I motori idraulici svolgono la funzione inversa delle pompe, cioè convertono l’energia idraulica in energia meccanica di tipo rotatorio. Come per le pompe, anche per i motori esiste una ampia gamma di forme e principi costruttivi. Gran parte delle considerazioni costruttive fatte per le pompe volumetriche possono essere riferite anche ai motori volumetrici corrispondenti.

Tipi di Motori Idraulici

Pochi tipi di motori sono utilizzabili sia a velocità di rotazione molto basse che a quelle superiori a 1000 RPM. I motori lenti detti anche motori LSHT (Low Speed High Torque) oltre a presentare basse velocità di rotazione presentano coppie elevate e sono ideali per tutte quelle applicazioni nelle quali l’utilizzatore richiede un carico notevole e basse velocità; infatti in questi casi un motore veloce, oltre a lavorare male, richiede ingombri e, quindi, costi molto più elevati.

Nell’esempio in esame, ciò è realizzato tramite un anello fisso che presenta una serie di condottini disposti in direzione assiale, di questi una metà (pari al numero delle camme) è posta in comunicazione con condotto toroidale in comunicazione con l’ammissione e l’altra metà con un condotto toroidale collegato allo scarico. Il rotore, all’interno del quale sono realizzati i cilindri in cui alloggiano i corrispondenti pistoni, presenta, per ciascun cilindro, un condottino disposto anch’esso in direzione assiale e collegato al cilindro stesso. Questo condotto, a causa della rotazione del rotore, viene in contatto, alternativamente, con i condotti fissi di alta e bassa pressione.

La versione multicorsa di questi motori presenta, al posto del piatto inclinato, un disco che è disposto perpendicolarmente all’asse di rotazione. Solo i motori a palette fanno eccezione in quanto all’avviamento, per l'iniziale assenza delle forze centrifughe, le palette non riescono ad aderire sufficientemente ai fianchi dello statore per fare una adeguata tenuta, conseguentemente la coppia di avviamento si riduce notevolmente.

Idraulica: Fondamenti e Importanza

L’Idraulica è una branca dell’ingegneria che si occupa del controllo e della trasmissione delle forze e dei movimenti dei fluidi, come l’acqua e l’olio, attraverso sistemi di tubazioni, valvole e componenti idraulici. Questa disciplina è fondamentale perché è alla base di numerosi aspetti della nostra vita quotidiana e svolge un ruolo cruciale in settori come l’industria, l’edilizia e il trasporto. Senza sistemi idraulici efficienti, molte delle comodità e delle tecnologie che diamo per scontate non sarebbero possibili.

Applicazioni Pratiche dell’Idraulica:

  • Automobili: I sistemi idraulici sono ampiamente utilizzati nei veicoli, ad esempio per i freni idraulici che consentono di arrestare il veicolo in modo rapido ed efficace. Inoltre, i sistemi di sospensione idraulica migliorano il comfort di guida.
  • Impianti industriali: L’industria utilizza sistemi idraulici per il movimento di attrezzature pesanti, come macchine per la pressatura, presse idrauliche e gru. Questi sistemi consentono di applicare forza e movimento con precisione.
  • Edilizia: Gli impianti idraulici sono alla base delle reti di distribuzione dell’acqua nelle case e negli edifici. Questi sistemi forniscono acqua potabile, riscaldamento e raffreddamento, nonchĂ© il drenaggio delle acque reflue.
  • Settore agricolo: L’irrigazione agricola è un’applicazione chiave dell’Idraulica, dove l’acqua viene trasportata e distribuita attraverso sistemi di tubazioni e pompe per l’irrigazione dei campi.
  • Settore aerospaziale: Nell’industria aerospaziale, l’Idraulica è utilizzata per il funzionamento di sistemi di controllo del volo, carrelli di atterraggio retrattili e movimenti di parti mobili nelle navicelle spaziali.
  • Macchine agricole e da cantiere: Bulldozer, escavatori, trattori e altre macchine pesanti spesso utilizzano sistemi idraulici per controllare i bracci, le pale e altre parti mobili.
  • Settore marittimo: Nelle imbarcazioni, gli impianti idraulici vengono impiegati per controllare gli stabilizzatori, i timoni e altre funzioni critiche.

Flusso dei Fluidi: Concetti Chiave

Il flusso dei fluidi è il movimento di liquidi o gas in un sistema, che può essere descritto e analizzato attraverso una serie di concetti chiave:

  • Portata: La portata, indicata solitamente con il simbolo “Q,” rappresenta la quantitĂ  di fluido che attraversa una sezione di un condotto in un dato intervallo di tempo.
  • VelocitĂ : La velocitĂ  del fluido è la distanza percorsa dal fluido in un certo intervallo di tempo.
  • ViscositĂ : La viscositĂ  è una proprietĂ  del fluido che misura la sua resistenza al flusso.

Equazione di ContinuitĂ 

L’equazione di continuità è una legge fondamentale dell’Idraulica che descrive la conservazione della massa in un sistema idraulico. Essa afferma che la massa del fluido che entra in una sezione di un condotto deve essere uguale alla massa che esce dalla stessa sezione, assumendo che non ci siano perdite o accumuli di massa nel mezzo. L’equazione di continuità può essere espressa matematicamente come:

A1V1=A2V2

Dove:

  • A1 e A2 rappresentano le aree trasversali del condotto nelle sezioni iniziali e finali.
  • V1 e V2 rappresentano le velocitĂ  del fluido nelle stesse sezioni.

Pressione nei Sistemi Idraulici

La pressione nei fluidi è una misura della forza esercitata da un fluido su una superficie. Essa si manifesta nei sistemi idraulici quando un fluido, come un liquido incompressibile (solitamente olio) o un gas, viene confinato in un contenitore o un sistema di tubi. La pressione si esprime in unità di forza per unità di area, come pascal (Pa), bar, psi (libbre per pollice quadrato), o atmosfere (atm). Nel contesto idraulico, la pressione è fondamentale per generare e trasmettere forza e movimento attraverso il fluido.

Legge di Pascal

La legge di Pascal è un principio fondamentale dell’idraulica che afferma che “in un fluido in equilibrio, una variazione di pressione applicata in un punto si trasmette integralmente e uniformemente in tutte le direzioni.” Questo principio consente di creare dispositivi idraulici come martinetti idraulici che amplificano la forza.

Ad esempio, consideriamo un martinetto idraulico composto da due cilindri collegati da un tubo, uno grande (cilindro di uscita) e uno piccolo (cilindro di ingresso). Se si applica una forza verso il basso sul pistone del cilindro di ingresso, la pressione aumenta nel fluido in quel cilindro. Poiché la legge di Pascal stabilisce che questa pressione si trasmetterà uniformemente attraverso il fluido, essa si rifletterà nel cilindro di uscita, generando una forza maggiore sulla superficie del pistone del cilindro di uscita.

Differenza tra Flusso e Pressione

Il flusso e la pressione sono due concetti intimamente interconnessi nei sistemi idraulici. La relazione tra di essi è fondamentale per comprendere il comportamento dei fluidi all’interno di tali sistemi.

Legge di Bernoulli

La legge di Bernoulli è un principio fisico che descrive la relazione tra la pressione, la velocità e l’altezza di un fluido in movimento. Secondo questa legge, in un fluido ideale (non viscoso) in movimento lungo una tubazione, quando la velocità del fluido aumenta, la pressione diminuisce e viceversa.

Equazione di ContinuitĂ 

Come descritto in precedenza, l’equazione di continuità afferma che la massa del fluido che entra in una sezione di un condotto deve essere uguale alla massa che esce dalla stessa sezione. Questo significa che se l’area del condotto si restringe (causando un aumento della velocità del fluido), la pressione diminuirà per mantenere costante la portata. Al contrario, se l’area si allarga (riducendo la velocità del fluido), la pressione aumenterà per mantenere costante la portata.

Applicazioni Pratiche e Esempi

I principi di flusso e pressione nei sistemi idraulici trovano applicazione in numerose situazioni reali. Ecco alcuni esempi:

  • Freni Idraulici in un’Auto: Sfruttano i principi di pressione e flusso idraulico per rallentare il veicolo.
  • Escavatori e Macchine da Cantiere: Utilizzano sistemi idraulici per controllare bracci e altre parti mobili.
  • Sollevamento di Carichi Pesanti con Martinetti Idraulici: L’aumento della pressione del fluido consente di sollevare carichi pesanti.
  • Sistemi di Alimentazione Idraulica in Aerei: Controllano flaps, timoni e carrelli d’atterraggio.
  • Presse Idrauliche in Industria: Utilizzate per la stampa di metalli e la formatura di materiali.
  • Sistemi di Sollevamento in Ascensori: Regolano la pressione del fluido per muovere l’ascensore.
  • Impianti di Trattamento delle Acque: Spostano l’acqua attraverso filtri e serbatoi.

Valvole di Ritegno: Funzionamento e Importanza

Le valvole di ritegno, o di non ritorno, sono dispositivi che, attraverso un organo di chiusura (piattello, clapet, sfera), bloccano il reflusso di fluidi nelle tubazioni e negli impianti. Svolgono un ruolo essenziale all’interno degli impianti in cui vengono installate, prevenendo problemi di flusso in direzione opposta in caso di malfunzionamenti, spegnimenti o rotture delle pompe.

Tipologie di Valvole di Ritegno:

  • Valvola di ritegno doppio battente di tipo wafer: realizzata in acciaio CF8M, installabile con flusso verticale, orizzontale o inclinato.
  • Valvola di ritegno a clapet di tipo wafer: realizzata in acciaio AISI 316, installabile con flusso verticale o orizzontale.
  • Valvole di ritegno a molla: realizzate in acciaio AISI 316, con meccanismo di chiusura dipendente dall’azione di una molla.

La scelta della tipologia dipende dalle singole applicazioni e dalle decisioni in fase di progettazione. La presenza di una filiera certificata e il rispetto delle normative vigenti garantiscono la qualitĂ  dei prodotti.

Applicazioni Pratiche delle Valvole di Ritegno:

  • Cilindri idraulici: per evitare perdite di pressione in esercizio.

L'utilizzo di materiali alto-performanti, come l'acciaio austenitico AISI-316 e il PTFE (Teflon), garantisce l'efficienza e la durabilitĂ  delle valvole di ritegno in vari impianti e condizioni.

Pompe Idrauliche: Funzionamento e Caratteristiche

La funzione principale delle pompe idrauliche è quella di movimentare le acque di flusso. L'elemento essenziale che permette alla pompa di compiere questo sforzo è il motore. La pompa cosiddetta centrifuga possiede un'entrata dell'acqua (definita aspirazione), posizionata in corrispondenza dell'asse centrale dell'elettropompa. L'accensione di un motore elettrico fa muovere alcune pale, dette giranti, che spingono i liquidi pompati dal centro della pompa, verso l'esterno.

Curve Caratteristiche delle Pompe

Il disegno caratteristico di una pompa è caratterizzato da una curva. Il grafico mette in relazione 2 assi che rappresentano da un lato la massima pressione (prevalenza) prodotta dell'elettropompa e dall'altro la lunghezza portata in litri/min. Come è facile intuire, conoscendo un minimo i principi fisici che regolano la pressione dei liquidi, la pompa avrà il massimo della prevalenza e quindi della forza, quando la portata sarà pari a zero.

Accorgimenti per l'Installazione

Ogni pompa che andrà installata dovrà essere completamente piena di acqua e non contenere alcun minima particella d'aria, affinchè la possa trasferire energia all'acqua. La spurgo dell’aria avviene di solito al primo avviamento e la pompa deve essere in marcia. In caso di aspirazione da pozzo o cisterna, la tubazione dovrà disporre di una valvola di non ritorno immersa nel serbatoio, con un filtro per bloccare l'aspirazione dello sporco.

Impianti Oleodinamici: Principi di Funzionamento

In un impianto oleodinamico, l’energia meccanica viene inizialmente convertita in energia idraulica. Partendo da energia di tipo termico o elettrico tramite un motore primo è possibile azionare una pompa che genera energia idraulica.

La possibilità di partenza a pieno carico è legata alla facilità di ridurre la coppia resistente utilizzando componenti (di solito valvole) che sono già presenti nell’impianto per svolgere altre funzioni, ciò permette di evitare l’uso di frizioni. Attualmente, mediante convertitori di frequenza, è fattibile anche con sistemi elettrici-elettronici, ma l’analisi dei costi dimostra che i sistemi oleodinamici sono da preferire. Questo requisito non trova corrispondenza negli altri settori e rende quasi indispensabile l’uso di sistemi oleodinamici ogni qual volta si prevedono forti oscillazioni del carico e quindi sovraccarichi.

Rispetto a sistemi puramente elettrici-elettronici, l’oleodinamica è in grado anche di controllare movimenti estremamente lenti, per i quali i primi mostrano delle difficoltà. L’uso di un accumulatore idraulico permette di immagazzinare energia sotto forma di energia di pressione; energia che può essere utilizzata o negli istanti in cui si devono fronteggiare picchi di potenza richiesta o per completare delle operazione in caso di avaria.

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