oleodinamica teoria avanzata
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OleodinamicaTRANSCRIPT
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OLEODINAMICAOLEODINAMICAOLEODINAMICAOLEODINAMICA(e PNEUMATICA)(e PNEUMATICA)
Prof. Ing. MASSIMO MILANIProf. Ing. MASSIMO MILANI
Facolt di Ingegneria Sede di Reggio EmiliaFacolt di Ingegneria Sede di Reggio Emilia
Dipartimento di Scienze e Metodi dellIngegneria
Via Amendola, 2 Padiglione Morselli
i ili42100 Reggio Emilia
Tel. 0522 522 223 Mob. 331 6350514
OLEODINAMICA - 1
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SVILUPPO DEL CORSO
I t d i ll' l di iIntroduzione all'oleodinamicaPrincipali settori applicativi. Fluidi Idraulici Industriali.
Fondamenti di Meccanica dei Fluidi. La simbologia UNI-ISO.
Macchine Volumetriche Motrici ed OperatriciCilindrata, portata e potenza. Caratteristica stazionaria e diagramma di indicatore Rendimenti volumetrico idrodiagramma di indicatore. Rendimenti volumetrico, idro-
meccanico e totale. Architettura delle principali unit motrici ed operatrici
Modelli teorico-numerici per la scelta ed il progetto delle hi l i hmacchine volumetriche
Valvole di RegolazionegComponenti On-Off e proporzionali. Caratteristiche di
funzionamento stazionarie. Distributori On-Off e proporzionali. Curve di metering. Forze agenti sugli elementi
mobili delle valvole
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mobili delle valvole
Modelli di calcolo per la progettazione dei componenti
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Dispense a cura del Docente
BIBLIOGRAFIA
R. Paoluzzi, G.L. Zarotti Oleodinamica 2004
Quaderni Tematici del CEMOTER-CNR:G. Luca Zarotti Circuiti Oleodinamici 1997G Luca Zarotti Fluidi Oleodinamici 1998G. Luca Zarotti Fluidi Oleodinamici 1998G. Luca Zarotti Oleodinamica Termica 2000G. Luca Zarotti Trasmissioni Idrostatiche 2003
N. Nervegna Oleodinamica e Pneumatica Vol. 1, 2,3 Politeko (TO), 2003.(TO), 2003.
OBIETTIVO FORMATIVOFornire le conoscenze di base per la comprensione del
funzionamento e per la progettazione di massima di macchine e componenti oleodinamici
ESAMEESAME
Iscrizione e Verbalizzazione on-line
Test Scritto (2 ore)
M l d 25 M M l d 08 A il
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Mercoled 25 Marzo Mercoled 08 Aprile
Mercoled 15 Aprile
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FLUID POWER (OLEODINAMICA)
l d l ( l ) tecnologia interdisciplinare (meccanica + elettronica)
trasmissione e modulazione della potenza
fluido incomprimibile come vettore fluido incomprimibile come vettore
acqua, olio minerale, liquidi sintetici
Settori Applicativi
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SISTEMI SISTEMI OLEODINAMICIOLEODINAMICI
in ininM
in in
MP
F v=
inH in inP Q p=
outP Q p= 1
2
out outout MP
H out outP Q p
outM
TOT 1 2 3i
P = = 3
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out outoutM
out out
PF v
= TOT 1 2 3in
MP
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Il processo di trasferimento contiene tre elementi logici (blocchi costitutivi)
Utilizzatore, che produce il servizio utile
Trasformatore, che rende sorgente ed utilizzatore compatibili
Supervisore, organo decisionale che scambia informazioni con trasformatore ed utilizzatore
Ogni blocco costitutivo presente tra sorgente e pozzo, ad
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Og b occo cost tut vo p ese te t a so ge te e po o, adeccezione dellutilizzatore, dissipa energia (potenza),
trasferendola virtualmente al pozzo
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TRASMISSIONI DI POTENZA
La formulazione generale dei problemi energetici legati allottenimento di un dato servizio utile indipendente dal campo applicativo
L i l i d i bl i ti i l tiLa risoluzione dei problemi energetici legati allottenimento di un dato servizio utile invece particolare, e fortemente dipendente dal campo applicativo
Trasmissioni di Potenza Meccaniche e Oleodinamiche
Sorgente di Energia = riserva di combustibile liquido
= rete di distribuzione elettrica= rete di distribuzione elettrica
Utilizzatore = insieme di organi meccanici
a comando/controllo elettro-idraulico
Trasformatore Meccanico e Oleodinamico
Deve rendere disponibile potenza meccanica ricevendo in ingresso potenza elettrica o chimica
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Trasformatore Meccanico e Oleodinamico
Presenta una struttura composta da due parti distinte chePresenta una struttura composta da due parti distinte, che collaborano per realizzare le funzioni proprie del
trasformatore (adattamento tra potenza prelevata dalla sorgente e potenza richiesta dallutilizzatore)
Motore
Riceve potenza elettrica o chimica fornisce potenzachimica, fornisce potenza
meccanica
Realizza ladattamento qualitativo primario, fornendo potenza ad un albero rotantepotenza ad un albero rotante
TrasmissioneTrasmissione
Riceve e fornisce potenza meccanica
Realizza ladattamento qualitativo secondario, risolvendo le incompatibilit tra funzionamento del
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so ve do e co pat b t t a u o a e to demotore e necessit dellutilizzatore
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Classificazione delle Trasmissioni
E consuetudine identificare due parti logiche distinte
Blocco (o sottosistema) di Potenza
Risulta interessato dalla potenza fornita dal motore e la adatta alle richieste dellutilizzatore
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Blocco (o sottosistema) di Controllo( )
(o di Regolazione)
Interagisce con il supervisore ed interviene sulle tipologie di adattamento realizzate dal blocco di potenza
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SISTEMI OLEODINAMICISISTEMI OLEODINAMICI
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ANALISI DEI COMPONENTI OLEODINAMICI
Descrivere qualitativamente i collegamenti esistenti tra i diversi componenti e/o sottosistemi costituenti
Descrivere quantitativamente linterazione tra tali componenti e/o sottosistemi
1 Analisi Qualitativa1. Analisi Qualitativa
Realizzare un modello del contenuto funzionale del sistema
Comunicare e documentare in forma organica e comprensibile
P l i f i i l li i tit tiPreparare le informazioni per lanalisi quantitativa
2. Analisi Quantitativa
Generare e risolvere un modello matematico del componente
Caratterizzarne realisticamente il comportamento
Prevederne la risposta
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UNI-ISO 1219 Parte ITrasmissioni idrauliche e pneumatiche, simboli
grafici e schemi dei circuiti
SCOPO
stabilire i principi per limpiego dei simboli
definire i simboli fondamentali
fissare le regole per la disposizione dei simboli funzionali
definire le regole di combinazione dei simbolig
Teoricamente, seguendo le regole della norma, chi costruisce il circuito e chi lo interpreta ha lo
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stesso grado di comprensione
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9I simboli standardizzati sono utilizzati per rappresentare i9I simboli standardizzati sono utilizzati per rappresentare i componenti oleodinamici ed i loro collegamenti
9I simboli standardizzati esprimono una funzione, una modalit di funzionamento o di collegamento con lesterno
9Ogni componente sempre funzionalmente rappresentabile
9Ogni simbolo esprime la funzionalit del componente in condizioni di funzionamento normale, cio in posizione dicondizioni di funzionamento normale, cio in posizione di riposo o neutra
9Non rappresentano come realizzato costruttivamente un determinato componente, n le sue dimensioni
9Lunione di pi simboli a formare un circuito esprime la funzionalit del circuito, non mai indice di layout fisico
9Un simbolo complesso esprime una funzione complessa, data dalla somma delle funzioni che esprimono i simbolidata dalla somma delle funzioni che esprimono i simboli fondamentali e funzionali che lo compongono
9Nei casi particolarmente complessi vengono rappresentati solo i collegamenti fondamentali per il funzionamento del componente
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componente
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9Linea di potenza idraulicaLINEA CONTINUA9Linea di potenza idraulica9Linea di comando elettrico
LINEA A TRATTI
9Linea di drenaggio (se trasmetto Q)9Linea di pilotaggio (se trasmetto p per comandare un componente)9Setto filtrante9Posizione transitoria assunta da un componente9Posizione transitoria assunta da un componente
LINEA TRATTO - PUNTO
9Serve a racchiudere pi simboli in un solo blocco
LINEA DOPPIA CONTINUA
9Rappresenta una connessione meccanica (albero, leva, stelo di pistone)
9Verso del moto del fluido
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9Verso dellenergia trasmessa
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9Unit di conversione dellenergia9Angolo di rotazione illimitato 9Strumento di misura9Motore, pompa, compressore
9Sfera nelle valvole di non ritorno9Connessione meccanica a rotella
9Unit di conversione dellenergia9Angolo di rotazione limitato9Angolo di rotazione limitato
9Componenti di regolazione9Stato di funzionamento
9Condizionamento del fluido9Filtri, scambiatori di calore
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Stato di funzionamento
9Motore non elettrico (m.e.a.)Filtri, scambiatori di calore
9Separatori, lubrificatori
- 9Cilindro, valvola (l1
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COME COMPORRE I SIMBOLI ???Pompa Macchina volumetrica operatrice
Trascinata da un motore primo
Albero rotante a corsa angolare infinita
Elabora un fluido incompimibile
Aspira fluido da una linea di bassa pressione (Aspirazione)
Indirizza fluido ad una linea di alta pressione (Mandata)
Incrementa lenergia di pressione dellunit di massa di fluido
l b i (i l ) di d d llElabora una portata in massa (in volume) dipendente dalla cilindrata, dal regime di rotazione dellalbero, dalla differenza
di pressione tra aspirazione e mandata e dalla temperatura
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UnidirezionaleCilindrata Fissa
BidirezionaleCilindrata Fissa
BidirezionaleCilindrata Variabile
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COME COMPORRE I SIMBOLI ???
Motore Idraulico
Unidirezionale, Cilindrata Fissa
Unidirezionale, Cilindrata Variabile
Bidirezionale, Cilindrata Fissa
Martinetto
Singolo Effetto
Doppio Effetto a Stelo Passante
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Doppio Effetto ad Area Differenziale
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COMANDOAzione esercitata, anche a seguito di un input esterno, su un Azione esercitata, anche a seguito di un input esterno, su un , g p ,, g p ,
componente di regolazione per modificarne lo stato di funzionamentocomponente di regolazione per modificarne lo stato di funzionamento
Esemplificato dalla forza esercitata dal sistema di comando ideato per Esemplificato dalla forza esercitata dal sistema di comando ideato per completare lazione nella direzione volutacompletare lazione nella direzione voluta
Tipologie di ComandoTipologie di Comando
AutomaticoAutomatico Meccanico = molla, rotella, spintoreMeccanico = molla, rotella, spintore
Idraulico = pressione pilotaIdraulico = pressione pilotap pp p
Elettrico = proximity, trigger, Elettrico = proximity, trigger,
Da UtenteDa Utente Manuale = leva, pulsante, pedale, Manuale = leva, pulsante, pedale,
(Meccanico)(Meccanico)
Idraulico = stadio pilotaIdraulico = stadio pilota
Elettrico = solenoide, motore p.p.Elettrico = solenoide, motore p.p.
STATO di FUNZIONAMENTOCondizione di lavoro di un componente di regolazione che,
ottenuta mediante un comando automatico o proveniente da utente,
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pintroduce nel sistema idraulico la regolazione corrispondente ad
una delle funzioni proprie del componente di comando
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GenericoMANUALI
Pulsante in spinta
Pulsante in tiro
Pulsante in spinta e tiro
a leva Pedale semplice
Pedale a doppio effetto
MECCANICI
P l t
ELETTRICI
Solenoide
Pulsante a corsa variabile
Pulsante semplice
Solenoide in spinta
Solenoide in spinta e tirocorsa variabile
Molla
spinta e tiro
Motore Elettrico
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Rotellae co
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PILOTAGGIO
STADIO PILOTA
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COMPONENTI DI REGOLAZIONE9Funzionalmente rappresentati da un numero di quadrati adiacenti pari agli pp q p g
stati di funzionamento di riferimento
9Disegnati nella condizione di normale funzionamento, cio in quella posizione di regolazione assunta quando al componente no risultino applicati
comandi da utente
9C ll i ll di b h i i b i di li di9Collegati allesterno mediante bocche, cio tratti brevi di linea di potenza che rappresentano le possibili vie di flusso allinterno del componente
9Possono essere rappresentati anche da un rettangolo9Le posizioni intermedie di passaggio possono essere rappresentate da una
posizione in linea tratteggiataposizione in linea tratteggiata
9Se il componente a stati discreti (on/off), ogni quadrato rappresenta uno stato di funzionamento possibile
9Se il componente proporzionale, gli stati di funzionamento sono tutti quelli compresi tra gli stati di riferimento (infiniti)q p g ( )
9Il simbolo di un componente di regolazione proporzionale presenta due linee parallele al lato maggiore del rettangolo formato dai quadrati
rappresentativi gli stati di funzionamento di riferimento
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esempi
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= =
== =
=
=
= =
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COMPONENTI DI CONDIZIONAMENTO
Filtro
Riscaldatore RefrigeratoreRegolatore di T
STRUMENTI DI MISURA
n
T pp
M
Q Q (t) V (t)
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LETTURA E COMPRENSIONE
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LETTURA E COMPRENSIONE
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LETTURA E COMPRENSIONECOMPRENSIONE
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LETTURA E COMPRENSIONECOMPRENSIONE
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LETTURA E COMPRENSIONE
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LETTURA E COMPRENSIONE
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LETTURA ELETTURA E COMPRENSIONE
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LETTURA E COMPRENSIONECOMPRENSIONE
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LETTURA E COMPRENSIONE
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LETTURA E COMPRENSIONE
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LETTURA E COMPRENSIONE
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LETTURA ELETTURA E COMPRENSIONE
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LETTURA E COMPRENSIONE
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LETTURA E COMPRENSIONE
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LETTURA E COMPRENSIONE
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FLUIDI IDRAULICI
INDUSTRIALI
Fluidi Ol id li iOleoidraulici
Oli Minerali FluidiOli Minerali
Fluidi Fire Resistant
Fluidi sintetici
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Possibile Classificazione1) Oli minerali: di derivazione petrolifera, coprono
al momento gran parte delle applicazioni
2) Fluidi resistenti alla fiamma: (in inglese fire resistant) di origine prevalentemente non petrolifera e presenti in applicazioni a rischio di incendio (aeromobili civili miniere alcuniincendio (aeromobili civili, miniere, alcuni processi industriali)
3) Fluidi sintetici: derivati essenzialmente da manipolazioni chimiche tendenti a mettere amanipolazioni chimiche tendenti a mettere a disposizione prodotti con caratteristiche ottimizzate in funzione di particolari requisiti
Altre classificazioni possibili in base a: campo di applicazione (mobile, industriale, aeronautico,
i ) il ti di i i t
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marino, ecc.), oppure il tipo di impianto
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Oli MineraliCodici IdentificativiCodici Identificativi
Rif. ISO 6743-4
Gerarchia Sequenziale
1) HH caratteristiche di base)
2) HL HH + additivi antiruggine e antiossidazione
3) HR HL + additivi V.I. improvers
4) HM (HLP) HL + additivi antiusura4) HM (HLP) HL + additivi antiusura
5) HV HM + additivi V.I. improvers
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6) HG HM + additivi stick-slip effect reducers
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FireFire Resistant
Fluids
Codice di identificazione generico HF
Classificazione convenzionale, no indicazione gerarchica
Quattro categorie di primo livello, due sottocategorie
Principali raccomandazioni per il loro impiego: ISO 7745Principali raccomandazioni per il loro impiego: ISO 7745
Terminologia gergale HWBF (high water based fluids)HWCF (high water content fluids)
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microemulsioni, microdispersioni,fluidi 95/5, fluidi 90/10
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Fire Resistant
Fluids
1) HFA contengono almeno l80% di acqua HFA-E emulsioni di olio in acqua + additivi antiusura HFAS soluzioni chimiche in acquaHFAS soluzioni chimiche in acqua
2) HFB emulsioni di acqua in olio (emulsioni invertite), 40% di acqua minimo
3) HFC soluzioni di glicoli in acqua (35 60% di acqua) + additivi per migliorare la viscosit
4) HFD prodotti sintetici senza acqua HFDR esteri fosforici HFDS idrocarburi clorurati HFDT miscele dei precedenti
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HFDT miscele dei precedentiHFDU altri prodotti di sintesi
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Fluidi Sintetici1. Codice Identificativo norma ISO HS
(senza riferimento a fluidi specifici)
2 Fi li ti d li i i ti l i ( d lt t t )2. Finalizzati ad applicazioni particolari (ad alta temperatura)
3. Disponibilit e Potenzialit in continuo aggiornamento
4. Fluidi Siliconici Esteri silicati Esteri di Polialcool (polyol ester)(polyol ester)
Fluidi Ecologici
1. Meno aggressivi verso lambiente
2. Caratterizzati da unelevata Biodegradabilit
3. Fluidi Sintetici Poliglicoli HPGEsteri HE
4. Oli Vegetali HTG(di ravizzone e di girasole)
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( g )
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Additivi9 Tutti i fluidi oleoidraulici sono composti da una base e da
additivi (fino al 20%)
9 Gli dditi i i di id i d t i9 Gli additivi si possono dividere in due categorie
quelli che modificano le propriet ingegneristiche della base (antiossidanti, anticorrosivi, antiruggine, )
quelli che modificano le propriet fisiche della base (indice di viscosit, punto di scorrimento, schiumosit, usura, )
9 Lazione degli additivi un meccanismo complesso, perch la loro efficacia non assoluta ma legata al tipo di base e agli altri additivi presenti
9 Gli additivi degradano rapidamente se il fluido sottoposto a radiazioni nucleari
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Acqua9 Loleodinamica nata con lacqua (pressa di Bremah,
brevettata nel 1795) e con lacqua cresciuta fino agli albori del secolo presente, quando iniziata la di ibili d li li i lidisponibilit degli oli minerali
9 Lutilizzo dellacqua , oggi, confinato in applicazioni particolari sistemi con capacit grandissime (50000particolari sistemi con capacit grandissime (50000-100000 litri) sistemi con trafilamenti esterni molto consistenti sistemi con fluido a perdere sistemi di prova per esplosione sistemi con resistenza alla fiamma assoluta e basso costo
9 Gli anni 90 hanno segnato un momento di ripresa della proposta dellacqua come fluido per impieghi pi generali (serie Nessie della Danfoss)
9 Oggi per acqua si intende pura e semplice acqua di bi tt (t t l i dditi
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rubinetto (tap water, al massimo con un additivo anticongelante approvato dalla FDA)
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VantaggiVantaggi dellimpiego dellacqua in oleodinamica1) disponibilit ampia e a basso costo (anche se si deve tenere1) disponibilit ampia e a basso costo (anche se si deve tenere conto della variabilit di alcune caratteristiche, tra cui per esempio la durezza)
2) sicurezza assoluta rispetto al rischio incendio, che rende lacqua lunico fluido (insieme alle emulsioni HFAE)l acqua l unico fluido (insieme alle emulsioni HFAE) veramente non infiammabile
3) compatibilit assoluta rispetto allambiente, comprendendo in questultimo termine anche i materiali e i prodotti lavorati
i i ( i i i li d i li )o movimentati (esempio tipico lindustria alimentare)
SvantaggiSvantaggi dellimpiego dellacqua in oleodinamicaSvantaggiSvantaggi dell impiego dell acqua in oleodinamica1) necessit di progettare componenti totalmente nuovi, quindi costosi e con prestazioni limitate
2) scarsa capacit lubrificante) p
3) ridotta viscosit che porta ad elevate perdite volumetriche soprattutto nelle unit di generazione della potenza oleoidraulica
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Viscosit Dinamica
Legge di Newton (1687)Legge di Newton (1687)
Dinamica
=
ss
= tensione tangenziale sviluppata nel fluido tensione tangenziale sviluppata nel fluidos = gradiente di velocit in direzione perpendicolare al moto
Classificazione dei fluidi oleoidraulici in base alla viscosit
Fluidi Newtoniani La viscosit dinamica indipendente dal gradiente di velocit s
Fluidi non Newtoniani Presentano una dipendenza pi o meno Presentano una dipendenza pi o meno l d ll i it di il d ll i it di i ddcomplessa della viscosit dinamica complessa della viscosit dinamica da da
s ed eventualmente dal tempos ed eventualmente dal tempograssi, vernici, inchiostri, sostanza alimentari (latte, maionese,), cemento
In oleodinamica: emulsioni invertite e alcuni fluidi sintetici Entrambi hanno
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In oleodinamica: emulsioni invertite e alcuni fluidi sintetici. Entrambi hanno un comportamento di tipo pseudoplastico
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Fluidi non NewtonianiClassificazione in base alla dipendenza da s:Classificazione in base alla dipendenza da s:
1) Fluidi plastici: n0 = + a s 1n a = costante avente dimensioni opportune
Se n = 1 fluidi di Bingham
Viscosit apparente aCoefficiente angolare della congiungente il punto P e lorigine
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Per i fluidi plastici diminuisce al crescere di s
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2) Fluidi Pseudoplastici n = a s 1n a = costante avente dimensioni opportune
3) Fluidi Dilatanti
a costante avente dimensioni opportune
La viscosit apparente a aumenta al crescere di s
In presenza di elevati gradienti di velocit, alcuni fluidi dilatanti tendono addirittura a solidificare
(viscosit infinita)
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Fluidi non NewtonianiClassificazione in base alla dipendenza dal tempoClassificazione in base alla dipendenza dal tempo
1) Fluidi thixotropici (in genere pseudoplastici), nei quali la viscosit apparente diminuisce nel tempo quando sono soggetti ad un valore costante di s
2) Fluidi reopectici (in genere dilatanti), nei quali avviene il fenomeno opposto. Sia in questo caso che nel precedente, si tratta in genere di una sensibilit
ibil ( i )reversibile (senza memoria)
3) Fluidi viscoelastici si comportano come newtoniani ad eccezione del caso in cui siano sottoposti a grandiad eccezione del caso in cui siano sottoposti a grandi valori di s in tempi molto brevi, nel qual caso manifestano caratteristiche di elasticit
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Viscosimetro RotativoRotativo
1
2
2
Rs =R R
12R R
2
T=2 R h
12 R h Sfrutta lazione di trascinamento esercitata da un equipaggio rotante
su un equipaggio fisso collegato a un elemento di reazione
Nellintercapedine applicabile la legge di Newton
(nellipotesi che lo spessore del meato sia molto piccolo rispetto al valor medio dei raggi)
( )2 121 22
= = T R R
= c Ts R R h
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c = coefficiente caratteristico dello strumento usato
-
Vi i tViscosimetro Industriale
L di P i illLegge di Poiseuille
Moto Stazionario
Efflusso Isotermo
1 4 eth2D dh g d dt = 0 0
4 128h h L 4 = = = e eg d t c th2 0
1
32 ln e ehL D
hc = coefficiente caratteristico dello strumento usato
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Impreciso per valori ridotti di viscosit
-
195
Viscosimetro Saybolt Relazioni corrette
195[ ] 0.226cSt SUSSUS
=
135[ ] 0 220cSt SUS
32 100SUS
100SUS >
SUS = Saybolt Universal Seconds
[ ] 0.220cSt SUSSUS
= 100SUS >
Viscosimetro Engler
Grado Engler E rapporto tra il tempo di efflusso di 200 cm3del fluido in esame e quello di un ugualedel fluido in esame e quello di un uguale volume di acqua a 20 C
Per trasformazioni precise, sono disponibili appositesono disponibili apposite
tabelle di conversione
Nei viscosimetri moderni, tali trasformazioni sono gestite
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direttamente via software
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Dipendenza della viscosit dalla temperaturap
( )( ) ( )log log log 273k A t B + = + +Formula di Walther1.5 cSt
9 lid i i l fl idi di i i lif9 Valida principalmente per fluidi di origine petrolifera9 k in genere assunta pari a 0.69 A e B dipendono dal fluido in esame9 La formula tende a cadere in difetto alle temperature estreme
Diagrammi ASTM9 DTE = produzione Mobil
9 AWS = serie Hypsin Castrol
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9 I valori assoluti cos bassi costituiscono un ostacolo formidabile alluso dellacqua come fluido di lavoro
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Indice di viscosit VI9 Definita da Dean e Davis nel 19299 A un olio paraffinico, che dimostrava scarsa sensibilit alla temperatura,
fu attribuito un VI pari a 100
9 A un olio naftenico, che dimostrava notevole sensibilit alla temperatura, fu attribuito un VI pari a 0p
9 Qualsiasi altro fluido fu considerato rappresentabile da una miscela equivalente dei due fluidi di riferimento
L U 100L UVIL H
=
L = viscosit a 38 C di un olio VI0 avente viscosit pari a quella del fluido in esame a 100 C
U = viscosit del fluido in esame a 38 C
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H = viscosit a 38 C di un olio VI100 avente viscosit pari a quella del fluido in esame a 100 C
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9 Basato su una definizione arbitraria9 N i t dditi
VI ??9 Non una propriet additiva9 Ha significato fino al livello di 1009 Spesso si parla di VI pari a 140-160
scala VIE (VI extended)
9 Nella documentazione tecnica riferita al VI si osserva una frequente alternanza fra misure di temperatura in gradi Celsiuse Farenheit (preferiti soprattutto dalle fonti statunitensi)
Dipendenza della viscosit dalla pressione
9 La dipendenza opposta rispetto alla temperatura
9 Il coefficiente p0 dipende dal fluido e dalla temperatura40 MP t 20 C (t t ) p
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p0 = 40 MPa per t = 20 C (t = tamb)
p0 = 65 MPa per t = 100 C0
0
pp
p e= =
-
Densit ( ) ( )0 1 21 1b t = + + + 0 = massa volumica a pressione ambiente ed a 0 Cb = costante caratteristica
1 e 2 = gruppi adimensionali che dipendono dalla pressionet = temperatura in C
Fluido (kg/m3)Olio minerale 870 900
Acqua 1000
Acq a/glicol 1060Acqua/glicol 1060
Acqua/olio emulsionabile 920-940
Olio a base vegetale 930
Idrocarburi clorurati 1400
i f f i i
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esteri fosforici 1150
siliconi 930-1030
-
Bulk Modulus
0
0= s
VB (secante) V Vp
=
tVB (tangente) Vp p2
,t sB c=
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-
204 t+
Stime di B basate sul legame Bs-
( ) 4 435, 1.30 0.15 log 10 5.6s iB p+= + + ( ) 204 417, 1.57 0.15 log 10 5.6
t
s sB p+= + +
= viscosit cinematica in cSt a 20 Ct = temperatura in C; p = pressione in bar
Il caso dellacqua
9 Scala di B espressa in [x 102 bar]
9 Scala di t espressa in [C]
9 B assume valori maggiori rispetto agli oli minerali
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9 Sensibilit particolare alla temperatura
-
Bulk Modulus Effetti o BEffettivo Be
Bt = bulk tangente del fluido
11 1 11 g g
V V = + +
Ba = bulk dellaria
e f f a tB V V B B
= = a
a a aa
pB V k pV
= = =
ka a
ka a k
aa
p C Vp V C CV
p( )1ka a
a
p C k VV
+ =
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-
1/1 ke aB p
+1) la massa di gas non varia
1 1/1e a
ttk
a
BBk p +
= +
VVg0 : volume occupato dal gas alla pressione
0g
f
VV
=g
assoluta di 1 bar (volume normale)
Be si riduce molto alle basse pressioni mentre tende allasintoto B alle alte pressionitende all asintoto Bt alle alte pressioni
2) la massa di gas varia secondo la legge di Henry
cb : coefficiente di Bunsen (pari a 0.09 per aria in olio minerale; pari a 0.02 per ari in acqua; pari a 0 05 i i
1/
1 1/
1
1
ck
e a
c ttk
B pBB
k p +
+= +
0.05 per aria in estere fosforico)
B i B d l i l ti i / t d
ak p
( )0,c bmax c p =
OLEODINAMICA - 65
Be raggiunge Bt quando la pressione relativa pari a /cb restando successivamente costante
-
1 =
15000tB bar=1.4k =
OLI MINERALI
Conducibilit termica = 0,130-0,136 W/(mK)Calore specifico c = 1,8 kJ/(kg K) t amb
2,9 300C
Tensione di vapore = 1/1000 dellacqua
OLEODINAMICA - 66
Tensione di vapore 1/1000 dell acqua(si cavita a notevoli depressioni)
-
Temperature Caratteristiche
Autoignizione (AIT): minima temperatura alla quale si ottiene la fiamma senza innesco esterno.
Fiamma (fire point): minima temperatura alla quale si ha d i di i d di l b i ilproduzione di vapore in grado di mantenere la combustione; il
fluido si incendia a contatto con una fiamma libera; punto di fiamma del fluido.
Scintilla (flash point): minima temperatura alla quale una sufficiente quantit di fluido evaporata in modo da formare con laria ambiente una miscela combustibile che si incendia a contatto con una fiamma libera; punto di fiamma dei vapori.
Scorrimento (pour point): temperatura minima alla quale il liquidoScorrimento (pour point): temperatura minima alla quale il liquido ancora in grado di fluire.
Solidificazione: temperatura alla quale il fluido non scorre pi per effetto della forza di gravit.
Liquido fire -C flash -C AIT-COlio minerale 180 150 245Estere fosforico 330 310 610Id b l 400 380 650
OLEODINAMICA - 67
Idrocarb. clorurato 400 380 650Silicone 335 285 480
-
Vd dp dTB
= EQUAZIONE
DI STATOt ,TBDI STATO
V
p p
1 1 vT v T
= = pT
d dp dTp T
= +
t ,T T
1 1p
=
Fluido Tossicit Costo
Olio minerale Bassa 100Olio vegetale Nessuna 250
Poliglicoli Nessuna 350Esteri sintetici Nessuna 700Acqua in olio Bassa 200Acqua in olio Bassa 200Acqua glicol Bassa 400
Idrocarburi clorurati Alta 700Esteri fosforici Alta 500
OLEODINAMICA - 68
Miscele esteri-cloruri Alta 600Siliconi Bassa
-
LEGGI FONDAMENTALI DELLAMECCANICA DEI FLUIDIMECCANICA DEI FLUIDI
lo stato di un fluido in un punto (o in una regione) dello spazio viene definito in funzione di alcune
variabili di riferimento:
pressione, temperatura, densit
se il fluido non in quiete, anche la variazione della q ,velocit e della direzione del moto nel tempo
risultano necessarie
le leggi fondamentali della meccanica dei fluidi possono essere convenientemente semplificate se riferite ad un volume di controllo, cio ad una
porzione fissa dello spazio che
1. ospita un fluido in stato di quiete o di moto
2. risulta separata dallambiente mediante una superficie chiusa (detta di controllo)
3 d di di i i l
OLEODINAMICA - 69
3. dotata di porte di comunicazione con lesterno
-
CONSERVAZIONE DELLA MASSA
In assenza di reazioni nucleari, la materia in ingresso in un dato volume di controllo o esce dal volume stesso, o
in esso si accumula
La somma algebrica delle portate in massa scambiate dalLa somma algebrica delle portate in massa scambiate dal volume di controllo con lesterno deve eguagliare la variazione nel tempo della massa in esso contenuta
( ) Nd ( ) N i ii 1
d V Qdt =
=
VOLUME
out
inin
Portata in massa
Positiva se entrante nel volume di controllo
OLEODINAMICA - 70
Negativa se uscente
-
Moto stazionario in un condotto
1 1Q 2 2Q
( ) N 1 1 2 2i ii 1
1 1 1 2 2 2
Q Qd V 0 Q 0v A v Adt =
= = = =
1 21 2
2 1
1 2 2 1 21 2
v Av A
v A vA Av A v
= = = = = 2 1 1 2 11 2
1 21 2
v A v
v vA A
= == M t t i i i b t iMoto non-stazionario in un serbatoio
LSA
( ) SS S S S Sdd dLV A L Adt dt dtv A v A
= + =
1 1Q 2 2Q L 1 1 1 2 2 2v A v A=
1 21 2
S S
L d dL A Av vdt dt A A + = = = =
OLEODINAMICA - 71
S 1 21 2
1 2S S
d dL A A0 v vdt dt A A
= = = = =
-
dV d
la condizione di conservazione della massa
combinata con lequazione di stato
N
i ii 1
dV dV Qdt dt =
+ =
Vt ,T
d dp dTB =
VOLUME
out
iin
in
porta allEquazione di Continuit
N
V i ii 1
t ,T
dV 1 dp dTV Qdt B dt dt =
+ =
OLEODINAMICA - 72
t ,T
-
Equazione di Continuit N
i V ii 1
t ,T
dV 1 dp dTV Qdt B dt dt =
= + = N
t ,TBdpV cost Q = = iN i 1i
i 1 Nt ,Tt ,T
ii 1
V cost QdV V dp dt VT cost Q
Bdt B dt dp dVQ 0dt V dt
=
=
=
= = = + = = =
N
ii 1N v
v iNi 1
ii 1
v
dT 1V cost Qdt VdV dTp cost V QdT 1 dVdt dt Q 0dt V dt
=
=
=
= = = = = =
VOLUMEout in
( )
3
t ,T
3
T
V 1000 mmB 1500 2000 MPa
dp dV mm10,50,100,1000dt dt s
= = = =
( )
( )
0
0
t t 0T
t
4 3 2 1
dpp p t tdt
p 1 bar
= + =
OLEODINAMICA - 73
( ) 3N ii 1
mmQ 25,75,200,500s=
=( )4 3 2 10t 10 ,10 ,10 ,10 ,1 s =
-
EQUAZIONE DELLIMPULSOLa variazione della quantit di moto di unLa variazione della quantit di moto di un
sistema di massa m uguaglia la sommatoria degli impulsi di tutte le forze ad esso applicate
dQ FQ I F dt = = ii
Q Fdt
= iit
Q I F dt = = Il contributo non stazionario, che sussiste quando la velocit varia nel tempo, porta alla definizione della forza necessaria p , p
ad accelerare il sistema di massa m
Il contributo stazionario, che sussiste quando la velocit non cambia nel tempo, pu a sua volta cambiare se la velocit
risulta mutevole nello spaziorisulta mutevole nello spazio
( ) ( )ii
d d dv dmm v F m v m vdt dt dt dt
= = +
Invece che alle forze agenti sul volume di controllo, lequazione dellimpulso pu essere riferita ai momenti che tali forze possono
esercitare sulle superfici che delimitano il volume stesso
In questo caso, si ha che la variazione del momento della quantit
OLEODINAMICA - 74
di moto di un sistema di massa m uguaglia la sommatoria dei momenti determinate da tutte le forze ad esso applicate
-
Si consideri il sistema fluido contenuto, allistante t, allinterno del tubo di flusso compreso tra le sezioni 1 e 2
s = ascissa curvilinea di riferimento
q = velocit media della corrente nella sezione A
u = proiezione di q lungo lasse x
= inclinazione di q rispetto ad uLa componente della quantit di moto lungo la direzione x del
sistema di massa elementare ( A ds) vale2 2 2
1 1 1
S S x
xS S x
Q u A ds q cos A ds Q dx
Q q A
= = = =
OLEODINAMICA - 75
-
La variazione nel tempo della componente lungo lasse x della quantit di moto pu essere dunque calcolata come:
( )21
xx
2 1x
dQ d dQ dx Q x xdt dt dt
= =
( )i 2 1dF Q x xd =
Per cui la sommatoria delle forze applicate alla massa contenuta allinterno del volume di controllo vale:
( )( ) ( )
i 2 1i
2 1 2 1
Qdt
dQQ v v x xdt
= +
OLEODINAMICA - 76
-
CONSERVAZIONE DELLENERGIAdW
1 2
dm
dWTH
Vdm2
dm1
dWMz1z2
ds1ds2
Si consideri il generico sistema aperto formato da un volume di controllo e dalle sezioni di ingresso (1) e duscita (2)d co t o o e da e se o d g esso ( ) e d usc ta ( )
(un sistema aperto quando risulta in grado di scambiare massa, lavoro e calore con lesterno)
Si applichi il bilancio energetico al sistema nellintervallo temporale dt durante il quale
1. la massa elementare dm1 affluita allinterno del sistema attraverso la sezione dingresso (1)
2 t t l l t d
OLEODINAMICA - 77
2. contemporaneamente, la massa elementare dm2 defluita dal sistema attraverso la sezione duscita (2)
-
La massa dm1 per entrare nel sistema ha compiuto un lavoro di compressione pari a p1 A1 ds1
La massa dm2, uscendo dal sistema, ha permesso al volume di controllo di espandersi, fornendo un lavoro pari a p2 A2 ds2
Definiti:Definiti:
dWM = lavoro meccanico compiuto, in dt, dal sistema sullesterno
dWTH = energia termica introdotta, in dt, nel sistema dallesterno
21
TH M 1 1 1
vdE dW dW dm g z u2
= + + +
Lequazione di bilancio energetico del sistema aperto porta a scrivere:
TH M 1 1 1
22
2 2 2 1 1 1 2 2 2
g2
vdm g z u p A ds p A ds2
+ + +
dE = variazione dellenergia interna totale del sistema aperto
u = energia interna per unit di massa di fluido
g z = energia potenziale di posizione per u m f
OLEODINAMICA - 78
g z energia potenziale di posizione per u. m. f.
v2/2 = energia cinetica per u. m. f.
-
Considerato che: dm pA ds dV ; h u = = = +
2 21 2
TH M 1 1 1 2 2 2
v vdE dW dW dm g z h dm g z h = + + + + +
I Principio della Termodinamica
(applicato ad un sistema aperto)
TH M 1 1 1 2 2 2dE dW dW dm g z h dm g z h2 2+ + + + +
In condizioni stazionarie, il contenuto energetico e la massa del sistema devono rimanere costanti (dE = 0, dm1 = dm2 = dm)
2 2TH M 1 2
1 1 2 2
2 22 1
2 2 1 1 TH M
dE dW dW v vg z h g z h 0dm dm dm 2 2
v vg z h g z h Q L
= + + + + + = + + + + = 2 2 1 1 TH Mg g Q2 2 Il I Principio della Termodinamica pu quindi essere espresso nella
forma normalmente nota come lequazione generalizzata del equazione generalizzata del moto dei fluidi in forma termicamoto dei fluidi in forma termica (o termodinamica)( )
Tale equazione, che coinvolge energie specifiche (J/kg), indica come, tra le due sezioni di comunicazione con lesterno di un
sistema aperto, la somma degli incrementi dellenergia cinetica, dellenergia potenziale di posizione e dellentalpia del fluido deve
OLEODINAMICA - 79
eguagliare la sommatoria del calore fornito al sistema dallesterno e del lavoro compiuto dal sistema sullesterno
-
In forma differenziale, lequazione del moto dei fluidi in forma termica pu essere scritta come:
M THv dv g dz dh dL dQ + + + =Unaltra espressione, di grande utilit pratica, che pu essere
associata allequazione di conservazione dellenergia applicata a i i i i i di i i i i sistemi aperti operanti in condizioni stazionarie, nota come
equazione generalizzata del moto dei fluidi in forma meccanicaequazione generalizzata del moto dei fluidi in forma meccanica
M
dpv dv g dz dR dL 0 + + + + =s s
s
TH TH
dh du p dv v dp dpdh dqdq du p dv
dpdq dQ dR dh dQ dR
= + + = += + = + = + +
Se si esamina il moto di un fluido non viscoso (R = 0), incomprimibile
( costante), in moto stazionario tra le sezioni di ingresso ed uscita di un sistema aperto meccanicamente isolato (L = 0)
2 2 ( )2 22 1 2 12 12
dp v v p pv dv g dz 0 g z z 02
v p
+ + = + + =
E i di B illi
OLEODINAMICA - 80
v pg z cost2
+ + = Equazione di Bernouilli
-
Moto LaminareTeoria di Hagen-PoiseuilleIpotesi:p
flusso laminare
condizioni isoterme
fluido incomprimibile ( )2 21 pu r r = fluido incomprimibile fluido Newtoniano
non c moto relativo tra le particelle di fluido e le pareti
( )04u r rx=
Nikuradse
Risultati sperimentali Moto Turbolento
Ipotesi:
flusso turbolento
fluido incomprimibile
caso isotermo
2
Qcost v ==
OLEODINAMICA - 81
20
cost v r
-
Flusso attraverso orificiConsideriamo il flusso da un serbatoio (1), alla pressione p1, ( ) p p1
dove la velocit trascurabile, attraverso un orificio (2), avente sezione A2. collegaqto ad un ambiente a pressione p2 < p1
Applicando lEq. di Bernouilli tra monte e valle dellorificio:2 2 ( )21 2 2 1 2p p v 2v p p2= + =
Sotto le ipotesi che rendono applicabile lEq. di Bernouilli (efflusso stazionario ed isotermo di un fluido incomprimibile ed
( ) ( )2 2 2 1 2 2 1 22Q A v A p p A 2 p p = = =
(efflusso stazionario ed isotermo di un fluido incomprimibile ed non viscoso) la portata in massa che fluisce attraverso lorificio
pu quindi essere espressa come:
Tenuto conto delle dissipazioni conseguenti alle perdite di carico di imbocco ed alle dissipazioni viscose, la sezione di passaggio
viene convenzionalmente ridotta:A A C C A C A
( )2 EQ V D 2 D 0
V
D D
A A C C A C AC coeff . di velocit 0.96 1.00C C Re,forma, x coeff . d 'efflusso
= = = = = =
2
OLEODINAMICA - 82
( )D 0 1 22Q C A p p=
-
Analogia Elettro-Idraulica
V Q i p V Q i Con riferimento allefflusso isotermo di un fluido
incomprimibile, lequazione di continuit applicata ad un generico volume si riduce allapplicazione di una legge nodale:
1 2 ... nn
Q Q Q Q
Q
= + + +
QQ3Q2
10i
iQ
==
Q1
Per le pressioni si ha CB
0AB BC CD DAp p p p + + + =
A D1
0
0
AB BC CD DAn
ii
p p p p
p=
+ + + =
OLEODINAMICA - 83
-
Componenti di Regolazione = Componenti Dissipativi
Elemento Passivo Strozzatore Fisso o Variabile
2
D
2K C A=
Turbolento D2Q sgn p C A p=
Q K p
=
Q H p= Laminare
Serie ParalleloeqQ K p=
eq 2 2 2eq 1 2
1 1 1K :K K K
= +
eq eq 1 2K : K K K= +
OLEODINAMICA - 84
2 2 2eq 1 n
1 1 1: ...K K K
= + + ( )q q
eq 1 n: K K ... K= + +
-
Macchine Volumetriche Operatrici 1
POMPE A PISTONI ASSIALI
Introduzione
Caratteristiche di FunzionamentoGrado di irregolaritRegolazione della CilindrataComportamento StazionarioCriteri di Progettazione
-
Macchine Volumetriche Operatrici 2
principio di funzionamento
PMS PMI
c
l r2pD4
=
Macchine Volumetriche Alternative
Manovellismo di spinta
Distribuzione a valvole
Distribuzione con disco di distribuzione
A Corpo Inclinato Bent Axis
A Piastra Inclinata Swash Plate
-
Macchine Volumetriche Operatrici 3
macchine volumetriche alternative Diagramma di Indicatore
( ) ( )LIM MAX MIN MAX MININD
INDLIMIDRAULICO IDRAULICO
IND ASS
L V V p p
L p dV
LL ;L L
=
=
= =
v
-
Macchine Volumetriche Operatrici 4
n[rpm]
pMAX[bar]
VT[cm3/giro]
Rumore[dB(A)]
TOT
800 - 2500 160 - 350 80 - 800 70 - 75 0.9
-
Macchine Volumetriche Operatrici 5
a cilindrata fissa
-
Macchine Volumetriche Operatrici 6
a cilindrata variabile
-
Macchine Volumetriche Operatrici 7
a cilindrata variabile
-
Macchine Volumetriche Operatrici 8
cilindrata
K
K
K
2K K
SA
K K K SA
n
TOT k K K K K SAk 1
MEDIA T
n numeropistoni
d diametropistone
A area pistone d4
inclinazione asse corpo
s corsa pistone tra PMIePMS 2 r sen
V s A 2 A r sen
V V n s A 2 n A r sen
n regimedi rotazione Q V
=
=
=
= =
=
= =
= =
= = =
= = OT n
-
Macchine Volumetriche Operatrici 9
a piastrainclinata
n[rpm]
pMAX[bar]
VT[cm3/giro]
Rumore[dB(A)]
TOT
500 - 2000 300 5 - 80 75 - 80 0.9
-
Macchine Volumetriche Operatrici 10
a piastra inclinata
n[rpm]
pMAX[bar]
VT[cm3/giro]
Rumore[dB(A)]
TOT
1000 - 3500 380 10 - 250 70 - 75 0.89
-
Macchine Volumetriche Operatrici 11
a cilindrata fissa
a cilindrata variabile
-
Macchine Volumetriche Operatrici 12
cilindrata
K
K
K
2K K
MAX SS
K MAX K K SS
n
T K K MAX K K K SSK 1
n numeropistoni
d diametropistone
A area pistone d4
inclinazione piastra
s corsa pistone tra PMIePMS 2 r tg
V s A 2 A r tg
V cilindrata V n s A 2 n A r tg
n regimedi rotaz
=
=
=
= =
=
= =
= =
= = = =
= MEDIA Tione Q V n=
-
Macchine Volumetriche Operatrici 13
volume istantaneo
( )( )
( ) ( )( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
MAX SS
SS
MAX SS
K K K SS
velocit angolare 2 nt
s 2 r tgs b tg
btgs
b r 1 cos1s s 1 cos r tg 1 cos2
V s A A r tg 1 cos
= = =
= = =
= = =
= =
-
Macchine Volumetriche Operatrici 14
volume istantaneo
( ) ( )( )
K
1 K SS
2 K SS
2passo angolare pistonin
Posto l 'asse del pistone 1 nell 'origine del sistema di riferimentoangolare [nel seguito considerata coincidente con la posizionedi Punto Morto Superiore]
V A r tg 1 cos
V A r tg 1
= =
= = ( )
( ) ( ) ( ){ }( ) ( ) ( ){ }
K-1 K K SS K
K K K SS K
cos
.........
V s A A r tg 1 cos n 2
V s A A r tg 1 cos n 1
+
= = + = = +
1
2
K-1 K
PMS = 0 = 180
PMI
-
Macchine Volumetriche Operatrici 15
0 180 : da PMS a PMI = comunico con aspirazione
INCREMENTO DI VOLUME = ASPIRAZIONE
180 0: da PMI a PMS = comunico con mandata
DECREMENTO DI VOLUME = MANDATA
nK = 1 = 3601 FASE DI ASPIRAZIONE 1 FASE DI MANDATA
SUCCESSIVE
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
0 90 180 270 360 []
V() / VT
PMS PMS
PMI
-
Macchine Volumetriche Operatrici 16
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
0 90 180 270 360 []
V() / VT
nK = 2 = 1802 FASI DI ASPIRAZIONE
Alla conclusione della fase di aspirazione del pompante 1 segue la fase di aspirazione del pompante 2
2 FASI DI MANDATA
Alla conclusione della fase di mandata del pompante 1 segue la fase di mandata del pompante 2
-
Macchine Volumetriche Operatrici 17
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
0 60 120 180 240 300 360 []
V() / VT
nK = 3 = 1203 FASI DI ASPIRAZIONE
Alla conclusione della fase di aspirazione del pompante 1 segue la fase di aspirazione del pompante 2, alla conclusione
della fase di aspirazione del pompante 2 segue la fase di aspirazione del pompante 3
3 FASI DI MANDATA
Alla conclusione della fase di mandata del pompante 1 segue la fase di mandata del pompante 2, alla conclusione della fase
di mandata del pompante 2 segue la fase di mandata del pompante 3
-
Macchine Volumetriche Operatrici 18
derivata del volume istantaneo
( )
( ) ( )( ) ( )
1K SS
kK SS K
k k
La derivata delvolume,fatta rispetto alla posizione angolaredell 'asse delpistone (o della rotazione dell 'albero motore)vale :dV
A r tg send
.............dV
A r tg sen n 1d
dV dV t dd dt
=
= + =
3k kV dV m
dt d s =
Il valore di tale funzione corrisponde alla portata scambiata istantaneamente dal corpo pompante con gli ambienti di
aspirazione e mandata
0 180
da PMS a PMI = comunico con aspirazione
180 0
da PMI a PMS = comunico con mandata
-
Macchine Volumetriche Operatrici 19
-1.00
-0.50
0.00
0.50
1.00
0 90 180 270 360 []
dV() / dVMAX
PMS PMS
PMI
ASPIRAZIONE
MANDATA
nK = 1 = 360
-1.00
-0.50
0.00
0.50
1.00
0 90 180 270 360 []
dV() / dVMAX
ASPIRAZIONE
MANDATA
nK = 2 = 180
-
Macchine Volumetriche Operatrici 20
La somma di tutti i contributi relativi ad una particolare fase (di aspirazione o di mandata) fornisce il valore delle portate
aspirate o mandate dal singolo pompante:
( )
( )
PMIk
ASP,KPMS
PMSk
MAN,KPMI
dVQ d ( 0,in ingresso)
d
dVQ d ( 0,in uscita)
d
= >
=
=
-
Macchine Volumetriche Operatrici 21
Per una macchina dalla fasatura ideale, che presenta collegamenti con gli ambienti di aspirazione e di
mandata di ampiezza angolare pari a 180:
ASP,K MAN,K
TOT,ASP TOT,MAN
Q Q
Q Q
=
=
Allo stesso tempo, risulta evidente come per la macchina dotata di fasatura ideale debba risultare:
TOT,ASP TOT,MAN MEDIAQ Q Q= =
La portata mediamente elaborata dalla macchina, e calcolabile a partire dal calcolo della sua cilindrata,
coincide con la somma di nK contributi variabili con legge sinusoidale con langolo di rotazione dellalbero motore
-
Macchine Volumetriche Operatrici 22
La portata istantaneamente indirizzata dalla pompa allambiente di mandata una funzione variabile con
langolo di rotazione dellalbero motore
( ) ( )KPMS
nk
MK 1
PMI
dVQ
d= =
funzione che, una volta fissati i principali parametri progettuali ed operativi di una macchina a pistoni, risulta
particolarmente semplice da determinare
Allo stesso tempo, risulta immediato:
1. verificare quanto vale il rapporto tra la portata istantaneamente indirizzata alla mandata e la portata media calcolata a partire dalla definizione della cilindrata
2. visualizzare le principali caratteristiche della portata istantaneamente indirizzata alla mandata
-
Macchine Volumetriche Operatrici 23
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
0 90 180 270 360 []
QM() / QMEDIA
PMS PMSPMI
90
nK = 1 = 360
( )( )
( )( )
M ,MAX M ,MIN
M,MIN
M
M,MAX
M,MAX MEDIA
0 Q Q
Pulsazioni
Q 0 0 180
Q 0 180 360
Q 270
Q 3 Q
90
N 1
= > < <
= >
= = =
-
Macchine Volumetriche Operatrici 24
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
0 90 180 270 360 []
QM() / QMEDIA9090
nK = 2 = 180
( )( )
( )( )
M ,MAX M ,MIN
M,MIN
M
M,MAX
M,MAX MEDIA
0 Q Q
Pulsazioni
Q 0 0 , 180
Q 0
Q 90 , 270
Q 1,5 Q
90
N 2
= = = >
= >
= = =
-
Macchine Volumetriche Operatrici 25
0.80
0.90
1.00
1.10
0 60 120 180 240 300 360 []
QM() / QMEDIA30
nK = 3 = 120
( )( )
( ) ( )M ,MAX M ,MIN
M,MIN MEDIA
M
M,MAX MEDIA
0 Q Q
Pulsazioni
mQ 0.9 Q , m 0...53
Q 0
1 2nQ 1.05 Q , n 0...5
630
N 6
= = >
+ = = = =
=
-
Macchine Volumetriche Operatrici 26
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
1.20
0 90 180 270 360 []
QM() / QMEDIA
45
nK = 4 = 90
( )( )
( )M ,MAX M ,MIN
M,MIN MEDIA
M
M,MAX MEDIA
0 Q Q
Pulsazioni
mQ 0.8 Q , m 0...32
Q 0nQ 1.10 Q , n 1...4
445
N 4
= = >
= = = =
=
-
Macchine Volumetriche Operatrici 27
0.95
0.97
0.99
1.01
1.03
1.05
0 90 180 270 360 []
QM() / QMEDIA
18
nK = 5 = 72
( )( )
( ) ( )M ,MAX M ,MIN
M,MIN MEDIA
M
M,MAX MEDIA
0 Q Q
Pulsazioni
mQ 0.97 Q , m 0...95
Q 0
1 2nQ 1.02 Q , n 0...9
1018
N 10
= = >
+ = = = =
=
-
Macchine Volumetriche Operatrici 28
0.90
0.95
1.00
1.05
1.10
0 60 120 180 240 300 360 []
QM() / QMEDIA30
nK = 6 = 60
( )( )
( ) ( )M ,MAX M ,MIN
M,MIN MEDIA
M
M,MAX MEDIA
0 Q Q
Pulsazioni
mQ 0.9 Q , m 0...53
Q 0
1 2nQ 1.05 Q , n 0...5
630
N 6
= = >
+ = = = =
=
-
Macchine Volumetriche Operatrici 29
0.97
0.98
0.99
1.00
1.01
1.02
0 90 180 270 360 []
QM() / QMEDIA 12 8'
nK = 7 @ 51 4
( )( )
( ) ( )M ,MAX M ,MIN
M,MIN MEDIA
M
M,MAX MEDIA
0 Q Q
Pulsazioni
mQ 0.985 Q , m 0...137
Q 0
1 2nQ 1.01 Q , n 0...13
1412 8'
N 14
= = >
+ = = = =
=
-
Macchine Volumetriche Operatrici 30
0.90
0.93
0.96
0.99
1.02
1.05
0 90 180 270 360 []
QM() / QMEDIA 22 5'
nK = 8 = 45
( )( )
( )M ,MAX M ,MIN
M,MIN MEDIA
M
M,MAX MEDIA
0 Q Q
Pulsazioni
mQ 0.94 Q , m 0...74
Q 0nQ 1.03 Q , n 1...88
22 5'
N 8
= = >
= = = =
=
-
Macchine Volumetriche Operatrici 31
0.98
0.99
1.00
1.01
1.02
0 90 180 270 360 []
QM() / QMEDIA
10
nK = 9 = 40
( )( )
( ) ( )M ,MAX M ,MIN
M,MIN MEDIA
M
M,MAX MEDIA
0 Q Q
Pulsazioni
mQ 0.99 Q , m 0...179
Q 0
1 2nQ 1.005 Q , n 0...17
1810
N 18
= = >
+ = = = =
=
-
Macchine Volumetriche Operatrici 32
E possibile osservare come:
1. Macchine con un numero di pompanti pari risultano piirregolari di macchine con un numero di pompanti dispari;
2. Lirregolarit di una macchina decresce allaumentare del numero di pompanti
3. I valori massimo e minimo della portata istantanea sono tanto pi vicini al valore di portata media quanto maggiore il numero dei corpi pompanti
4. La distanza angolare tra i valori massimo e minimo della portata istantanea decresce allaumentare del numero dei corpi pompanti
Parametri Caratteristici dellIrregolarit
( ) ( )
M ,MAX M ,MIN
M,MAX M,MIN
MEDIA
0 Q Q
Q Qgrado di irregolarit
Q = =
=
-
Macchine Volumetriche Operatrici 33
0
10
20
30
40
2 5 8 11 14 17 20NP
%
Pompanti Dispari Pompanti Pari
Grado di Irregolarit di una Pompa a Pistoni Assiali
Fasatura Ideale
nK [%]1 157.083 14.035 4.987 2.539 1.53
11 1.0213 0.7315 0.5517 0.4319 0.3421 0.28
nK [%]2 157.084 32.536 14.038 7.8110 4.9812 3.4514 2.5316 1.9318 1.5320 1.24
-
Macchine Volumetriche Operatrici 34
0
30
60
90
1 6 11 16 21NP
0 [] Pompanti Dispari Pompanti Pari
Distanza Angolare Picco Valle della Pulsazione
Fasatura Ideale
nK 0 [ ]1 90.03 30.05 18.07 12.99 10.011 8.213 6.915 6.017 5.319 4.721 4.3
nK [ ]2 90.04 45.06 30.08 22.510 18.012 15.014 12.916 11.318 10.020 9.0
K
K
0 n dispariK
0 n pariK
2 n
n
=
=
-
Macchine Volumetriche Operatrici 35
Per una macchina dotata di una fasatura ideale si dimostra che:
( )( )
( )
0M,MAX MEDIA
0
0M,MIN MEDIA
0
00
0
Q Qsin
Q Qtan
1 cossin
= =
=
-
Macchine Volumetriche Operatrici 36
POMPE AD INGRANAGGI ESTERNI
Introduzione
ArchitetturaCaratteristiche di FunzionamentoCalcolo della CilindrataScelta della DentaturaBilanciamento Idraulico
-
Macchine Volumetriche Operatrici 37
ARCHITETTURA
-
Macchine Volumetriche Operatrici 38
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
A M
rbrp
O1 O2
1 2
AA
MM
-
Macchine Volumetriche Operatrici 39
CILINDRATA
La cilindrata di una pompa ad ingranaggi pari al volume dei vani compresi tra le due ruote e la carcassa
Tale volume pu essere ben approssimato dal volume della corona dentata di entrambe le ruote
Detti
AV = area del vano isolato tra due denti consecutivi e la carcassa della macchina
z = numero di denti della ruota dentata
b = larghezza di fascia dell'ingranaggio
una possibile espressione approssimata della cilindrata risulta essere
bzA2V Vingranaggi,T =
-
Macchine Volumetriche Operatrici 40
Il calcolo rigoroso della cilindrata discende da un approccio energetico
Determinare la coppia resistente che necessario vincere per trascinare la coppia di ruote dentate
Coppia resistente dovuta all'azione esercitata sulle ruote dentate dallazione della differenza di pressione regnante tra
le bocche
Con riferimento alla condizione di ingranamento, se si considera il bilancio di forze agenti su ogni singolo dente
della ruota di centro O2 per effetto della pressione regnante nei vani, a causa dell'ingranamento l'unico dente non
bilanciato risulta essere quello in presa
pman
O2 O1
Rt
RfRi,2
-
Macchine Volumetriche Operatrici 41
Nell'ipotesi di pressione di aspirazione nulla o, il ch equivalente, di utilizzare le pressioni relative, il dente coinvolto nel contatto risulta interessato su entrambi i fianchi dalla pressione di mandata ma, mentre tale pressione insiste tra il raggio di fondo ed il raggio di testa sul fianco sinistro, essa si limita ad interessare la sola porzione di fianco destro che sta tra il raggio di ingranamento ed il raggio di testa
Di conseguenza, il dente interessato all'ingranamento risulta sbilanciato ed interessato dalla pressione di mandata nella porzione del fianco sinistro che sta tra il raggio di fondo ed il raggio di contatto
Considerando ora l'equilibrio dei vani, il solo vano sbilanciato proprio quello prossimo al dente interessato dall'ingranamento affacciato alla pressione di mandata, visto che la pressione di mandata interessa tutto il fianco del dente che lo delimita a sinistra e solamente la porzione prima descritta del fianco del dente che lo delimita a destra (tutti gli altri vani risultano, invece, perfettamente bilanciati)
Rispetto al centro di rotazione della ruota dentata in esame, quindi, come conseguenza dell'ingranamento nasce una coppia che si oppone al verso di rotazione imposto per realizzare il trasferimento del fluido, che deve essere vinta dalla coppia motrice applicata all'albero motore
-
Macchine Volumetriche Operatrici 42
Detti
Rt = raggio di testa dellingranaggio
Rf = raggio di fondo dellingranaggio
Ri,2 = raggio di ingranamento
la coppia resistente che interessa la ruota di centro O2 pu essere determinata calcolata come( ) bpRR
21
2R
bRp2
RbRpM man2
2,i2t
2,i2,iman
ttmanO,r 2 ==
Analogamente, anche la ruota di centro O1risulter interessata da una coppia che si oppone al
moto imposto all'albero motore
( ) bpRR21
2R
bRp2
RbRpM man21,i
2t
1,i1,iman
ttmanO,r 1 ==
La coppia resistente che, complessivamente, sarnecessario vincere per mantenere in moto rotatorio
la coppia di ingranaggi vale
( ) bpRRR221M man
2i,2
2i,1
2tgir,ingranag =
-
Macchine Volumetriche Operatrici 43
Nel contatto il raggio di ingranamento risulta essere una funzione dell'angolo di rotazione
Il raggio di ingranamento varia tra un valore massimo ed uno minimo imposto dalla geometria della dentatura
Il valore massimo risulta tanto pi grande quanto minore il numero dei denti degli ingranaggi
La coppia resistente totale, di conseguenza, diventa una funzione della posizione angolare assunta dall'ingranaggio,
quindi un valore istantaneamente variabile
DettiA = punto di contatto dei dentiRp = raggi primitivi = angolo di spintaRi,1 = raggio di ingranamento ruota 1Ri,2 = raggio di ingranamento ruota 2
A
O1
B
O2
Rp
Rp
Ri,1
Ri,2
+= cosLR2LRR p22p21,i2 2 2i,2 p p
2 2p p
R R L 2 R L cos
R L 2 R L cos
= + = + +
-
Macchine Volumetriche Operatrici 44
( )= LLDistanza corrente del punto di contatto A dal punto di
tangenza delle primitive, B
Distanza variabile lungo l'arco di contatto caratteristico della dentatura, partendo da un valore massimo
all'inizio dell'arco di accesso, diventando nulla quando il punto A coincide con il punto B, e ritornando
massima alla fine dell'arco di recesso
La coppia resistente che interessa la coppia di ingranaggi in presa calcolabile come
( ) ( )2 2 2r,ingranaggi man t pM p b R R L = Allo stesso tempo, la portata istantanea
offerta alla bocca di mandata di una pompa ad ingranaggi esterni risulta definita come
( ) ( )
( )
r,ingranaggiT,ingranaggi
man2 2 2t p
MQ
p
b R R L
= =
-
Macchine Volumetriche Operatrici 45
Il valore della portata istantanea risulta correlato, di conseguenza, alla variabilit della funzione L ()
allinterno del passo angolare che interessa lingranamento
La portata istantanea assume valori massimo e minimo imposti, a parit di raggi caratteristici della
dentatura, dal numero di denti
L'irregolarit di una pompa ad ingranaggi, di conseguenza, diminuisce all'aumentare del numero di
denti (anche se contemporaneamente si abbassa la cilindrata per dato ingombro ed aumenta il costo)
-
Macchine Volumetriche Operatrici 46
La cilindrata pu essere determinata mediante il calcolo della portata media
A partire dalla definizione di portata istantanea, la si integri allinterno del passo angolare per cui due denti
risultano interessati dallingranamentozz ( )
( )
zT,ingranaggi T,ingranaggi
zz
2 2 2t p
z
Q Q d
b R R L d
=
=
( )
T,ingranaggi T,ingranaggiT,ingranaggi
z2 2 2t p
z
Q QV
n 2
2 b R R L d
= = =
Nel caso di una dentatura ad evolvente, la pi comune, a z denti
+= 2
222p
2tevolvente.ing,T
z3cos1RRb2V
-
Macchine Volumetriche Operatrici 47
DENTATURA PARAMETRI PRINCIPALINumero di denti zModulo di riferimento mAngolo di pressione di riferimento Diametro di testa dtDiametro di fondo dfCorrezione xRaggio di raccordo di testa utensile rr
Numero di denti z 12
Modulo di riferimento m 1 mod
Angolo di pressione di riferimento
20
Diametro di testa dt 14.49 mod
Diametro di fondo df 9.49 mod
Correzione x 0.039 mod
Raccordo di testa utensile rr
Max mod
DENTE TIPO ADENTE TIPO A
-
Macchine Volumetriche Operatrici 48
SCELTA DELLA DENTATURADENTE TIPO BDENTE TIPO B
Numero di denti z 12
Modulo di riferimento m
1 mod
Angolo di pressione di riferimento
18
Diametro di testa dt 14.9 mod
Diametro di fondo df 9.3 mod
Correzione x 0.174 mod
Raccordo di testa utensile rr
Max mod
CONFRONTOCONFRONTO
DENTE TIPO ADENTE TIPO A DENTE TIPO BDENTE TIPO B
-
Macchine Volumetriche Operatrici 49
INFLUENZA DELLANGOLO DI PRESSIONE
= 21= 21 = 18= 18
INFLUENZA DELLA CORREZIONE
x = 0x = 0
-
Macchine Volumetriche Operatrici 50
ddff = 9.3 mod= 9.3 mod
ddff = 9.6 mod= 9.6 modINFLUENZA INFLUENZA
DEL DIAMETRO DEL DIAMETRO DI FONDODI FONDO
INFLUENZA DEL RAGGIO DI RACCORDO INFLUENZA DEL RAGGIO DI RACCORDO DI TESTA DELLDI TESTA DELLUTENSILEUTENSILE
rrrr = 0= 0
rrrr = Max= Max
-
Macchine Volumetriche Operatrici 51
BILANCIAMENTO ASSIALE
FIANCATE FLOTTANTI
-
Macchine Volumetriche Operatrici 52
RASAMENTO
LATO INGRANAGGIO
M A
-
Macchine Volumetriche Operatrici 53
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTOSpintaSpinta LatoLato ingranaggioingranaggio
-
Macchine Volumetriche Operatrici 54
Distribuzione di Pressione nei Meati laterali
Meato ad Altezza Costante
-
Macchine Volumetriche Operatrici 55
Distribuzione di Pressione nei Meati laterali
Fiancata Inclinata verso lAspirazione
Fiancata Inclinata verso la Mandata
-
Macchine Volumetriche Operatrici 56
SpintaSpinta LatoLato bilanciamentobilanciamento
-
Macchine Volumetriche Operatrici 57
RASAMENTO
LATO BILANCIAMENTO
Alta Alta pressionepressione BassaBassa pressionepressione
GuarnizioneGuarnizione
-
Macchine Volumetriche Operatrici 58
BILANCIAMENTO RADIALEBILANCIAMENTO RADIALE
-
Macchine Volumetriche Operatrici 59
Distribuzione di PressioneArco di Tenuta
-
Macchine Volumetriche Operatrici 60
RODAGGIO CON ASPORTAZIONE DI RODAGGIO CON ASPORTAZIONE DI MATERIALE DAL CORPO POMPA MATERIALE DAL CORPO POMPA
-
Macchine Volumetriche Operatrici 61
RODAGGIO CON ASPORTAZIONE DI RODAGGIO CON ASPORTAZIONE DI MATERIALE DAL CORPO POMPA MATERIALE DAL CORPO POMPA
-
Macchine Volumetriche Operatrici 62
POMPE A PALETTE
IntroduzioneArchitetturaCaratteristiche di FunzionamentoCalcolo della CilindrataBilanciamento Idraulico
-
Macchine Volumetriche Operatrici 63
SCHEMA BASESCHEMA BASE
9 Il rotore un tamburo circolare che ruota allinterno dello statore;
9 Rotore e statore sono eccentrici;9 Il rotore presenta una serie di cave radiali dentro alle quali
possono scorrere liberamente dei setti, o palette, che danno il nome alla pompa;
9 Le palette tendono ad aderire alla parete dello statore per effetto della forza centrifuga;
9 Tra due pale successive definita unarea, A, che moltiplicata per la profondit b della pompa, rappresenta il volume della generica camera pompante;
-
Macchine Volumetriche Operatrici 64
9 Durante la rotazione del rotore il volume compreso tra due pale successive inizialmente aumenta
9 La zona in cui si ha aumento di volume collegata con laspirazione in modo che il fluido vada a riempire la camera individuata dalle due palette
9 Il volume massimo quando le due pale sono in posizione simmetrica rispetto alla congiungente i due centri O ed O
9 Se le bocche di aspirazione e di mandata arrivano rispettivamente nei punti 1 e 2, si avr che il volume isolato massimo
9 Nella rotazione successiva la pala in 2 apre la camera allo scarico9 Proseguendo nella rotazione, la diminuzione di volume crea
leffetto pompante che indirizza il fluido verso lambiente di mandata
-
Macchine Volumetriche Operatrici 65
9 La fasatura dellampiezza delle bocche di aspirazione e di mandata rispetto alle posizioni di volume minimo e massimo dei vani di fondamentale importanza
9 Caso 1: bocca di mandata troppo estesa (punto 3) 9 by-pass tra aspirazione e mandata quando le pale sono in
posizione simmetrica
9 riduzione del rendiemento volumetrico
9 Caso 2: bocca di mandata troppo ridotta (punto 4) 9 aumento enorme di pressione del fluido compreso tra le pale
durante la fase di riduzione del volume dovuto alla forte incomprimibilit del fluido
9 impossibilit di funzionamento;
-
Macchine Volumetriche Operatrici 66
Cilindrata
TV = A b z A = area compresa tra due palette consecutive
B = lunghezza assiale del rotore
z = numero di palette/settori
9 Se passiamo da 4 a 8 pale larea A diminuisce, mentre il numero di pale raddoppia;
9 Aumentando o diminuendo il numero di pale non si varia tanto la cilindrata ma si determina una maggiore o minore complessit costruttiva della macchina;
-
Macchine Volumetriche Operatrici 67
9 Allaumentare di z, A si riduce progressivamente9 Al limite, con infinite pale, larea infinitesima dA coincide
con lasse di simmetria ed data da:
ds
z dA = 2 e ds dA = area infinitesima del vano
e = eccentricit del rotore rispetto allo statore (distanza tra i centri O ed O)
ds = spessore infinitesimo del vano
-
Macchine Volumetriche Operatrici 68
( )A z = dA z = 2 e ds z
2r c
md dd = +
Detti
dc = diametro interno della carcassa;
dm = diametro medio;
dr = diametro del rotore;
mds z = d
2r c
md dA = 2 e ds z = 2 e d 2 e + =
2r c
Td dV = A b 2 e b + =
La formula approssimata in quanto non tiene in considerazione lo spessore effettivo delle palette
-
Macchine Volumetriche Operatrici 69
9 Contatto di testa tra la paletta e la superficie interna del corpo della pompa deve garantire la tenuta del generico vano
9 Tale tenuta pu essere garantita dallazione della forza centrifuga se la velocit di rotazione della pompa ridotta tale azione pu essere insufficiente
9 Azione della pressione di mandata allinterno di una cava posizionata al di sotto della generica paletta aumento della tenuta
9 La spinta tanto maggiore quanto maggiore la pressione di mandata tenuta proporzionale alla differenza di pressione tra le bocche della pompa (compensazione)
-
Macchine Volumetriche Operatrici 70
9 Lo spessore della paletta deve essere sufficientemente elevato da resistere alla forza generata dalla differenza di pressione tra
le bocche della pompa se il p elevato non possibile ridurre eccessivamente lo spessore delle palette;
9 Anche uno spessore consistente pu dare luogo a problemi maggiore lo spessore della paletta, maggiore la superficie di azione della pressione di compensazione e, quindi, la forza che
spinge la paletta contro la parete aumento dellusura dei componenti e riduzione del rendimento meccanico;
A parit di sezione della pala, si cerca
di diminuire la spinta con
unarchitettura particolare
9 Si pratica unapertura conica nella parte superiore, con dei fori longitudinali;
9 Lolio passa attraverso i fori e porta lazione della pressione di mandata nella camera conica in testa alla paletta;
9 La pressione di mandata agisce, per tutta la larghezza, sulla superficie della pala interna alla cava compensazione;
9 Lunica zona in cui non si ha compensazione data dalle due fasce in colore rosso dimensionando opportunamente tali superfici si possono ottenere le spinte desiderate;
-
Macchine Volumetriche Operatrici 71
9 Ridotto grado di irregolarit nellerogazione della portata;
9 Silenziosit (soprattutto se paragonata alle pompe ad ingranaggi esterni);
9 Cilindrata variabile (variando leccentricit e);
PREGI
0 0 0Te V ; Q= = =
Te V ; QQ
9 Fragilit, scarsa resistenza meccanica;9 Ridotti p di funzionamento;
DIFETTI
9 pmax 200 270 bar;9 n 800 2700 rpm;CAMPI DIMPIEGO
-
Macchine Volumetriche Operatrici 72
ARCHITETTURE PARTICOLARIARCHITETTURE PARTICOLARI
-
Macchine Volumetriche Operatrici 73
ARCHITETTURE PARTICOLARIARCHITETTURE PARTICOLARI
-
Macchine Volumetriche Operatrici 74
-
Macchine Volumetriche Operatrici 75
POMPA A PALETTE A CILINDRATA VARIABILEPOMPA A PALETTE A CILINDRATA VARIABILE
-
Macchine Volumetriche Operatrici 76
POMPA A PALETTE A CILINDRATA VARIABILEPOMPA A PALETTE A CILINDRATA VARIABILE
-
Macchine Volumetriche Operatrici 77
Fiancata di Bilanciamento
Assiale
Disco di Distribuzione
Chiusura Luce di Aspirazione CA 81.2
Apertura Luce di Mandata AM 121
Chiusura Luce di Mandata CM 257
Apertura Luce di Aspirazione AA 302
-
Macchine Volumetriche Motrici 1
ATTUATORI ROTATIVI
MOTORI OLEOIDRAULICI
AttuatoreAttuatoreRotativoRotativo
PPididrr..
PPmemecccc..
99 Attuatori rotativi a corsa Attuatori rotativi a corsa angolare infinitaangolare infinita
Fornire allFornire allesterno come output una esterno come output una coppia meccanica applicata ad un albero coppia meccanica applicata ad un albero
motore rotantemotore rotante
-
Macchine Volumetriche Motrici 2
CURVE CARATTERISTICHE
-
Macchine Volumetriche Motrici 3
CURVE CARATTERISTICHE
-
Macchine Volumetriche Motrici 4
PRESTAZIONI
-
Macchine Volumetriche Motrici 5
ARCHITETTURA
INGRANAGGI ESTERNIINGRANAGGI ESTERNI
A PALETTEA PALETTE
-
Macchine Volumetriche Motrici 6
ARCHITETTURA
ORBITALEORBITALE
-
Macchine Volumetriche Motrici 7
ARCHITETTURA
PISTONI ASSIALI PISTONI ASSIALI BENTBENT--AXISAXIS
PISTONI ASSIALI PISTONI ASSIALI PIASTRA INCLINATAPIASTRA INCLINATA
-
Macchine Volumetriche Motrici 8
ARCHITETTURA
PISTONI ASSIALI PISTONI ASSIALI PIASTRA INCLINATAPIASTRA INCLINATA
-
Macchine Volumetriche Motrici 9
ARCHITETTURA
PISTONI ASSIALI PISTONI ASSIALI PIASTRA INCLINATAPIASTRA INCLINATA
-
Macchine Volumetriche Motrici 10
ARCHITETTURA
PISTONI RADIALIPISTONI RADIALI
-
Macchine Volumetriche Motrici 11
ATTUATORI LINEARI
E SEMI-ROTATIVI
-
Macchine Volumetriche Motrici 12
Semplice effettoSemplice effetto
Tuffante a semplice effettoTuffante a semplice effetto
-
Macchine Volumetriche Motrici 13
Cilindro a doppio effettoCilindro a doppio effetto
-
Macchine Volumetriche Motrici 14
Cilindro Cilindro differenzialedifferenziale
Cilindro a doppio effetto a stelo passanteCilindro a doppio effetto a stelo passante
-
Macchine Volumetriche Motrici 15
ATTUATORI LINEARI - FRENATURA
-
Macchine Volumetriche Motrici 16
Cilindro telescopicoCilindro telescopico
Cilindro rotativoCilindro rotativo
-
Macchine Volumetriche Motrici 17
Cilindro rotativo a Cilindro rotativo a una palettauna paletta
Cilindro rotativo a Cilindro rotativo a due palettedue palette
-
Macchine Volumetriche Motrici 18
Cilindro rotativo a tre paletteCilindro rotativo a tre palette
Cilindro con dentiere e pignoneCilindro con dentiere e pignone
-
Macchine Volumetriche Motrici 19
AttuatoreAttuatore a stelo a stelo elicoidaleelicoidale
-
Valvole di Regolazione - 1
Oleodinamica e Pneumatica Prof. Ing. Massimo Milani
VALVOLE DI REGOLAZIONE
Tutte le valvole hanno comunque un unico elemento distintivo
comune, quello cio di confrontare tra loro pressioni o forze per
generare lequilibrio del moto di un elemento mobile la cui
posizione determina larea di passaggio per il fluido di cui si
vogliono influenzare i valori di pressione, di portata o la
direzione.
Per il controllo di:
Pressione
Portata
Direzione
-
Valvole di Regolazione - 2
Oleodinamica e Pneumatica Prof. Ing. Massimo Milani
CONTROLLO DELLA PRESSIONE
Valvole limitatrici di pressione
Valvole riduttrici di pressione
Valvole ad azione diretta e valvole pilotate Esempi costruttivi Architettura elementare Principio di Funzionamento Comportamento Stazionario
-
Valvole di Regolazione - 3
Oleodinamica e Pneumatica Prof. Ing. Massimo Milani
VALVOLA LIMITATRICE DI PRESSIONE A COMANDO DIRETTO
Simbolo unificatoSimbolo unificato
UNIUNI--ISO 1219ISO 1219
Curva caratteristica stazionariaCurva caratteristica stazionaria
-
Valvole di Regolazione - 4
Oleodinamica e Pneumatica Prof. Ing. Massimo Milani
VALVOLA LIMITATRICE DI PRESSIONE AD AZIONE DIRETTA
-
Valvole di Regolazione - 5
Oleodinamica e Pneumatica Prof. Ing. Massimo Milani
VALVOLA LIMITATRICE DI PRESSIONE AD AZIONE DIRETTA
-
Valvole di Regolazione - 6
Oleodinamica e Pneumatica Prof. Ing. Massimo Milani
Schema Schema FunzionaleFunzionale
ValvolaValvola LimitatriceLimitatrice di di PressionePressione
Qp Q1
pr
pQ
FFORZE AGENTI SUGLI ORZE AGENTI SUGLI ELEMENTI MOBILI ELEMENTI MOBILI DELLE VALVOLE DELLE VALVOLE OLEODINAMICHEOLEODINAMICHE
-
Valvole di Regolazione - 7
Oleodinamica e Pneumatica Prof. Ing. Massimo Milani
FORZE DINERZIA
2
x,i2 i
d xM Fdt
= CURSORE EQ.MOLLAM M M= +
CURSORE C CM V=
EQ.MOLLA MOLLA
2
m m t
1M M31 d D i3 4
=
=
CC = = densitdensit materialemateriale cursorecursoreVVCC = volume del = volume del cursorecursore
mm = = densitdensit materialemateriale mollamollad = d = diametrodiametro filofilo mollamolla
D = D = diametrodiametro mediomedio mollamolla
iitt = = numeronumero totaletotale spire spire mollamolla
-
Valvole di Regolazione - 8
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FORZE ELASTICHE
x,eF c x= 4
2t m
G dc8 i D
=
c = costante elastica della mollac = costante elastica della molla
G = modulo di elasticitG = modulo di elasticit tangenziale materiale mollatangenziale materiale molla
(acciaio, G (acciaio, G 83000 MPa).83000 MPa).
( )x,e 0F c x x= +Posizione di riposoPosizione di riposo
(tenuta di un cursore, centro di un cassetto)(tenuta di un cursore, centro di un cassetto)xx00 = corsa di = corsa di
precaricoprecarico
pprr = = pressionepressione di di taraturataratura delladella valvolavalvola((precaricoprecarico))
= area = area attivaattiva per la per la pressionepressione regolataregolata0
rc xp =
-
Valvole di Regolazione - 9
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( )0
max
x ,e 0
x ,e 0 max
F c x
F c x x
= = +
VALVOLA CHIUSA VALVOLA CHIUSA Q = 0Q = 0 VALVOLA APERTA VALVOLA APERTA Q = Q = QQmaxmax
m ax0 m ax
0 m ax
xp x , x
x x +DimensionandoDimensionando llAREAAREA DI EFFLUSSODI EFFLUSSO in in modomodo cheche
xxmaxmax siasia di di pocopoco maggioremaggiore rispettorispetto a xa x00
maxx p
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Valvole di Regolazione - 10
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FORZE DI PRESSIONE
x,pS
F p dS= p = pressione agente sullp = pressione agente sullelemento mobile della valvolaelemento mobile della valvola
S = superficie attiva dellS = superficie attiva dellelemento mobile della valvolaelemento mobile della valvola
Per determinare la Per determinare la forza di pressioneforza di pressione agente agente sullsullelemento mobile della valvola bisogna elemento mobile della valvola bisogna
conoscere la conoscere la distribuzione di pressionedistribuzione di pressione agente agente sulla superficie attiva di esso.sulla superficie attiva di esso.
Come possiamo fare ci ?Come possiamo fare ci ?
Misure sperimentaliMisure sperimentali Calcoli C.F.D.Calcoli C.F.D.
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Valvole di Regolazione - 11
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FORZE ATTRITO SECCOSono determinate dalla presenza di Sono determinate dalla presenza di
ACCOPPIAMENTI STRISCIANTI ACCOPPIAMENTI STRISCIANTI GUARNIZIONIGUARNIZIONI
GUARNIZIONIGUARNIZIONI
Esercitano una Esercitano una azione di tenuta azione di tenuta
contro i contro i trafilamentitrafilamenti
Attivate per compressione Attivate per compressione esercitano una azione esercitano una azione tangenziale tangenziale dissipativadissipativa, ,
dovuta alldovuta allattritoattrito
Coeff.Coeff.AttritoAttrito
VelocitVelocit
STATICOSTATICO
DINAMICODINAMICOMISTOMISTO
-
Valvole di Regolazione - 12
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GUARNIZIONIGUARNIZIONI
ELASTOMERIELASTOMERI
CORPI ELASTICO VISCOSICORPI ELASTICO VISCOSI
FATTORI DI INFLUENZA SU FATTORI DI INFLUENZA SU CONDIZIONI DI ATTRITOCONDIZIONI DI ATTRITO
FORMAFORMA TOLLERANZE DIMENSIONALITOLLERANZE DIMENSIONALI PRECARICO INIZIALEPRECARICO INIZIALE DUREZZA MATERIALEDUREZZA MATERIALE FINITURA SUPERFICIALEFINITURA SUPERFICIALE VELOCITVELOCIT SPOSTAMENTOSPOSTAMENTO
CONDIZIONI LUBRIFICAZIONECONDIZIONI LUBRIFICAZIONE VISCOSITVISCOSIT FLUIDOFLUIDO TEMPERATURATEMPERATURA
TEMPOTEMPO
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Valvole di Regolazione - 13
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PROFONDITPROFONDITMASSIMA CAVAMASSIMA CAVA
DUORINGDUORING DATI ODATI O--RING:RING:MATERIALE: NBRMATERIALE: NBR
DUREZZA (SHORE A) = 70DUREZZA (SHORE A) = 70
INTERNO ANELLO = 6.02 mmINTERNO ANELLO = 6.02 mm CORDA = 2.62 mmCORDA = 2.62 mmMODULO DI YOUNG = 5 MPaMODULO DI YOUNG = 5 MPa
SEDESEDE
max13.018 6.97t 3.024 mm
2= =
DATI ANELLO:DATI ANELLO:MATERIALE: PTFEMATERIALE: PTFE
RESISTENZA MAX TRAZIONE [ASTM DRESISTENZA MAX TRAZIONE [ASTM D--1457] = 2000 1457] = 2000 psipsi
ALLUNGAMENTO MAX = 85%ALLUNGAMENTO MAX = 85%
DEFORMAZIONE SOTTO CARICO [ASTM DDEFORMAZIONE SOTTO CARICO [ASTM D--621] = 4.8%621] = 4.8%
DUREZZA (SHORE D) = 60DUREZZA (SHORE D) = 60
COEFF. ATTRITO STATICO [ASTM DCOEFF. ATTRITO STATICO [ASTM D--1894] = 0.03 1894] = 0.03 0.080.08COEFF. ATTRITO DINAMICO [ASTM DCOEFF. ATTRITO DINAMICO [ASTM D--1894] = 0.08 1894] = 0.08 0.090.09
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Valvole di Regolazione - 14
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SE SE SEDESEDE = 7 mm= 7 mm
( )7.00 6.02 100x 16.28%
6.02 = =
ALLUNGAMENTO ALLUNGAMENTO ANELLO OR: ANELLO OR:
STIRAMENTO STIRAMENTO RIDUZIONE RIDUZIONE DI SEZIONE OR DI SEZIONE OR 9%9%
SEZIONE OR RIDOTTA:SEZIONE OR RIDOTTA:'2d 0.9 2.62 2.38 mm=
ANELLO TEFLON INDEFORMABILE (ANELLO TEFLON INDEFORMABILE ( RIGIDO)RIGIDO)DIMENSIONE CAVA:DIMENSIONE CAVA:
'max ANELLOt t t
3.024 0.85 2.174mm= = =
COMPRESSIONE COMPRESSIONE PERCENTUALE:PERCENTUALE:
' '2
'2
d t 100 8.7 %d =
PRESSIONE DI PRESSIONE DI CONTATTO CONTATTO NORMALIZZATA NORMALIZZATA RISPETTO AL RISPETTO AL MODULO DI YOUNGMODULO DI YOUNG
maxp 0.E
= 23
= 90= 90 CAVA CAVA RETTANGOLARERETTANGOLARE
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Valvole di Regolazione - 15
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TEORIA DEL CONTATTO HERTZIANOTEORIA DEL CONTATTO HERTZIANO
maxp 0.23 E 0.23 5 MPa 1.15 MPa = =PRESSIONE MEDIA DI CONTATTOPRESSIONE MEDIA DI CONTATTO
maxmed
p 1.15 MPap 0.91 MPa1.27 1.27
= = =
CAVA NON CAVA NON PRESSURIZZATAPRESSURIZZATA
PRESSIONE MASSIMA DI CONTATTOPRESSIONE MASSIMA DI CONTATTO
EFFETTO DEL FLUIDO IN PRESSIONEEFFETTO DEL FLUIDO IN PRESSIONE
CAMERA FLUIDO2p p3
FLUIDOp 90bar=
'med
90 60p 75bar 7.5 MPa2+= = =
DA PROVE SPERIMENTALI DA PROVE SPERIMENTALI (CILINDRI)(CILINDRI)
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Valvole di Regolazione - 16
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PRINCIPIO DI SOVRAPPOSIZIONE DEGLI EFFETTIPRINCIPIO DI SOVRAPPOSIZIONE DEGLI EFFETTI
'TOT med medp p p 7.5 0.91 8.41 MPa= + = + =
FORZA DI SCIACCIAMENTOFORZA DI SCIACCIAMENTO
'C O R P OT O TF p b 2 t2
= DATI:DATI:
CORPOCORPO = 13 mm= 13 mmb = lunghezza zona di contattob = lunghezza zona di contatto
Se OR si deforma Se OR si deforma rettangolarmenterettangolarmente::
( )2'2 '1b d 2 .0 5 m m4 t= F 770 N
( )t ,s sF F f 770 0.03 0.08 23 62 N= = = ( )t ,d dF F f 770 0.08 0.09 62 70 N= = =
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Valvole di Regolazione - 17
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PROFONDITPROFONDIT MASSIMAMASSIMA
OO--RINGRING DATI DATI MATERIALE: VITONMATERIALE: VITON
DUREZZA (SHORE A) = 70DUREZZA (SHORE A) = 70
INTERNO ANELLO = 9.25 mmINTERNO ANELLO = 9.25 mm CORDA = 1.78 mmCORDA = 1.78 mm
CAVACAVA
max13.018 10.2t 1.409mm 1.41mm
2= =
x 10.3%ALLUNGAMENTO OR DI MONTAGGIO: ALLUNGAMENTO OR DI MONTAGGIO: RIDUZIONE DI SEZIONE OR RIDUZIONE DI SEZIONE OR 6.3%6.3%
SEZIONE OR RIDOTTA:SEZIONE OR RIDOTTA: '2 2d 0.937 d 1.67 mm= =
COMPRESSIONE PERCENTUALE DI COMPRESSIONE PERCENTUALE DI MONTAGGIO:MONTAGGIO:
'2 max
'2
d t 15.6 %d =
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FORZA DI ATTRITO PER FORZA DI ATTRITO PER UNITUNIT DI SUPERFICIE DI DI SUPERFICIE DI
CONTATTOCONTATTO
h 2Nf 0.95
mm
FORZA DI ATTRITO FORZA DI ATTRITO DINAMICO PER UNITDINAMICO PER UNIT
DI LUNGHEZZADI LUNGHEZZA
cNf 0.11
m m
FORZA DI FORZA DI ATTRITO ATTRITO
DINAMICODINAMICOd c hF f L f A= + maxL D 41 mm=
( )2 2 2max minA D D 52 mm4= dF 7 5 N
Per guarnizioni OR Per guarnizioni OR s d sF 2 F F 150 N=
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Valvole di Regolazione - 19
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FORZE DI ATTRITO VISCOSO
AZIONE DI SCORRIMENTO VISCOSO TRA FILETTI FLUIDI AZIONE DI SCORRIMENTO VISCOSO TRA FILETTI FLUIDI IN CUI IN CUI PRESENTE UN GRADIENTE DI VELOCITPRESENTE UN GRADIENTE DI VELOCIT
NORMALE ALLA DIREZIONE DI SCORRIMENTONORMALE ALLA DIREZIONE DI SCORRIMENTO
* 8 uh9 w
= Spessore Meato in x*:Spessore Meato in x*: = viscosit= viscosit dinamica;dinamica;
u = velocitu = velocit di spostamento del cursore;di spostamento del cursore;
w = massimo gradiente di pressione.w = massimo gradiente di pressione.
*1Q D u h2
= Portata TrafilataPortata Trafilata
dx l dxF Ddt s dt
= =
= coefficiente di attrito viscoso= coefficiente di attrito viscosol = larghezza della guarnizionel = larghezza della guarnizione
D = D = camera di guidacamera di guidas = gioco radiale medios = gioco radiale medio
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Valvole di Regolazione - 20
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Forze Fluidodinamiche Agenti sugli Forze Fluidodinamiche Agenti sugli Elementi Mobili delle Valvole Elementi Mobili delle Valvole
(a sede, a cursore)(a sede, a cursore)
RadialiRadialiIncollaggio IdraulicoIncollaggio Idraulico
GroovesGrooves
BilanciamentoBilanciamento
AssialiAssialiStazionarieStazionarie
Non StazionarieNon Stazionarie
CompensazioneCompensazione
D.C. Sweeney D.C. Sweeney Preliminary Investigation of Hydraulic LockPreliminary Investigation of Hydraulic Lock, Engineering, 172 , Engineering, 172 -- pp 513pp 513--516, 516, 580580--582 582 -- 1951.1951.
J.F. Blackburn, G. Reethof, J.L. Shearer J.F. Blackburn, G. R