Cos'è uno smorzatore di pulsazioni

Il flusso pulsante affligge molti processi industriali, causando danni alle apparecchiature, efficienza ridotta e prestazioni non ottimali. Se non controllate, queste pulsazioni distruttive creano scompiglio nei sistemi di tubazioni, nelle pompe e in altri componenti critici. Gli smorzatori di pulsazioni offrono una soluzione solida per mitigare questi effetti dannosi, attenuando le fluttuazioni del flusso per proteggere le apparecchiature e ottimizzare i processi.

In questa guida completa, approfondiremo gli smorzatori di pulsazioni, esplorandone le funzioni, i principi di funzionamento, i componenti chiave e i vari tipi. Chiariremo anche quando installare gli smorzatori di pulsazioni e in che modo differiscono dagli accumulatori. Infine, affronteremo le domande comuni sul gas utilizzato in questi dispositivi, le loro capacità di eliminazione delle pulsazioni e l'importanza di una corretta pressione di precarica.

Che cosa è uno smorzatore di pulsazioni

Uno smorzatore di pulsazioni, noto anche come smorzatore di pulsazioni o attenuatore di pulsazioni, è un dispositivo meccanico progettato per ridurre le fluttuazioni di pressione e le vibrazioni nei sistemi di fluidi. Questi dispositivi sono comunemente utilizzati in applicazioni idrauliche e pneumatiche per attenuare i picchi di pressione e ridurre al minimo la trasmissione delle pulsazioni attraverso le reti di tubazioni.

Gli smorzatori di pulsazioni funzionano assorbendo e dissipando l'energia delle onde di pressione, riducendone così l'ampiezza e la frequenza. Sono in genere costituiti da una camera carica di gas separata dal sistema fluido da una barriera flessibile, come una vescica, un diaframma o un pistone. Quando le fluttuazioni di pressione entrano nello smorzatore, la camera a gas si comprime e si espande, agendo come una molla per assorbire e smorzare le pulsazioni.

Funzioni degli smorzatori di pulsazioni

1. Riduzione delle pulsazioni di pressione:Gli smorzatori di pulsazioni assorbono improvvisi picchi e fluttuazioni di pressione, riducendo al minimo il loro impatto sul sistema e sulle apparecchiature collegate.
2. Stabilizzazione della portata:Gli smorzatori di pulsazioni, uniformando le irregolarità del flusso, contribuiscono a mantenere un flusso costante e costante di fluido o gas attraverso il sistema.
3. Protezione dei componenti del sistema:Gli smorzatori di pulsazioni aiutano a proteggere tubi, valvole, raccordi e altri componenti del sistema dagli effetti dannosi delle sovrapressioni e delle vibrazioni.
4. Migliorare l'efficienza del sistema:Riducendo le fluttuazioni di pressione e stabilizzando il flusso, gli smorzatori di pulsazioni possono migliorare l'efficienza e le prestazioni complessive del sistema.
5. Migliorare il controllo dei processi: Gli smorzatori di pulsazioni contribuiscono a un migliore controllo del processo mantenendo condizioni di pressione e flusso più costanti.
6. Riduzione del rumore e delle vibrazioni: Assorbendo i picchi di pressione e le oscillazioni del flusso, gli smorzatori di pulsazioni possono ridurre significativamente il rumore e le vibrazioni nel sistema.

Come funzionano gli smorzatori di pulsazioni

Gli smorzatori di pulsazione sono progettati per ridurre i picchi di pressione e le fluttuazioni di flusso nei sistemi di fluidi. Funzionano assorbendo l'energia cinetica del fluido pulsante e rilasciandola nel sistema a una velocità costante. Questo processo aiuta a smorzare il flusso e la pressione, riducendo le vibrazioni, il rumore e i potenziali danni ai componenti del sistema.

Il principio di funzionamento di base di uno smorzatore di pulsazioni prevede un recipiente a pressione diviso in due camere da una vescica flessibile, un diaframma o un pistone. Una camera è collegata al sistema del fluido ed è riempita con il liquido di processo. L'altra camera contiene un gas compresso, in genere azoto o aria.

Quando si verifica un impulso di pressione nel sistema fluido, il liquido di processo viene forzato nella camera del fluido dello smorzatore, causando la compressione del gas nell'altra camera. Questa compressione assorbe l'energia dell'impulso di pressione, riducendone l'ampiezza. Quando l'impulso di pressione si attenua, il gas compresso si espande, spingendo il liquido di processo di nuovo nel sistema a una velocità controllata. Questa azione livella le fluttuazioni di pressione, determinando un flusso più costante a valle dello smorzatore.

Componenti degli smorzatori di pulsazioni

1. recipiente a pressione: Il corpo principale dello smorzatore di pulsazioni, progettato per resistere alla pressione del sistema e contenere i requisiti del mezzo di smorzamento.
2. Supporto di smorzamento: Il materiale comprimibile all'interno del recipiente a pressione che assorbe e dissipa le pulsazioni di pressione. I mezzi di smorzamento comuni includono gas compresso (come azoto o aria), vesciche elastomeriche o diaframmi flessibili.
3. Porte di ingresso e di uscita: I collegamenti che consentono di integrare lo smorzatore di pulsazioni nel sistema del fluido.
4. Valvola di carica (per modelli a gas): Valvola utilizzata per introdurre e mantenere la pressione di precarica desiderata nel mezzo di smorzamento.
5. Vescica o diaframma (per i tipi di vescica e diaframma): Una barriera flessibile che separa il fluido del sistema dal mezzo di smorzamento.
6. Piastra antiestrusione (per tipi di vescica): Una piastra metallica perforata che sostiene la vescica e ne impedisce la fuoriuscita nelle porte di ingresso e di uscita in condizioni di alta pressione.
7. Hardware di montaggio: Componenti quali staffe, flange o piedini che consentono l'installazione sicura dello smorzatore di pulsazioni nel sistema del fluido.

Tipi di smorzatori di pulsazioni

Tipo di vescica

Gli smorzatori di pulsazione di tipo a vescica sono dotati di una vescica elastomerica che funge da barriera flessibile tra il fluido del sistema e la carica di gas. La vescica è solitamente realizzata in materiali quali Buna-N, Neoprene o EPDM, scelti per la loro compatibilità con il fluido del sistema e la loro capacità di resistere a flessioni ripetute.

Quando le pulsazioni di pressione entrano nello smorzatore, la vescica si espande e si contrae, assorbendo l'energia e uniformando il flusso. La carica di gas, che viene mantenuta a una pressione predeterminata, fornisce la resistenza necessaria al movimento della vescica, consentendo uno smorzamento efficace.

Tipo di diaframma

Gli smorzatori di pulsazioni a diaframma utilizzano un diaframma flessibile, solitamente realizzato con materiali come PTFE o Viton, per separare il fluido di sistema dalla carica di gas. Il diaframma è supportato da una piastra metallica perforata o da uno schermo, che impedisce una deformazione eccessiva sotto pressione.

Simile agli smorzatori a vescica, il diaframma si flette in risposta alle pulsazioni di pressione, assorbendo l'energia e attenuando le fluttuazioni. La carica di gas fornisce la resistenza necessaria al movimento del diaframma, garantendo prestazioni di smorzamento efficaci.

Tuttavia, gli smorzatori a membrana possono avere un'efficienza di smorzamento inferiore rispetto ai tipi a sacca e il diaframma può essere più soggetto a fatica e usura nel tempo.

Tipo idropneumatico (a flusso continuo)

Gli smorzatori di pulsazione idropneumatici o flow-through non utilizzano una barriera fisica tra il fluido del sistema e la carica di gas. Invece, si basano sull'interazione diretta tra il fluido e il gas per ottenere lo smorzamento.

In questa progettazione, il fluido del sistema entra nello smorzatore ed entra in contatto diretto con la carica di gas. Mentre le pulsazioni di pressione si propagano attraverso il fluido, il gas si comprime e si espande, assorbendo l'energia e uniformando il flusso. Il fluido smorzato esce quindi dal dispositivo e continua attraverso il sistema.

Tuttavia, gli smorzatori idropneumatici possono avere delle limitazioni in termini di efficienza di smorzamento, in particolare nelle applicazioni a bassa pressione. Inoltre, il contatto diretto tra il fluido e il gas può portare all'assorbimento del gas o alla formazione di schiuma in alcuni casi.

Quando utilizzare gli smorzatori di pulsazioni

1. Pompe volumetriche: Pistone, stantuffo e pompe a membrana creano pulsazioni di pressione significative a causa della loro azione reciproca. L'installazione di uno smorzatore di pulsazioni vicino allo scarico della pompa aiuta a smussare queste pulsazioni.
2. Protezione delle apparecchiature sensibili: I picchi di pressione e le vibrazioni possono danneggiare strumenti delicati, misuratori e valvole di controllo. Posizionare uno smorzatore di pulsazioni a monte di tali componenti aiuta a proteggerli da pulsazioni dannose.
3. Migliorare la precisione del misuratore di portata: Il flusso pulsante può causare errori nei dispositivi di misurazione del flusso come i misuratori a turbina o a pale. Uno smorzatore di pulsazioni installato a monte del misuratore uniformerà il flusso, migliorando la precisione della misurazione.
4. Prolungare la durata delle apparecchiature: Le sollecitazioni cicliche delle pulsazioni di pressione possono portare a guasti prematuri di tubi, raccordi e altri componenti del sistema. Gli smorzatori di pulsazione aiutano ad attenuare queste sollecitazioni, prolungando la durata utile del sistema.
5. Garantire condizioni di processo coerenti: In applicazioni come dosaggio o miscelazione chimica, le pulsazioni possono causare una distribuzione non uniforme o reazioni incomplete. Gli smorzatori forniscono un flusso più costante per una migliore coerenza e qualità del processo.
6. Riduzione del rumore e delle vibrazioni: Le pulsazioni di pressione spesso causano rumori e vibrazioni indesiderati nel sistema di tubazioni. Gli smorzatori di pulsazioni sono efficaci nell'attenuare questi problemi, creando un ambiente operativo più silenzioso e stabile.

Differenza tra accumulatori e smorzatori di pulsazioni

Sebbene accumulatori e smorzatori di pulsazioni siano talvolta utilizzati in modo intercambiabile, svolgono funzioni primarie distinte nei sistemi idraulici:

Accumulatori:

• Lo scopo principale è l'accumulo di energia. Immagazzinano energia idraulica sotto forma di gas pressurizzato, che può essere utilizzato per integrare il flusso della pompa durante i periodi di picco della domanda o per supportare il sistema in caso di guasto della pompa.
• Aiuta a mantenere una pressione di sistema impostata, compensando le perdite o l'espansione/contrazione termica dell'olio.
• Assorbe i picchi di pressione e le improvvise richieste di fluido, riducendo gli shock nel sistema.
• Gli accumulatori hanno volumi di gas e fluido notevolmente maggiori rispetto agli smorzatori di pulsazioni.

Smorzatori di pulsazioni:

• Progettati specificamente per ridurre le pulsazioni di pressione e le vibrazioni nel sistema. Non forniscono una capacità di accumulo di energia significativa.
• Contiene un volume relativamente piccolo di gas e fluido, appena sufficiente per smorzare efficacemente le pulsazioni.
• Risponde rapidamente ai picchi di pressione, rendendoli più adatti alle pulsazioni ad alta frequenza come quelle da pompe alternative.
• È possibile utilizzare più smorzatori di pulsazioni in vari punti di un sistema, mentre gli accumulatori vengono solitamente installati vicino all'unità di potenza.

Domande frequenti

Quale gas è presente negli smorzatori di pulsazioni?

L'azoto è il gas più comune utilizzato negli smorzatori di pulsazioni. È un gas inerte che fornisce un cuscinetto comprimibile per assorbire le pulsazioni di pressione. L'azoto è separato dal fluido pompato da una vescica o da un diaframma all'interno dello smorzatore.

Uno smorzatore di pulsazioni può eliminare tutte le pulsazioni?

Sebbene gli smorzatori di pulsazioni possano ridurre significativamente le pulsazioni, non possono eliminarle completamente. Gli smorzatori sono progettati per attenuare le pulsazioni a un livello accettabile, riducendo in genere le ampiezze picco-picco di 80-90%.

Cosa succede se la pressione di precarica è troppo alta o troppo bassa?

• Se la precarica è troppo alta, il volume del gas è troppo piccolo per assorbire efficacemente le pulsazioni. Ciò porta a pulsazioni residue più elevate a valle.
• Se la precarica è troppo bassa, la sacca o la membrana possono toccare il fondo durante il funzionamento, causando il guasto dell'ammortizzatore e pulsazioni ancora più elevate.

Per ottenere risultati ottimali, la precarica deve essere impostata a 80-90% della pressione minima del sistema.