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La pompa a tubo di Pitot (detto anche “pompa a cucchiaio”) rappresenta una pompa ad azione dinamica che è in grado di creare un’alta prevalenza a bassa portata. Un tratto distintivo di questo tipo di macchine idrauliche è la presenza nella sua struttura - come dice anche il nome – del tubo di Pitot (cucchiaio).
Il tubo di Pitot è uno strumento per la misurazione della pressione dinamica nel flusso del fluido o del gas e deve il suo nome all’ingegnere idraulico francese Henri Pitot. Strutturalmente, lo strumento rappresenta un tubo ad L che si inserisce nel flusso misurato in modo tale che un’estremità è disposta tangenzialmente alla corrente e l’altra si sporge in su, oltre i limiti del flusso. Nell’ipotesi più semplice tutte e due le estremità del tubo sono scoperte, ma quella che si sporge oltre i limiti del flusso può essere collegata allo strumento di misura.
A titolo d’esempio, prendiamo un canale, all’interno del quale scorre un fluido avente la pressione totale Рtot uguale alla somma della pressione statica (Рst) e della pressione dinamica (Рdin). Qualora nel canale fosse inserito un tubo normale senza curva, nel punto della sua estremità sarebbe presente solo la pressione statica, sotto l’effetto della quale il fluido nel tubo si alzerebbe ad una certa altezza Hst. Nel caso del tubo di Pitot fatto a forma di L (con la curva) la situazione sarà diversa, in quanto nel punto d’ingresso nel tubo, oltre alla pressione statica Рst, sarà presente anche la componente dinamica del flusso del fluido Рdin, dato che il flusso avrà la possibilità di penetrare nel tubo. Perciò, il fluido dentro il tubo di Pitot si alzerà all’altezza superiore rispetto al tubo normale, e questa sovraelevazione caratterizzerà la componente dinamica di pressione del flusso Hdin = V²/(2•g), in base alla quale è possibile ottenere la velocità del flusso V = √(2•g•Hdin).
Tra i componenti principali delle pompe a tubo di Pitot si annoverano il corpo fisso, il rotore che ruota all’interno del corpo e i canali adduttore e abduttore. Da tutte le altre pompe di tipo dinamico quelle a cucchiaio si differenziano per la struttura del rotore e del canale abduttore. I canali adduttore ed abduttore sono parte integrante del corpo e restano fermi durante il funzionamento. La parte rotante, e cioè il rotore rappresenta un elemento a tamburo chiuso che può essere dotato di palette radiali per l’aggiuntiva turbolizzazione del flusso. Il fluido si conduce al rotore seguendo la direzione assiale. Nello stesso posto si trova anche il canale abduttore (cucchiaio) che rappresenta, in forma trasformata, il tubo di Pitot. Il cucchiaio si monta in modo tale che il suo foro di presa si collochi il più lontano possibile dall’asse di rotazione del rotore. Ciò mentre il rotore stesso è collocato sull’albero che, a sua volta, si appoggia su due cuscinetti.
Lungo il canale adduttore il fluido si conduce al rotore ed entra dentro attraverso il foro assiale. Quindi, sotto l’azione della rotazione del rotore il fluido viene coinvolto nel moto rotatorio. Una parte del flusso si dispone sul foro d'ingresso del cucchiaio dove il grosso dell’energia cinetica del moto del fluido si trasforma in energia potenziale di pressione. Successivamente, il fluido pompato si trasferisce lungo il canale del cucchiaio nella bocchetta di mandata. L’ingresso del tubo di Pitot viene collocato nella periferia dell'anello liquido rotante, in quanto è proprio lì che la velocità del flusso è la maggiore.
Vantaggi:
- Alta prevalenza a bassa portata
Tale vantaggio viene dato dalla presenza del tubo di Pitot nella struttura della pompa. Le dimensioni relativamente piccole del foro d’ingresso del tubo garantiscono la bassa portata totale, mentre la struttura del tubo permette di iniettare alta prevalenza nel volume del fluido spostato.
- Struttura semplice
A differenza delle pompe a vortice, insieme alle quali quelle a cucchiaio occupano una nicchia d’uso analoga, dove si chiede un rigido rispetto del gioco tra lo statore e il rotore, le pompe a tubo di Pitot presentano esigenze meno dure nei confronti della precisione dei giochi, il che semplifica la loro progettazione e produzione. Se si volesse mettere a confronto le pompe a cucchiaio con le pompe volumetriche che anch’esse sono capaci di creare alte prevalenze a passe portate, in una serie di casi si evidenzierebbe, altresì, una forte differenza relativa alle caratteristiche costruttive. Non solo, ma le pompe a tubo di Pitot garantiscono un’alimentazione del fluido molto regolare.
- Elevate proprietà della cavitazione e alto rendimento
I vantaggi elencati si riferiscono, esclusivamente, al confronto con le pompe a vortice, il che, certo, non sminuisce in nessun modo la loro importanza, in quanto in molti casi le pompe a cucchiaio possono essere usate, con successo, proprio in qualità di ottima alternativa più razionale.
- Industria chimica e petrolchimica
Le pompe a tubo di Pitot trovano ampio impiego nella produzione chimica dove occorre alimentare piccoli volumi di fluidi ad alta pressione (iniezione di agenti frigoriferi nel sistema di raffreddamento oppure di reagenti nell’attrezzatura in cui avviene una continua reazione di fusione).
- Pompaggio di gas liquefatti
Con l’uso di pompe a cucchiaio possono essere trasportati vari idrocarburi liquefatti come, ad esempio, propano, butano, ecc., nonchè le loro miscele.
- Trasporto di liquidi con inclusioni solide e di metalli liquidi
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