Volume di spostamento

Il volume di spostamento, noto anche come volume di aspirazione o volume di corsa, è un parametro decisivo nell’idraulica. Descrive la percentuale di volume di un fluido che viene spostato o attraversato da un componente idraulico come una pompa, un motore o un cilindro per unità di tempo o per unità di movimento. Questo volume è fondamentale per determinare le prestazioni e il comportamento operativo dei sistemi idraulici.

Nozioni di base sul volume di spostamento nell’idraulica

Il volume di spostamento è una misura della quantità di fluido che un’unità di spostamento muove per ciclo di lavoro. Nel caso di pompe e motori, si riferisce tipicamente al volume per giro dell’albero motore. Nel caso dei cilindri, è il volume spostato per corsa del pistone. La conoscenza del volume di spostamento è essenziale per calcolare la portata di una pompa, la velocità di rotazione di un motore o la velocità di un cilindro.

Definizione e unità di misura

Il volume di spostamento è solitamente espresso in centimetri cubi per giro (cm³/rev) o metri cubi al secondo (m³/s). Queste unità chiariscono il rapporto con il movimento del componente.

Volume geometrico di spostamento

Il volume di spostamento geometrico è un valore teorico che deriva esclusivamente dalle dimensioni di costruzione di un componente. Nel caso di un cilindro idraulico, viene calcolato moltiplicando la superficie del pistone per la lunghezza della corsa. Nel caso di pompe e motori, si ottiene dalle dimensioni degli elementi di spostamento, come ingranaggi, pale o pistoni. Questo valore non tiene conto delle perdite interne o degli effetti di compressibilità del fluido.

Volume di spostamento teorico ed effettivo

Il volume di spostamento teorico è spesso leggermente superiore al volume di spostamento geometrico, poiché presuppone condizioni ideali senza perdite. Il volume di spostamento effettivo, invece, è il valore effettivamente misurato. Esso tiene conto delle perdite interne e della comprimibilità del fluido idraulico. Nelle pompe, il volume di spostamento effettivo è il quoziente tra la portata effettiva e la velocità.

Importanza del volume di spostamento per i componenti idraulici

Il volume di spostamento influenza in modo determinante i parametri di prestazione delle pompe, dei motori e dei cilindri idraulici.

Pompe idrauliche

Nelle pompe idrauliche, il volume di spostamento in combinazione con la velocità di rotazione determina la portata teorica. Una pompa con un volume di spostamento maggiore trasporta una quantità maggiore di fluido a parità di velocità di rotazione. Ciò è determinante per la velocità con cui è possibile muovere un attuatore.

Motori idraulici

Per i motori idraulici, il volume di spostamento è un indicatore della coppia che il motore può generare a una determinata pressione. Un motore con un volume di spostamento maggiore genera una coppia più elevata a parità di pressione, ma richiede anche una portata maggiore per raggiungere una determinata velocità.

Cilindri idraulici

Nei cilindri idraulici, il volume di spostamento è direttamente proporzionale alla superficie del pistone e alla corsa. Determina la quantità di fluido necessaria per muovere il pistone su una determinata distanza. Ciò è rilevante per il calcolo della velocità del cilindro e del consumo di fluido.

Calcolo del volume di spostamento

Il calcolo del volume di spostamento dipende dal tipo di componente idraulico.

Per i cilindri idraulici

La formula di base per il volume di spostamento di un cilindro idraulico a semplice effetto è:

V = A * H 

Dove:

• V = il volume di spostamento
• A = la superficie del pistone
• H = la lunghezza della corsa

Nel caso dei cilindri a doppio effetto, è necessario calcolare separatamente il volume per il lato dello stelo del pistone, poiché la superficie effettiva è ridotta dallo stelo del pistone.

Per pompe e motori idraulici

Nelle pompe e nei motori volumetrici, il volume di spostamento è il volume spostato per ogni giro dell’albero motore. Nelle pompe e nei motori a portata variabile, il volume di spostamento può essere regolato in modo variabile. Questo viene spesso espresso da un angolo di regolazione o da una regolazione del volume (α):

V_i = α * V_{{i, max}}

Dove:

• V_i = il volume di spostamento attuale
• α = il fattore di regolazione (tra 0 e 1)
• V_{{i, max}} = il volume di spostamento massimo

Fattori influenti e applicazioni pratiche

Il volume di spostamento non è solo una grandezza teorica, ma ha un impatto diretto sulla progettazione e sul funzionamento degli impianti idraulici.

Compressibilità del fluido

Sebbene i fluidi idraulici siano quasi incomprimibili, ad alta pressione può verificarsi una leggera riduzione di volume. Questo volume aggiuntivo, che viene compresso nel fluido sotto pressione, deve essere fornito dalla fonte di pressione ogni volta che viene attivato l’azionamento. Negli impianti con molti azionamenti e grandi volumi, questa portata volumetrica di compressione non può essere trascurata.

Perdite

Le perdite interne nelle pompe, nei motori e nei cilindri fanno sì che il volume di spostamento effettivo sia inferiore a quello geometrico. Queste perdite sono un fattore importante per l’efficienza dei componenti idraulici.

Progettazione del sistema

Nella progettazione dei sistemi idraulici, il volume di spostamento è determinante per la scelta dei componenti giusti. Influisce sulle velocità, sulle forze e sulle coppie raggiungibili, nonché sul consumo energetico del sistema. Un adattamento preciso del volume di spostamento della pompa alle esigenze degli attuatori è essenziale per un funzionamento efficiente.