Chimica e laboratorio triennio

Prof. TROIANO Sergio

Scopo: tracciamento della curva portata prevalenza dell'intero circuito e della sola pompa su un foglio di carta millimetrata.

Durata: due ore.

Generalità: la pompa centrifuga è costituita da un motore, in genere elettrico, avente l'albero collegato rigidamente con una girante ad alette dritte, oppure inclinate in avanti o in indietro, rispetto al movimento.

Le pompe centrifughe ad alette inclinate indietro, sono dette a reazione e sono quelle più diffuse perché sono caratterizzate da una grande stabilità di funzionamento. Le pompe con le alette inclinate in avanti sono dette ad azione, sono meno stabili di quelle di tipo a reazione, e possono essere usate, vantaggiosamente, solo in corrispondenza di un ben determinati valore di portata e prevalenza. Le pompe con le alette dritte hanno caratteristiche intermedie.

L'affidabilità delle pompe centrifughe è molto alta e sicuramente maggiore di quella offerta delle pompe alternative e, per giunta, la manutenzione richiesta è minima, addirittura quasi nulla data l'assenza di organi a contatto ed in moto relativo tra loro se si eccettuano i soli cuscinetti i quali, ormai sono talmente perfetti da non presentare problemi d'alcun genere.

Questi fatti, uniti alla grande versatilità, leggerezza ed economicità delle pompe centrifughe, spiegano la loro enorme diffusione, e sono utilizzate, con profitto, sia per le sostanze liquide sia per quelle gassose.

Materiali ed apparecchiature:

1) Pompa centrifuga ad immersione a bassa prevalenza avente (H <= 10 metri).

2) Tubo di plastica flessibile avente lunghezza di circa 10 metri e diametro interno di circa 15 mm.

3) Grosso bidone preferibilmente di plastica trasparente ed a forma cilindrica, avente diametro di almeno 35 cm ed altezza di almeno 50 cm.

4) Tanica di plastica trasparente avente capienza di circa 10 litri.

5) Cronometro.

6) Calibro.

7) Rotella metrica o metro flessibile da almeno 4 metri.

8) Pennarello

9) Cilindro graduato di almeno un litro.

10) Scala a pioli da quattro metri.

11) Disponibilità di acqua potabile ed energia elettrica del tipo richiesto dal motore elettrico che equipaggia la pompa.

Modo di operare:

1) Riempire quasi completamente, con acqua, la tanica e segnare con il pennarello il livello raggiunto.

2) Togliere cinque litri di acqua e segnare con il pennarello il livello raggiunto.

3) Svuotare completamente la tanica e posizionarla sul pavimento.

4) Innestare saldamente un'estremità del tubo di plastica alla mandata della pompa ed imboccare l'altra estremità nella tanica.

5) Introdurre la pompa dentro il bidone.

6) Riempire con acqua potabile il grosso secchio quasi fino all'orlo.

7) Verificare, leggendone la targa che in genere è rivettata sulla carcassa della pompa, che la tensione richiesta dal motore sia la stessa disponibile alla presa della corrente elettrica.

8) Fare allontanare gli alunni di almeno due metri.

9) Innestare la spina alla presa della corrente elettrica.

10) Accendere la pompa e verificare che l'acqua scorra, liberamente e senza bolle d'aria, lungo il tubo di plastica e si riversi nella tanica con un getto regolare.

11) Segnare, con il pennarello, il livello dell'acqua nel secchio raggiunge la tacca inferiore ed anche quando raggiunge la tacca superiore.

12) Riversare tutta l'acqua contenuta nella tanica dentro il bidone, cercando di non fare svuotare, completamente, il tubo di plastica, per non disinnescare la pompa.

13) Aiutandosi con il metro, tracciare una tacca in corrispondenza al punto medio tra le due tacche precedentemente incise, sia nel bidone sia sulla tanica.

14) Posizionare la tanica sul primo ripiano per effettuare la prima misura ed imboccarvi l'estremità libero del tubo di plastica. Ancorare, se necessario, il tutto con uno spago per evitarne la caduta.

15) Prendere il cronometro ed azzerarlo.

16) Accendere la pompa e far partire il cronometro quando il pelo libero dell'acqua raggiunge la tacca inferiore incisa nella tanica.

17) Fermare il cronometro e spegnere la pompa quando il pelo libero dell'acqua raggiunge la tacca superiore incisa nella tanica.

18) Misurare, con la rotella metrica, il dislivello tra la tacca media del bidone e la tacca media della tanica.

18) Annotare su un taccuino sia il tempo impiegato sia il dislivello tra le due tacche medie misurato in questa prima prova.

19) Eseguire altre prove posizionando, previo completo svuotamento riversandone tutta l'acqua nel bidone, la tanica nei successivi ripiani salendo con la dovuta cautela, quando necessario, sulla scala a pioli.

20) Esaurite le prove, che dovranno essere comunque almeno tre, misurare con il calibro il diametro interno e con la rotella metrica la lunghezza del tubo di plastica ed annotare i valori nel taccuino.

1) Calcolare per ciascuna prova ed esprimendola in mc/s, la portata volumetrica con la formula W=0.005/t dove t è il tempo espresso in secondi.

2) Costruire il grafico sulla carta millimetrata riportando, per ciascuna prova effettuata, sull'asse delle ordinate il dislivello misurato tra le due tacche medie e sull'asse delle ascisse la corrispondente portata volumetrica calcolata nel punto precedente.

3) Raccordare con il curvilinee i punti trovati per ottenere la curva della caratteristica portata prevalenza relativa all'intero impianto.

4) Calcolare, esprimendola in mq, l'area cross del tubo con la formula A=R*R*3.14.

5) Calcolare, per tutte le prove effettuate, la velocità dell'acqua nel tubo di plastica con la formula V=W/A.

6) Ricercare sul manuale la densità e la viscosità dell'acqua alla temperatura ambiente (in mancanza di manuale assumere rispettivamente 1000 e 0.001).

7) Calcolare, sempre per tutte le prove, il numero di Reynolds con la formula

8) Calcolare per tutte le prove il fattore di attrito con la formula valida per i tubi lisci

9) Calcolare per tutte le prove la perdita di carico ripartita con la formula

10) Calcolare per tutte le prove la perdita di carico localizzata all'uscita del tubo di plastica con la formula

11) Sommare, per tutte le prove la perdita di carico ripartita con la corrispondente perdita di carico localizzata.

12) Calcolare, per ciascuna portata, la prevalenza della pompa sommando al dislivello misurato tra le due tacche medie la corrispondente perdita di carico calcolata nel punto precedente.

13) Riportare e raccordare con un curvilinee, questi nuovi valori così calcolati possibilmente sullo stesso grafico precedentemente tracciato ottenendo così la curva della caratteristica portata - prevalenza della pompa che risulterà, se tutto è andato bene, simile all'altra ma spostata leggermente verso l'alto.

Conclusioni: risulta evidente l'estrema facilità d'uso e la versatilità della pompa centrifuga.

Approfondimento: si può ripetere tutta la prova variando la velocità di rotazione della pompa alimentandola attraverso con un variatore di tensione se è disponibile oppure inserendo una resistenza, meglio ancora un reostato, in serie al circuito d'alimentazione.