta qualità che dispongano della funzionalità corrispondente per evitare la comparsa di colpi d’ariete fin dal principio.
Le valvole pneumatiche o pilotate elettricamente sono disponibili nelle varianti adeguate. Possono essere impiegate anche valvole azionate manualmente.
Valvole di Processo Azionate Pneumaticamente con Tempi di Apertura e Chiusura Regolabili
Tra le valvole di processo azionate pneumaticamente sono disponibili valvole oblique (chiamate anche valvole a Y) e valvole a due vie (chiamate anche valvole dritte). È fondamentale che le valvole siano configurate in modo tale da chiudere la direzione del flusso del liquido. In questo modo la funzione di chiusura viene sincronizzata con l’inerzia del fluido e i colpi d’ariete vengono evitati in maniera naturale.
Sia le valvole con ripristino a molla che quelle a doppio effetto possono essere configurate in questa maniera. Per evitare il colpo d’ariete, le valvole di processo con attuatore pneumatico devono chiudere contro la velocità di flusso del liquido.
Valvole Elettromotorizzate
Sono disponibili anche le valvole elettromotorizzate, nonché le valvole di processo azionate pneumaticamente con varianti di corpo idonee come le valvole oblique e quelle a sede retta.
Le valvole motorizzate si contraddistinguono per le seguenti caratteristiche che si ripercuotono in modo positivo sulla tematica del colpo d’ariete:
- trasmissione rigida non reattiva, ma indipendente dalla pressione del fluido. In questo modo, oscillazioni o colpi d’ariete nel fluido non si ripercuotono sulla posizione della valvola. Si raccomandano ad esempio le valvole compatte.
- La struttura meccanica specifica della valvola rispetto alle valvole di processo azionate pneumaticamente non presenta molle e offre un’elevata resistenza a urti e vibrazioni.
- La velocità di attuazione delle valvole motorizzate può essere impostata con precisione attraverso una funzione del software. In questo modo è possibile aprire e chiudere lentamente le valvole in maniera consapevole, al fine di evitare di aumentare inutilmente la pressione nel sistema e ridurre al minimo gli effetti associati.
Valvole a Membrana
Inoltre, specialmente nei settori farmaceutico e biotecnologico, è possibile impiegare valvole a membrana azionate pneumaticamente o elettromotorizzate. A differenza delle valvole a sede, questo tipo di valvola può essere impiegata indipendentemente dalla direzione del flusso, ma è soggetta agli stessi criteri (valore Kv, pressione massima...) delle valvole a sede.
Per le valvole a membrana è necessario considerare che, in caso di colpo d’ariete, si possono verificare perdite a breve termine verso l’esterno (non solo attraverso il fermo), che all’inizio compaiono durante il breve momento del colpo d’ariete. Qualora la membrana non fosse danneggiata, nel migliore dei casi la valvola può continuare a svolgere la sua funzione normale.
Possibilità di Ottimizzazione nei Sistemi Esistenti
Nei sistemi esistenti sono presenti vari punti di approccio per contenere successivamente il pericolo del colpo d’ariete. Questo tipo di adeguamento a livello di sistema deve essere preso in considerazione esclusivamente da un tecnico di processo che dispone di una conoscenza globale dell’intero processo.
Tra le misure possibili vi sono:
- Scambio di valvole singole con valvole con tempi di apertura e chiusura regolabili.
- Installazione di farfalle e livelli di tubature per ridurre la portata del fluido attraverso la valvola e chiudere la valvola più lentamente.
- Riduzione della velocità di chiusura delle valvole di processo pneumatiche attraverso il contenimento del carico e scarico pneumatico dell’azionamento pneumatico.
- Utilizzo di attuatori elettromotorizzati con configurazione dei tempi di apertura e chiusura.
- Limitazione della variazione di velocità nel sistema.