Le macchine idrauliche rappresentano una categoria di strumenti e macchinari che sfruttano la potenza di un fluido per compiere lavoro in numerose applicazioni pesanti.

Principi Fondamentali della Potenza Idraulica

La potenza di una pompa, nota anche come potenza assorbita, rappresenta l’energia impartita al fluido pompato per aumentarne la velocità e la pressione. Tutte le pompe idrauliche, al fine di spostare e aumentare la pressione di un fluido, consumano energia.

La potenza richiesta dalla pompa dipende da una serie di fattori accessori della pompa stessa, tra cui l’efficienza del motore della pompa e la pressione. Ulteriori fattori che influiscono sulla potenza della pompa fanno riferimento alle caratteristiche di densità, viscosità e portata del fluido trasportato.

Rendimento di una Pompa

Le pompe non sono in grado di trasferire tutta l’energia che ricevono; a causa degli attriti, dissipazioni, turbolenze; per cui l’energia assorbita nell’unità di tempo dal motore, chiamata potenza assorbita, sarà maggiore di quella effettivamente acquistata dal liquido. Il rapporto tra la potenza utile e la potenza assorbita definisce il rendimento della pompa.

Il rendimento di una pompa può essere definito come il rapporto fra la potenza utile e la potenza assorbita. Nello specifico il rendimento è la capacità della pompa di trasformare energia meccanica in energia idraulica (efficienza), rappresenta la relazione tra la potenza fornita al fluido pompato (potenza idraulica) e la potenza del motore, quest’ultimo deve avere una potenza superiore a quella che si intende applicare al fluido, in modo da sopperire alla dissipazione.

Il rendimento totale di una pompa considera le perdite di carico interne alla macchina. Il rendimento volumetrico di una pompa è usato per quantificare le perdite di volume di fluido dovuto ai giochi tra girante della pompa e il relativo corpo.

La potenza della pompa che si ottiene è espressa in watt (o in kilowatt, dove 1 kW = 1000 W). Effettuare il calcolo della potenza di una pompa centrifuga è abbastanza semplice, conoscendo le diverse caratteristiche e applicando le formule riportate.

Applicazioni delle Macchine Idrauliche

Le macchine idrauliche sono utilizzate in numerose applicazioni pesanti. Il vantaggio principale di una trasmissione idraulica è il fatto di permettere la trasmissione di grandi potenze a qualunque distanza e tramite tubi flessibili: questo consente di realizzare trasmissioni disassate e senza particolari vincoli di allineamento, con il vantaggio intrinseco di avere un’ottima capacità di assorbire i picchi di carico derivanti da urti e sovraccarichi.

Inoltre la gamma di attuatori standardizzati che possono essere utilizzati nelle trasmissioni idrauliche è molto ampia. Un’altra caratteristica fondamentale dei sistemi a trasmissione idrostatica è la possibilità di moltiplicare la forza o la coppia in modo semplice e - di nuovo - in maniera indipendente dalla distanza fra ingresso e uscita, senza la necessità di un collegamento meccanico (ingranaggi, cinghie, pulegge).

Questa moltiplicazione si può realizzare in vari modi; come esempio si può pensare ai cilindri idraulici, in cui basta modificare l’area del pistone (a pari pressione) per ottenere una forza maggiore.

Tipi di Circuiti Idraulici

Nel caso dei circuiti aperti si utilizzano pompe che forniscono una portata continua di fluido, anche pompe economiche, a cilindrata costante; la gamma dei componenti accessori si limita a valvole di sfogo (per evitare sovraccarichi di pressione) e valvole di controllo (per permettere il deflusso del fluido verso il serbatoio). Per permettere il funzionamento del motore in entrambi i sensi di rotazione, è necessario invertire il flusso del fluido.

I circuiti chiusi invece permettono il funzionamento anche in modalità reversibile, ovvero con il motore che assorbe potenza (frenando l’utilizzatore). Per evitare la cavitazione, tutte le condotte vengono alimentate da una pompa ausiliaria, che fornisce una portata di poco superiore a quella di trafilamento. Una valvola di massima pressione scarica la portata in eccesso. La potenza idraulica è esprimibile come prodotto fra portata e pressione (P = Q p).

Componenti e Perdite nei Circuiti Idraulici

In realtà la potenza reale è diversa dalla potenza teorica. Si introducono quindi diversi rendimenti, sempre inferiori a 1: il rendimento volumetrico (ηq) e il rendimento meccanico (ηp) o di pressione. Per una pompa, il rendimento volumetrico esprime la portata perduta (Qeff = ηq Qteorica). Il rendimento meccanico invece (ηp) viene espresso in funzione della perdita di pressione (peff = ηp pteorica).

Per un motore le relazioni vengono invertite, in quanto il motore deve elaborare più fluido (e quindi portata) per ottenere la potenza teorica. Oltre alle perdite nelle pompe e nei motori, vanno considerate le perdite all’interno dei circuiti con trasmissioni idrostatiche. Queste sono generalmente di due tipi: localizzate o distribuite.

Le seconde sono relative alla resistenza dovuta al flusso di fluido all’interno delle tubazioni. Anche queste vengono in genere fornite dal produttore dei tubi, in genere con abachi che legano la perdita alla lunghezza della tubazione, alla sua dimensione e alla velocità del fluido.

Come già spiegato, il fluido idraulico è il mezzo che permette la trasmissione idrostatica della potenza nel circuito. Sono solitamente olii di origine petrolifera, con aggiunta di vari additivi. I campi di temperature ammesse sono, per funzionamento continuo, 130°C per olii di origine petrolifera, 200°C per esteri siliconici e 260°C per esteri.

Le pompe idrauliche forniscono fluido ai componenti nel sistema. Solitamente ricevono potenza da un motore elettrico o a scoppio, connesso tramite cinghie, ingranaggi, o accoppiamenti flessibili. Economiche, a durata elevata, dal funzionamento semplice. Sono meno efficienti perché hanno una cilindrata fissa, e sono solitamente utilizzate per pressioni sotto ai 20 MPa.

Il funzionamento è molto semplice: un motore fa ruotare una delle due ruote dentate, che trascina l’altra. Il fluido viene trascinato nei vani che si realizzano fra i fianchi dei denti e la superficie cilindrica del corpo pompa. In questo modo si genera una portata volumetrica, mentre una piccola parte di fluido defluisce all’indietro (abbassando quindi l’efficienza). Sono pompe molto diffuse, soprattutto per le applicazioni a funzionamento continuativo.

Vengono progettate in genere con un meccanismo a spostamento variabile, per modificare il flusso in uscita e controllare la pressione del sistema. In genere è presente un corpo cilindrico rotante con cilindri scavati. I pistoni sono collegati mediante cerniere e pattini al piatto inclinato (che è fisso rispetto al carter); i pistoni sono trascinati dal corpo rotante. Un’altra modalità costruttiva è quella a corpo inclinato.

Nelle pompe a pistoni assiali il numero cilindri è in genere 5 o 7, comunque dispari (per evitare punti morti). Nelle pompe a cilindrata variabile, la portata può variare per effetto di due regolazioni. Come già visto è possibile regolare la cilindrata della pompa modificando la corsa dei pistoni, ma è anche possibile modificare la velocità di rotazione del motore, e di conseguenza della pompa.

In un sistema a trasmissione idrostatica assorbono la potenza idraulica generata dalla pompa. Ipotizziamo di voler effettuare un predimensionamento di un circuito idraulico semplice, costituito da due motori che assorbono 80 Nm a 60 giri/min (500 W circa). Da catalogo si ricava il diagramma di funzionamento del motore scelto. La cilindrata richiesta Vr è pari a V = Q 1000 / n. Ipotizzando di fornire potenza alla pompa tramite un motore operante a 1000 giri/min, si ricava una cilindrata di 8.2 cm3, il 45% della cilindrata massima.

Una volta scelti i componenti principali non resta che scegliere i tubi. La scelta è facilitata dai cataloghi dei produttori, che forniscono abachi per il calcolo del diametro dei tubi in funzione della pressione. Lo stesso vale per i raccordi e per le valvole di controllo; una volta scelti questi componenti e calcolate le perdite distribuite e concentrate, è utile ricalcolare la pressione e la portata richieste alla pompa, per valutare se si è ancora nel campo di regolazione della stessa.

Spaccalegna: Un'Applicazione Pratica

Gli spaccalegna sono macchine progettate per facilitare la spaccatura della legna da ardere, un'operazione che può risultare faticosa e pericolosa se eseguita manualmente.

Caratteristiche Chiave degli Spaccalegna

Quando scegli uno spaccalegna, ci sono diverse caratteristiche chiave da tenere in considerazione per assicurarti di fare la scelta giusta:

  • Forza di spacco: espressa in tonnellate, indica la forza con cui lo spaccalegna può spingere il cuneo contro il legno.
  • Tipologia di spacco: alcuni modelli permettono lo spacco in due tronchi (spacco semplice), mentre altri possono dividere il tronco in più pezzi (spacco multiplo).
  • Corsa del cilindro: indica la distanza che il cuneo o la vite può percorrere durante la fase di spinta. Una corsa maggiore permette di spaccare ciocchi più lunghi.
  • Tipo di lama: può essere a cuneo o a X. Le lame a cuneo sono più adatte per tronchi dritti, mentre quelle a croce ( dette anche a X) sono più efficaci con tronchi nodosi.
  • Tipologia di alimentazione: può essere elettrica, idraulica o a scoppio. La scelta dipende dalle tue esigenze specifiche e dalle condizioni in cui lavorerai.
  • Tipologia di orientamento: possono essere verticali o orizzontali.

Tipi di Spaccalegna

Esistono diverse tipologie di spaccalegna, ognuna adatta a specifiche necessità e condizioni d'uso.

Spaccalegna Elettrici

Gli spaccalegna elettrici funzionano mediante un sistema oleodinamico alimentato da un motore elettrico. La pompa idraulica pressurizza l'olio in un cilindro, il quale spinge un cuneo contro il tronco di legno da spaccare. La forza di spinta, misurata in tonnellate, determina la capacità dello spaccalegna di affrontare tronchi di dimensioni e durezza differenti.

Spaccalegna Idraulici

Il funzionamento degli spaccalegna idraulici si basa sul principio della potenza idraulica. Una pompa idraulica azionata da un motore elettrico o a scoppio, genera olio in pressione che viene convogliato ad un cilindro. La forza del cilindro spinge un cuneo contro il tronco, esercitando una pressione che lo divide in due o più pezzi.

Il sistema idraulico garantisce una potenza elevata e una spinta costante, permettendo di affrontare anche legni duri e nodosi con il minimo sforzo.

Spaccalegna a Scoppio

Gli spaccalegna a scoppio funzionano grazie a un motore a benzina che aziona un sistema idraulico o a vite, generando una forza di spinta considerevole in grado di spaccare anche i ciocchi più resistenti.

Il motore aziona una pompa idraulica che pressurizza l'olio in un cilindro. Nel cilindro scorre un pistone che spinge un cuneo o una vite contro il legno.

Lo spaccalegna a scoppio è dotato di una struttura robusta in acciaio che sostiene il motore, il sistema di spinta e il tronco di legno. La struttura può essere verticale o orizzontale, a seconda del modello.

Spaccalegna a Trattore e a Cardano

Gli spaccalegna a trattore sfruttano la potenza del trattore agricolo a cui vengono collegati, generando una forza notevole e permettendo di spaccare anche i tronchi più duri e nodosi con facilità. La forza di spinta può variare notevolmente da modello a modello, arrivando a superare anche le 20 tonnellate.

Oltre agli spaccalegna a trattore, esistono anche modelli a cardano. Questi ultimi si collegano alla presa di forza del trattore tramite un albero cardanico, sfruttando la potenza del motore del trattore per azionare il meccanismo di spacco.

Gli spaccalegna a cardano sono generalmente più potenti di quelli a trattore, grazie al maggior apporto di potenza proveniente dal sistema a cardano.

Altre Applicazioni: Presse a Iniezione

La pressa a iniezione di grandi dimensioni duo è caratterizzata da un layout flessibile ...

Termini Chiave Relativi alle Pompe

In questo articolo esploreremo una serie di termini chiave legati al mondo delle pompe. Scopriremo insieme il significato e l'importanza di questi termini nel contesto delle pompe. Continua a leggere per ampliare la tua conoscenza in questo affascinante settore.

  • 50 Hz e 60 Hz: L’Hertz è l’unità di misura del Sistema Internazionale della frequenza. Nell’erogazione della corrente elettrica alternata può essere a 50 Hz (Europa, Asia e Australia) o 60 Hz (quasi solo le Americhe).
  • Acque cariche: Acque non trattate e liquami non depurati contenenti fibre, frammenti tessili ed altri corpi solidi, inclusi gli scarichi da WC, provenienti da sistemi di scarico domestici, aziende agricole e industrie.
  • Acque di drenaggio: Per acqua di drenaggio si intende l’acqua non depurata, non trattata contenente particelle solide uguali o inferiori a 10 mm proveniente da abitazioni, aziende agricole e piccole industrie (esclusi scarichi da WC).
  • Acque Nere / Acque grigie / Acque bianche: Acque non trattate e liquami non depurati contenenti fibre, frammenti tessili, corpi solidi in sospensioni e materiale fecale.
  • ACS - Attestation de Conformité Sanitaire: ACS è una certificazione francese istituita nel 1999 che attesta la conformità sanitaria (ACS) dei prodotti.
  • Adescamento: Si definisce adescamento di una pompa la fase durante la quale la macchina cerca di riempire di liquido il corpo pompa ed il condotto di aspirazione.
  • AISI XXXX: È un acronimo che sta per American Iron and Steel Institute (AISI), l’associazione di produttori nord americani di acciaio.
  • Altezza geodetica/geometrica: Si misura in metri e rappresenta la differenza di livello tra la posizione in cui si trova la pompa e la superficie del liquido da sollevare.
  • Autoclave: La parola indicherebbe un sistema a chiusura ermetica realizzata tramite la differenza di pressione.
  • Avviamento DOL: Dall’inglese Direct On Line (DOL), cioè avviamento diretto è l’alternativa all’avviamento stella-triangolo (star delta in inglese).
  • Baderna: Intreccio di fili usato per la tenuta meccanica o come guarnizione.
  • Bar: Unità di misura della pressione. La misura ufficiale per il Sistema Internazionale è il Pascal Pa.
  • Bronzina: È sinonimo di cuscinetti, che possono essere a strisciamento (preferiti nei casi in cui lo spazio di montaggio sia ridotto o le vibrazioni presenti siano elevate) o radenti.
  • C.A.T.: Acronimo che viene usato per indicare i nostri Centri di Assistenza Tecnica, si tratta dei nostri centri di assistenza autorizzati, divisi per area geografica di competenza.
  • Cataforesi: Nel linguaggio comune per cataforesi si intende la "verniciatura per cataforesi", un trattamento di verniciatura che conferisce a elementi in leghe, acciaio o ferro una certa resistenza alla corrosione.
  • Cavitazione: Quando si parla di cavitazione riferita alle pompe ci si riferisce al fenomeno che si verifica quando la pressione in un punto interno della pompa si abbassa facendo trasformare il liquido in stato gassoso (delle bolle, quindi delle cavità).
  • Cestello: Si tratta di un contenitore a forma di secchio traforato che, nelle pompe permette, di filtrare corpi solidi in sospensione nel liquido.
  • Circolatore: Si intende una pompa, per acqua sanitaria e/o per riscaldamento, che quindi funziona in un circuito chiuso facendo circolare sempre la stessa acqua.
  • Circolatore a rotore bagnato: È un circolatore in cui il rotore è raffreddato dal liquido stesso.
  • Classe di isolamento termico dei motori elettrici: Si tratta della norma CEI 15-26 istituita dal Comitato Elettrico Italiano che indica la temperatura massima di esercizio di un motore elettrico (la temperatura massima che un motore può raggiungere prima di guastarsi).
  • Collegamento a stella: Tipo di collegamento elettrico nei motori trifase, il simbolo per il collegamento a stella è Y.
  • Collegamento a triangolo: Tipo di collegamento elettrico nei motori trifase, il simbolo per il collegamento a triangolo è ∆.
  • Collegamento stella-triangolo: È un tipo di collegamento elettrico che si usa nei motori trifase per ridurre l’assorbimento in fase di avvio, passando dal collegamento a stella (assorbimento minore) a quello a triangolo (assorbimento nominale del motore).
  • Colpo d’ariete: Il colpo d'ariete è un fenomeno idraulico che si presenta quando una valvola viene aperta improvvisamente o il flusso di liquido in movimento al suo interno viene bruscamente bloccato.
  • Condensatore: Componente elettrico che permette il funzionamento di motori monofase. È necessario per garantire lo spunto dei motori monofase durante l’avvio. Non è presente nei motori trifase.
  • Condotto/Tubazione di aspirazione: Il tubo da cui entra il liquido in una pompa.
  • Contatto pulito: Per contatto pulito si intende un contatto elettrico privo di tensione in uscita.
  • Corrente alternata: La corrente alternata (CA o AC “Alternating Current”) è una forma di distribuzione dell’energia elettrica caratterizzata da due flussi di energia.
  • CW Clean Water / DW Dirty Water: È utile conoscere la qualità dell’acqua che la pompa andrà a muovere, (normale, con componenti chimiche, con solidi) perché per ogni tipo di acqua corrisponde una pompa diversa con determinate caratteristiche valutate da test di laboratorio.
  • Dip Switch: Componente elettronico impiegato nei dispositivi elettronici formato da un gruppo di interruttori modificabili manualmente senza l’ausilio di strumenti.
  • ErP: È un acronimo in lingua inglese che significa Energy Related Products.
  • Ethernet/Cavo Ethernet: Ethernet è un gruppo di tecnologie per la connessione di rete di dispositivi.
  • FAQ = Frequently Asked Questions: Questa sezione del nostro sito. Letteralmente significa “Domande chieste di frequente”, domande frequenti in italiano.
  • FDA: FDA è un acronimo che indica Food and Drug Administration, l'ente statunitense che si occupa di regolamentare i prodotti farmaceutici e alimentari in commercio negli Stati Uniti d'America.
  • Flangia: Piastra circolare per l’accoppiamento di tubi tramite viti o bulloni.
  • Girante: È un disco con delle alette che fa fluire un liquido aspirandolo da una tubazione e spingendolo in un’altra grazie alla forza centrifuga.
  • Girante a rasamento: Tipo di girante detta a “rasamento” perché più vicina al fondo del corpo pompa, quindi inadatta al pompaggio di corpi solidi ma utile per il pompaggio di acque pulite.
  • Girante arretrata: Tipo di girante utilizzata principalmente nelle pompe adatte al drenaggio di acque luride.
  • Giranti aperte: Indicate per pompare liquidi con in sospensione corpi solidi.
  • Giranti chiuse: Non adatte per pompare liquidi con in sospensione corpi solidi, rispetto a quelle aperte hanno un rendimento maggiore.
  • Glicole: Composto organico che viene solitamente usato come liquido antigelo in circuiti destinati al riscaldamento o raffrescamento.
  • HP (Horse Power): Horse Power o “cavallo vapore britannico” è un'unità di misura della potenza meccanica.
  • Installatore: Un idraulico o un elettricista che esegue l’opera di installazione del prodotto.
  • Interruttore differenziale: Dispositivo di sicurezza che interrompe il flusso elettrico in caso di dispersione elettrica o folgorazione fase-terra, detto comunemente “interruttore salvavita”.
  • Interruttore magnetotermico: Dispositivo di sicurezza che interrompe il flusso di corrente elettrica in caso di sovraccarico o cortocircuito.
  • Inverter: Si tratta di un dispositivo che varia la tensione e la frequenza della corrente alternata in uscita, permettendo di variare anche la velocità di funzionamento di un motore elettrico (nel nostro caso di quello presente nelle pompe) facendo risparmiare energia ed usura delle stesse poiché invece di funzionare sempre alla massima velocità possono funzionare a velocità variabile in base al carico di lavoro.
  • IoT: È un acronimo inglese che sta per Internet of Things, in italiano Internet delle cose (o Internet degli oggetti).

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