L’eiettore (o pompa Venturi) è una macchina statica che permette l’innalzamento della pressione di un fluido e quindi si può dire che funzioni come una pompa o come un compressore; consideriamo ora il funzionamento degli eiettori.

Come è fatto un eiettore

E’ stato inventato all’inizio del 1900 dall’ingegnere britannico sir Charles Parsons per mantenere la condizione di vuoto nel condensatore dei motori a vapore.

Come si vede dalla figura, le parti fondamentali che costituiscono un eiettore sono:

  • il bocchello di aspirazione (1): permette l’ingresso del fluido di aspirazione;
  • l’ugello convergente (2): espande ed accelera adeguatamente il fluido motore;
  • il bocchello del fluido motore (3): permette l’ingresso del fluido motore;
  • la camera di vapore o di miscelazione (4): permette il miscelamento e lo scambio di energia e quantità di moto tra fluido primario e secondario;
  • il diffusore divergente (5): innalza la pressione della corrente fluida.
pompa venturi in sezione

Eiettore in sezione

All’interno dell’eiettore ci sono due fluidi, che possono essere di natura uguale o diversa: il fluido motore (fluido primario), che apporta l’energia necessaria per l’aspirazione del fluido di alimentazione, e il fluido d’alimentazione stesso (fluido secondario).

Il fluido motore, solitamente acqua, entra dal relativo bocchello e dopo averlo attraversato incontra l’ugello convergente. All’uscita dall’ugello il fluido motore si trova nel mezzo della camera di vapore.

Le condizioni in cui si trova il fluido motore all’uscita dall’ugello sono spiegabili tramite il teorema di Bernoulli. Il teorema dice che per un fluido che attraversa un condotto con sezione e altezza variabili vale la relazione formula di Bernoulli dove ρ è la densità del fluido, u è la velocità di scorrimento del fluido, g è la costante gravitazionale, h è la quota potenziale media della sezione, p è la pressione del fluido. Il significato dell’equazione è che se aumenta la pressione deve diminuire la velocità e viceversa.

L’ugello convergente è un condotto che ha una sezione che si restringe e al diminuire della sezione si ha un aumento della velocità, per la conservazione della portata, e di conseguenza anche una diminuzione di pressione. E quindi, secondo il teorema di Bernoulli, l’energia statica di pressione viene convertita in energia cinetica. In altre parole a scapito di un abbassamento di pressione si ha una discreta accelerazione cioè un forte aumento di velocità.

Il fluido fuoriuscito dall’ugello è caratterizzato da un’alta velocità tale, per cui, secondo l’effetto Venturi, si crea una depressione nella camera di miscelazione.
Questa depressione promuove l’ingresso del fluido di aspirazione. Una volta miscelati, l’elevata quantità di moto del fluido motore si trasmette al fluido di alimentazione che ha bassa quantità di moto.

Attraverso il cono divergente del diffusore, la miscela viene rallentata e l’energia cinetica è riconvertita in energia statica di pressione. Il fluido miscelato attraversa il diffusore e in uscita il fluido ha una pressione maggiore.

Come si misura il funzionamento di un eiettore

Per descrivere le performance di un eiettore si usano 3 parametri: il rapporto di trascinamento ω, il recupero relativo percentuale di pressione, l’efficienza globale dell’eiettore.

Il rapporto di trascinamento è definito come il rapporto tra la portata del fluido secondario e quella del fluido primario . Il recupero relativo percentuale di pressione è definito come formula recupero relativo pressionedove Pe è la pressione in uscita dall’eiettore Ps, è la pressione del fluido secondario in ingresso della camera di aspirazione.

L’efficienza globale dell’eiettore invece è definita come il rapporto tra il lavoro isoentropico di compressione del fluido secondario e il lavoro isoentropico di espansione del flusso primario: 

Nell’espressione precedente compaiono anche i calori specifici Cp, le temperature T e i coefficienti di dilatazione adiabatica k relativi ai fluidi primario e secondario.

Combinando in maniera ottimale le geometrie dell’ugello e del diffusore è possibile raggiungere la massima efficienza alle condizioni richieste.

Possibili usi delle pompe Venturi

Gli eiettori a getto di liquido per vuoto possono essere realizzati in materiale plastico o metallico lavorabile da macchina utensile.

Solitamente per il trattamento delle acque e in genere per il settore chimico i materiali impiegati per gli eiettori sono PVC, PP, PVDF.

Gli eiettori sono organi meccanici privi di movimento e per questo motivo garantiscono, se impiegati correttamente, un esercizio affidabile e duraturo nel tempo.

Quando l’eiettore è impiegato come pompa per fluidi solitamente sono uguali fluido motore e fluido di alimentazione salvo il caso in cui si voglia ottenere, ad esempio, una particolare miscelazione di acido cloridrico o soda.

Quando l’eiettore è impiegato come pompa a vuoto, ossia come compressore di gas, il fluido motore è solitamente acqua e, nelle piccole installazioni, aria compressa o acqua.

Gli eiettori hanno dimensioni contenute in relazione alle prestazioni fornite; inoltre sono facilmente installabili, hanno bassi costi iniziali, e sono l’ideale anche per funzionamenti discontinui dato che sono autoadescanti.